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Schaltung zur Frequenzvervielfachung oder-teilung von Hochfrequenz-und Ultrahochfrequenz- schwingungen.
EMI1.1
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zwischen den Anoden 2 und 4 einerseits und den Anoden 6 und 8 anderseits. Unter dem Einflusse dieses und des achsenparallelen Magnetfeldes durchlaufen die von der Kathode ausgesandten Elektronen eine spiralförmige Bahn, wobei nacheinander ein Teil dieser Elektronen die Anoden 2,4, 6 und 8 passiert.
Die Elektronen durchlaufen dabei diese Bahn mit einer solchen Geschwindigkeit, dass während einer halben Sehwingungszeit der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen über den Umfang des von dem Anodensystem gebildeten Zylindermantels ein Weg zurückgelegt wird, welcher einem Winkel von 1800 entspricht. Beim Durchlaufen dieser Strecke werden nacheinander die Anoden 2,4, 6 und 8 von einem Teil der Elektronen passiert, so dass der Kreis, der die Anoden 2 und 4 bzw. 6 und 8 verbindet, während der halben Schwingungszeit der dem Kreis 9 zugeführten Schwingungen einmal an der Stelle der Anode 2 bzw. 6 und einmal an der Stelle der Anode 4 bzw. 8 angestossen wird, wobei die Zeit zwischen dem Anstossen an der Stelle der Anode 2 bzw. 6 und an der Stelle der Anode 4 bzw.
8 die Hälfte der halben Schwingungszeit der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen beträgt. In den Kreisen 5 und 7 treten somit Schwingungen auf, deren Frequenz gleich zweimal der Frequenz der dem Kreis 9 zugeführten zu vervielfältigenden Schwingungen ist.
Die beschriebene Schaltung eignet sich sowohl zur Vervielfachung als auch zur Teilung von Hochfrequenz-und Ultrahochfrequenzschwingungen. Im zuletzt genannten Fall werden die zu teilenden
Schwingungen den Kreisen 5 und 7 zugeführt, worauf Schwingungen mit einer Frequenz, welche die Hälfte der Frequenz der den Kreisen 5 und 7 zugeführten Schwingungen ist, dem Kreis 9 entnommen werden können. Die in der Frequenz zu vervielfältigenden oder zu teilenden Schwingungen können auch von dem Magnetron selbst erzeugt werden.
Wenn die beschriebene Schaltung zur Vervielfältigung der dem Kreis 9 zugeführten Schwingungen oder im Kreis 9 erzeugten Schwingungen dienen soll, muss verhindert werden, dass die Schaltung eine Neigung zur Selbsterregung von Schwingungen mit der Frequenz der Kreise 5 und 7 zeigt. Eine
Schaltung, bei der dies erreicht wird, ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Schaltung nach Fig. 2 enthält ein Magnetron, bei dem die eine Gruppe aus den Anoden 2 und 4, die andere Gruppe aus einer einzigen Anode 10 besteht. Die Anoden 2 und 4 der einen Gruppe sind untereinander über einen Schwingungskreis 5 verbunden, dessen Mitte mit der Anode 10 über eine Impedanz verbunden ist, die gemeinsam mit dem Kreis 5 den Kreis 9 bildet. Wenn die zu vervielfältigenden Schwingungen dem Kreis 9 zugeführt bzw. im Kreis 9 erzeugt werden, können dem Kreis 5 Schwingungen entnommen werden, deren Frequenz die zweite Harmonische der zu vervielfältigenden Schwingungen ist. Umgekehrt eignet sich die Schaltung zur Frequenzteilung von Hoch- frequenz-und Ultrahochfrequenzschwingungen, wenn die zu teilenden Schwingungen dem Kreis 5 zugeführt werden. Es entstehen jedoch bei dieser Schaltung keine Schwingungen mit der Eigenfrequenz des Kreises 5.
