DE1277941B - Gasentladungseinrichtung zur Erzeugung eines Hoechstfrequenzrauschspektrums - Google Patents

Gasentladungseinrichtung zur Erzeugung eines Hoechstfrequenzrauschspektrums

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DE1277941B
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gas discharge
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anode
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Nils Bertil Agdur
Ulf Erik Ternstroem
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ULF ERIK TERNSTROEM
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ULF ERIK TERNSTROEM
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/005Gas-filled discharge tubes with solid cathode specially adapted as noise generators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B29/00Generation of noise currents and voltages

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  • Plasma Technology (AREA)

Description

  • Gasentladungseinrichtung zur Erzeugung eines Höchstfrequenzrauschspektrums Die Erfindung bezieht sich auf einen Rauschgenerater mit einer Gasentladungseinrichtung zur Erzeugung eines Höchstfrequenzrauschspektrums. Innerhalb der Entladungskammer befindet sich wenigstens eine Kathode, wenigstens eine Anode und ein Gasdruck von mindestens 10-4 mm Hg und von höchstens 10-2 mm Hg. Außerdem ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes in der Entladungskammer vorhanden. Die Richtung des Magnetfeldes ist so bestimmt, daß Elektronen, die sich in wendelförmigen Bahnen längs der Feldlinien des Magnetfeldes bewegen, das Entladungsvolumen nicht verlassen können mit Ausnahme durch Einwirkung von Zusammenstößen und/oder Energiezuwachs aus dynamischen elektromagnetischen Feldern, die im. Entladungsvolumen spontan entstehen können. Einige Elektronen weisen dabei Geschwindigkeiten auf, die in der Größenordnung liegen, die der oder den Kathoden und der oder den Anoden entspricht. Andere Elektronen haben wesentlich geringere Geschwindigkeiten und bilden mit gleichfalls in der Entladungskammer vorhandenen Ionen ein Plasma. Ein Ausgangskreis für die erzeugte Rauschleitung ist in der Nähe des Plasmas derart angeordnet, daß die mit dem Rauschen verbundenen dynamischen elektromagnetischen Felder auf den Ausgangskreis übertragen werden.
  • Rauschgeneratoren dienen beispielsweise als Nermalrauschquellen für Empfindlichkeitsbestimmungen von HF-, VHF- und UHF-Empfangsanlagen oder als Störsender in Radarstöreinrichtungen.
  • Es ist bekannt, Leuchtstoffröhren oder Spezialelektronenröhren als Rauschquellen zu verwenden, wobei sich eine verhältnismäßig geringe Rauschausgangsleistung ergibt. Höhere Leistungen im Bereich von 1 Watt bis einige Kilowatt können erreicht werden, wenn man diesen bekannten Rauschquellen sogenannte Wanderfeldverstärker nachschaltet. Dies ergibt jedoch einen hohen Aufwand an elektronischen Bauteilen, teueren Spezigröhren, Speisespannungsversorgangsgeräten usw. Auch bekannte M-Carcinotreue in spezieller Ausführung zur Erzielung hoher Rauschleistungen sind aufwendig in der Konstruktion und teuer. Verschiedene magnetronartige Röhren für mittlere Rauschleistungen sind ebenfalls bereits verwendet worden. Es ist auch möglich, ein dem Rauschspektrum ähnliches Signal dadurch zu erhalten, daß ein schnell abstimmbares Carcinotreu bekannter Ausführungsform verwendet wird. Alle bekannten Methoden und Anlagen führen zu unpraktischen und teuren Konstruktionen mit hohem Aufwand, wenn eine hohe Rauschausgangsleistung in einem nicht zu kleinen Frequenzbereich erhalten werden soll.
  • Es ist bekannt daß magnetisierte Plasmen elektromagnetische Schwingungen abgeben können.
  • In der Zeitschrift »Funk-Technik«, 1963, Nr. 4, S. 105 bis 107, sind Rauschspektren von natürlichen kosmischen Plasmaströmen und künstlich erzeugten Plasmaströmen hinsichtlich Frequenz und anderer Eigenschaften diskutiert. Die Abbildung 23 dieser Veröffentlichung zeigt einen Plasmaverstärker. Er dient zusammen mit einem ün Entladungsraum in der Nähe des Plasmas angeordneten Ausgangskreis zur Erzeugung und Auskopplung einer elektromagnetisehen Schwingung definierter Frequenz bei sehr hoher Schwingungszahl. Die Ausgangsleistung ist gering, da besondere Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades nicht vorgesehen sind.
