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Ultrakurzwellenröbre.
Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhren zur Erzeugung und Verstärkung ultrakurzer
Schwingungen.
In Elektronenröhren, die zum mindesten aus einer Kathode, einer Anode und einem Gitter bestehen, werden bekanntlich die von der Kathode emittierten Elektronen auf ihrem Weg zur Anode durch die Spannungen des Gitters beeinflusst. In den bisher bekannten Röhren stehen die Elektronen während eines relativ grossen Teiles ihres Weges zur Anode unter diesem Einfluss. Bei ultrakurzen Schwingungen beträgt die Zeit, in der der Elektronenfluss den von den Spannungen des Gitters beherrschen Weg durchfliesst, einen allzu grossen Teil einer Schwingung der Betriebsfrequenz.
Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde ein ausserordentlich geringer Abstand zwischen den Elektroden vorgeschlagen, aber auch dieses Behelfsmittel ist mit Schwierigkeiten sowohl mechanischer wie elektrischer Art verbunden und verlangt ausserdem verhältnismässig kleine Elektroden, wodurch die Leistung solcher Röhren verhältnismässig gering wird.
Durch die schnelle Umkehr der Gitterspannungen wird in den bekannten Röhren bei ultrakurzen Schwingungen ein grosser Teil der von der Kathode emittierten Elektronen Schwingungsbewegungen zwischen dem Gitter und der Kathode unterworfen, die zu einem Kraftverlust führen. Ausserdem wird der Durchfluss eines Teils der von dem Gitter zur Anode fliessenden Elektronen erst während des letzten Teils der Schwingung eingeleitet, was zur Folge hat, dass diese Elektronen Energie aus dem Gitterkreis entnehmen, die nicht durch die Bewegung der Elektronen von dem Gitter zur Anode ausgeglichen wird. Der hieraus entstehende Energieverlust, der als aktiver Gitterverlust bekannt ist, steigt bei ultrakurzen Schwingungen auf einen erheblichen Wert.
Es ist bekannt, einen von der Kathode emittierten Elektronenstrahl auf die übereinandergreifenden Enden zweier Anoden fallen zu lassen und den Elektronenstrahl so abzulenken, dass verschiedene Teile des Strahles auf die einzelnen Anoden fallen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultrakurzwellenröhre, in der ein von einer Kathode emittierter Elektronenstrahl zwischen zwei Ablenkelektroden hindurchgeht, um zu der einen oder andern von zwei Anoden abgelenkt zu werden und welche eine zwischen der Kathode und den Ablenkelektroden angeordnete Beschleunigungselektrode mit Öffnungen besitzt, welche sich an der Stelle befinden, wo eine von der Kathode aus zwischen den Ablenkelektroden hindurchgezogene Normale die Beschleunigungselektrode trifft. Gemäss der Erfindung erhält die Beschleunigungselektrode, wie an sich bekannt, eine höhere positive Spannung als die Anoden, und die Ablenkelektroden haben, verglichen mit ihrem Abstand von den Anoden, in der Bewegungsrichtung der Elektronen kleine Abmessungen.
Eine derartige Anordnung zeigt gegenüber den bekannten einen bedeutenden technischen Fortschritt. Zunächst ist der Leistungsverlust, welcher auftritt, wenn die Elektronen die Anode erreichen, dadurch beträchtlich herabgesetzt, dass die Anoden eine geringere positive Spannung haben als die Beschleunigungselektrode. Dabei haben die Elektronen beim Passieren der Steuerelektrode trotzdem eine sehr hohe Geschwindigkeit, so dass die Zeitdauer, während welcher die Steuerelektroden auf die Elektronen einwirken, beträchtlich vermindert ist. Schliesslich wird die Gesamtlänge der Röhre kleiner, da eine gegebene Flugzeit der Elektronen von den Steuerelektroden bis zu den Anoden einen kleineren Raum wegen der Abbremsung der Elektronen benötigt.
Die Röhre wird also wesentlich kleiner und
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der Gitterverlust geringer, so dass man sehr hohe Frequenzen erzeugen kann. Ferner sind die Anodenverluste klein, so dass der Wirkungsgrad der Rohre hoch ist.
Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen erläutert werden. Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, kann die Kathode aus einer Anzahl Heizfäden 16 bestehen, die in einer Ebene in Reihe oder parallel verbunden sind. Die Anoden können aus flachen Platten 17 zusammengesetzt sein, die einen kleinen Winkel zu der Ebene der Kathode bilden und deren Kanten sich gegenseitig überlappen. Das Gitter kann aus einer Anzahl paarweise angeordneter geradliniger Metalldrähte oder Stäbe 18 und 18a aufgebaut werden, die parallel zu der Ebene der Kathode stehen und sich auf beiden Seiten einer Normalen 19 befinden, die zwischen der Ebene der Kathode und den Überlappungsstellen der Anode 17 gedacht ist.
