Elektrisehe Entfadungsröhre. (Tegenstand der Erfindung ist eine elek trische Entladungsröhre zum Detektieren elek trischer Schwingungen und insbesondere eine Röhre zum Detektieren von Schwingungen von besonders kurzen Wellen.
Die 'bisher bekannten Röhren zum Detek- tieren elektrischer Schwingungen, in denen gleichfalls ein Kathodenstrahl verwendet wurde, enthielten keine Mittel zur Steuerung der Elektronengeschwindigkeit. Die Detektion erfolgte meist mittels eines Gitters, das die Dichtigkeit des Elektronenstromes steuert. Obgleich sich mit solchen Röhren gute Er gebnisse für gewöhnliche Wellenlängen er reichen lassen, zeigen diese Röhren grosse Nachteile, wenn sie für Wellenlängen kleiner als 1 m, also für ganz kurze Wellen, ver wendet werden sollen.
Bei einer Röhre nach der Erfindung er folgt eine Detektion dadurch, dass ein von einer Kathode kommendes Elektronenbündel unter dem Einfluss der eingehenden Signal spgnnungen verzögert oder beschleunigt wird und infolge dieser veränderten Geschwindig keit eine Ablenkung in einem konstanten, vor der Anode angebrachten Ablenkfeld er hält.
Eine solche Röhre eignet sich nun beson ders gut zum Detektieren von Schwingungen, deren Wellenlänge 1 m untersebreitet, z. B. von der Grössenordnung von 10 cm ist.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 zeigt eine Röhre nach der Erfin dung mit einer damit verbundenen Verstär- kerstufe; Fig. 2 zeigt eine Röhre, bei der elektro magnetische Ablenkung angewendet wird. und ausserdem die Form der Röhre gekrümmt ist; Fig. 3 zeigt schliesslich eine andere Aus führungsform, bei der die Richtung der Elek tronen um 180 gedreht wird.
In Fig. 1 ist im Innern einer Hülle 5 eine Elektronenquelle 6 angeordnet. Aus dieser Elektronenquelle kommt ein Kathodenstrahl, der mit der gestrichelten Linie 10 bezeichnet ist. Dieser Strahl durchsetzt die Röhre und trifft endlich auf die am andern Ende ange ordneten Anoden 7, 8 und 9 auf. Zwischen der Kathode .und der Anode befindet sich vor den Anoden ein konstantes Ablenkfeld, das zwischen den Platten 11 gebildet wird. Unter gewöhnlichen Bedingungen, wenn der Röhre keine Signalspannungen zugeführt werden, trifft der Kathodenstrahl die Anode B. Damit nun dem Bündel eine Ablenkung in Abhän gigkeit von den eingehenden Spannungen ge geben wird, ist der Elektrodensatz 20 vorge sehen.
Dieser Elektrodensatz besteht aus einem Paar Leitungen \?3 und 24, mit denen kreisförmige Gitter 27 verbunden sind. Diese Gitter 27 sind wechselweise mit den Leitun gen 23 und 24 verbunden. Mit den Leitungen 23 und 24 sind weiter noch die nach aussen geführten Verbindungen 25 und 26 verbunden, die als Empfangselektroden der Schwingun gen wirksam sind. Wenn auf den Elektroden 25 und 26 ein Signal, zweckmässig von ganz kurzer Wellenlänge, ankommt, tritt in den Leitungen 23 und 24 eine stehende Welle auf, die sich über die Gitter 27 verteilt. Wenn der Kathodenstrahl 10 sich nun in der Mitte der Röhre bewegt und dabei also an den kreisförmigen Gittern 27 vorbeigeht, wird er entsprechend den Spannungen auf diesen Gittern verzögert oder beschleunigt.
Da die Röhre ohne Signalspannungen abgeglichen ist, wobei der Kathodenstrahl auf die Anode 8 fällt, erhält dieser Kathodenstrahl eine Ab lenkung, sobald seine Geschwindigkeit infolge der eingehenden Spannungen grösser oder kleiner wird. Der Strahl durchläuft dabei eine Strecke, die durch die gestrichelten Li nien 22 angedeutet ist. Er trifft dabei die Anode 7 oder 9, die miteinander verbunden sind. Diese Anoden sind ferner mit der Ver- stärkerstufe 36 verbunden. Zu dieser Ver- stärkerstufe werden die detektierten Schwin gungen in üblicher Weise verstärkt.
Um einer Röhre von der beschriebenen Art eine möglichst grosse Empfindlichkeit zu geben, werden die Gitter 27 einander mög lichst nahe angeordnet; zweckmässig ist der Abstand zwischen den Gittern jedes Paares kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge der empfangenen Trägerwelle und ferner sind die Abstände zwischen den Gitterpaaren unter einander gleich einem ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge der Trägerwelle. Weiter ist es zur Erhöhung der Empfindlichkeit und zur Verbesserung der Wirkung der Röhre zweckmässig, die Induktion der Leitungen und die Kapazität dieser Leitungen derart einzustellen, dass die mittlere Geschwindig keit der Elektronen dieselbe ist wie die Fort pflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen in den Leitungen 23 _ und 24.