Ein weiterer Vorteil der in Fig. 2 dargestellten Schaltung liegt darin, dass die in der Frequenz vervielfältigten Schwingungen in nur einem einzigen Kreis auftreten, so dass nur ein einziges Koppelelement zum Zuführen der in der Frequenz vervielfältigten Schwingungen zu einer Belastung erforderlich ist.
Eine Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung, mit der die dritte Harmonische einer Grundfrequenz erzielt werden kann, ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.
Bei dieser Schaltung wird ein Magnetron verwendet, das drei Paare gleich grosser Anoden enthält.
Die Anoden dieses Magnetrons sind wieder in zwei Gruppen unterteilt, wobei die Anoden 12, 14 und 16 der einen Gruppe, die Anoden 18, 20 und 22 der andern Gruppe angehören. Damit das Magnetron sich einer gewissen, nachstehend als Grundfrequenz bezeichneten Frequenz gegenüber verhält, als ob es nur zwei Anoden enthielte, sind alle Anoden der einen Gruppe mit allen Anoden der andern Gruppe über einen Schwingungskreis 9 verbunden, der auf die Grundfrequenz abgestimmt ist und dem die zu vervielfältigenden Schwingungen dieser Frequenz zugeführt oder in ihm erzeugt werden.
Bei jeder Gruppe sind je zwei benachbarte Anoden miteinander über einen Kreis verbunden, der auf die dritte Harmonische der zu vervielfältigenden Grundfrequenz abgestimmt ist. Diese Kreise 11, 13, 15 und 17 bilden einen Teil des zwischen den Anoden 12, 14 und 16 einerseits und den Anoden 18, 20,22 anderseits eingeschalteten Kreises 9. Dass die beschriebene Schaltung sich zum Erzeugen der dritten Harmonischen der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen eignet, folgt daraus, dass während der halben Schwingungszeit der zu vervielfältigenden Schwingungen, in der die Elektronen eine Bahn auf dem Umfang des von den Anoden gebildeten Zylindermantels durchlaufen, welche einem Winkel von 1800 entspricht, nacheinander die Anoden 12, 14, 16 bzw. 18, 20,22 von einem Teil der Elektronen passiert werden.
Die zwischen dem in Gegenphase erfolgendenAnstossen eines jeden der Kreisell, 13, Uundiy ver- streichende Zeit ist somit ein Drittel der halben Schwingungszeit der zu vervielfältigenden Schwingungen.
Eine Vereinfachung der in Fig. 3 angegebenen Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht darin, dass eine der Gruppen aus einer einzigen Anode 24 besteht und dass zwei benachbarte Anoden 14 und 16 der andern Gruppe über einen Schwingungskreis 13 untereinander verbunden sind, während die Anode 12 direkt mit der Anode 16 verbunden ist. Diese Schaltung hat die gleichen Vorzüge gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, wie sie die in Fig. 2 dargestellte Schaltung gegenüber derjenigen in Fig. 1 hat. Es entstehen also bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung keine Schwingungen von der Eigenfrequenz des Kreises 13.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung wird ein Magnetron verwendet, bei dem die eine
Gruppe aus vier Anoden 26, 28, 30 und 32 und die andere Gruppe aus einer einzigen Anode 34 besteht.
Die Anoden 26 und 30 bzw. 28 und 32 der einen Gruppe sind im Innern der Röhre leitend miteinander verbunden, während zwischen den Anoden 26 und 30 einerseits und den Anoden 28 und 32 anderseits ein Schwingungskreis 19 liegt. Die Mitte dieses Kreises 19 ist mit der Anode 34 über eine Impedanz verbunden, die gemeinsam mit ihm den Kreis 9 bildet, der auf die Grundfrequenz (analog dem Aus- führungsbeispiel Fig. 3) abgestimmt ist. Der Kreis 19 ist auf die vierte Harmonische der Grundfrequenz abgestimmt.