  • Die deutsche Auslegesehrift 1150 717 zeigt eine Entladungsvorrichtung vom Pennig-Typ, wobei die erzeugte Höchstfrequenzstrahlung durch Abstimmung eines in der Nähe des Plasmas angeordneten Ausgangskreis,es auf die gewünschte, Oberwelle zur weiteren Verwendung ausgekoppelt wird. Der hohe Oberwellengehalt der Plasmastrahlung wird dabei zur Erzeugung einer sehr hohen Ausgangsfrequenz ausgenutzt. Es lassen sich mit dieser Anordnung jedoch nur geringe Ausgangsleistungen erzielen, und der Wirkungsgrad hinsichtlich der abgegebenen Höchstfrequenznutzleistung ist sehr klein.
  • Eine in der französischen Patentschrift 1340 273 beschriebene Verbesserung einer Elektronenkanone zur Verwendung mit Magnetron- oder Klystronröhren vermag ebenfalls keine ins Gewicht fallende Erhöhung der Ausgangsleistung eines Rauschspektrums zu bringen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungsvorrichtung zur Erzeugung von Rauschspektren derart zu verbessern, daß sich mit einem geringen Aufwand ein Optimum an verfügbarer Ausgangsrauschleistung ergibt, so daß die Rauschquelle beispielsweise zur Verwendung in Sendern mit größerer Sendeenergie vorteilhaft verwendet werden kann, ohne daß aufwendige Verstärker nachgeschaltet werden müssen.
  • Erfindungsgemäß wird die geschilderte Aufgabe bei einem Rauschgenerator der erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Stärke des statischen Magnetfeldes und die Elektronendichte des Plasmas so bemessen ist, daß sowohl die Elektronenzyklotronfrequenz als auch die Plasmafrequenz des Plasmas höher ist als die Höchstfrequenz des in der Entladungsvorrichtung erzeugten Rauschspektrums.
  • Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen ist F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Gasentladungseinrichtung mit zwei Kathoden, einer Anode und mit einem Ausgangskreis in Form eines Hohlleiters, F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie A -A in der Fig. 1, Fig. 3 eine Darstellung einer Abwandlung der Einrichtung nach der Fig. 1, von oben gesehen, F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Kathoden, zwei Anoden und mit einem Ausgangskreis in Form eines Hohlleiters, F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Kathoden, einer Anode und einem Ausgangskreis in Form einer Koaxialleitung mit rechteckigem Querschnitt, F i g. 6 ein Schnitt nach der Linie B-B in der Fig. 5, Fig. 7 eine Darstellung eines Bauelementes der Einrichtung nach der F i g. 5 und 6, von oben her gesehen, F i g. 8 eine Darstellung einer Abwandlung des in der F i g. 7 dargestellten Bauelementes, F i g. 9 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, bei der die Anode aus dem ebenen inneren Leiter einer rechteckigen Koaxialleitung besteht, F i g. 10 ein Schnitt nach der Linie C-C in der Fig. 9, F i g. 11 (neben der F i g. 4) eine Darstellung eines abgeänderten Ausgangskreises für die in der F i g. 4 dargestellte Einrichtung, F i g. 12 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, bei der die Anode aus dem kreisrunden Außenleiter einer Koaxialleitung besteht, F i g. 13 ein Schnitt nach der Linie D-D in der F ig. 12, F ig. 14 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, bei der die Anode aus dem Innenleiter einer kreisrunden Koaxialleitung besteht, F i g. 15 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Kathoden und zwei Anoden, F i g. 16 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Kathoden, von denen jede aus einem rechteckigen Hohlleiter besteht, der sich in Richtung zur Anode in Form eines Pyramidenstumpfes erweitert, F i g. 17 ein Schnitt nach der Linie E-E in der Fig. 16, F i g. 18 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit einer Kathode und einer Anode, F i g. 19 eine Darstellung des Feldverlaufes in einem Teil der in der F i g. 18 dargestellten Einrichtung, F i g. 20 eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung einer besonderen Ausführung der Entladungskammer, F i g. 21 eine Darstellung einer Scheibe mit einer in der Mitte