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Kathodenstrahlröhre zur Anzeige von Ortungssignalen auf dem Bildschirm
Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre zur Anzeige von Ortungssignalen-
auf dem Bildschirm mit einer ringgförmigen Kathode, mit Fokussierungsmitteln und
mit Ablenkelektroden zur Beeinflussung des Durchmessers des ringförmigen Elektrodenstrahles.
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Bei bekannten Signalübertragungsschaltungen, die bei Unterwasser-Schallenfernungsmeßgeräten
Verwendung finden, wird der Empfänger, jeweils nachdem ein ungerichteter Ultraschallsendeimpuls
ausgesandt worden ist, nacheinander in verschiedene Richtungen eingestellt. Dabei
muß der Empfänger über einen Azimutwinkel von 360° gedreht werden, wenn nacheinander
die Empfangsamplituden in Abhängigkeit von der Empfangsrrichtung beispielsweise
auf dem Leuchtschirm einer Wathodenstrahlröhre dargestellt werden sollen; Diese
Drehung des Empfängers kann mittels mechanischer oder elektrischer Schalteinrichtungendurchgeführt
werden, wobei jedoch in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Schalteinrichtung
ein Schaltgeräusch erzeugt wird, welches den Empfang schwacher Reflexionssignale
oder den Empfang von Echosignalen entfernter Ziele empfindlich stört.
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Da weiterhin der Empfänger während der Impulsfolgepeflode des Senders
- mehrrnals über den gesamten Azimutbereich gedreht werden muß, damit man eine genügend
große Auflösung des Meßbereiches erhält, ist es notwendig, sehr lange Sendeimpulse
zu verwenden, -deren Länge mindestens gleich bzw. mehrfach größer als die Drehperiode
des Empfängers ist. Nur in diesem fall treten genügend lange Empfangssignale auf,
welche durch ihre Länge sicherstellen, daß jedes Echosignal mindestens während einer
Drehung des Empfängers erfaßt wird.
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Durch die Erfindung wird eine Signalübertragungsschaltung geschaffen,
mit welcher es möglich ist, gleichzeitig Echosignale aus allen Richtungen zu empfangen
und bei welcher es nicht vorkommen kann, daß Empfangssignale verlorengehen, weil
dieselben durch die Empfangsanordnung während der Drehung nicht erfaßt werden.
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-Dies wird -e'rfindungsgemäß dadurch erreicht, die vor der kathode
in einer achsenkrechten Ebene eine Vielzahl von stabförmigen Steuerelektroden angeordnet
ist und daß die Strahlablenkelektroden aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten
Ringkörpern bestehen, die -den - Schirmbildkreisdurchmesser im Takte der - Synchronisierungsimpulse
von Sendesignalen im Sinne einer Laulzeitmessüng von einem Minimal- auf einen Maximalwert
stetig ändern.
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Demgemäß kann bei Verwendung der beschrie-
benen Kathodenstrahlröhre
ein gleichzeitiger Empfang und eine gleichzeitige Weiterleitung der Empfangssignale
aus allen Richtungen erfolgen, wobei keine Beschränkung durch die - Impulslänge
der Sendeimpulse gegeben ist Bei dieser Anordnung erfolgt auch keine Erzeugung von
Störgeräuschen infolge der Drehung des Empfängers. Es siellt dar F i g. 1 einen
Längsschnitt durch die beschriebene Kathodenstrahlröhre entlang der Schnittlinie
A-A in F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt durch die Kathodenstrahlröhre entlang
der Schnittlinie B-B in F i g. 1 und F i g. 3 ein Blockschaltbild der Signalübertragungsschaltung
mit der beschriebenen Kathodenstrahlröhre.
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Innerhalb eines evakuierten Glasgehäuses 2 einer Kathodenstrahlröhre
1 sin ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 3 und - ein Elektronenauffangschrim 4
untergebracht. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem besteht aus einer kreisringförmigen
Metallkathode 5, deren Querschnittsfläche im wesentlichen einen halben Kreisring
einnimmt, dessen jeweilige diametrale Stirnflächen in einer Ebene senkrecht zur'Rohrenachse
liegen. Die konvexe Oberfläche der Kathode ist mit einer-Elektronenemissiortsschicht
belegt und dem Elektronenauffangsschirm zugewandt. Die konkave Fläche des Kathodenringkörpers
5 nimmt eine Heizwicklung 6 auf, welche mittels einer keramischen Verbindung 7 gegen
den Kathodenk rper isoliert ist.
