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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une
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DEMANDE DE 3R.'L'iT7!,1 1 t !J'V.;I'rIOIV
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Société dite : C. LORENZ AKTIENGFSELLSCHAFT. Tube à temps de parcours pourvu d'un seul champ haute-fréquence et d'un résonateur en H.
Demande de brevet déposée en Allemagne le 5 novembre 1943.-
Lors de la produotion d'ondes ultra-courtes de grande puissance au moyen de générateurs à tubes, le logement de la surface cathodique nécessaire provoque des difficultés considé- rables, car le plus souvent on utilise des circuits oscillants resp. des résonateurs dont toutes les dimensions sont déterminantes pour la fréquence propre du résonateur. Il a été proposé d'utiliser dans un tube à temps de parcours un résonateur en H constitué, lors d'une canalisation tubulaire concentrique, par l'insertion d'une traverse entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur. Dans ce générateur, un rayon électronique disposé en oblique est utilisé pour exciter le résonateur.
Le fonctionnement de ce générateur ressemble un peu à un générateur thérapeutique, le rayon est modulé dans le premier champ dans sa vitesse, dans le second champ haute fréquence, l'énergie du rayon est découplée.
L'invention se rapporte à un tube à temps de parcours à vitesse modulée présentant un seul champ haute-fréquence et est caractérisé par'l'emploi d'un résonateur en H dont la longueur d'onde dépend principalement de ses dimensions radiales.
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Le nouveau tube à temps de marcours possède dgalement un résonateur en H constitué, partant 'l'une conduite tubulaire concentrique, par l'insertion ci tune traverse entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur; cependant l'excitation du résonateur est réalisée au moyen d'un ou de plusieurs rayons électroniques qui ne traversent qu'un seul chnmp. Une belle disposi- tion possède par rapport à celle décrite précédemment l'avantage d'un montage plus simple;
de même pour une conformation appropries du résonateur et pour un choix convenable des noeuds d'oscilla- tions, plusieurs rayons électroniques peuvent pénétrer dans le résonateur, de sorte que pour des didensions approximativement égales, il est possible d'y produire des puissances de rayonnement plus élevées. Le mécanisme d'anorgage des oscillations est celui d'un tube à temps de parcours à un :;au). champ avec omdulatin de la vitesse c.à.d. que le rayon électronique est réglé- dans sa vitesse à l'intérieur d'un champ et modulé en densité.
Le mode de fonctionnement du générateur sera rapidement décrit à l'aide de la figure 1. La figure représente la coupe à travers le résonateur; la question de la conformation de l'anode, de l'ampoule en verre etc. n'est pas traitée en détails. Le résonateur en H est constitué par un conducteur intérieur creux 1 de diamètre r1 relié par l'intermédiaire d'une traverse 2 à un tube extérieur 3 de diamètre r. La canalisation tubulaire peut être des deux côtés ouverte ou fermée resp. n'être fermée que d'un côté.
La longueur d'onde fondamentale d'un tel résonateur correspond à environ le double de la périphérie moyenne du tube et ne dépend que peu de la longueur de la canalisation. A l'endroit 4, opnosé à la traverse, règne le champ électrique maximum, dont l'intensité est approximativement constante sur toute la longueur axiale du réso- nateur, au cas où celui-ci est ouvert;
a.u cas où celui-ci est fermé, il se produit une répartition sinusoïdale le Ion,':; de l'axe. Le rayon électronique est fourni par une cathode 5 disposée à l'intérieur du conducteur interne creux, envoyé, à travers le conducteur interne 1 pourvu à cet endroit d'une grille 6, dans le chame du résonateur et entre en contact avec la paroi extérieure 3 du réso- nateur, agissant dans ce cas comme anode.
Il se produit une excitation
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du résonateur lorsque, par le choix de la tension préalable des électrons, de la fréquence et du parcours électronique, un angle déterminé de temps de parcours d'environ 2 1/3 Ò est observé dans ce seul champ.
Différentes variantes de ce tube à temps de parcours seront traitées plus en détail ci-dessous.
La formation du rayon peut se faire à l'aide de moyens électrostatiques. Dans ce cas il est nécessaire de munir l'un ou les deux cylindres du résonateur de grilles afin de ne pas obtenir pour des largeurs de rayon importantes des champs haute-fréquence trop peu homogènes.
