Elektronisches Laufzeitgerät. Mit den heute in der Fernmeldetechnik üblichen Elektronenröhren und .Schaltungs verfahren können nur Wellen oberhalb eines gewissen Wellenlängenbereiches verstärkt bezw. erzeugt werden. Mit diesen bekannten Einrichtungen ist die Verstärkung oder Er zeugung elektrischer Schwingungen von wenigen Dezimetern oder Zentimetern Wel lenlänge nicht möglich.
Dies liegt vor allem daran., dass bei den kürzesten Wellen die Laufzeit der Elektronern,,d. h. diejenige Zeit, welche die Elektronen brauchen, um von oder Kathode zur Anode zu gelangen, eine sehr wesentliche Rolle spielt. Die Verstärkereigen, scha.ften der Elektronenröhren und als Folge davon auch die Anschwingbedingungen des Elektronenröhrengenerators werden dadurch grundlegend verändert.
Der Laufzeiteffekt der Elektronen kann aber auch dazu verwendet werden, bei einem ursprünglich gleichförmigen Elektronenstrahl vermöge örtlicher Steuerung periodische Dichteschwankungen der Elektronenraum- ladung herzustellen. Lässt man nun einen ,derart veränderten Strahl an einem Resonator vorbeilaufen, oder tritt er durch einen solchen hindurch,
so können die bewegten Ladungen .des Strahls durch elektrostatische Kopplung Einen Teil ihrer Energie periodisch an den Resonator abgeben und letzteren zu Schwin- ; gun.gen anregen. Auf diese Weise lässt sich einmal ein Verstärkereffekt erreichen und weiterhin können die Schwingungen des Re- sonators dazu benützt werden, ihrerseits den Strahl phasenrichtig zu steuern. Es liegt dann ein Rückkopplungsvorgang vor, welcher bei richtiger Einregulierung die Selbsterre gung des Resonato@rs zur Folge hat.
Solche auf dem Laufzeiteffekt beruhende Verstärker nennt man auch elektronische Laufzeitverstärker und die auf Anwendung 4des Rückkop plungsprinzipes beruhenden ent sprechenden Generatoren elektronische Lauf zeitgeneratoren. Beide Arten von Geräten sind in verschiedenen konstruktiven Gestal tungen bereits bekannt. Die Leistungsfähig keit der Geräte hängt aber wesentlich von einer zweckmässigen Ausbildung der Einzel teile, wie Kathode, Elektronenstrahl und Re sonator, ab.
Der Elektronenstrahl soll eine möglichst grosse gesamte Stromstärke besit zen, der Resonator einen möglichst hohen Resonanzwiderstand haben, wobei bestimmte optimale Bedingungen für Leistung und Wir kungsgrad bestehen. Die Erfüllung all dieser Bedingungen. stösst aber mit den heute be kannten Geräten auf Schwierigkeiten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein elektronisches Laufzeitgerät, das zufolge geeigneter Gestaltung und An ordnung von. Glühkathode, Elektronenstrahl und Resonator bei vorgeschriebener Frequenz im Vergleich zu andern bekannten Geräten eine vielfach grössere maximale Leistung ab gibt. Ausserdem besitzt ,dasselbe bessere Ver- stärkereigenschaften bezw. günstigere Be- .dingungen für die Selbsterregung von Schwingungen.
Dieses neue elektronische Laufzeitgerät zum Verstärken oder zur Erzeugung ultra kurzer elektrischer Wellen, bestehend aus einer Glühkathode, einem Elektronenstrahl und einem Hohlraumresonator, kennzeichnet sich durch eine Glühkathode mit bandförmi ger emittierender Schicht, einen Elektronen strahl, dessen Querschnitt in der einen Rich tung bedeutend grösser ist als in der andern und in diesem Sinne im nachfolgenden als flach bezeichnet wird, und mindestens einen Hohlraumresonator, :dessen Längsdimension ein Mehrfaches der Querdimension beträgt und :
der in der Längsrichtung längliche Schlitze aufweist, durch die der Elektronen strahl den Hohlraumresonator quer zur Längserstreckung durchsetzt.