Zwecks Erzie lung einer grossen Empfindlichkeit der Röhre ist es ferner noch wünschenswert, ein starkes Ablenkfeld anzubringen und die Beeinflussung der Geschwindigkeit der Elektronen auf einer möglichst grossen Weglänge zur Wirkung zu bringen. Es ist ersichtlich, dass eine solche Röhre nur für besonders kurze Wellen pas sende Abmessungen erlangt, da in diesem Fall die Abstände zwischen den Gitterpaaren von der Grössenordnung von einigen Zenti metern ist.
Soll diese Röhre für etwas grö ssere Wellenlängen verwendet und dennoch die Anforderung erfüllt werden, dass die Fort pflanzungsgeschwindigkeit der Elektronen im Bündel der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in den Leitungen 23 und 24 entspricht, und dass die Abstände zwischen den Gittern 27 einem ganzen Vielfachen einer halben Wellenlänge der Schwingung entsprechen, so kommt man zu einer praktisch unverwend baren Grösse der Röhre. Es ist deshalb wün schenswert, die Fortpflanzungsgeschwindig keit der Schwingungen in den Leitungen 23 und 24 zu beschränken. Eine mit Mitteln zur Beschränkung dieser Fortpflanzungsgeschwin digkeit versehene Röhre ist in Fig. 2 darge stellt. Die Bezugszeichen in der Figur ent sprechen denjenigen der Fig. 1.
In dieser Röhre ist kein elektrostatisches, sondern ein durch den schraffierten Teil 31 angedeutetes elektromagnetisches Ablenkfeld angewendet. Die Einstellung der Röhre ist hiebei wieder derart, dass der Kathodenstrahl die Anode 8 trifft, wenn keine Signalspannungen vorhan den sind. Ist jedoch eine Signalspannung vor handen, so ändert sich auch hier die Ge schwindigkeit der Elektronen, so dass sie die Anoden 7 oder 9 treffen und dann in einem Verstärker 36 verstärkt werden.
Damit nun die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in den Leitungen 23 und 24 beschränkt wird, hat man die Induktionen 35 vorgesehen, die zum Beispiel aus einigen Drahtwindungen bestehen können. Vermöge dieser Induktionen 35 kann man auch für grössere Wellenlängen die Ab stände zwischen den Gittern 27 klein halten. Die Abmessungen der Röhre werden dadurch beschränkt. Damit die Abmessungen der Röhre noch weiter beschränkt werden, kann letztere hufeisenförmig gestaltet werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
In Fig. 3 ist ferner auch noch ein durch den schraffierten Teil 40 angedeutetes Magnetfeld angebracht, das sich über den Teil der Röhre erstreckt, in dem die Geschwindigkeit der Elektronen durch die Gitter 27 geändert wird. Die Röhre hat infolgedessen eine Wesentlich grössere Empfindlichkeit erhalten, da die Elektronen schon während der Beschleunigung oder der Verzögerung eine Ablenkung erfahren. Dies ist durch die gestrichelten Linien 32, 33 und 34 angedeutet. In dieser Röhre sind ferner keine besonderen Mittel zur Beschränkung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Röhre in den Leitungen 23 und 24 angebracht.
Es ist daher wünschenswert, die gegenseitige Induktion dieser Leitungen möglichst gross zu halten, damit keine übermässige Grösse der Röhre notwendig ist. Die Röhre ist fer ner in üblicher Weise mit einem Verstärker 36 verbunden.
Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, wird die Detektion der Signale ausschliess lich durch Vergrösserung oder Verkleinerung der Elektronengeschwindigkeit erhalten. Die Röhre kann daher als Detektor mit veränder licher Geschwindigkeit bezeichnet werden.
Electric discharge tube. (The subject matter of the invention is an electrical discharge tube for detecting electrical vibrations and, in particular, a tube for detecting vibrations of particularly short waves.
The previously known tubes for detecting electrical vibrations, in which a cathode ray was also used, did not contain any means for controlling the electron speed. The detection mostly took place by means of a grid that controls the tightness of the electron flow. Although good results for ordinary wavelengths can be achieved with such tubes, these tubes show major disadvantages if they are to be used for wavelengths smaller than 1 m, ie for very short waves.
In a tube according to the invention, detection occurs in that an electron beam coming from a cathode is delayed or accelerated under the influence of the incoming signal voltages and, as a result of this changed speed, a deflection in a constant deflection field attached in front of the anode is maintained.