angeordneten öffnung, F i g. 22 eine Darstellung einer Scheibe mit einer Anzahl von auf der Scheibe gleichmäßig verteilten öffnungen, F i g. 23 eine Darstellung einer ringförmigen Scheibe mit einer Anzahl von gleichmäßig verteilten öffnungen, F i g. 24 eine Darstellung eines Gitters, F i g. 25 eine Darstellung eines ringförmigen Gitters, F i g. 26 eine Darstellung einer ersten Abwandlung der in der F i g. 20 dargestellten Einrichtung und F i g. 27 eine Darstellung einer zweiten Abwandlung der in der F i g. 20 dargestellten Einrichtung. Die in der F ig. 1 dargestellte Einrichtung weist eine Anode in Form eines Zylinders 11-11, zwei Kathoden 10, die symmetrisch an den Enden des Zylinders 11-11 angeordnet sind, und einen Ausgangskreis 12 auf, der mit dem Mittelabschnitt des Zylinders senkrecht zur Zylinderachse verbunden ist, die die Symmetrieachse der Kathoden 10 ist. Die Enden des Zylinders tragen vakuumdichte Verschlüsse in Form von ringförmigen Scheiben 13, während der Mittelabschnitt gegen den aus einem Hohlleiter bestehenden Ausgangskreis 12 mit Hilfe der Platten 17 abgedichtet ist, die für Mikrowellen durchlässig sind. Im Hohlleiter ist an dem einen Ende ein bewegbarer Kolben 18 angeordnet, der als Kurzschluß wirkt und zum Beeinflussen des Wirkungsgrades der Kopplung zum Ausgangskreis benutzt wird. Das andere Ende des Wellenführers stellt den tatsächlichen Ausgangskreis dar, wobei in der F i g. 1 der weiße (unausgefüllte) Pfeil die Strömungsrichtung der Ausgangsenergie anzeigt.
  • Am Zylinder 11-11 ist eine Magnetwicklung 14 angebracht, die an eine Gleichstromquelle 15 angeschlossen ist. Die Magnetwicklung erzeugt im Innern des Zylinders 11-11 ein Magnetfeld, dessen Richtung in der F ig. 1 durch den schwarzen Pfeil angezeigt wird. Dieses Feld könnte auch durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Die Kathoden 10 und der Anodenzylinder 11 stehen über eine Spannungsquelle 16 miteinander in Verbindung.
  • Die in der F i g. 1 dargestellte Einrichtung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise. Wie an sich bekannt, bewirkt das Ionenbombardement der Kathoden 10 ein Freisetzen von Elektronen, die auf Grund des höheren elektrischen Potentials der Anode 11 beschleunigt werden. Das statische Magnetfeld zwingt ein Elektron einen Pfad zu verfolgen, der wendelförmig um eine magnetische Kraftlinie herum verläuft, so daß das Elektron nur nach mehreren Schwingungen zwischen den Kathoden 10 und nach einer Anzahl von Zusammenstößen mit neutralen Gasatomen die Anode 11 erreichen kann. Jedes Elektron führt daher eine verhältnismäßig große Anzahl von ionisierenden Zusammenstößen aus, so daß verhältnismäßig schwache Ströme genügen, um ein Entladungsplasma hoher Dichte zu erzeugen, d. h. mit vielen Elektronen-Ionen-Paaren. Der ungefähre Bezirk, in dem dieses Plasma erzeugt wird, ist in der Fig. 1 und den anderen Figuren zwischen den Kathoden 10 schraffiert eingezeichnet.
  • Dieses aus langsamen Ionen und Elektronen, Gasatomen und schnellen Elektronen mit Geschwindigkeiten bis zu 10% der Lichtgeschwindigkeit bestehende Plasma ist im allgemeinen elektromagnetisch unstabil, d. h. elektromagnetisch, im Plasma entstehende Wellen können in einer Weise verstärkt werden, daß die Elektronen Energie an die elektromagnetischen Wellen abgeben können, die eine Phasengeschwindigkeit aufweisen, die ungefähr gleich der Geschwindigkeit der schnellen Elektronen ist.
  • Es wurden Versuche unternommen, um zu zeigen, daß Rauschen in der beschriebenen Einrichtung erzeugt und verstärkt wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: wobei fp die Plasmafrequenz des Plasmas, f, die Elektronen-Zyklotronfrequenz und fRauschen die höchste Frequenz des Rauschen, das erzeugt und verstärkt wird, ist.
  • Die Frequenzen fp und f, sind durch die folgenden Ausdrücke gegeben: wobei e die Elektronenladung, N die Anzahl der Elektronen pro Volumeinheit, m die Elektronenmasse, 80 die Dielektrizitätskonstante eines Vakuums und BO die magnetische Flußdichte ist.