Bekanntlich darf einerseits die Dichte des Emissionsstromes in der Kathode einen be stimmten Betrag nicht überschreiten, ander seits kann die Kathodenfläche bei den übli chen Konstruktionen nicht beliebig vergrö ssert werden, da der Strahlquerschnitt not wendigerweise durch .die Ausdehnung des Hohlraummsonators begrenzt ist.
Bei der vor liegenden Erfindung wird eineVervielfachung des möglichen Strahlquerschnittes erreicht, indem sowohl die Kathode wie der Hohl- raumre@sonator in einer Richtung merklich verlängert wird. Damit erhält man einerseits eine Bandkathode und anderseits einen Hohl raumresonator, welcher im Verhältnis zu den Q,uerdime nsionen eine bevorzugte Längs dimension besitzt.
Da der Resonator trotzdem fähig sein muss, als Resonator für besonders kurze Wel len zu dienen, ergibt sich die Forderung, dass derselbe in einer Schwingungsart angeregt -erden soll, die einer Querschwingung und nicht einer Längsschwingung entspricht. Man lässt den anregenden Elektronenstrahl dabei den Resonator quer zu ;dessen langer Abmessung durchsetzen.
In der beiliegenden Zeichnung sind in den Fig. 1 bis 6 einige beispielsweise Aus- führungsformen von Resonatoren für elek tronische Laufzeitgeräte gemäss der vorlie genden Erfindung dargestellt.
F'ig. 1 zeigt die einfachste Form eines Itesonators, nämlich diejenige eines lang- gestreckten Prismas, der die erfindungsge mässen Bedingungen erfüllt. Darin sind mit 1 der Elektronenstrahl, mit 2 der Resonator und mit 3 die länglichen Schlitze bezeichnet.
In Fig. 2 ist eine Ausführung mit einem ringförmigen Resonator 2 und ringförmiger Kathode 4 dargestellt.
In Fig. 3 ist die Ringkathode 4 und der Ringresonator 2 in parallelen Ebenen orien tiert und besitzen eine gemeinsame Symme trieachse, wobei der Querschnitt des Elektro nenstrahls 1 in diesem Fall ebenfalls Ring form besitzt.
Diese in F'ig. 1 bis 3 ,dargestellten Formen des Resonators sind abhängig von der Form der gewählten Kathode und ergeben sich daraus zwangsläufig. Selbstverständlich kön nen längs des Weges des Elektronenstrahls verschiedene Resonatoren der angegebenen Bauart hintereinander angeordnet werden, wobei unter ihnen, wiederum Kopplungen möglich sind.
Das bei den beschriebenen Ausführungs beispielen zugrunde gelegte Prinzip der Bandkathode führt .gegenüber den Anord- nungen mit einer gleich grossen quadratischen oder kreisförmigen Fläche ausser zu den ge nannten noch zu verschiedenen andern Vor teilen. Einmal ist der Resonanzwiderstand des gestreckten Resomators höher,,da ,die Ver luste kleiner sind und da das Verhältnis von Induktivität zu Kapazität grösser ist.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit, da der aus schnellen Elektronen bestehende Strahl einen Generator mit hohem innerem Widerstand darstellt.
Sind ferner die Öffnungen, durch welche der Elektronenstrahl in den Hohlraumreso- nator eintritt und aus ihnen austritt, verhält nismässig gross, so entstehen einerseits schäd liche Dämpfungen,des Resonators und ander seits ergibt sich eine, unerwünschte Ausdeh nung und Verbreiterung des, elektrischen Wechselfeldes aus dem Innern des Hohlraum- reso.nators in den angrenzenden Raum hinaus. Diese Öffnungen können nun in bekannter Weise durch feine Gitter elektrostatisch ab geschlossen, werden.
