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Vorrichtung mit einer Elektronenröhre mit Geschwindigkeitssteuerung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der in einem entlüfteten Gefäss ein Elektronenbündel erzeugt wird und die Geschwindigkeit der Elektronen im Bündel von einer ultrahochfrequenten Steuerschwingung mittels eines Elektrodensystems gesteuert wird, worauf die Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen umgewandelt werden.
Mit einer Vorrichtung dieser Art können Ultrahochfrequenzschwingungen, die dem Elektrodensystem zur Geschwindigkeitssteuerung zugeführt werden und an dieser Stelle die Geschwindigkeit der Elektronen im Bündel ändern, verstärkt werden, wobei die verstärkten Schwingungen einem zweiten Elektrodensystem entnommen werden können, welches sich hinter der Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeits- änderungen in Intensitätsänderungen befindet und auf die Frequenz des ersteren Elektrodensystems abgestimmt ist. Auch ist es möglich, das zweite Elektrodensystem mit dem Steuerelektrodensystem derart zu koppeln, dass die Vorrichtung als Generator wirkt. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen wird dann durch die Abmessungen des vom Steuerelektrodensystem, dem zweiten Elektrodensystem und der Rückkopplungsleitung gebildeten Schwingungssystem bedingt.
Die Hochfrequenzenergie kann induktiv oder kapazitiv dem Schwingungssystem entnommen werden, oder sie kann unmittelbar dem Elektronenbündel mittels eines dritten Elektrodensystems entnommen werden, das sich an der von der Kathode abgekehrten Seite des Schwingungssystems be- findet. Das dritte Elektrodensystem kann hiebei sowohl auf die Frequenz der vom Schwingungs- system erzeugten Schwingungen, als auch auf eine höhere Harmonische von letzteren abgestimmt sein.
Die Vorrichtung zur Umwandlung von
Geschwindigkeitsänderungen in Intensität- änderungen besteht in der Regel aus einer
Elektrode, die einen Äquipotentialraum be- stimmter Länge umfasst. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung aus einer durchbohrten Bremsfeldelektrode besteht, welche die Elektronen mit stark verzögerter Geschwindigkeit passieren lässt und die ebenso wie die einen Äquipotential- raum umfassende Elektrode bezweckt, die im Geschwindigkeitssteuerelektrodensystem verzögerten Elektronen länger aufzuhalten, d. h. ihnen eine längere Laufzeit zu geben als den im Steuersystem beschleunigten Elektronen, so dass sie einander einholen und Gruppen bilden.
Die Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen wird im Nachfolgenden als Einholvorrichtung oder Einholelektrode bezeichnet.
Die bekannten Vorrichtungen der obenbeschriebenen Art gehen stets von einem Elektronenbündel mit eindeutiger Geschwindigkeit aus, oder von einem solchen, bei dem doch nach dem Durchgang durch das Geschwindigkeitssteuersystem die mittlere Geschwindigkeit eindeutig durch die den verschiedenen Elektroden zugeführten Gleichspannungen bedingt ist.
Im Gegensatz dazu besteht bei der erfindunggemässen Vorrichtung das in das Steuersystem eintretende Elektrodenbündel aus einer Mischung von Elektronengruppen, die von wenigstens zwei Elektronenquellen herrühren. Dann kann man die von den verschiedenen Elektronenquellen herrührenden Elektronengruppen mit verschiedener Geschwindigkeit in das Steuersystem einführen, die Geschwindigkeitsdifferenz wird schärfer definiert und ist vorzugsweise innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar.
In einer Ausführungsform einer erfindunggemässen Vorrichtung werden zwei in das Steuer- system eintretende Elektronengruppen von einer
Glühkathode und einer Sekundäremissions- elektrode geliefert, wobei die letztere sich zwischen der Glühkathode und dem Steuersystem befindet und für Elektronen durchlässig ist. Die beiden
Elektronengruppen treten mit verschiedenen Geschwindigkeiten in das Steuersystem ein, wenn die Sekundäremissionselektrode eine positive
Zwischenspannung fuhrt. Da die an dieser, vor- zugsweise gitterförmigen Elektrode durch Sekun- däremission ausgelösten Elektronen vorwiegend mit einer Geschwindigkeit Null austreten, wird das Elekn-onenbündel nach seinem Durchgang duch das Gitter aus einer Mischung von Elektronen mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten bestehen, d. h.
