DE1001773B - Elektronenroehre zur Verstaerkung sehr kurzer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre zur Verstärkung sehr kurzer Wellen, und zwar auf eine Röhre mit ebenen Elektroden und zwei Ausgangskreisen.

Elektronenröhren mit Raumladungssteuergittern, beispielsweise gewöhnliche Trioden, die zur Verringerung von Laufzeiteffekten nah benachbarte, ebene Elektroden besitzen, haben gegenüber Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation gewisse Vorteile. So können bei ersteren mit einer gegebenen Eingangsspannung relativ große Elektronenströme bei gleichzeitig großer Bandbreite gesteuert werden.

Unter gewissen Umständen kann jedoch nicht die ganze im Elektronenstrom enthaltene Hochfrequenzenergie nutzbar gemacht werden. Dies trifft beispielsweise zu, wenn das Eingangssignal sehr schwach ist, da dann die resultierende Dichtemodulation des Elektronenstroms unvollständig ist. Es können auch Schwierigkeiten bezüglich der Energieentnahme auftreten, wenn der Scheinwiderstand des Ausgangskreises zu niedrig ist, um die ganze verfügbare Energie zu entnehmen.

Elektronenröhren mit zwei Ausgangskreisen sind an sich bekannt. Bei den bekannten Röhren wird jedoch die als Folge der Energieabgabe des Elektronenstroms an den ersten Ausgangskreis auftretende Geschwindigkeitsmodulation unberücksichtigt gelassen, so daß hier noch nicht alle Möglichkeiten, Ausgangsenergie zu gewinnen, ausgeschöpft sind.

Der Zweck der Erfindung besteht also darin, weitere Mittel zur Entnahme zusätzlicher Ausgangsenergie aus einer Hochfrequenzröhre mit Raumladungssteuerung, die als Verstärker arbeitet, anzugeben.

Erfindungsgemäß ist deshalb eine Elektronenröhre zur Verstärkung sehr kurzer Wellen, bei welcher der das Steuergitter durchsetzende und durch die Steuergitterspannung in seiner Dichte modulierte Elektronenstrom in dem Raum zwischen dem Steuergitter und der nachfolgenden, gegenüber der Kathode positiv vorgespannten Elektrode Energie an einen zwischen diesen beiden Elektroden liegenden ersten Ausgangskreis abgibt, und bei welcher der Elektronenstrom auf seinem weiteren Weg vor Erreichung der Auffangelektrode nochmals Energie an einen zweiten Ausgangskreis abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrom unmittelbar nach der Energieabgabe an den ersten Ausgangskreis einen feldfreien Laufraum durchsetzt, welcher derart bemessen ist, daß die infolge der Energieabgabe an den ersten Ausgangskreis zwischen dem Steuergitter und der positiv vorgespannten Elektrode hervorgerufene Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstroms längs des Laufraums in eine Dichtemodulation umgewandelt wird,

Elektronenröhre zur Verstärkung
sehr kurzer Wellen

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. März 1953

Theodore Gregory Mihran

und Norman Talmadge Lavoo,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

sind als Erfinder genannt worden

durch die dann der zweite Ausgangskreis angeregt wird.

Wenn nämlich den Elektronen in dem ersten Auskoppelspalt Energie entnommen wird, so wird der Elektronenstrom geschwindigkeitsmoduliert. Unter den obengenannten Bedingungen, nämlich bei sehr geringem Signaleingangspegel oder bei einem Ausgangsresonator, dessen Resonanzwiderstand viel kleiner ist als der Innenwiderstand der Röhre, wird der Elektronenstrom in nutzbarer Weise geschwindigkeitsmoduliert. Nach dem Durchsetzen des Laufraumes besitzt er dann eine Dichtemodulation und kann in an sich bekannter Weise zur Erregung eines zweiten Ausgangsresonators benutzt werden. Somit liefert der Elektronenstrom, der gewöhnlich bereits nach dem Durchlaufen des ersten Ausgangsresonators an der Anode aufgefangen wird, eine zusätzliche Ausgangsleistung ohne jede Erhöhung des Röhrengleichstromes oder der Hochfrequenzeingangsleistung.