  • Die in der Einrichtung verstärkten elektromagnetischen Wellen induzieren Felder im Ausgangskreis 12.
  • Zum Beispiel erzeugte eine Potentialdifferenz von etwa 700 Volt zwischen der Anode 11 und den Kathoden 10 und eine magnetische Flußdichte von ungefähr 0,15 Weber/m2 Rauschen mit Frequenzen bis zu ungefähr 4000 Nfflz.
  • Die Ausgestaltung des Ausgangskreises (des Hohlleiters) 12 ist im besonderen in der F i g. 2 dargestellt, die einen Schnitt nach der Linie A -A in der F i g. 1 zeigt.
  • Die in der F i g. 1 dargestellte Einrichtung kann so abgeändert werden, daß der Entladebezirk in Richtung längs des Hohlleiters 12 ausgedehnt wird. Auf diese Weise kann die Anpassung der Felder im Entladungsbezirk an die Felder des Hohlleiters geändert werden. Die F i g. 3 zeigt eine solche abgeänderte Einrichtung von oben gesehen. Die Entladeeinrichtung weist eine ovale Kathode 30 und einen Anodenzylinder 31, gleichfalls mit einem ovalen Querschnitt auf. Die vakuumdichte Trennscheibe für die Anode und die Kathode ist mit 33 bezeichnet. Diese Einrichtung weist gleich der Einrichtung nach der F i g. 1 zwei Kathoden auf. Aus der F i g. 3 ist zu ersehen, daß der Hohlleiter 12 so angeordnet ist, daß dessen Längsrichtung mit der Richtung der größten Querabmessung des Zylinders 31 zusammenfällt.
  • Die F i g. 4 zeigt eine Entladeeinrichtung, bei der das Gasentladungsrohr eine gesonderte Einheit bildet, die in den Ausgangskreis eingesetzt ist. Die Entladungsröhre besitzt zwei zylindrische Anoden 41, die an den Enden eines Isolierrohres angebracht sind, so daß deren Achsen zusammenfallen. Die Einrichtung weist ferner zwei Kathoden 10 auf, die symmetrisch längs der zusammenfallenden Achsen und so nahe an den zylindrischen Anoden angeordnet sind, daß diese sich zwischen den Kathoden befinden, Der Ausgangskreis besteht aus einem Hohlleiter 12, durch den die Gasentladungsröhre sich so hindurch erstreckt, daß die Längsrichtung des Hohlleiters 12 senkrecht zu den zusammenfallenden Achsen der Anoden und Kathoden verläuft. Das die Anoden miteinander vereinigende vakuumdichte Isolierrohr 43 ist für die in der Entladungsröhre erzeugten Wellen durchlässig.
  • Wie noch erläutert wird, kann als Ausgangskreis auch eine zylindrische oder rechteckige Koaxialleitung dienen. Die in der F i g. 4 dargestellte Einrichtung kann so abgeändert werden, daß der Ausgangskreis von einer rechteckigen Koaxialleitung 50, 52 (F i g. 11) gebildet wird, deren Innen- und Außenleiter mit Durchführungen für die Entladungsröhre versehen sind. In diesem Fall ist der Feldverlauf günstiger mit einer rechteckigen als mit einer kreisrunden Koaxialleitung.
  • Die in der Fig. 5 dargestellte Einrichtung weist eine Gasentladungsröhre auf, die der nach der Fig. 1 etwas ähnlich ist; jedoch besteht hier der Ausgangskreis aus einer rechteckigen Koaxialleitung 50, 52, wobei die den rechteckigen Innenleiter 50 und durch die beiden zum Innenleiter parallelen Wandungen des Außenleiters mit Ausschnitten für die Entladungsröhre versehen wurden, deren Mittelpunkte auf der Achse des Anodenzylinders 11 liegen. Ein bewegbarer Doppelkolben 18 ermöglicht eine Abstimmung der Einrichtung. Der Aufbau der Koaxialleitung ist aus der F i g. 6 zu ersehen.
  • Die F i g. 7 zeigt, von oben her gesehen, den Innenleiter der Koaxialleitung und das Loch für die Entladungsröhre. Bei der Einrichtung nach den F i g. 5 und 6 ist ein kreisrundes Loch vorgesehen; es kann jedoch in gewissen Fällen günstiger sein, einen ovalen Schlitz zu verwenden, wie in der F i g. 8 dargestellt, die einen anderen mit 80 bezeichneten Innenleiter zeigt.