Primärelektronen, welche die
Kathode mit der Geschwindigkeit Null verlassen haben und das Gitter mit einer der positiven
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GitterspMnnung entsprechenden Voltgeschwindigkeit durchsetzen und Sekundärelektronen, die an dieser Stelle mit der Anfangsgeschwindigkeit Null ihre Bahn anfangen.
Die von verschiedenen Quellen herrührenden Elektrocengruppen bewegen sich längs des Steuersystems fort, wo sie je in der Geschwindigkeit moduliert werden und worauf sie alle unabhängig voneinander der Wirkung einer Einholelektrode ausgesetzt sind. Hiebei können verschiedene Fälle auftreten, welche getrennt erläutert werden.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung dargestellt, welche in einem entlüfteten Gefäss 1, eine fremdgeheizte Kathode 2, ein Sekundärelektronen emittierendes Gitter 3, und eine Auffangelektrode 4 besitzt. Dem Gitter 3 wird von einer Spannungsquelle 5 eine in bezug auf die Kathode 2 positive, vorzugsweise einstellbare Spannung zugeführt. Die von der Kathode 2 emittierten Primärelektronen und die am Gitter 3 von einem Teil der Primärelektronen ausgelösten Sekundärelektronen durchlaufen nacheinander ein aus einer Steuerelektrode 6 und zwei Begrenzungselektroden 7 bestehendes Steuerelektrodensystem, eine Einholelektrode 8, und ein zweites aus einer Energieabnahmeelektrode. 9 und zwei Begrenzungselektroden 10 bestehendes Elektrodensystem.
Den Elektroden 6-10 wird von einer Spannungsquelle 11 eine in bezug auf die Kathode 2 hohe positive Spannung zugeführt.
Die Spannungsquellen 5 und 11 werden von Kondensatoren 12 bzw. 13, die für Ultrahochfrequenzen einen Kurzschluss bilden, überbrückt.
Die in das Steuersystem 6,7 eintretenden
Elektronen bestehen aus einer Mischung von primären und sekundären Elektronen, welche verschiedene Geschwindigkeiten besitzen. Die
Geschwindigkeitsdifferenz wird durch die Grösse der Spannungsquelle 5 bedingt.
Wenn der Steuerelektrode 6 eine Ultrahoch- frequenzsteuerschwingung zugeführt wird, so werden die Elektronen der beiden in das Steuer- system eintretenden Elektronengruppen in der Geschwindigkeit geändert werden, so dass sie im Einholraum der Elektrode 8 Gruppen bilden.
Hiebei werden die Intensitätsmaxima der am
Gitter 3 ausgelösten Sekundärelektronen infolge der geringeren mittleren Geschwindigkeit, mit der sie in das Steuersystem eintreten, gegenüber den entsprechenden Intensitätsmaxima der von der
Kathode 2 emittierten Primärelektronen zurück- bleiben, wodurch die Intensitätsmaxima der Sekundärelektronen später als die Intensitäts- maxima der Primärelektronen durch das zweite
Elektrodensystem 9, 10 hindurchgehen.
Durch richtige Einstellung der Geschwindigkeits- differenz zwischen den in das Steuersystem ein- tretenden primären und sekundären Elektronen mittels der Spannungsquelle 5, kann erreicht werden, dass die Intensitätsmaxima der primären und die der sekundären Elektronen das Energie- abnahmesystem 9, 10 mit einer Zeiidifferenz durchlaufen, die gleich der Hälfte der Schwin- gungszeit der Steuerschwingung ist. Hiedurch kann an der Stelle des Elektrodensystems 9, 10 dem Bündel Energie entnommen werden, deren Frequenz gleich der doppelten Frequenz der Steuerschwingung ist. Zu diesem Zweck ist zwischen die Elektrode 9 und die Begrenzungselektroden 10 ein auf die erste Harmonische der Steuerschwingung abgestimmter Schwingungkreis 14 geschaltet.
Dadurch, dass die Amplitude der Steuerspannung mit Rücksicht auf die Länge der Einholelektrode derart gewählt wird, dass eine vollständige Umwandlung von Geschwindigkeits- änderungen in Intensitätsänderungen an der Stelle des Elektrodensystems 9, 10 stattgefunden hat, wird eine Spannung mit grosser Amplitude in der Elektrode 9 induziert.