Die Zeichnung zeigt eine Hochfrequenzverstärkerröhre 1, in welcher der Elektronenstrom von einer Kathode 2 zu einer Auffangelektrode 3 übergeht. Vor der Kathode befindet sich ein Steuergitter 4 zur Steuerung der Dichte des Elektronenstroms entsprechend einem zwischen Kathode und Steuergitter liegenden Eingangssignal. Im weiteren Weg des Elektronenstroms liegt eine gitterförmige Beschleuni-

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gungselektrode 5. Diese stellt gleichzeitig den Anfang eines von hochfrequenten Feldern freien Laufraumes dar, der aus einem Hohlzylinder 6 gebildet wird und der seinerseits an seinem Ende eine weitere Gitterelektrode 7 besitzt. Die verschiedenen Elektroden sind vorzugsweise scheibenförmig, wobei die Elektrodenanschlußstellen am äußeren Scheibenumfang liegen. Der Röhrenkolben besteht u. a. aus einer Reihe von hohlen zylindrischen Isolatoren 8., welche gleichzeitig die Elektrodenabstände sicherstellen. Diese Abstandshalteringe sind mit den Elektroden in geeigneter Weise verschmolzen, und die gesamte Anordnung wird evakuiert.

Ein Eingangskreis 9 liegt zwischen der Kathode 2

der an den Rand der elektronendurchlässigen Beschleunigungselektrode 5 angeschlossen ist, als Außenleiter. Dieser Ausgangskreis wird durch einen Schieber 20 abgeschlossen, dessen axiale Lage so eingestellt wird, daß der Resonator 10 auf die gewünschte Frequenz abgestimmt ist. Der Schieber 20 enthält einen Isolator, beispielsweise einen Glimmerring, zwischen zwei Sätzen von Kontaktfedern, welche am Innen- und Außenleiter des Resonators anliegen, um das Gitter 4 von der Beschleunigungselektrode 5 gleichstrommäßig zu isolieren.

Eine Auskoppeleinrichtung zur Übertragung von Energie aus dem Ausgangsresonator 10 an einen Verbraucher wird zweckmäßig in Form eines konzen-

und dem Gitter 4 und ein erster Ausgangskreis 10 15 irischen Wellenleiters 21 vorgesehen, dessen Außenzwischen dem Gitter 4 und der elektronendurchlässi- leiter mit dem Außenleiter 19 des ersten Ausgangsgen Beschleunigungselektrode S₁ so daß die Röhre als resonators 10 verbunden ist und dessen Innenleiter gewöhnlicher Verstärker mit hochfrequenzmäßig ge- kapazitiv an den Innenleiter 11 des Ausgangsresonaerdetem Gitter arbeiten kann, wobei das Steuergitter 4

dem Eingangskreis und dem ersten Ausgangskreis gemeinsam ist.

Eine konzentrische Eingangsleitung 18 ist mit ihrem Außenleiter 11 an den äußeren Umfang der Gitterelektrode 4 und mit ihrem Innenleiter 12 an die

tors angeschlossen ist.

Wie oben erwähnt, wird jedoch häufig nicht die gesamte verfügbare Wechselströmenergie dem Elektronenstrom 'entnommen, wenn dieser den Spalt zwischen dem Gitter 4 und der Beschleunigungselektrode 5 durchsetzt, und den Resonator 10 erregt. Eine solche

Kathode 2 angeschlossen und stellt somit den Ein- 25 unvollkommene Energieentnahme kann insbesondere gangskreis dar. Das Raum ladungs Steuer gitter 4 ist mit dann auftreten, wenn das Eingangssignal so schwach dem negativen Pol einer Vorspannungsquelle 13 verbunden, die zwischen dem Außenleiter 11 und dem In

nenleiter 12 liegt. An der Kathode liegt ebenfalls ein

ist, daß der Elektronenstrom im Kathoden-Gitterraum unvollkommen moduliert wird oder wenn der Scheinwiderstand des belasteten Resonators 10 zu niedrig

verhältnismäßig hohes negatives Potential gegenüber 30 ist, um sich an den Innenwiderstand der Entladungs-Erde, das von einer Batterie 14 geliefert wird, die mit strecke anpassen zu lassen. Unter diesen Umständen ihrem negativen Pol an der Kathodenzuleitung liegt
und mit ihrem positiven Pol geerdet ist.

