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Entladungsröhre zur Erzeugung von Schwingungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungsröhre zur Erzeugung von vorzugs- weise Ultrahochfrequenzschwingungen, in der ein
Elektronenbündel erzeugt wird, das nacheinander längs eines wenigstens dreiteiligen Elektrodensystems zur Geschwindigkeitssteuerung, einer Einholelektrode und eines gleichfalls aus wenigstens drei Elektroden bestehenden zweiten Elektrodensystems geleitet wird. Es ist bekannt, bei einer solchen Vorrichtung das zweite Elektrodensystem über eine Rückkopplungsleitung mit dem Steuerelektrodensystem zu verbinden. Die Rückkopplungsleitung ist dabei als eine aus zwei konzentrischen Leitern bestehende Übertragungsleitung ausgebildet, welche das Elektronenbündel umgibt ; diese Rückkopplungsleitung bildet baulich ein Ganzes mit den beiden erwähnten Elektrodensystemen.
Mit einer solchen Vorrichtung können Schwingungen erzeugt werden, deren Frequenz durch die Abmessung des von den beiden Elektrodensystemen und der Rückkopplungsleitung gebildeten Schwingungssystems bedingt wird. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen ist nämlich gleich der Grundfrequenz des rückgekoppelten Systems oder gleich einer höheren Harmonischen derselben in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Elektronen an den Elektrodensystemen entlang geführt werden und daher von der den beiden Elektrodensystemen zugeführten Gleichspannung.
Die Erfindung bezweckt, eine bauliche Ausführungsform einer solchen Entladungsröhre zu schaffen, bei der bei günstiger Energiebilanz des Oszillators eine gute symmetrische Aufstellung der Elektrodensysteme gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die voneinander abgekehrten äusseren Elektroden des Elektrodensystems je mit der Wand einer zylindrischen Trommel verbunden sind, deren Achse parallel zu der Achse der Entladungsröhre verläuft. Diese Trommeln bilden die Aussenleiter der an die Elektrodensysteme angrenzenden Teile der ausserhalb der Bahn des Elektrodenbündels liegenden Rückkopplungsleitung und werden von der Röhrenwand getragen oder es bilden wenigstens ihre Mantelflächen einen Teil der Röhrenwand.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 ein Ausführungs- beispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung im
Längsschnitt, Fig. 2 die gleiche Vorrichtung im
Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. l und Fig. 3,4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
Die in der Fig. 1 dargestellte Entladungsröhre enthält innerhalb einer aus Glas oder Quarz angefertigten Hülle 1 ein Elektrodensystem zur
Erzeugung eines Elektronenbündels, das aus einer indirekt geheizten Kathode 2, einem Gitter 3 und einer Beschleunigungselektrode 4 besteht ; letzterer Elektrode wird eine in bezug auf die Kathode 2 positive Spannung zugeführt. An dem vom erwähnten Elektrodensystem abgekehrten Ende enthält die Umhüllung 1 eine Auffangelektrode 6 und eine Elektrode 7, die zum Auffangen der von der Elektrode 6 etwa reflektierenden primären und emittierten sekundären Elektronen dient. Den Elektroden 6 und 7 wird ebenfalls eine in bezug auf die Kathode positive Spannung zugeführt.
Die von der Kathode 2 emittierten Elektronen werden auf ihrem Wege von der Kathode zu der Auffangelektrode 6 an wenigstens zwei Elektrodensystemen entlang geführt, von welchem ersteres, das Elektrodensystem zur Geschwindigkeitssteuerung, aus drei Elektroden, u. zw. einer Steuerelektrode 8 und zwei Begrenzungselektroden 9 und 10 besteht.
Die Begrenzungelektrode 10 wird von dem einen Ende der Einholelektrode 11 gebildet, welche einen sogenannten Einholraum bildet, durch den das Elektronenbündel nach dem Durchlaufen des Steuerelektrodensystems hindurchgeführt wird. Darauf wird das Elektronenbündel am zweiten Elektrodensystem entlang geführt, das gleichfalls aus drei Elektroden, u. zw. einer Elektrode 12 und zwei Begrenzungselektroden 13 und 14 besteht, von denen letztere von den vom Elektrodensystem zur Geschwindigkeitssteuerung abgekehrten Ende der Einholelektrode 11 gebildet wird.
Den Elektroden 8 bis 14 wird eine in bezug auf die Kathode positive Spannung zugeführt, die
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vorzugsweise wesentlich höher ist als die positive
Spannung der Beschleunigungselektrode 4 in bezug auf die Kathode.