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Der Kathodenkörper ist an zahlreichen Drahtstiften 8 gehalten, welche
in einen Glaszylinder 9 eingeschmolzen sind. Dieser Glaszylinder erstreckt sich
etwa über die halbe Länge der Strecke zwischen Kathode 5 und Elektronenauffangschirm
4. Das innere Ende des Glaszylinders 9 ist dicht abgeschmolzen, und das äußere Ende
geht unmittelbar in das Gehäuse 2 über, so daß das Innere der Kathodenstrahlröhre
vakuumdicht abgeschlossen ist. Die beiden Zuleitungen der Heizwicklung 6 sind durch
das Glasgehäuse 2 herausgeführt und an eine Heizspannungsquelle H, H angeschlossen.
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In Richtung auf den Elektronenauffangschirm 4 hin schließt unmittelbar
an den Kathodenkörper 5 eine Gitteranordnung 10 an, welche im wesentlichen aus zwei
konzentrischen Kreisringen besteht, die in derselben Ebene angeordnet sind, so daß
sie zwischen sich einen kreisringförmigen Zwischenraum frei lassen. Derselbe fluchtet
unmittelbar mit der Elektronenemissionsschicht der Kathode 5 und mit dem Elektronenauff
angschirm 4. Wenn zwischen Kathode 5 und Steuergitter 10 eine geeignete Spannung
liegt, können die von der Kathode 5 ausgesandten Elektronen je nach der Höhe der
anliegenden Spannung durch das Gitter 10 hindurchtreten, oder sie werden an demselben
reflektiert.
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Im Anschluß an dieses Gitter 10 folgt in Elektroneriflugrichtung
eine kreisringförmige Steuergitteranordnung 13. Diese Steuergitteranordnung ist
auf zwei Trägerringen 11 und 12 aus Glimmer aufgebaut, welche innerhalb derselben
Ebene konzentrisch in bezug auf die Röhrenachse verlaufen und so zwischen sich einen
kreisringförmigen Zwischenraum frei lassen, dessen Durchmesser im wesentlichen dem
Durchmesser des Zwischenraumes des Gitters 10 gleich ist und mit diesem Zwischenraum
fluchtet.
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Über diesen Zwischenraum sind in radialer Richtung beispielsweise
insgesamt 48 Drähte gespannt. F i g. 2 läßt im einzelnen erkennen, daß jedes einzelne
Glied der Steuergitteranordnung 13 aus einem Draht besteht, dessen eines Ende beispielsweise
mittels eines keramischenBindemittels mit dem äußeren Glimmerring 11 verbunden ist.
Jeder Draht erstreckt sich in radialer Richtung nach innen über den inneren Glimmerring
12 und ist jeweils um eine zahnförmige Schneide der Innenkante des Glimmerrings
12 herumgelgt. Der Draht überdeckt dann wieder beide Ringe 12 und 11 in radialer
Richtung und ist durch das Röhrengehäuse 2 hindurchgeführt, so daß jedes Glied der
Steuergitteranordnung 13 einen äußeren Anschluß erhält, über welchen an das -betreffende
Gitterglied ein Steuersignal gelegt werden kann, welches die übrigen Gitterglieder
der Gitteranordnungl3 nicht beeinflußt. Wenn man an ein jedes Glied der Steuergitteranordnung
13 eine genügend große negative Spannung anlegt, können keine aus der Kathode 5
austretenden Elektronen im Bereich des betreffenden Steuergittergliedes durch die
Steuergitteranordnung 13 hindurchtreten. Die zahlreichen Drähte der Steuergitterglieder
dienen gleichzeitig als Trägerelemente für die Steuergitteranordnung 13.
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Die Glimmerscheiben 11 und 12 dienen als Abstandshalter zwischen den
Drähten der Gitterelemente 13.
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An die Steuergitteranordnung 13 schließt sich eine Fokussieranordnung
14 an, welche aus zwei konzentrischen Zylinderrohren besteht, welche das innere
Glasrohr 9 umschließen. An die Enden der Zylinderrohre 14 sind jeweils ebene Kreisringscheiben
15 an-
gesetzt, welche sich in Richtung aufeinander erstrecken. Der kreisringförmige
Zwischenraum zwischen den Ringscheiben 15 ergibt zusammenwirkend mit den Zylinderrohren
14 einen Elektronenstrahl mit kreisringförmigem Querschnitt, wenn an den Zylinderrohren
- 14 geeignete Spannungen anliegen.