D'autre part la formation du rayon peut être réalisée par une concentration magnétique, en plaçant p.ex le tube électronique dans un champ magnétique dirigé perpendiculairement à l'axe du résonateur. Gomme il est possible d'obtenir au moyen de la concen- tration magnétique un rayon électronique considérablement plus concentré qu'avec la disposition mentionnée ci-dessous, on peut dans cette réalisation travailler sans grille et n'envoyer le rayon qu'à travers des diaphragmes à fente étroits. Une concentration de rayon électrostatique et électromagnétique combinée est cependant également possible.
Si en outre on utilise dans un tube une anode séparée, à laquelle on peut donner une tension préalable, il est possible de supprimer dans une large proportion des électrons secondaires pouvant nuire fortement au mécanisme d'amorgage des oscillations. En outre, le mécanisme d'amorçage des oscillations de ce tube dans le cas d'une anode spécialement constituée peut être fortement modifié en portant cette anode à un potentiel zéro ou en lui donnant, par rapport à la cathode, une tension négative, de sorte que le tube agit comme résonateur par réflexion (tube à champ de freinage à double Grille avec résonateur en H).
La traverse reliant les deux cylindres peut être oonstituée en métal. Dans ce cas, la même tension est appliquée aux deux cylindres. En vue d'obtenir un rendement plus élevé, il est avantageux d'appliquer aux deux cylindres des potentiels différents, la liaison entre les deux cylindres ne peut alors être réalisée que capacitivement. On arrive à cela en appliquant fermement sur
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chaque cylindre une surface métallique, entre lesquelles est dispose un diélectrique.
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Aussi longtemps que le rapport du dia'jiètre extérieur au diamètre intérieur du cylindre n'est; p''n bro'-) j=Tend , le résonateur peut être ouvert des deux cotés car 81.ors 1",(, oertep 'le r:Y0nnemollt se produisant aux deux surfaces :;":r::mt:-Ü8<) m sont pns S 1¯'l'U1'^..nt'û.
Dans l'autre cas, le résonateur est .C'ri"'1.' on vue d'éviter le rayonnement aux deux cotés. Pour cela on )eut :-li.,;l!Ùei1(;l1t fermier des doux côtés le résonateur par des tôles de feTt.1etUI'p. ou encore ;J(; .,"cüv,r: que l'enveloppe extérieure. Dans ce but on donne au conducteur ex-
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t-'rieur du résonateur une longueur plus grande qu'au conductour 'i.ntérieur et on fixe alors seulement les deux plans de ferr!mture.
Figure 2 montre un tel résonateur. Les clÜî'f'rr;c.; (1 référence sont les mêmes que ceux d.e la ficure 1, les plans de fermeture de le. canalisation tubulaire extérieure sont disignés par 7, 8 est la conduite pour le découplage de l'énergie haute-fréquence.
Le découplage de l'énergie haute-fréquence hors du résona-
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teur peut être réalisé de plusieurs nf,ni'2)rcs. Ou bien on raccorde dans une surface frontale 7 du résonateur la conduite de découplage dont le conducteur intérieur 9 est prolongé, au moyen d'une barre courbée 10 ou d'une boucle jusqu'aux environs du champ le plus puissant. Ou bien on dispose, comme la figure 3 le montre on prin- cipe, la canalisation de découplage S perpendiculairement à l'axe du résonateur à l'endroit du champ électrique maximum et on laisse pénétrer le conducteur intérieur légèrement dons le champ.
Au cas o on travaille avec des formes d'oscillations d'ordre plus élevé, le découplage peut, si c'est nécessaire, être effectué en plusieurs endroits.
L'accord du résonateur peut en principe être réalisé de plusieurs renieras. Ou bien on nodifie la capacité de la fixation du conducteur interne p.ex. en conduisent d'une manière isolée la traverse vers l'extérieur et en modifiant de l'extérieur, par dé- placement d'une plaque capacitive isolée, la capacitéentre les deux cylindres. On peut également laisser, à l'endroit du champ
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électrique maximum, dans l'enveloppe extérieure, une ouverture à travers laquelle une pointe métallique ou encore une pointe céra mique est plongée dans le ohamp. Un réglage peut également être obtenu en modifiant la distance d'un ou des deux plans de fermeture.