Die sehr vorteilhafte Einrichtung zur Bewerkstelligung der Gleichstromanschlüsse an die Kathode ist 35
mit einer doppelt wirkenden Eingangsabstimmeinrichtung kombiniert, welche aus zwei konzentrischen Abstimmleitungen 15 und 16 besteht, von denen jede mit
ihrem Außenleiter kapazitiv an den Außenleiter 11
des Eingangswellenleiters und mit ihrem Innenleiter 40 dem Gitter 4 und der Beschleunigungselektrode 5 eingalvanisch an dessen Innenleiter 12 angeschlossen ist. tritt, von diesem Elektron Arbeit gegen dieses Feld Ein dünner Glimmerring zwischen dem Außenleiter
jeder Abstimmleitung und dem Außenleiter des Eingangswellenleiters dient als kapazitiver Hochfrequenzkurzschluß und liefert gleichzeitig die Gleichstrom- 45 digkeitsverlust. Wenn umgekehrt ein Elektron in dem isolation für die Gittervorspannung. Die Kurzschluß- hochfrequenten Feld zwischen dem Gitter 4 und der schieber der Abstimmleitungen verbinden deren
Innen- und Außenleiter leitend, so daß das Kathodengleichpotential an die Außenleiter der Abstimmleitungen angelegt werden kann. Die Schieber sind so 50
eingestellt, daß der Scheinwiderstand der Eingangssignalquelle dem Scheinwiderstand der Röhre angepaßt wird. Die Schieber in den Abstimmleitungen
sind von üblicher Ausbildung. Der Mittelleiter der

einen Abstimmleitung wird vorzugsweise hohl aus- 55 ter Modulationsanteil, und die verbliebene Strahlgebildet, so daß eine Heizleitung 17 zum Anschluß an modulation kann gemäß der Erfindung in nutzbare die Heizstromquelle herausgeführt werden kann.

Eine Eingangssignalquelle, deren Signale verstärkt
werden sollen, ist an den Eingangskreis 9 angeschlossen, wobei das Ende der konzentrischen Eingangs- 60 und nach Durchtritt durch den feldfreien Raum im leitung 18 an der von der Röhre abgewandten Seite Zylinder 6 sind sie entsprechend ihren Geschwindigkonisch ausgebildet ist, um den konzentrischen keitsunterschieden gebündelt. Die gebremsten Elektro-Wellenleiter, der zu der Eingangssignalquelle führt, nen, welche jeweils einer Halbwelle der Eingangsder konzentrischen Leitung 11, 12 anzupassen. Es schwingung entsprechen, bleiben zurück, und die bekönnen auch andere Anordnungen für den Eingangs- 65 schleunigten Elektronen eilen vor, so daß Elektronenkreis an Stelle der dargestellten Ausbildung des Ein- pakete gebildet werden und somit der Elektronenstrom gangskreises verwendet werden. eine Dichtemodulation erfährt. Nach dem Austritt aus

Der erste Ausgangsresonator 10 besteht aus einer dem Laufraumrohr 6 ist der Elektronenstrahl so gekonzentrischen Leitung mit dem Außenleiter 11 des bündelt, daß er einen zweiten Ausgangsresonator 22 Eingangskreises als Innenleiter und einem Leiter 19., 70 erregen kann. Der Spalt dieses Resonators befindet

geben die Elektronen des Strahls nicht ihre ganze Energie an das Wechselfeld im Ausgangsspalt zwischen den Elektroden 4 und 5 ab.

Bei der Übertragung von Energie an den Ausgangsresonator 10 wird jedoch der Elektronenstrom geschwindigkeitsmoduliert. Dies bedeutet, daß, wenn ein Elektron des Elektronenstroms in der bremsenden Phase des hochfrequenten elektrischen Feldes zwischen

geleistet werden muß. Dabei wird ein Teil seiner kinetischen Energie an das elektrische Bremsfeld abgegeben, und das Elektron selbst erleidet einen Geschwin-

Beschleunigungselektrode 5 eine Beschleunigung erfährt, so wird Energie an das Elektron abgegeben, und es tritt eine Geschwindigkeitserhöhung des Elektrons ein. Wenn der Elektronenstrom entweder durch das Raiumladungssteuergitter nicht hundertprozentig dichtemoduliert worden war und/oder seine Energie bei der Erregung des Ausgangskreises 10 nicht restlos abgegeben hat, so verbleibt immer noch ein ungenutz-

Hochf requenzenergie verwandelt werden.

