CH224052A - Vorrichtung mit einer Entladungsröhre, in der ein von einer Steuerschwingung in Dichte moduliertes Elektronenbündel erzeugt wird. - Google Patents

Description

  Vorrichtung mit einer Entladungsröhre, in der ein von einer Steuerschwingung  in Dichte moduliertes Elektronenbündel erzeugt     wird.       Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor  richtung mit einer Entladungsröhre, in der  ein von einer Steuerschwingung in Dichte  moduliertes Elektronenbündel erzeugt wird,  und bei der dem Bündel durch eine in der  Nähe des     Bündels    angeordnete     Ausgangs-          elektrode        Hochfrequenzenergie    entzogen wird,  welche Vorrichtung insbesondere zur Ver  stärkung von     Ultrahochfrequenzschwingun-          gen    geeignet ist.  



  Zweck der Erfindung ist, eine Vorrich  tung der genannten Art zu schaffen, mit  der ein sehr breites Frequenzband übertragen  werden kann, z. B. für Fernsehzwecke oder  zur Übertragung einer durch mehrere     Modu-          lationskanäle    modulierten Trägerwelle.  



  Dieser Zweck wird erfindungsgemäss da  durch erreicht, dass die     Ausgangselektrode     derart ausgebildet ist, dass das Bündel in  dieser Elektrode eine laufende Welle indu  ziert, deren Geschwindigkeitskomponente in  der Achsrichtung des Bündels wenigstens  nahezu jener der Elektronen entspricht. Vor-         zugsweise    besteht die Ausgangselektrode aus  einem     schraubenförmig    gewundenen     Leiter     für elektrische Wellen, bei dem der Wick  lungsschritt in der Bewegungsrichtung der  Elektronen abnimmt.  



  Auf diese     Weise    wird eine Vorrichtung  zur Verstärkung eines sehr breiten Bandes  ultrahoher Frequenzen von der Grössenord  nung von 300     Mhz    oder höher erhalten, die  nicht von der Eigenresonanz des Ausgangs  kreises abhängig ist.  



  Dem Bündel kann in der Weise Energie       entzogen.    werden, dass die der Ausgangs  elektrode seitens des modulierten Bündels ab  gegebenen Energiemengen vorzugsweise über  die     ganze    Weglänge additiv kombiniert  werden. Dies ist dadurch erreichbar, dass  die Elektronengeschwindigkeit wenigstens  nahezu der     achsialen    Geschwindigkeits  komponente der in der Ausgangselektrode  auftretenden laufenden Welle gleich .ge  macht wird.  



  Die auf .dem     Wege    des Bündels zum      Punkte, wo sie aufgefangen werden, wan  dernden Elektronen werden in der Ausgangs  elektrode nicht nur an der Stelle, wo die an  kommenden Elektronen an sie heranrücken,  sondern auch in den Windungen der Aus  gangselektrode, durch die sich die Elektronen  bereits     hindurchbewegt    haben, einen     Induk-          tionastrom    hervorrufen.

   Weil diese beiden  induzierten     Komponenten    des Stromes in der       Ausgangselektrode    die Elektronen des Bün  dels verzögern, wird eine ununterbrochene       Energieabgabe    über die ganze Ausgangs  elektrode auftreten, falls der     Bedingung     einer nahezu gleichen Fortpflanzungsge  schwindigkeit entsprochen ist.

   Dieser Bedin  gung kann auf zwei Weisen gerecht werden,  und zwar erstens dadurch, dass die Steigung  der     schraubenförmig    gewundenen Ausgangs  elektrode in dem     Masse    verringert wird, als  die     Elektronengeschwindigkeit        abnimmt,    und       zweitens    dadurch, dass der Wicklungsschritt       gleichbleibend    gehalten und der Elektronen  geschwindigkeit ein etwas höherer Anfangs  wert als die     achsiale        Geschwindigkeitskom-          ponente    der laufenden Welle erteilt wird.

    Das     erstgenannte    Verfahren hat den Vorteil;  dass die Elektronen in grösserem Masse ver  zögert werden, wobei ein grösserer Wirkungs  grad als beim zweiten Verfahren     erzieltwird.     Beim     zweiten    Verfahren tritt eine zu  nehmende     Phasenverschiebung    zwischen den  Elektronen und dem Strom in der Ausgangs  elektrode auf. Hierdurch kann die     Elektro-          nengeschwindigkeit    über einen beträchtlichen  Teil des Weges einen wenigstens nahezu       ,gleichbleibenden    Wert haben.