Die Drähte oder Stäbe 18 sind elektrisch miteinander verbunden, ebenfalls die Drähte oder Stäbe 18a.
Wenn die Anoden unter positiver Spannung stehen, fliessen Elektronen von der Kathode zu der Anode im wesentlichen geradlinig. Ein Teil der Elektronen bewegt sich zwischen den Drähten oder Stäben 18 und 18a des Gitters hindurch und wird von den Spannungen dieses Gitters beeinflusst. Wenn somit die Spannungen der Drähte oder Stäbe 18 und 18a geändert werden, werden die Elektronen- slrahlen, die sich zwischen ihnen bewegen, in Übereinstimmung mit den Spannungsänderungen abgelenkt und fallen abwechselnd auf die beiden Anodenplatten 17, wie durch die strichpunktierte Linie 20 in der Fig. 1 dargestellt.
Die Besehleunigungselektrode kann aus einer Anzahl Platten 21, die parallel zur Kathode und in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, bestehen, so dass Schlitze 22 an den Normalen 19 entstehen. Diese Beschleunigungselektrode kann anderseits aus einer einzigen Platte hergestellt sein, die mit den geeigneten Öffnungen oder Schlitzen versehen ist. Diese Beschleunigungselektrode steht unter einer höheren positiven Spannung hinsichtlich der Kathode als die Anoden, so dass die Elektronen einer bremsenden Kraft zwischen dem Gitter. und den Anoden ausgesetzt werden und somit eine relativ geringe Geschwindigkeit haben, wenn sie die Anoden erreichen, wodurch eine höhere Wirkung erzielt wird.
Die erste Fokussierungselektrode kann aus einer Anzahl Metalldrähte oder Stäbe 23 zusammengesetzt sein, die elektrisch miteinander verbunden und zu beiden Seiten der Normalen 19 angeordnet sind. Die Elemente dieser Elektrode können entweder eine positive oder eine negative Spannung besitzen, die so bemessen ist, dass die Elektronenstrahlen auf die Öffnungen oder Schlitze 22 der Beschleunigungselektrode fokussiert werden.
Die zweite Fokussierungselektrode kann in ihrem Aufbau gleich der ersten Fokussierungselektrode sein und eine solche negative Spannung haben, dass die Elektronenstrahlen auf die Überlappungen der Anodenplatten 17 fokussiert werden. Wie durch die gestrichelten Linien 25 in Fig. 1 dargestellt ist, bewegen sich die von der Kathode emittierten Elektronen unter dem Einflusse der positiven Spannungen der Anodenplatten 17 und der Platten 21 der Beschleunigungselektrode gegen diese Elektrode.
Die Elektronen werden von einem Feld von Elementen 23 der ersten Fokussierungselektrode beeinflusst und dabei auf die Öffnungen und Schlitze 22 fokussiert und bewegen sich auf Grund ihrer hohen Geschwindigkeit durch die Öffnungen oder Schlitze und zwischen den Elementen 18 und 18a des Gitters. Stehen die Elemente 18 und 18a unter der gleichen Spannung, so breiten sich die Elektronen gleichmässig nach dem Durchgang durch das Gitter aus. Diesem Auseinandergehen tritt ein Feld von Elementen 24 der zweiten Fokussierungselektrode entgegen, wodurch die Elektronen konzentriert werden und einen Strahl bilden, der auf die sich überlappenden Stellen der Anodenplatten 17 fokussiert wird.
Führt man den Gitterelementen 18 und 18a eine Wechselspannung zu, so wird jeder der Elektronenstrahlen in Übereinstimmung mit den Spannungsänderungen abgelenkt und fällt abwechselnd auf die beiden Anodenplatten 17, wie die gestrichelte Linie 20 zeigt. Die Platten 17 sind so miteinander verbunden, dass die gegen diese Platten aus den verschiedenen Strahlen fliessenden Elektronen in Phase miteinander sind. Enthält beispielsweise die Röhre vier Anodenplatten 17, wie in Fig. 1 dargestellt, so werden die Platten alternierend elektrisch miteinander verbunden.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann die erfindungsgemässe Anordnung in Elektronenröhren koaxial aufgebaute Elektroden haben. In dieser Ausführung kann die Kathode 1 einen einzigen geradlinigen Heizfaden oder eine Anzahl zylindrisch liegender Heizfäden besitzen. Die erste Fokussierungselektrode kann aus einer Anzahl gerader Metalldrähte oder Stäbe 23 aufgebaut sein, die im gleichen Abstande und parallel zueinander sowie parallel zu der Kathode und zylindrisch um und koaxial mit der Kathode angeordnet sind. Die Beschleunigungselektrode kann aus. einer Anzahl gebogener Platten 26, die zylinderförmig um und koaxial mit der Kathode liegen, zusammengesetzt sein.