Um eine Defokussierung des vom Elektrodensystem 2, 3, 4 erzeugten Elektronenbündels zu vermeiden, wird vorzugsweise ein axial gerichtetes magnetisches Feld vorgesehen. Die Spulen zum Erzeugen dieses Feldes sind in den Figuren nicht dargestellt.
Zur Schwingungserzeugung ist das zweite Elektrodensystem 12, 13, 14 über eine Rückkopplungsleitung mit dem Elektrodensystem zur Geschwindigkeitssteuerung verbunden.
Auf die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Entladungsröhre als eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen wird nicht näher eingegangen, da sie als bekannt angenommen werden darf. Die Erfindung besteht in der baulichen Ausgestaltung der Entladungsröhre und insbesondere der Rückkopplungsleitung, welche die Elektrodensysteme 8, 9, 10 und 12, 13, 14 verbindet und mit diesen Elektrodensystemen das die Frequenz der zu erzeugenden Schwingungen bedingende Schwingungssystem bildet.
DerAussenleiter des mit den Elektrodensystemen
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Rückkopplungsleitung wird erfindungsgemäss von zwei zylindrischen Trommeln gebildet, deren Achse mit der Achse der Entladungsröhre zusammenfällt oder wenigstens zu ihr parallel verläuft und deren voneinander abgekehrte Wan- dungen 15 und 16mit den voneinander abgekehrten äusseren Elektroden 9 bzw. 13 der beiden Elektrodensysteme verbunden sind. Die einander zugekehrten Wandungen 17 und 18 sind bei der gegebenen Ausführungsform mit den einander zugekehrten äusseren Elektroden 10 und 14 der Elektrodensysteme verbunden. Die Mantelflächen der Trommeln sind mit 19 bzw. 20 bezeichnet. Die beiden Trommeln sind durch einen zylinderförmigen Leiter 21 verbunden, der den Aussenleiter der übrigen vorzugsweise koaxialen Teile der Rückkopplungsleitung bildet.
Der Innenleiter der Rückkopplungsleitung, der sich zwischen den runden Oberflächen 19 und 20 der beiden Trommelnerstreckt und die inneren Elektroden 8 und 12 verbindet, ist mit 22 bezeichnet und kann gleichfalls von einem rohrförmigen Leiter gebildet werden.
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werden von der Röhrenwand mittels örtlicher Einstülpungen 23 getragen, an denen Glimmerstützscheibe 24 und 25 anliegen, die mittels Scheiben 26 und 27 an den Wänden 15 bzw. 16 der Trommeln angedrückt werden.
Die Form der Glimmerscheiben ist derart, dass das ganze von den beiden Elektrodensystemen 8, 9, 10 und 12, 13, 14 und der Rückkopplungsleitung gebildete Schwingungssystem in der Umhüllung 1 an den Einstülpungen 23 vorbei auf die richtige Stelle geschoben und darauf durch eine kleine Drehung des ganzen Systems erreicht werden kann, dass die Glimmerscheiben an den Einstülpungen 23 zur Anlage kommen und so das ganze rück- gekoppelte System abstützen.
Um den Elektroden 8 bis 14 eine hohe positive
Spannung in bezug auf die Kathode zuzuführen, ist an der runden Oberfläche 19 der Trommel 15,
17, 19 eine Spannungszuführungsleitung 28 befestigt.
In Fig. 2, die einen Querschnitt längs der
Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten Entladungsröhre zeigt, ist angegeben, auf welche Weise eine Energieabnahme von dem von den
Elektroden 10-14 und der Rückkopplungsleitung gebildeten Schwingungssystem erfolgen kann.
Die Energieabnahme geschieht von der mittleren Elektrode 12 des zweiten Elektrodensystems mittels eines Leiters 29, der in einer aus nichtleitendem Material angefertigten Einstülpung der Röhrenwand beweglich angebracht und kapazitiv mit der Elektrode 12 gekoppelt ist. Die Röhrenwand 30 der Einstülpung ist vorzugsweise wenigstens zum Teil aus Glas oder Quarz angefertigt.
Ferner steht der Abnahmeleiter 29, der gleichzeitig als Antenne zum Ausstrahlen der erzeugten Schwingungen dienen kann, vorzugsweise senkrecht zu der runden Oberfläche 19 der zylindrischen Trommel 15, 17, 19.
Es ist auch möglich, den Abnahmeleiter 29 innerhalb der Röhrenwand anzubringen, wozu die Röhrenwand mit einer aus Glas und/oder Quarz gebildeten Ausstülpung versehen werden muss, welche in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. In diesem Falle sind zum Einstellen des Leiters 29 magnetische Mittel verwendbar.