Dass in ihm Schwingungen mit der vierten Harmonischen der Grundfrequenz erzeugt werden, folgt daraus, dass während der halben Schwingungszeit derim Kreis 9 auftretenden Schwingungen die Elektronen die vier Anoden 26, 28, 30 und 32 passieren, so dass der Kreis 19 zweimal in Gegenphase angestossen wird, während die Zeit zwischen dem in Gegenphase erfolgenden Anstossen des Kreises 19 ein Viertel der Schwingungszeit der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen ist.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Anodenzahl der einen Gruppe von der Anodenzahl der andern Gruppe abweicht. Die eine Gruppe enthält zwei Anoden 36 und 38, die über einen abgestimmten Kreis 21 verbunden sind, der auf die zweite Harmonische einer Grund- frequenz abgestimmt ist. Die andere Gruppe enthält drei Anoden 40, 42 und 44, von denen die benach- barten 40 und 42 miteinander über einen abgestimmten Kreis 23 verbunden sind, der auf die dritte
Harmonische der Grundfrequenz abgestimmt ist, während die Anode 40 direkt mit der Anode 44 ver- bunden ist. Die Mitten der Kreise 21 und 23 sind über eine Impedanz verbunden, die gemeinsam mit den genannten Kreisen den Kreis 9 bildet, dem die zu vervielfältigenden Schwingungen in Grundfrequenz zugeführt oder in dem die zu vervielfältigenden Schwingungen erzeugt werden.
Den Kreisen 21 und 23 können Schwingungen entnommen werden, deren Frequenz gleich der zweiten und der dritten Harmonischen der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen ist. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung eignet sich somit zum gleichzeitigen Verdoppeln und Verdreifachen einer gewissen
Grundfrequenz. Dass in den Kreisen 21 und 23 Schwingungen mit den erwähnten harmonischen Frequenzen erzeugt werden, folgt aus der an Hand der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Schaltungen gegebenen Erläuterung.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird ein Magnetron verwendet, bei dem die eine Gruppe aus zwei Anoden 46 und 48 besteht, die über einen auf die zweite Harmonische einer Grundfrequenz abgestimmten Kreis 25 miteinander verbunden sind. Die andere Gruppe enthält vier Anoden 50, 52,54 und 56, von denen je zwei benachbarte Anoden 50 und 52 bzw. 54 und 56 miteinander über einen Schwingungskreis 27 bzw. 29 verbunden sind, der auf die vierte Harmonische der Grundfrequenz abgestimmt ist.
Die Mitten der Kreise 27 und 29 sind über eine Impedanz 31 verbunden, die gemeinsam mit den Kreisen 25 und 27 den Kreis 29 bildet, der auf die zweite Harmonische der Grundfrequenz abgestimmt ist, wobei die Mitte des Kreises 31 mit der Mitte des Kreises 25 über eine Impedanz verbunden ist, die gemeinsam mit den genannten Kreisen 25,27 und 29 und 31 den Kreis 9 bildet, dem die zu vervielfältigenden Schwingungen der Grundfrequenz zugeführt oder in dem die genannten Schwingungen erzeugt werden. Dass den Kreisen 27 und 29 Schwingungen entnommen werden können, deren Frequenz gleich der vierten Harmonischen der im Kreis 29 auftretenden Schwingungen ist, folgt daraus, dass während der halben Schwingungszeit der im Kreis 9 auftretenden Schwingungen die in der Röhre vorhandenen Elektronen nacheinander die Anoden 50, 52,54 und 56 passieren und die Kreise 27 und 29 anstossen.
Die zwischen dem in Gegenphase erfolgenden Anstossen eines jeden der Kreise 27 und 29 verstreichende Zeit ist somit ein Viertel der halben Schwingungszeit der im Kreise 9 auftretenden Schwingungen. Für die im Kreis 31 auftretenden Schwingungen verhält sieh die Röhre so, als ob die Anodengruppe, die aus den Anoden 50, 52,54 und 56 besteht, nur zwei Anoden enthielte, indem für die im Kreise 31 auftretenden Schwingungen auf die Anoden 50 und 52 bzw. 54 und 56 die gleichen Spannungsimpulse ausgeübt werden. Dem Kreis 31 können somit Schwingungen entnommen werden, deren Frequenz die zweite Harmonische der Grundfrequenz ist. Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung eignet sich somit dazu, gleichzeitig die im Kreis 9 auftretenden Schwingungen in der Frequenz zu verdoppeln und vervierfachen.