In Fig. 2 ist durch die Kurven a und b die von den primären bzw. den sekundären Elektronen in der Elektrode 9 induzierte Hochfrequenzwechselspannung als Funktion der Zeit dargestellt. Die Kurve c zeigt die resultierende Spannung als Funktion der Zeit.
EMI2.1
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Spannung als Funktion de Z : eit. Da die voll- tiiindige Umwandlung von Geschwindigkeits- änderungen in Intensitätsänderungen vorzugsweise erst beim Eintreten in das Elektrodensystem 9, 10 erfolgt ist, ist die Amplitude der in der Elektrode 15 induzierten Spannung wesentlich kleiner als die Amplitude der Spannung harmonischer Frequenz, welche dem Elektronenbündel mittels des Elektrodensystems 9, 10 entnommen wird.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindunggemässen Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist als Einholelektrode eine durchbohrte Bremsfeldelektrode 19 vorgesehen, die eine in bezug auf die Kathode positive, aber in bezug auf das Gitter 3 negative
Spannung führt. Der Drahtabstand des Gitters 3 ist vorzugsweise so gross, dass nur ein geringer
Bruchteil des in das Steuersystem 6,7 ein- tretenden Elektronenbündels aus verhältnis- mässig langsamen Sekundärelektronen besteht.
Die in der Geschwindigkeit gesteuerten Primär- elektronen gehen alle durch die BremsfeH- elektrode 19 hindurch und ändern dabei ihre
Geschwindigkeitsänderungen in Intensitäts- änderungen, während die Sekundärelektronen bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden, umkehren und wieder in den Steuer- raum zurückkehren.
Da beim Bremsen und beim
Umkehren der in der Geschwindigkeit geänderten
Elektronen gleichfalls eine Umwandlung von
Geschwindigkeitsänderungen in Intensitäts- änderungen erfolgt, werden die Sekundärelek- tronen nach ihrer Rückkehr im Steuerraum an letztere Hochfrequenzschwingungsenergie abgeben und demnach eine Rückkopplung bewirken. Die in dem mit dem Steuersystem verbundenen Schwingungskreis 20 auftretenden Schwingungen werden auf diese Weise von einem geringen Bruchteil der Elektronen des Bündels (nämlich von den Sekundärelektronen) unterhalten, während den übrigen (primären) Elektronen mittels des zweiten Elektrodensystems 9, 10 Energie entnommen werden kann, ohne dass ein äusserer Rückkopplungskreis zwischen dem Elektrodensystem 9, 10 und dem Steuersystem 6, 7 erforderlich ist.
Die beschriebene Vorrichtung wirkt daher als Verstärker, wobei eine Entdämpfung der dem Steuersystem 6, 7 zugeführten Schwingungen erfolgt, oder als Generator, bei dem Schwingungen in dem mit dem Steuersystem verbundenen Kreis 20 erzeugt werden und dem mit dem zweiten Elektrodensystem 9, 10 verbundenen Kreis 14 verstärkt entnommen werden.
Es wird besonders darauf hingewiesen, dass die Erfindung sich nicht auf die Verwendung einer oder mehrerer Sekundärelektronen emittierender Elektroden beschränkt ist. Es ist auch möglich, bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung zwei oder mehr als zwei Kathodensysteme zu verwenden, welche gegeneinander isoliert sind. Es können beispielsweise eine oder mehrere Kathodenoberflächen als konzentrische Ringe ausgebildet sein, die eine andere kreisförmige Kathodenoberfläche umfassen. Bei einer solchen Vorrichtung kann erreicht werden, dass die von verschiedenen Kathodenoberflächen herrührenden Elektronengruppen mit verschiedener'Ge- schwindigkeit dadurch in das Steuersystem 6, 7 eintreten, dass den Kathodenoberflächen ein verschiedenes Potential gegeben wird.
PATENTANSPRÜCHE : l. Vorrichtung mit einer Elektronenröhre mit Geschwindigkeitssteuerung, bei der die Geschwindigkeitsänderungen in einer Einholelektrode in Intensitätsänderungen umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das in das Steuersystem eintretende Elektronenbündel aus einer Mischung von Elektronen besteht, die von wenigstens zwei verschiedenen Elektronenquellen herrühren.