Une autre possibilité est enfin constituée par l'aooouplement énergique d'uneconduite fermée disposée à l'extérieur du tube; en modifiant la longueur de celle-ci, il est possible d'amener la fréquence propre du résonateur à l'intérieur de certaines limites.
Le nouveau tube à temps de parcours peut également être exécuté avec plusieurs rayons électriques p.ex. on peut travailler avec deux rayons électroniques voisins, issus d'une cathode trapézoïdale. et traversant un champ. Ceci offre la possibilité d'obtenir, à l'aide d'un résonateur à surfaces relativement grandes, pour des ondes très courtes de grandes puissances. Figure 1 représentait un résonateur oscillant dans son onde fondamentale, où seul un rayon électronique est utilisé. L'onde fondamentale y est égale à environ le double du pourtour. Figure 4 montre un résonateur en H1, pour lequel l'onde fondamentale est approximativement égale à la. circonférence moyenne résultant du pourtour du conductour interne et de celui du conducteur externe.
Un tel résonateur pourrait en principe également être constitué sans traverse, mais celle-ci est avantageuse pour des raisons mécaniques. Comme dans cette forme d'oscillation, il se forme à l'endroit da la traverse et à la face diamétralement opposée des noeuds de tension, on obtient dans les intervalles, deux ventres de tension. a ces en droits, l'excitation est réalisée par deux rayons électroniques émis du milieu du résonateur, p.ex. une cathode 12 de construction spéciale, émettant vers des cotés opposés. Les deux anodes sont désignées par 13. Une nouvelle augmentation du nombre de rayons électroniques est représentée a.ux figures !; et 6, dans lesquelles l'onde fondamentale est égale aux 2/3 resp. à la moitié du pourtour. Les numéros de référence ont la même signification que dans les figures précédentes.
Pour les systèmes rayonnants dessinés aux figures 5 et 6, une concentration électrostatique de rayon entre pratiquement en ligne de compte.
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Jusqu'à présent seuls les tubes à résonateurs ronds ont été décrits. En principe il est possible galement de travailler avec des résonateurs à section rectangulaire. deleest parfois à recommander pour des raisons de fabrication.
Les tubes décrits jusqu'.'''. présent travaillent comme une diode préalablement polarisée avec rasp. sans différences équipotentielles au champ haute-fréquence. En orincipe il est églement possible, de faire fonctionner un tel tube cornue une vraie diode sans tension préalable.
La diode préalablement polarisée à diffa:rents potentiels égaux peut également être considérée comme triode., pour autant que l'on donne à l'espace entre cathode et première grille les dimensions définies constituant un circuit oscillante
Si l'on constitue la grillede manière à donner lieu à une transparence importante, ce tube peut agir cornue une triode à nodulation par transparence.
Figures 7 et 8 montrent deux formes pratiques d'eyécution du tube pourvu d'un résonateur en H, danslesquelles Ion réalisa- tions discutées ci-dessus peuvent être utilisées. Figure 7 contre le résonateur fer mé des deux côtés, disposé coaxialement dans l'ampoule en verre du tube et dans lequel le découplage de la. haute-fréquence à l'extrémité supérieure du résonateur est réalisé par une ligne d'utilisation accouplée capacitivement au conducteur extérieur et, par l'intermédiaire d'une pointe de passage, au conducteur intérieur.
Figure 8 montre un tube, pourvu d'un résonateur ouvert disposé transversalement, au-dessus duquel peut être placée une chape-écran reliée à la ligne d'utilisation, constituant si- multanément le conducteur extérieur de la ligme de couplage. Dans ce cas, la variation de fréquence peut être réaliséc en codifiant la distance de la paroi-écran 14.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a
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REQUEST OF 3R.'L'IT7 !, 1 1 t! J'V.; I'rIOIV
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Company known as: C. LORENZ AKTIENGFSELLSCHAFT. Time-of-travel tube provided with a single high-frequency field and an H-resonator.
Patent application filed in Germany on November 5, 1943.-
When producing ultra-short waves of great power by means of tube generators, the accommodation of the necessary cathode surface causes considerable difficulties, since most often oscillating circuits resp. resonators all of whose dimensions are decisive for the natural frequency of the resonator. It has been proposed to use in a time-of-travel tube an H-shaped resonator formed, during a concentric tubular pipe, by the insertion of a cross member between the inner conductor and the outer conductor. In this generator, an electron beam arranged obliquely is used to excite the resonator.