Die Elemente 18 und 18a des Gitters können aus parallel zueinander und parallel zur Kathode angeordneten Drähten oder Stäben aufgebaut werden, wobei die Elemente 18 elektrisch miteinander verbunden sind, während die Elemente 18a in der gleichen Weise zusammengeschaltet sind. Ebenso können die Elemente 24 der zweiten Fokussierungselektrode aus geraden Stäben oder Drähten bestehen, die parallel zueinander, parallel zur Kathode und zylindrisch um und koaxial mit dieser angeordnet sind. Die Anoden können aus bogenförmigen Platten 27, deren Kanten sich überlappen, zusammengesetzt werden und bilden eine im wesentlichen zylindrische Umhüllung koaxial zur Kathode 10, wobei die Platten 27 alternierend elektrisch miteinander verbunden sind.
Wie aus der Figur hervorgeht, sind die verschiedenen Elektroden
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so angeordnet, dass die Elektronen einen unbehinderten Weg zu den Überlappungsstellen der Anode finden.
Die von den Elektronen durchlaufenen Wege in der Anordnung der Fig. 2 sind ohne weiteres durch die eingehende Beschreibung in Verbindung mit der Fig. 1 ersichtlich.
Eine typische Verstärkerschaltung unter Verwendung einer erfindungsgemässen Elektronenröhre zeigt Fig. 3. Die Gitterelemente 18 bzw. 18a sind an den entgegengesetzten Enden der Sekundärwick- lung 28 des Eingangstransformators Ti angeschlossen, wobei die Mittelanzapfung dieser Sekundärwicklung mit dem positiven Pol einer Stromquelle, beispielsweise der Batterie 29, verbunden ist. Die
EMI3.1
T2 angeschlossen, und hier ist die Mittelanzapfung dieser Wicklung an einer geeigneten positiven Anzapfung der Bat. erie 29 angeschlossen.
Eine weitere Stromquelle, beispielsweise die Batterie 31, ist vorgesehen, um die fokussierenden Elektroden 13 und 14 mit den geeigneten Spannungen zu versehen. Die Beschleunigungselek : rode 15 ist mit der positiven Klemme der Batterie 29 verbunden.
Zwischen der Kathode 10 und der fokussierenden Elektrode 13, der Besehleunigungselektrode 15 und den Anoden 11 können Kondensatoren 32,33 und 34 eingeschaltet sein.
In der typischen Schaltung eines Schwingungserzeugers der Fig. 4 sind die Anoden 11 an den entgegengesetzten Enden der Induktivität 35 angeschlossen, zu der ein veränderlicher Kondensator 36 parallelgeschaltet ist. In ähnlicher Weise sind die entsprechenden Elemente des Gitters 12 an den entgegengesetzten Enden einer Induktivität 37 angeschlossen, zu der ein veränderlicher Kondensator 38 parallel liegt. Die Mitte der Induktivität 37 führt zur negativen Klemme der Stromquelle 31 über einen Widerstand 39, der durch den Kondensator 40 überbrückt ist.
Bei ultrakurzen Wellen kann zwischen den Spannungsänderungen an den Elementen 18 und 18a des Gitters 12 und den entsprechenden Ablenkungen der Elektronenstrahlen an ihrem Brennpunkt auf die Anoden 11 eine Zeitverzögerung auf Grund der Laufzeit der Elektronen auftreten. Dieser Verzögerung kann dadurch entgegengewirkt werden, dass entweder die Gitter-oder Anodenkreise etwas verstimmt werden durch die Veränderung eines der Kondensatoren 38 oder 36.
Um die Gegenwirkung zu dieser Verzögerung zu erhalten, kann die erforderliche Phasenverschiebung der Wechselspannungen an dem Gitter 12 und den Anoden 11 durch Kopplung der Induktivitäten 35 und 37 mit Hilfe einer geeigneten Verzögerungsschaltung erreicht werden, beispielsweise durch eine kurze Übertragungsleitung 41 und geeignete Blockkondensatoren 42, die in Reihe mit der Leitung 41 liegen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ultrakurzwellenröhre, in der ein von einer Kathode emittierter Elektronenstrahl zwischen zwei Ablenkelektroden hindurchgeht, um zu der einen oder andern von zwei Anoden abgelenkt zu werden und welche eine zwischen der Kathode und den Ablenkelektroden angeordnete Beschleunigungselektrode mit Öffnungen besitzt, welche sich an der Stelle befinden, wo eine von der Kathode aus zwischen den Ablenkelektroden hindurchgezogene Normale die Beschleunigungselektrode trifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungselektrode, wie an sich bekannt, eine höhere positive Vorspannung besitzt als die Anoden und dass die Ablenkelektroden, verglichen mit ihrem Abstand von den Anoden, in der Bewegungsrichtung der Elektronen kleine Abmessungen haben.