Die Elektronen, welche die Beschleunigungselektrode 5 durchsetzen, sind geschwindigkeitsmoduliert,

sich zwischen der Gitterelektrode 7 am Ende des Laufraumrohres und der Auffangelektrode 3.

Der zweite Ausgangsresonator 22 besitzt vorzugsweise wieder die Form eines konzentrischen Wellenleiters, dessen Innenleiter 23 am einen Ende mit der Auffangelektrode 3 und dessen Außenleiter 24 mit dem Rand der Gitterelektrode 7 verbunden ist. Die Länge dieses Wellenleiters, und somit auch seine Resonanzfrequenz, wird durch Verstellen des Kurzschlußschiebers 25 eingestellt. Dieser Schieber stellt auch eine Gleichstromverbindung zwischen der Auffangelektrode 3 und dem Laufraumrohr 6 zu den gitterartigen Elektroden 5 und 7 an beiden Enden des Laufraumes dar. Durch Erdung des Außenleiters 24 des zweiten Ausgangsresonators kommen die gitterartigen Elektroden 5 und 7, das Laufraumrohr 6 und die Auf fangelektrode 3 auf positives Potential gegenüber der Kathode. Dieses positive Potential wird von der Batterie 14 geliefert. Eine zweite Auskoppeleinrichtung 26, die zweckmäßig ebenso aufgebaut wird wie die erste Auskoppeleinrichtung 21., dient zur Entnahme von Energie aus dem zweiten Resonator 22. Auf diese Weise wird dem Elektronenstrom noch weitere Energie entnommen, und es wird somit ein größerer Verstärkungsgrad und ein besserer Wirkungsgrad erzielt.

Die den beiden Ausgangsresonatoren 10 und 22 entnommene Energie kann je nach Wunsch entweder getrennt verwendet oder kombiniert einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt werden. Gewünschtenfalls kann eine geeignete Einrichtung zur Kombination der beiden Ausgangsenergien ohne gegenseitige Störung der beiden Ausgangsstellen der Röhre benutzt werden. Eine weitere Erhöhung der Leistungsverstärkung läßt sich durch Rückkopplung der an den Ausgangsstellen erhaltenen Energie erreichen.

Claims (2)

PaTENTANSPHÜCHE:

1. Elektronenröhre zur Verstärkung sehr kurzer Wellen, bei welcher der das Steuergitter durchsetzende und durch die Steuergitterspannung in seiner Dichte modulierte Elektronenstrom in dem Raum zwischen dem Steuergitter und der nachfolgenden, gegenüber der Kathode positiv vorgespannten Elektrode Energie an einen zwischen diesen beiden Elektroden liegenden ersten Ausgangskreis abgibt, und bei welcher der Elektronenstrom auf seinem weiteren Weg vor Erreichung der Auffangelektrode nochmals Energie an einen zweiten Ausgangskreis abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrom unmittelbar nach der Energieabgabe an den ersten Ausgangskreis (10) einen feldfreien Laufraum durchsetzt, welcher derart bemessen ist, daß die infolge der Energieabgabe an den ersten Ausgangskreis zwischen dem Steuergitter (4) und der positiv vorgespannten Elektrode (5) hervorgerufene Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstroms längs des Laufraums in eine Dichtemodulation umgewandelt wird, durch die dann der zweite Ausgangskreis (22) angeregt wird.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (2) und das Steuergitter (4), das Steuergitter (4) und die positiv vorgespannte Elektrode (5) sowie die Auffangelektrode (3) und eine den Laufraum an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende begrenzende Gitterelektrode (7) die Koppelspalte für einen jeweils zwischen diesen Elektroden angeordneten konzentrischen Leitungsresonanzkreis bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 950 386.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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