Bei Verschiebung des Leiters ändert sich die kapazitive Kopplung des Leiters 29 mit der Elektrode 12, was zur Folge hat, dass die dem Schwingungssystem entnommene Energie sich gleichfalls ändert.
Ausserdem wurde festgestellt, dass es auch vom Abstand zwischen dem Leiter 29 und der Elektrode 12 abhängig ist, welche von den verschiedenen Frequenzen, die durch die Abmessungen des von den Elektrodensystemen
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Abstandes eine unstetige Frequenzänderung erzielt werden kann.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist das rückgekoppelte System gänzlich von einer Glasumhüllung umgeben.
Es ist aber auch möglich, an der Stelle der Trommeln die Glasröhrenwand durch die runden
Oberflächen 19 bzw. 20 der Trommeln zu ersetzen, in welchem Falle entweder an der von der Einholelektrode 11 abgekehrten Stirnfläche 15 der mit dem Elektrodensystem 8, 9, 10 verbundenen Trommel, oder an der von der Einholelektrode abgekehrten äusseren Elektrode 9 des Elektrodensystems 8, 9, 10 die aus Glas oder Quarz bestehende Wandung des Röhrenteiles angeschmolzen ist, der das Elektrodensystem 2, 3, 4 zum Erzeugen : des Elektrodenbündels enthält. Die Wandung des die Elektroden 6 und 7 enthaltenden Röhrenteiles kann auf entsprechende Weise an der Seitenwand
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der mit dem Elektrodensystem 12, 13, 14 verbundenen Trommel oder an der Elektrode 13 befestigt werden.
Es ist aber auch möglich, wie bei den in den Fig. 3 und 4 angegebenen Ausführungsformen dargestellt, der Elektrode 13 die Form eines an dem von der Einholelektrode 11 abgekehrten Ende geschlossenen Hohlleiters zu geben, der die Röhrenwand bildet und dessen von der Wand 16 abgekehrtes Ende als Auffang- elektrode dient.
Bei der in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsform ist es weiter möglich, den zwischen den Wänden 17 und 18 liegenden Teil der Glaswandung wegzulassen, in welchem Falle die Umhüllung der Röhre an dieser Stelle von der
Einholelektrode und der Aussenfläche der Rückkopplungsleitung gebildet wird.
Die Energieabnahme kann auch auf andere Weise, als in der Fig. 2 dargestellt ist, stattfinden, u. zw. dadurch, dass auf induktivem Wege dem von den Elektrodensystemen 8, 9, 10 und 12, 13, 14 und der Rückkopplungsleitung 18, 19 gebildeten Schwingungssystem Energie entzogen wird, entweder dadurch, dass in die Röhrenwand eine Kupplungsschleife eingeschmolzen wird, oder dadurch, dass eine Kopplungsschleife in einer Einstülpung der Röhrenwand angebracht wird ; im letzteren Falle ist die Kopplung einstellbar.
Die Energieabnahme kann weiter dadurch erfolgen, dass zwischen dem Elektrodensystem 12, 13, 14 und den Elektroden 6 und 7 ein Elektrodensystem angebracht wird, das auf ähnliche Weise wie das Elektrodensystem 12, 13, 14 ausgebildet und mit einem aus zwei koaxialen Leitern bestehenden Schwingungssystem verbunden sein kann. Falls die Energie dem dritten Elektrodensystem entnommen wird, kann es noch vorteilhaft sein, den im Vorhergehenden beschriebenen Abnahmeleiter oder die Kopplungsschleife im rückgekoppelten System anzubringen, um die Amplitude und die Frequenz der dem dritten Elektrodensystem entnommenen Energie beeinflussen zu können.
In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführungsform der in den Fig. l und 2 dargestellten erfindunggemässen Entladungsröhre veranschaulicht. Die Vereinfachung besteht in der Bauart des die
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verbindenden Teiles der Rückkopplungsleitung. Bei dieser Ausführungsform wird der Aussenleiter des genannten Teiles der Rückkopplungsleitung von der Innenfläche einer Bohrung in einem massiven, leitenden, zylindrischen Körper gebildet, der den gleichen Durchmesser wie die Trommeln besitzt und koaxial mit ihnen angeordnet ist.