Bei der in Fig. 8 angegebenen Ausführungsform wird ein Magnetron mit vier Anoden 62, 64, 66 und 68 verwendet, die derart in zwei Gruppen unterteilt sind, dass jede Anode einer andern Gruppe angehört als die ihr benachbarte Anode. Die Anoden 62 und 66 bilden somit die eine Gruppe, die Anoden 64 und 68 die andere Gruppe. Die Anoden 62 und 66 sind miteinander über einen Kreis 33 verbunden, der auf die halbe Frequenz einer Grundfrequenz abgestimmt ist. Die Anoden 64 und 68 sind über einen Kreis 35 verbunden, der auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist. Die Mitten der Kreise 33 und 35 sind über eine Impedanz verbunden, die gemeinsam mit diesen beiden Kreisen den Kreis 37 bilden, der auf die Grundfrequenz abgestimmt ist und welchem die in der Frequenz zu teilenden Schwingungen zugeführt oder in welchem sie erzeugt werden.
Durch genauen Vergleich dieser Schaltung mit der Schaltung nach Fig. 1 ergibt sich, dass die Kreise 33 und 35 bzw. 37 in ähnlicher Weise mit den Anoden verbunden sind, wie der Kreis 9 bzw. die Kreise 5 und 7 bei der Schaltung nach Fig. 1.
Der Unterschied zwischen den beiden Schaltungen liegt ausschliesslich darin, dass bei der in Fig. 1
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dargestellten Schaltung zwei Kreise 5 und 7 vorgesehen sind, die auf die doppelte Frequenz abgestimmt sind, was zwei Koppelelemente zum Zuführen der frequenzverdoppelten Energie zu einer Belastung bedingt, während bei der in Fig. 8 angegebenen Schaltung ausschliesslich dem Kreis 37 Schwingungen mit der doppelten Frequenz der den Kreisen 33 und 35 zugeführten Schwingungen bzw. in den Kreisen erzeugten Schwingungen entnommen werden können.
Bei der Anwendung einer Röhre mit sechs Anoden, deren Anoden ähnlich wie bei der in Fig. 8 angegebenen Weise in zwei Gruppen unterteilt sind und bei welcher sämtliche Anoden einer Gruppe über einen auf eine Grundfrequenz abgestimmten Kreis mit allen Anoden der andern Gruppe verbunden sind, können den zwischen den benachbarten Anoden derselben Gruppe geschalteten Kreisen Schwingungen entnommen werden, deren Frequenz die dritte Subharmonische der genannten Grundfrequenz ist. In entsprechender Weise können mit einer Schaltung, bei welcher ein Magnetron mit acht Anoden verwendet wird, Schwingungen erhalten werden, deren Frequenz die vierte Subharmonische ist.
Die zu vervielfachenden Schwingungen müssen nicht durch einen Magnetronoszillator erzeugt werden, sondern es kann auch ein rückgekoppelter Oszillator dazu verwendet werden, der zum Erzeugen einer Subharmonischen der gewünschten Frequenz eingerichtet ist und dessen Schwingungen sodann einem erfindungsgemässen Frequenzvervielfacher zugeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Frequenzvervielfachung oder-teilung von Hochfrequenz-und Dltrahoeh- frequenzschwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodensystem eines Magnetrons, welches aus mehr als zwei Anoden besteht und einen Zylindermantel bildet, in zwei Gruppen unterteilt ist und dass sämtliche Anoden der einen Gruppe mit sämtlichen Anoden der andern Gruppe über einen Abstimmkreis verbunden sind, während mindestens zwei Anoden derselben Gruppe miteinander über einen Kreis verbunden sind, der auf eine Harmonische oder Subharmonische der Frequenz abgestimmt ist, auf die der erstgenannte Kreis abgestimmt ist.