  • Ein am Innenleiter und an den entsprechenden Teilen des Außenleiters vorgesehener ovaler Schlitz 81 bedingt einen ähnlichen Querschnitt der Kathoden der Entladungsröhre.
  • Die in der F i g. 9 dargestellte Einrichtung weist eine Entladungskammer mit einer Anode 91 und zwei Kathoden 90 auf. Die mit einer Durchführung 910 versehene Anode bildet einen Teil des ebenen Innenleiters 91 einer rechteckigen Koaxialleitung 90-91. Die Kathoden sind die beiden gegenüberstehenden Teile derjenigen Wandungen 90 des Außenleiters, die parallel zur Ebene des Innenleiters gelegen sind (vgl. auch F i g. 10, die einen Schnitt nach der Linie C-C in der F i g. 9 darstellt). Der Ausgangskreis ist die Fortsetzung der Koaxialleitung 90-91, wie durch den weißen Pfeil angezeigt wird.
  • Die schwarzen und die weißen Pfeile in den Figuren zeigen an, daß die Rauschenergie in einer zur Richtung des statischen Magnetfeldes senkrechten Richtung abgeleitet wird.
  • Es ist ferner möglich, die Rauschenergie in einer Richtung abzuführen, die mit der Richtung des statischen Magnetfeldes zusammenfällt oder dieser direkt entgegengesetzt ist, wie aus den noch zu beschreibenden Figuren zu ersehen ist.
  • Bei der Einrichtung nach der F i g. 12 bildet die Anode 121 einen Teil des Außenleiters einer kreisrunden Koaxialleitung 10-121, während die Kathoden Teile des Innenleiters der Koaxialleitung bilden. Der Aufbau der Koaxialleitung ist aus der F i g. 13 zu ersehen.
  • Bei der in der F i g. 14 dargestellten Einrichtung bildet die Anode 141 einen Teil des Innenleiters einer Koaxialleitung 140-141, während die Kathoden 140 Teile des Außenleiters der Koaxialleitung bilden. Die Entladung findet im Innern eines vakuumdichten Kolbens 142 und zwischen der Anode 141 und den Enden der beiden Kathoden 140 statt, die eine gewisse Entfernung voneinander aufweisen. Die Richtung des statischen Magnetfeldes fällt mit der Längsrichtung der Koaxialleitung zusammen.
  • Die Einrichtung nach der F i g. 15 weist gleichfalls eine kreisrunde Koaxialleitung auf; jedoch bestehen in diesem Fall die beiden Anoden 151 aus hohlen Teilen des Innenleiters der Koaxialleitung, während die beiden Kathoden 10 je eine in einen hohlen Teil von dessen offenem Ende etwas entfernt eingesetzt sind. Der Ausgangskreis wird von der Koaxialleitung gebildet, deren Außenleiter mit 152 bezeichnet ist.
  • Bei allen bisher beschriebenen Gasentladungseinrichtungen war das statische Magnetfeld fast homogen. Dies ist jedoch nicht immer erforderlich. Die F i g. 16 und 17 zeigen eine Entladungseinrichtung, bei der die Richtung des Magnetfeldes in der Mitte der Kammer mit der Richtung der Hohlleiter 160 zusammenfällt, wobei jedoch das Magnetfeld in der Nähe der Wandungen der Hohlleiter eine nicht vernachlässigbare Feldkomponente in einer zur Längsrichtung der Hohlleiter senkrechten Richtung aufweist. Bei dieser Einrichtung besteht die Anode aus einem Zylinder 161, zu dem die beiden Kathoden symmetrisch angeordnet und über Isolierkappen 162 vakuumdicht verbunden sind, wobei jede der Kathoden aus einem offenen rechteckigen Hohlleiter besteht, der sich in Richtung zur Anode 161 in Form eines Pyramidenstumpfes allmählich erweitert. Der Ausgangskreis besteht aus einem dieser rechteckigen Hohlleiter, und zwar aus dem auf der linken Seite in der F i g. 16 dargestellten Hohlleiter. Die F i g. 1.7 zeigt als Schnitt nach der Linie E-E in der F i g. 16 die Pyramidenforin der als Kathode dienenden Hohlleiter 160.