   Darauf wird  die     Phasenverschiebung    aber so     gross,    dass  eine     Beschleunigung    anstatt einer     Verzöge-          rung    der Elektronen eintritt. Eine solche Be  schleunigung     ist    unerwünscht, weil infolge  dessen ein Teil der dem Bündel entzogenen       Energie    ihm wieder     zugeführt    werden sollte.

    Es ist daher bei     Verwendung    eines schrau  benförmig ,gewundenen Leiters mit gleich  bleibender     Steigung    als Ausgangselektrode       erwünscht,    dass die Länge dieses Leiters nicht  so gross ist, dass eine     Beschleunigung    der  Elektronen     eintreten    wird.

      In der     Ausgangselektrode    werden auch  Ströme     induziert,    die in entgegengesetzter       Richtung        fliessen;    diese werden nicht auf die  beschriebene Art und Weise zusammenarbei  ten; es tritt daher an dem von der Ausgangs  seite     abstehenden    Ende der Ausgangselek  trode Energie auf, die vorzugsweise von  einem     Dämpfungswiderstand    aufgenommen  wird.  



  Zwei     Ausführungsbeispiele    des     Erfin-          dungsgegenstandes        .sind    in der beiliegenden  Zeichnung dargestellt und werden an Hand       derselben    nachstehend näher     erläutert.     



  Im     Ausführungsbeispiel    nach     Fig.    1 ist  eine Entladungsröhre mit einer entlüfteten  Hülle 1 dargestellt, in der eine Kathode 2,  ein     Glühdraht    3, ein     Gitter    4, zwei Beschleu  nigungselektroden 5, 5; eine Fangelektrode 6  und eine Elektrode 7 zur     Unterdrückung    von       Sekundäremission        angeordnet    sind.

   Die Be  schleunigungselektroden 5 sind     über    Drosseln  8 mit der positiven Klemme einer Spannungs  quelle verbunden; diese Drosseln verhüten  das Auftreten von     Hochfrequenzenergie    in  den Kreisen dieser     Elektroden.    Die Fang  elektrode 6 befindet sich auf einer hohen  positiven Spannung und die Elektrode 7 auf  einer niedrigeren positiven Spannung in Be  zug auf die Kathode. Das     Steuergitter    4 hat  eine negative     Vorspannung    in Bezug auf die  Kathode, und diesem     Steuergitter    werden die  durch eine     Leitung    10 der Vorrichtung zu  geführten     Schwingungen    über einen Schwin  gungskreis 9 zugeführt.

   Um das Bündel in  der Achse der Röhre     zusammenzudrängen,    ist  ein     magnetisches        Linsensystem    vorgesehen,  das aus einer Anzahl aufeinanderfolgender  Elektronenlinsen besteht, die durch Luft  spalten einer     Anzahl    Elektromagneten gebil  det     werden,    von denen die Buchstaben N,     S     die Nord- und Südpole andeuten, und die von  einer Spule 11 erregt werden, die von einer  in Reihe mit einem regelbaren Widerstand 13  geschalteten Batterie 12     ,gespeist        wird.     



  Um die Röhre 1 herum ist über den  grössten Teil des     Weges    des Elektronen  stromes ein schraubenförmig gewundener Lei  ter 14 angeordnet,     dessen        Steigung    in der      Richtung gegen die Fangelektrode 6 regel  mässig     abnimmt.    Die Windungen sind vor  zugsweise mittels eines zwischen denselben       angeordneten    Schirmes aus nichtmagneti  schem     Material    gegeneinander     abgeschirmt     und die     Steigung    ist immer derart gewählt,  dass die     Achsialgeschwindigkeit    der laufen  den Welle mit der der Elektronen überein  stimmt.

   Es sind mit andern Worten die Stei  gung und der     Durchmesser    der Spule derart  gewählt, dass die Geschwindigkeit der in dem  Leiter induzierten Welle eine     Projektion    auf  die     Röhrenachse    hat, die im wesentlichen :der  Elektronengeschwindigkeit entspricht. Auf  diese Weise wird eine schwache Kopplung  zwischen dem Elektronenstrom und jeder  Längeneinheit der Ausgangselektrode be  stehen, bei der aber den Elektronen eine  immer wachsende Energiemenge entzogen  wird, je weiter sie sich längs der Achse der  Schraubenlinie bewegen.