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Die Zylinderrohre 14 sind jeweils durch Drahtstifte 16 abgestützt,
welche einerseits in das Glasrohr 9 und andererseits in das äußere Gehäuse 2 eingeschmolzen
sind. Der Durchmesser des kreisringförmigen Zwischenraumes zwischen den Ringscheiben
15 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser des Anodenringes 5 und liegt mit demselben
in einer Flucht, so daß die Elektronen, ausgehend von der Kathodenemissionsschicht,
in einer geraden Linie durch -das Gitter 10, die Steuergitteranordnung 13 und den
Zwischenraum zwischen den Ringscheiben 15 hindurchtreten können.
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An die Fokussierungsanode 14 schließt sich eine ringförmige Beschleunigungsanode
17 an, welche im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Fokussierungsanode 14
hat, wobei jedoch die Ringscheiben 15 fehlen. Der Ringraum zwischen dem Zylinder
der Beschleunigungsanode fluchtet mit den zuvor erwähnten Ringräumen, so daß die
Elektronen auch durch die Beschleunigungsanode in gerader Richtung hindurchtreten
können. Die Beschleunigungsanode wird ebenfalls von Drahtstiften 16 gehalten.
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An die Beschleunigungsanode 17 schließen sich zwei Ablenkelektroden
in Form von zwei Kegelstümpfen an. Der größte Durchmesser des Innenkonus 18 stimmt
im wesentlichen mit dem Durchmesser des inneren Anodenzylinders der Beschleunigungsanode
17 überein, wobei sich der Kegelstumpf in Richtung auf den Elektronenauffangschirm
4 hin verjüngt. Der der Beschleunigungsanode ' 17 zugewandte Durchmesser des Außenkonus
19 ist im wesentlichen dem Durchmesser des äußeren An6denzylinders der Beschleunigungsanode
gleich. Der äußere Konus öffnet sich in Richtung auf den Elektronenauffangschirm
4 hin. Die Ablenkplatten 18 und 19 sind jeweils in der oben beschriebenen Weise
an Drahtstiften gehalten. Die Innenflächen des Röhrengehäuses sind mit einem Belag
20 aus einem leitenden Material versehen.
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An die verschiedenen Elektroden der Kathodenstrahlröhre 1 können
beispielsweise in folgender Weise verschiedene Gleichspannungen angelegt werden:
Zwischen der Masseverbindung und einer, eine Gleichspannung von + 2000 V führenden
Anschlußklemme liegt ein Widerstand 21. Die positive Gleichspannung von 2000 V liegt
ebenfalls an dem Belag auf der Innenseite des Röhrengehäuses 2. Die äußere Ablenkplatte
19 liegt über einen Belastungswiderstand 22 an Masse. Über den Widerstand22 wird
jeweils die Ablenkspannung aufgebaut. Die innere Ablenkplatte 18 ist mit einem verstellbaren
Abgriff d.es Widerstandes 21 verbunden, wobei die innere Ablenkplatte auf eine positive
Spannung von beispielsweise einigen wenigen Volt eingestellt ist. Die Beschleunigungsanode
17 liegt unmittelbar an Erde.
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Zwischen der Masseverbindung und einer Spannungsquelle für eine Gleichspannung
von - 2200 V liegt eine Spannungsteileranordnung 23. Die Fokussierungsanode 14 ist
an einen verstellbaren Åbgriff der Spannungsteilerauordnung 23 angescMossen, so
daß das Potential der Fokussierungsanode beispielsweise
etwa -900
V beträgt. Jedes Einzelgitter der Steuergitteranordnung 13 ist über einen jeweils
besonderen Gitterwiderstand 25 an einen Ringleiter 25 a angeschlossen, welcher seinerseits
mit einem verstellbaren Abgriff der Spannungsteileranordnung 23 verbunden ist, so
daß die Spannung des Ringleiters 25 a etwa -2150V beträgt. Mittels eines weiteren
verstellbaren Abgriffes der Spannungsteileranordnung 23 kann das Potential des Gitters
10 auf etwa - 2000 V eingestellt werden. Das Potential der Kathode 5 wird mittels
eines verstellbaren Abgriffes auf etwa -2000V eingestellt. Wenn die genannten Spannungen
an den Elektroden der Kathodenstrahlröhre 1 liegen, erscheint auf dem Elektronenauffangschirm
4 eine Kreislinie, deren Intensität durch Einstellung der Spannung des Gitters 10
und durch Regelung der Spannungen der Gitter der Gitteranordnung 13 geändert werden
kann. Die Schärfe dieses Kreisringes kann durch Regelung der Spannung der Fokussierungsanode
14 beeinflußt werden.
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Der Durchmesser des Kreisrings schließlich ist durch die zwischen
den Ablenkplatten 18 und 19 liegende Spannung bestimmt. Wenn sich die Spannung zwischen
den Ablenkplatten sägezahnförmig ändert, nimmt der Durchmesser des Kreisringes beispielsweise
linear zu.