The operation of this generator is a bit like a therapeutic generator, the ray is modulated in the first field in its speed, in the second high frequency field, the energy of the ray is decoupled.
The invention relates to a modulated velocity time-of-flight tube having a single high-frequency field and is characterized by the use of an H-shaped resonator whose wavelength depends mainly on its radial dimensions.
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The new running time tube also has an H-shaped resonator formed, starting from the concentric tubular duct, by the insertion of a cross member between the inner conductor and the outer conductor; however, the excitation of the resonator is carried out by means of one or more electron rays which pass through only one chnmp. A good arrangement has the advantage over that described above of a simpler assembly;
in the same way for a suitable conformation of the resonator and for a suitable choice of the nodes of oscillations, several electron rays can penetrate in the resonator, so that for approximately equal didensions, it is possible to produce there radiation powers. higher. The oscillation annealing mechanism is that of a tube with one:; au) travel time. field with speed omdulatin i.e. that the electron ray is regulated in its speed within a field and modulated in density.
The mode of operation of the generator will be briefly described with the aid of FIG. 1. The figure represents the section through the resonator; the question of the conformation of the anode, the glass bulb, etc. is not discussed in detail. The H-shaped resonator consists of a hollow inner conductor 1 of diameter r1 connected by means of a cross member 2 to an outer tube 3 of diameter r. The tubular pipeline can be open or closed on both sides resp. be closed only on one side.
The fundamental wavelength of such a resonator corresponds to approximately double the average periphery of the tube and does not depend very much on the length of the pipe. At location 4, opposite the cross-member, there is the maximum electric field, the intensity of which is approximately constant over the entire axial length of the resonator, in the event that the latter is open;
a.if this is closed, a sinusoidal distribution occurs on the Ion, ':; of the axis. The electron beam is supplied by a cathode 5 placed inside the hollow internal conductor, sent, through the internal conductor 1 provided at this location with a grid 6, into the resonator chain and comes into contact with the external wall 3 of the resonator, in this case acting as an anode.
There is excitement
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of the resonator when, by the choice of the preliminary voltage of the electrons, the frequency and the electronic path, a determined travel time angle of approximately 2 1/3 Ò is observed in this single field.
Different variations of this travel time tube will be discussed in more detail below.
The ray formation can be done using electrostatic means. In this case, it is necessary to provide one or both cylinders of the resonator with grids so as not to obtain, for large radius widths, high-frequency fields that are not very homogeneous.
On the other hand the formation of the ray can be carried out by a magnetic concentration, by placing for example the electron tube in a magnetic field directed perpendicular to the axis of the resonator. Since it is possible to obtain by means of the magnetic concentration an electron beam considerably more concentrated than with the arrangement mentioned below, it is possible in this embodiment to work without a grid and to send the ray only through Narrow slit diaphragms. A combined electrostatic and electromagnetic ray concentration is however also possible.
If, moreover, a separate anode is used in a tube, to which a preliminary voltage can be given, it is possible to remove a large proportion of the secondary electrons which can seriously harm the mechanism of initiation of the oscillations. In addition, the mechanism for initiating the oscillations of this tube in the case of a specially constituted anode can be greatly modified by bringing this anode to zero potential or by giving it, with respect to the cathode, a negative voltage, of so that the tube acts as a reflection resonator (double grid braking field tube with H resonator).
The cross member connecting the two cylinders can be made of metal. In this case, the same voltage is applied to both cylinders. In order to obtain a higher efficiency, it is advantageous to apply different potentials to the two cylinders; the connection between the two cylinders can then only be carried out capacitively. This is achieved by applying firmly to
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each cylinder has a metal surface, between which there is a dielectric.
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As long as the ratio of the outside diameter to the inside diameter of the cylinder is; p''n bro'-) j = Tend, the resonator can be opened on both sides because 81.ors 1 ", (, oertep 'the r: Y0nnemollt occurring at both surfaces:;": r :: mt: - Ü8 <) m are pns S 1¯'l'U1 '^ .. nt'û.