   Je nachdem dem  Elektronenbündel Energie entzogen wird,  werden die Elektronen verzögert, und weil  auch die Steigung der Schraubenlinie ab  nimmt, wird das für die Energieabnahme  gewünschte Verhältnis zwischen der Elek  tronengeschwindigkeit und der     achsialen     Komponente der Geschwindigkeit der laufen  den Welle längs der Schraubenlinie bei  behalten.  



  Da :diese Steigung     ausschliesslich    von den       Geschwindigkeiten    des Elektronenstromes  und den der laufenden Welle abhängig ist,  ist diese nicht auf kritische Weise von der  Wellenlänge     abhängig.     



  Die     Ausgangselektrode    14 ist von einer       Schirmbuchse    16 aus nichtmagnetischem,  leitendem     Material    umschlossen, die zur Ver  hütung unerwünschter Strahlung dient. Es  ist :dabei vorteilhaft, den     Schirm    16 inner  halb des magnetischen Linsensystems anzu  ordnen, zum     Zwecke,    eine für sämtliche Win  dungen der Ausgangselektrode gleichblei  bende Kapazität zwischen den Windungen  und der Schirmbuchse zu erhalten.  



  Das sich der Kathode am nächsten be  findende Ende der Ausgangselektrode 14 ist  von einem     Ohmschen    Widerstand 15 abge-    schlossen, der als     Dämpfungswiderstand    für  gegebenenfalls an diesem Ende auftretende  Schwingungen wirkt und zwischen das er  wähnte Ende der Elektrode 14 und das ent  sprechende Ende der Buchse 16 geschaltet  ist.  



  Die Belastungsimpedanz wird zwischen  die entgegengesetzten Enden der Ausgangs  elektrode und der Schirmbuchse 16 ange  schlossen, und zwar über eine nach einer       Verbrauchsvorrichtung,    z. B. einer Antenne,  führende     Übertragungsleitung    17, deren  charakteristische Impedanz an jene des Lei  ters 14 angepasst ist. Statt der Übertragungs  leitung 17 kann auch ein     ImpedaDztransfor-          mator    vorgesehen werden,     sofern    dieser die  gewünschte Bandbreite durchlässt, oder es  kann auch die Belastung unmittelbar an das  genannte Ende der     Aus,gangselektro,de    ange  schlossen werden.

   Durch     Anordnung    einer  angepassten Belastungsimpedanz wird das  Auftreten stehender Wellen     vermieden,    was  eine     beschleunigende    Wirkung auf das, Elek  tronenbündel herbeiführen könnte, wodurch  ein Teil der dem Bündel entzogenen Energie  diesem wieder zugeführt werden könnte.  



  Der     höchste    Wirkungsgrad wird erzielt,  wenn die charakteristische Impedanz der       schraubenförmig        ,gewundenen    Ausgangselek  trode einen hohen Wert besitzt. Ferner ist es  vorteilhaft, wenn durch die Steuerung Elek  tronengruppen erzeugt werden, deren Länge  wenigstens so .gross wieder     achsiale    Abstand  zwischen zwei oder mehreren Windungen  der schraubenförmig     gewundenen    Ausgangs  elektrode ist. Ausserdem wird der     :grösste     Wirkungsgrad erzielt, wenn die Röhre eine  möglichst grosse Länge hat.  



  Bei :einer praktisch ausgeführten Vorrich  tung war es möglich, bei einer Trägerwellen  frequenz von 390     Mhz    eine Bandbreite von  30     Mlhz    mit bloss einer     Änderung    von 3     4B    ,  über die ganze     Bandbreite    zu verstärken.  



  In     Fg.    2 ist eine andere     Aus.führungs-          form    der erfindungsgemässen     Vorrichtung     dargestellt, die sich von der Vorrichtung  nach     Fig.    1 im wesentlichen darin unterschei  det, dass die     ischraubenförmig    gewundene      Ausgangselektrode aus einem     dielektrischen     Wellenleiter 14' besteht, der einen U-förmi  gen Querschnitt hat und dessen offene Seite  dem Elektronenbündel zugewendet ist.