Die Einholelektrode 11 wird dabei von der Innenfläche einer zweiten Bohrung im erwähnten Körper 31 gebildet, während die Stirnflächen des Körpers 31 die einander zugekehrten und mit den Elektroden 10 und 14 verbundenen Wandungen 17 und 18 der zylindrischen Trommeln bilden, von denen die Wände 15 und 16 mit den voneinander abgekehrten äusseren Elektroden 9 bzw. 13 verbunden sind. Ein weiteres Kennzeichen der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht darin, dass die Mantelflächen 19 und 20 der zylindrischen Trommel und des Körpers 31 einen Teil der Röhrenwand bilden und an den voneinander abgekehrten äusseren Elektroden 9 und 13 der Elektrodensysteme 8, 9, 10 und 12, 13, 14 aus Glas oder Quarz bestehende Teile der Röhrenwand angeschmolzen sind.
Ferner werden bei dieser Ausführungsform die in dem von den Elektrodensystemen 8, 9, 10 und 12, 13, 14 und der Rückkopplungsleitung gebildeten Schwingungssystem erzeugten Schwingungen diesem System dadurch entnommen, dass dem Elektronenbündel Energie mittels eines Hohlraumresonators 32 entzogen wird, der aus einer zylindrischen Trommel besteht, deren Achse mit der Achse der Entladungsröhre zusammenfällt oder wenigstens zu ihr parallel ist. In dieser Trommel sind die einander gegenüberliegenden Wände 33 und 34 mit Öffnungen versehen, die in Richtung des Elektronenbündels einander gegenüberliegen und vom Bündel nicht berührt werden.
Vom Elektronenbündel, dessen Intensität sich im Rhythmus der erzeugten Schwingungen ändert, werden beim Durchlaufen des Resonators 32 in letzterem Schwingungen erzeugt, deren Frequenz gleich der Frequenz der vom erwähnten System erzeugten Schwingungen oder eire Harmonische derselben ist. Zum Einstellen der Eigenfrequenz des Resonators kann mittels einer Schraube 36 der Abstand zwischen den Wänden 33 und 34 sowie der Schraube 36 und damit die Kapazität des Resonators geändert werden.
Die im Resonator erzeugten Schwingungen können mittels einer Kopplungsschleife 35 oder auf irgendeine andere Weise einem Verbraucherkreis zugeführt werden.
Um eine zu starke Erhitzung des innerhalb des Hohlraumresonators befindlichen Teiles der Röhrenwand zu vermeiden, kann eine Luftkühlung dieses Röhrenwandteiles angewendet werden. Die Kühlluft kann durch eine Öffnung in den Resonator eingeblasen werden und tritt durch Schlitze zwischen der zu kühlenden Röhrenwand und dem Resonator hinaus. wie es in der Figur durch Pfeile angedeutet ist.
Eine zu starke Erhitzung an der Stelle der Auffangelektrode 6 wird vorzugsweise durch Verwendung einer wassergekühlten Auffangelektrode vermieden. Der Kühlmantel ist mit 37 bezeichnet und wird in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung von einer Kühlflüssigkeit durchströmt.
Die in Fig. 4 dargestellte Entladungsröhre entspricht in der Hauptsache derjenigen nach Fig. 3.
Der Unterschied besteht nur darin, dass der Resonator 32 und die Auffangelektrode 6 einen Teil der Röhrenwand bilden und dass der Abstand zwischen der Mitte der Wandung 33 und der biegsam ausgeführten Wandung 34 des Resonators einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt mittels Schrauben 38 ; beim Verstellen dieser Schrauben wird eine an der Auffangelektrode 6 befestigte
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Wandung 39 verstellt und mit der Wandung 39 die Auffangelektrode 6 und die Mitte der biegsamen Wandung 34 des Resonators. Ferner ist bei der Entladungsröhre nach Fig. 4 ein Abnahmeleiter 40 vorgesehen, der gleichzeitig als Antenne dienen kann und induktiv mit dem Resonator 32 gekoppelt ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird der Aussenleiter der Rückkopplungsleitung ausschliesslich von den zylindrischen Trommeln
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Zweck eine Stirnwand gemeinsam haben. Diese, den Stirnwänden 17 und 18 der Trommeln in den übrigen Figuren entsprechende Seitenwand, ist mit der Mitte der Einholelektrode11 verbunden. Zur Erzielung einer symmetrischen Aufstellung besitzen bei dieser Ausführungsform die voneinander abgekehrten äusseren Elektroden 9 und 13 eine Länge, die nahezu gleich der Hälfte der Länge der Einholelektrode 11 ist.
Ausserdem besitzt die Elektrode 13, wie bereits erwähnt, die Form eines an dem von der Einholelektrode 11 abgekehrten Ende geschlossenen Zylinders, der einen Teil der Röhrenwand bildetund dessen Abschlussfläche als Auffangelektrode dient.
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