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Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsröhre für ultrahohe Frequenzen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit einer elektrischen Entladungsröhre für ultrahohe Frequenzen versehene Vorrichtung und bezweckt insbesondere eine Verringerung der Eingangsdämpfung einer solchen Röhre.
Bei im Arbeiten mit ultrahohen Frequenzen, wie diese bei Dezimeter-und Zentimeterwellenlängen vorkommen, ergibt sich der Nachteil, dass die Dämpfung des Eingangskreises mit zunehmender Frequenz immer stärker wird. Dies ist im wesentlichen der Tatsache zuzuschreiben, dass die Elektronenlaufzeit in bezug auf die Frequenz der Steuerspannung an der Steuerelektrode nicht mehr gering ist. Infolgedessen entstehen Phasenverschiebungen, su dass die Steuerung nicht weiter energielos ist. Diese Steuerungsenergie verursacht eine Dämpfung des Eingangskreises.
Man hat versucht, diesen Nachteil durch Verkleinerung des Abstandes zwischen Kathode und Steuerelektrode möglichst zu verringern, um die Laufzeit gering zu halten. Diesem Mittel haftet jedoch der Nachteil an, dass mit ihm eine Vergrösserung der Kathoden-Steuerelektrodenkapazität Hand in Hand geht, so dass der Eingangskreis hiedurch kapazitiv kurzgeschlossen wird.
Weiter hat man versucht, durch Bündelung des Elektronenstroms und Anwendung hoher Spannungen die Elektronengeschwindigkeit stark zu steigern und dadurch die Laufzeit hinreichend zu verringern, um verhältnismässig grosse KathodenSteuergitterabstände anwenden zu können, wobei die Kathoden-Steuergitterkapazität gering bleibt.
Obgleich man in dieser Richtung gute Ergebnisse erzielte, ist die Steigerung der Spannungen aus baulichen Gründen beschränkt ; ausserdem bedingen die grossen Elektronengeschwindigkeiten eine unempfindliche Steuerung und demzufolge eine geringe Steilheit.
Im Sinne der Erfindung gelingt es, die erwähnten Nachteile beträchtlich. zu verringern durch eine Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsrohre, welche die folgenden Elektroden umfasst : eine Kathode, eine oder zwei Elektroden auf positivem Potential, eine Steuerelektrode auf Kathodenpotential, ein Elektrodensystem zur
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positivem Fotaal bcnndlichen, zwischen Kathode und Steuerelektrode gelegenen Elektroden so gewählt sind, dass die Laufzeit der Elektronen von der Kathode zur Steuerelektrode gleich der halben Schwingungszeit der Steuerfrequenz oder ein ganzes Vielfaches davon ist, und wobei ein elektronenoptisches Feld vorgesehen ist, durch welches die von der Steuerelektrode in der negativen Halbperiode zurückgesandten Elektronen wieder an ihrem Ausgangspunkt konzentriert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist nun verschiedene Vorteile auf, die an Hand einer Zeichnung, in der eine solche Vorrichtung schematisch dargestellt ist, näher erläutert werden.
In der Zeichnung sind die Kathode mit 1, die Steuerelektrode mit 2, eine Saugelektrode mit 3, eine Fangelektrode für Sekundärelektronen mit 4, die Anode mit 5, und Ausgangselektroden zur Abführung der Energie mit 6 und 7 bezeichnet.
Parallel zur Achse des Elektrodensystems verläuft ein magnetisches Feld, das sich zwischen den Polen 8 erstreckt. Dieses Magnetfeld drängt die Elektronen in parallel zur Röhrenachse sich erstreckende Bahnen. Die Spannungen an den Elektroden werden so gewählt, dass die Laufzeit der Elektronen von der Kathode 1 zur Steuerelektrode 2 eine halbe Periode der Steuerspannung an 2 oder ein Vielfaches davon beträgt. Die von
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Saugelektrode 3. Diese Elektronenbahnen werden vom Magnetfeld derart konzentriert, dass die Elektronen nur wenig gestreut werden. Im Raum 9 zwischen Kathode 1 und Sauggitter 3 entsteht somit eine verhältnismässig grosse Raumladung, welche den Kathodenstrom unterdrückt.
Die zurückgekehrten Elektronen können nun mehrmals hin und her wandern, bevor sie zur Saugelektrode 3 gelangen oder durch die Steuerelektrode 2 hindurchgehen.
Die Wirkungsweise ist nun folgende. Wenn das Steuergitter 2 gerade positiv ist, werden die Elektronen von der Kathode gegen das Steuer-
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gitter 2 sich in Bewegung setzen. Nachdem diese Elektronen eine Halbperiode später dort eintreffen, wird die Steuerspannung wieder auf Null abgefallen sein und wird die negative Halbperiode der Steuerspannung anfangen. Ein Teil der ankommenden Elektronen wird also gesperrt und zurückgesandt werden. Diese Elektronen erreichen den Kathodenraum 9 wieder eine Halbperiode später, also wenn 2 gerade wieder positiv wird. Dies wiederholt sich. Infolge der Raumladung bei 9 wird eine Verringerung des Kathodenstromes auftreten.
Das praktische Ergebnis besteht darin, dass der Anodenstrom nicht nur durch die negative Steuerspannung von 2, sondern auch durch die Raumladung bei 9 verringert wird. Es tritt also eine verstärkte Steuerwirkung auf, u. zw. um so starker ; je geringer die Streuung der Elektroden ist und je häufiger die rückkehrenden Elektronen hin und her wandern können. Durch diese Wirkung wird also anscheinend die Steuerwirkung von 2 verstärkt. Infolge des grossen Abstandes zwischen Kathode 1 und Steuergitter 2 und durch Anwesenheit der als Schirm wirkenden Elektroden 3 und 4 ist die Kathode-Steuergitterkapazität sehr gering ; trotzdem wird eine empfindliche Steuerung erzielt. Die Abführung der Energie erfolgt z. B. gemäss dem Induktionsprinzip mittels der Elektroden 6 und 7.
Wesentlich ist also, dass dafür Sorge getragen wird, dass die Laufzeit der Elektronen zwischen Kathode und Steuerelektrode gerade den richtigen Wert bcairzt. Die dadurch entstandene, zusätzlichf Sceuerwirkung wird durch die Konzentrierung der Elektronenbahnen sehr verstärkt, da ohne Bündelung der Elektronenbahnen die zurückkehrenden Elektronen zum grössten Teil unmittelbar oder sonst sehr bald zur Saugelektrode 3 gelangen würden.
Ein un- richtiger Wert des konzentrierenden Magnet- feldes (das durch jede geeignete Konzentrier- vorrichtung ersetzt werden kann) erniedrigt die Steilheit denn auch rasch bis auf ungefähr 10%. Bei einer praktischen Ausführungsform gemäss der Erfindung ist der Abstand zwischen Kathode 1 und Steuerelektrode 2 gleich 8 mm, ebenso wie der Abstand der Elektrode 2 von der Anode 5.
An die Elektroden 3 und 4 wird eine positive Spannung von 700 Volt angelegt, ebenso wie an die Elektroden 6 und 7. Die Anode 5 ist ebenfalls 700 Volt positiv. Die Elektrode 2 liegt an Null Volt. Die Laufzeit Kathode-Steuerelektrode beträgt in diesem Fall das 3/2fauche der Schwingungszeit einer Wellenlänge von 15 cm.
Bei einer andern Ausführungsform beträgt der AbstandK e-Steuerelektrode 4 mm bei den gleichen Spamungen. Hiebei ist die Laufzeit
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