Such a tube is now particularly well suited for detecting vibrations whose wavelength is 1 m underneath, z. B. is of the order of 10 cm.
The drawing illustrates Ausfüh approximately examples of the subject matter of the invention. 1 shows a tube according to the invention with an amplifier stage connected to it; Fig. 2 shows a tube in which electro-magnetic deflection is applied. and furthermore the shape of the tube is curved; Fig. 3 finally shows another imple mentation form in which the direction of the electrons is rotated by 180.
In Fig. 1, an electron source 6 is arranged inside a shell 5. A cathode beam, which is denoted by the dashed line 10, comes from this electron source. This beam penetrates the tube and finally hits the anodes 7, 8 and 9 arranged at the other end. Between the cathode .und the anode there is a constant deflection field in front of the anodes, which is formed between the plates 11. Under normal conditions, when no signal voltages are supplied to the tube, the cathode ray hits the anode B. The electrode set 20 is provided so that the bundle is deflected depending on the incoming voltages.
This set of electrodes consists of a pair of leads 3 and 24 to which circular grids 27 are connected. These grids 27 are alternately connected to the lines 23 and 24. With the lines 23 and 24 the outward connections 25 and 26 are still connected, which are effective as receiving electrodes of the vibrations conditions. When a signal, expediently of a very short wavelength, arrives at the electrodes 25 and 26, a standing wave occurs in the lines 23 and 24 and is distributed over the grids 27. When the cathode ray 10 now moves in the center of the tube and thus passes the circular grids 27, it is decelerated or accelerated in accordance with the voltages on these grids.
Since the tube is balanced without signal voltages, the cathode ray falling on the anode 8, this cathode ray receives a deflection from as soon as its speed increases or decreases as a result of the incoming voltages. The beam traverses a route that is indicated by the dashed lines 22. It hits the anode 7 or 9, which are connected to one another. These anodes are also connected to the amplifier stage 36. The detected vibrations are amplified in the usual way at this amplifier stage.
In order to give the greatest possible sensitivity to a tube of the type described, the grids 27 are arranged as close to each other as possible; The distance between the gratings of each pair is expediently smaller than a tenth of the wavelength of the received carrier wave and, furthermore, the distances between the grating pairs are equal to a whole multiple of half the wavelength of the carrier wave. Furthermore, to increase the sensitivity and to improve the effect of the tube, it is advisable to adjust the induction of the lines and the capacitance of these lines so that the average speed of the electrons is the same as the propagation speed of the vibrations in lines 23 and 24 .
In order to achieve a high sensitivity of the tube, it is also desirable to apply a strong deflection field and to influence the speed of the electrons over the longest possible path. It can be seen that such a tube only achieves suitable dimensions for particularly short waves, since in this case the distances between the grid pairs are of the order of a few centimeters.
Should this tube be used for slightly larger wavelengths and still meet the requirement that the speed of propagation of the electrons in the bundle corresponds to the speed of propagation of the wave in lines 23 and 24, and that the spacing between the grids 27 is a whole multiple of half a wavelength correspond to the oscillation, one arrives at a practically useless size of the tube. It is therefore desirable to limit the speed of the vibrations in the lines 23 and 24. A tube provided with means for limiting this speed of reproduction is shown in FIG. 2 Darge provides. The reference symbols in the figure correspond to those in FIG. 1.
In this tube no electrostatic deflection field, but an electromagnetic deflection field indicated by the hatched part 31 is used. The setting of the tube is again such that the cathode ray hits the anode 8 when there are no signal voltages. If, however, a signal voltage is present, the speed of the electrons changes here too, so that they hit the anodes 7 or 9 and are then amplified in an amplifier 36.
So that the speed of propagation in the lines 23 and 24 is now limited, the inductions 35 have been provided, which can for example consist of a few turns of wire. By virtue of these inductions 35, the distances between the gratings 27 can also be kept small for larger wavelengths. This limits the dimensions of the tube. In order to further limit the dimensions of the tube, the latter can be designed in the shape of a horseshoe, as is shown in FIG.
In FIG. 3, a magnetic field indicated by the hatched part 40 is also applied, which extends over the part of the tube in which the speed of the electrons is changed by the grid 27. As a result, the tube has acquired a considerably greater sensitivity, since the electrons are already deflected during acceleration or deceleration. This is indicated by the dashed lines 32, 33 and 34. In addition, no special means for limiting the propagation speed of the tube in lines 23 and 24 are fitted in this tube.
It is therefore desirable to keep the mutual induction of these lines as large as possible so that the tube does not need to be too large. The tube is also connected to an amplifier 36 in a conventional manner.
As can be seen from the above description, the detection of the signals is obtained exclusively by increasing or decreasing the electron speed. The tube can therefore be referred to as a variable speed detector.