   Das  in     Fig.    2     dargestellte        Konzentrationssystem          besteht    aus einer Spule 18, die über     einen.          regelbaren    Widerstand 13 von einer Batterie  12     gespeist    wird. Ebenso wie bei der Aus  gangselektrode nach     Fig.    1 nimmt die Stei  gung des     schraubenförmig    gewundenen     U-för-          migen    Leiters in der Fortpflanzungsrichtung  der Elektronen ab.  



  Das Elektronenbündel gibt dem Wellen  leiter Energie ab, weil     -dessen    offene Seite       dem    Bündel zugewendet ist, so dass der  Wellenleiter mit dem Bündel     gekoppelt    ist.       Weiter    ist der     Leiter    mit Schlitzen versehen,  die sich in der Richtung der Radien der  Schraubenlinie     erstrecken.    Diese Schlitze       sind    in     Fig.    3 mit 22 bezeichnet und bewir  ken, dass die in dem Wellenleiter induzier  ten Ströme einen Weg durchlaufen, der  grösser als der     kleinste    Durchmesser des  Wellenleiters ist.  



  Der Wellenleiter 14' geht an der     Aus-          gangsseite,    in einen sich allmählich erweitern  den trompetenförmigen Verlängerungsteil  über, der die Energie in den Raum ausstrahlt.  



  Obwohl in den beiden oben geschilderten  Ausführungsformen der Erfindung die Aus  gangselektrode ausserhalb der entlüfteten  Hülle angeordnet ist, kann diese Elektrode  auch ohne Bedenken innerhalb der Röhre       aufgestellt    werden. Wenn ausserdem der       schraubenförmig    gewundenen Ausgangselek  trode in     Fig.    1 eine positive Spannung in  bezug auf die Kathode erteilt wird, kann  diese Elektrode an     deren    Eingangsseite als  eine Beschleunigungselektrode dienen, und  es wird zwischen ihren Enden ein im wesent  lichen feldfreier Raum gebildet, insoweit es  sich um Gleichströme handelt.

   Es kann     ge-          wünschtenfalls    auch ein hohles Elektronen  bündel erzeugt werden, wobei die Ausgangs  elektrode innerhalb dieses Bündels angeord  net werden kann. Zu     diesem    Zweck kann die  Kathode kreisförmig ausgebildet und gleich-         achsig    in     bezug    auf die Röhrenachse ange  ordnet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung, bei der innerhalb eines Va kuumgefässes ein .durch eine Steuerschwin- gung in Dichte moduliertes Elektronen bünidel erzeugt wird und bei der dem Bündel durch eine in der Nähe des Bündels angeord nete Ausgangselektrode Hochfrequenzenergie entzogen wird, insbesondere zur Verstärkung von Ultrahochfrequenzschwingungen, da durch gekennzeichnet, dass die Ausgangs elektrode derart ausgebildet ist,

   dass das Bün del in dieser Elektrode eine laufende Welle induziert, deren Geschwindigkeitskomponente in der Achsrichtung des Bündels jener der Elektronen wenigstens nahezu entspricht. UNTERANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ausgangs elektrode aus einem schraubenförmig ge wundenen Leiter für elektrische Wellen be steht. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet; dass die Steigung der Ausgangselektrode in der Bewegungsrichtung der Elektronen ab nimmt. 3.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche erreicht wird, dass zwischen den Windungen keine gegenseitige Kopplung auftritt. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Leiter aus einem hohlen dielektrischen Wellenleiter mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt be steht, bei dem die offene Seite dem Elektro nenbündel zugewendet ist. 5.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine an die Impedanz des schraubenförmig gewundenen Leiters ange passte Belastungsimpedanz mit dem in der Nähe des Endpunktes des Bündels liegenden Ende des Leiters gekoppelt ist. 6.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungswider- stand mit dem in der Nähe des Anfangs punktes des Bündels liegenden Ende des Leiters gekoppelt isst. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, 5 und 6, da- durch .gekennzeichnet, dass der Leiter von einer Schirmbuchse umschlossen ist.

   B. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schraubenförmig gewundene Leiter ,das Elektronenbündel umsühliesst oder vom Elektronenbündel umschlossen wird.