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Fig.3 zeigt ein Signalübertragungsnetzwerk, bei welchem die beschriebene
Kathodenstrahlröhre Verwendung findet. Eine Schallemfangsanordnung 26 umfaßt beispielsweise
achtundvierzig auf einer Kreislinie angeordnete Übertrager 27 mit einer jeweils
kreisförmigen Empfangscharakteristik. Die obere trager 27 des Empfängers26 sind
an ein Verzögerungsnetzwerk 28 angeschlossen, in welchem die Signale der verschiedenen
Übertrager jeweils nacheinander um bestimmte Phasenbeträge verzögert werden, so
daß man nacheinander achtundvierzig verschiedene Ausgangssignale erhält, welche
jeweils der Größe der Empfangsamplitude aus aufeinanderfolgender, jeweils um 7,50
auseinanderliegenden Azimutwinkelbereichen entsprechen. Die verschiedenen Ausgangssignale
des Verzögerungsnetzwerkes erreichen jeweils über einen Verstärker 29 eine Gitterelektrode
der Gitteranordnung 13 der Kathodenstrahlröhre 1. Infolge geeigneter Gleichspannungen
an dem Gitter 10 und an der Gitteranordnung 13 können die Strahlelektroden den Elektronenauffangsschirm
4 nicht erreichen, wenn keine Empfangsamplitude in der Emfangsanordnung 26 gemessen
wird. Wenn ein Empfangssignal aus einer bestimmten Empfangsrichtung über das Verzögerungsnetzwerk
28 und einen der Verstärker 29 die Gitteranordnung 13 der Kathodenstrahlröhre erreicht,
kann unter der Wirkung der betreffenden Gitterelektrode jeweils in Abhängigkeit
von der Empfangsrichtung ein Teil des Elektronenstrahls jeweils während einer positiven
Halbwelle des Empfangssignals zu dem Elektronenauffangschirm 4 gelangen. Dort entsteht
dann ein heller Lichtfleck, welcher in bezug auf eine Grundlinie des Elektronenauffangschirmes
die Richtung, aus welcher das betreffende Signal empfangen wurde, zur Anzeige bringt.
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Beim Betrieb eines Lltraschallortungsgerätes wird ein starker, in
einem Sender 30 erzeugter Sendeimpuls über einen Übertrager 31 nach allen Richtungen
abgestrahlt. Der Sender 30 löst gleichzeitig einen Kippgenerator 32 aus, welcher
an die Ablenkplatten 18 und 19 eine lineare Sägezahnspannung abgibt, so
daß sich
der Durchmesser des durch den Elektronenstrahl erzeugten Schirmbildes langsam erweitert.
Die von Ultraschallzielen herrührenden Echosignale erreichen dann über die Empfangsanordnung26,
das Verzögerungsnetzwerk 28 und die Verstärker 29 die Kathodenstrahliöhre 1. Der
jeweilige Abstand eines Leuchtflecks von dem Mittelpunkt des Schirmes 4 ist dann
ein Maß für den Abstand des betreffenden Ultraschallzieles von der Empfangsanordnung
26.
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Durch Verwendung der beschriebenen Kathodenstrahlröhre innerhalb einer
Signalübertragungsschaltung der zuvor beschriebenen Art erhält man eine Ultraschallempfangsanlage,
welche unmittelbar nach Aussendung eines Suchimpulses in das umgebende Wasser Empfangssignale
gleichzeitig aus allen Richtungen aufnimmt und dieselben auf dem Leuchtschirm der
Kathodenstrahlröhre zur Anzeige bringt.
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Bei einer derartigen Anordnung sind keine Umschaltungen erforderlich,
durch welche zusätzliche Störsignale erzeugt werden. Infolgedessen ist die Störsignalamplitude
sehr klein, so daß auch schwache Emfangssignale aufgenommen werden können.
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Es ist z. B. auch möglich, auf das Gitter 10 ganz zu verzichten.
Die Wahl der einzelnen Steuerspannungen hängt weitgehend von Einzelheiten des Aufbaus
der Röhre ab. Man kann auch einen im wesentlichen in einer Ebene verlaufenden Elektronenstrahl
vorsehen, wobei dann die Darstellung auf dem Leuchtschirm in kartesischen Koordinaten
erfolgt.
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Die beschriebene Kathodenstrahlröhre kann auch bei Radaranlagen, bei
Richtfunkanlagen und bei anderen Ortungsanlagen benutzt werden.