In the other case, the resonator is .C'ri "'1.' we can avoid the radiation on both sides. For that we) had: -li.,; l! Ùei1 (; l1t farmer on the soft sides the resonator by sheets of feTt.1etUI'p. or even; J (; ., "cüv, r: than the outer envelope. For this purpose we give the driver ex-
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the length of the resonator is greater than that of the internal conductor and only the two ferrule planes are then fixed.
Figure 2 shows such a resonator. ClÜî'f'rr; c .; (1 reference are the same as those in ficure 1, the closure planes of the outer tubular pipe are denoted by 7, 8 is the pipe for the decoupling of high-frequency energy.
The decoupling of high-frequency energy from the resonant
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tor can be realized by several nf, ni'2) rcs. Either the decoupling pipe, the inner conductor 9 of which is extended, is connected in a front surface 7 of the resonator by means of a curved bar 10 or a loop up to the vicinity of the most powerful field. Or, as FIG. 3 shows it in principle, the decoupling pipe S is placed perpendicular to the axis of the resonator at the location of the maximum electric field and the inner conductor is allowed to penetrate slightly into the field.
If you are working with higher order forms of oscillation, the decoupling can, if necessary, be done in several places.
The tuning of the resonator can in principle be carried out from several renieras. Or we modify the capacity of the fixing of the internal conductor, for example by driving the cross-member in an isolated way towards the outside and modifying from the outside, by moving an isolated capacitive plate, the capacity between the two cylinders. We can also leave, at the place of the field
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maximum electrical, in the outer casing, an opening through which a metal point or a ceramic point is plunged into the field. An adjustment can also be obtained by modifying the distance of one or both closure planes.
Another possibility is finally constituted by the energetic aoooupling of a closed conduit disposed outside the tube; by modifying the length of the latter, it is possible to bring the natural frequency of the resonator within certain limits.
The new time-of-flight tube can also be executed with several electric rays, eg one can work with two neighboring electron rays, coming from a trapezoidal cathode. and crossing a field. This offers the possibility of obtaining, using a resonator with relatively large surfaces, for very short waves of great powers. Figure 1 represented a resonator oscillating in its fundamental wave, where only an electron ray is used. The fundamental wave is equal to approximately double the perimeter. Figure 4 shows a resonator in H1, for which the fundamental wave is approximately equal to the. mean circumference resulting from the circumference of the inner conductor and that of the outer conductor.
Such a resonator could in principle also be formed without a cross member, but this is advantageous for mechanical reasons. As in this form of oscillation, it forms at the location of the cross member and at the diametrically opposite face of the tension nodes, one obtains in the intervals, two tension bellies. In this case, the excitation is carried out by two electron rays emitted from the middle of the resonator, eg a cathode 12 of special construction, emitting towards opposite sides. The two anodes are designated by 13. A further increase in the number of electron rays is shown in the figures! and 6, in which the fundamental wave is equal to 2/3 resp. halfway around. Reference numbers have the same meaning as in the previous figures.
For the radiating systems drawn in Figures 5 and 6, an electrostatic ray concentration is practically taken into account.
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Until now, only tubes with round resonators have been described. In principle, it is also possible to work with resonators with a rectangular section. sometimes to recommend for manufacturing reasons.
The tubes described up to. '' '. present work as a pre-biased diode with rasp. without equipotential differences in the high-frequency field. In principle, it is also possible to operate such a retort tube with a real diode without prior voltage.
The diode previously biased to different equal potentials can also be considered as a triode, provided that the space between cathode and first grid is given the defined dimensions constituting an oscillating circuit
If the grid is formed so as to give rise to a high degree of transparency, this tube can act as a nodulation triode by transparency.
Figures 7 and 8 show two practical embodiments of the tube provided with an H-resonator, in which the embodiments discussed above can be used. Figure 7 against the resonator iron on both sides, arranged coaxially in the glass bulb of the tube and in which the decoupling of the. high-frequency at the upper end of the resonator is achieved by an operating line capacitively coupled to the outer conductor and, through a through tip, to the inner conductor.
FIG. 8 shows a tube, provided with an open resonator arranged transversely, above which can be placed a screen cap connected to the use line, simultaneously constituting the outer conductor of the coupling line. In this case, the frequency variation can be achieved by coding the distance from the screen wall 14.