Derartige Gitter geben aber bekanntlich Anlass zu Stromverlusten (des Strahls und @erhitzeni sich unter dem Ein fluss aufprallender Elektronen unter Umstän- den so. stark, dass Zerstörungen unvermeidbar sind. Die Aufgabe besteht daher darin, die Durchtrittsöffnungen so zu gestalten, dass ,das Innere des Resonator:s elektrostatisch möglichst abgeschirmt bleibt, die Anbringung ganz kurzer, parallel geschalteter Gitterstäbe, die eine gute Wärmeableitung gewährleisten, ,dagegen möglich ist.
Dies kann ,dadurch er reicht werden, dass die Öffnungen in Form von länglichen ,Schlitzen gewählt werden, eine Form, die- überdies auch dem Querschnitt des Elektronenstrahls und der Form,der Ka thode bei den gezeigten Ausführungsformen entspricht. Die länglichen Schlitze können dann durch ganz kurze Gitterstäbe über brückt werden, die zweckmä.ssigerweise Band form besitzen, wobei die Schmalseite in der Richtung des Elektronenstrahls und die Breitseiten parallel zu diesem ausgerichtet sind. In den Fig. 1 bis 6 sind diese Schlitze mit 3 bezeichnet.
In Fig. 4 ist ein ringförmiger Hohlraum resonatordargestellt,.der für einen Laufzeit generator geeignet ist. Der .durch eine Ring kathode erzeugte Elektronenstrahl. tritt bei der Ausführungsform, nach Fig. 4 durch ringförmige Schlitze 3 ein bezw. aus. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann er durch elektronen optische Blenden 5, welche zwischen tder ringförmigen Kathode 4 und dem Resonator 2 angeordnet sind, in den geometrisch rich tigen Bahnen gesteuert werden.
Hinter dem Resonator befindet sich eine Auffangelek- ti@o-de 6 mit niederem Potential, damit der Elektronenstrahl den grössten Teil seiner überschüssigen kinetischen. Energie vor dem Auftreffen auf diese abgeben kann..
Der gezeichnete Resonator 2 enthält da bei zwei Kapazitäten, welche im Sinne eines Spannungsteilers wirken und von welchen die eine die Steuerwirkung auf den Elektronen strahl ausübt, während die andere -die Schwingungsanregung durch den gesteuerten Elektronenstrahl übernimmt.
Das kennzeich nende Merkmal dieser einfachen Rückkopp lungsanordnung ist darin zu sehen, dass der Resonator nicht einen einfachen Hohlraum bildet, sondern durch den Zwischenraum zweier ineinander geschachtelter hohler Lei ter '2, 2a gebildet wird, derart"dass .der äussere den innern vollständig umfasst.
Der Elektro nenstrahl ist in Fig. 4 wieder mit 1 bezeich net, dl ist diejenige Strecke, längs welcher der Strahl durch das Feld der Kapazität C, gesteuert wird, d" die Strecke, die er im feldfreien Raum zurückliegt und d. die Strecke, längs, welcher seine Energie auf die Kapazität C2 und damit .den Resonator über tragen wird.
Es ist nun ohne weiteres einzusehen, da.ss die Strecken d, und d2 bezw. die Kapazitäten C, und C@ ungleich gross sein können, wo durch :ein für .die Selbststeuerung der,Schwin- gungsanregung geeignete Verhältnis der Spannungsteilung erreicht wird.
Der Reso- nator ist als hohler Ring ausgebildet, bei spielsweise mit rechteckigem Querschnitt, in welchem sich ein. zweiter Ring geeigneter Form befindet. Im Zwischenraum zwischen diesen beiden Ringen. liegt das Feld :der Schwingungen. Dabei muss ein Schwingungs typus angeregt werden, welcher sich symme trisch zur Rotationsachse verhält.
Fig. 6 sieht eine der Fig. 4 entsprechende Ausführungsform vor, bei der jedoch der Elektronenstrahl konzentrisch zum Reson ator verläuft. Die ringförmige Kathode 4 erzeugt den gathoJenstrahl 1. Der Elektronenstrahl gelangt durch die länglichen Schlitze in den Resomator 2. In der Achse des Resonators ist der Elektronenfänger 6 mit den beschriebe nen Funktionen angeordnet.