  • Die in den F i g. 18 und 19 dargestellte Gasentladungseinrichtung weist gleichfalls ein nicht homogenes statisches Magnetfeld auf. Die Einrichtung besitzt eine Anode und eine Kathode, wobei die Anode 181 den größeren Teil eines ringförmigen Rohres bildet, während die Kathode 180 zwischen den beiden Enden der Anode angeordnet ist und mit Hilfe der vakuumdichten Isolierteile 182 des ringförmigen Rohres an der Anode und von dieser getrennt angebracht ist. Weiterhin weist die Kathode 180 einen ringförmigen Aufbau auf, dessen, Achse im großen und ganzen mit der Mittelachse des ringförmigen Rohres zusammenfällt. Die Innenseite der Kathode ist konvex ausgebildet. Der Ausgangskreis besteht aus einem Hohlleiter 12 oder auch aus einer rechteckigen Koaxialleitung, die vom Rohr 181 ungefähr gegenüber der Kathode 180 radial abgeht. Wie aus der F i g. 19 zu ersehen ist ' wird das Magnetfeld an der Stelle der Kathode 180 verformt, wodurch die Bildung der ringförmigen Plasmasäule begünstigt wird. Bei den oben beschriebenen Einrichtungen schwingen die Elektronen zwischen den Kathoden hin und her; bei dieser Einrichtung können jedoch einige Elektronen durch das Loch in der Kathode 180 hindurchgelangen und im Innern des ringförmigen Rohres 181 einen oder mehrere Umläufe ausführen.
  • Versuche haben gezeigt, daß es möglich ist, die Rauschleistung mit Hilfe einer besonderen Ausgestaltung der Entladungskammer zu erhöhen. Die Einrichtungen von der nunmehr zu beschreibenden Art sind dadurch gekennzeichnet, daß in den Plasmabezirk ein Hindernis mit engen öffnungen eingeführt wird, die die Elektronen durchwandern müssen.
  • Die in der F i g. 20 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der Einrichtung nach der F i g. 1 nur durch die Ausgestaltung der Entladungskammer. Der Mittelteil des Zylinders 11-11 auf beiden Seiten des Hohlleiters 12 ist daher fast massiv, jedoch mit mehreren engen öffnungen oder Kanälen 121 für den Durchgang der Elektronen versehen. Aus der F i g. 20 ist zu ersehen, daß die Querschnittsfläche dieser Kanäle erheblich kleiner ist als die Querschnittsfläche der gesamten Entladungskammer. In diesem Fall sind die Kanäle 121 nahe an der Mittelachse des Zylinders angeordnet, wobei die Verwendung von Kathoden 10 mit undurchbrochenen Flächen vorzuziehen ist.
  • Diese Abwandlung der Erfindung ist jedoch nicht auf die soeben beschriebene Ausführung beschränkt, die einen fast massiven Mittelteil aufweist. Statt dessen können eine oder mehrere Scheiben mit einer oder mehreren öffnungen geeigneter Weite und Anordnung verwendet werden. Diese Scheiben werden in der Entladungskammer so angeordnet, daß die Elektronen diese öffnungen durchwandern können und müssen. Die F i g. 21 zeigt eine solche Scheibe mit einer in der Mitte gelegenen Öffnung. Der Durchmesser der öffnung kann einige Millimeter oder weniger betragen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Rauschleistungspegel sogar noch weiter angehoben werden kann, wenn die Entladungskammer so ausgestaltet wird, daß eine Entladung erhalten wird, die aus einer großen Anzahl paralleler Strahlen besteht. Die F i g. 22 zeigt eine für diesen Zweck ausgestaltete Scheibe mit einer Anzahl von Öffnungen oder Löchern, die gleichmäßig über die Scheibenfläche verteilt sind. Die F i g. 23 zeigt eine ringförmige Scheibe mit einer Anzahl von über die Ringscheibe hinweg gleichmäßig verteilten Löchern. In diesem Fall sollen die Kathoden hohl sein, so daß der Querschnitt der Kathoden dem der ringförmigen Scheibe entspricht. Es braucht jedoch keine Scheibe verwendet zu werden. Statt dessen kann ein Gitterwerk verwendet werden, das entweder einen ganzen Kreis nach der F i g. 24 oder eine ringförmige Fläche nach der F i g. 25 überdeckt.
  • Die soeben beschriebenen Scheiben und Gitter können bei allen in den F i g. 1 bis 19 dargestellten Einrichtungen als Verbesserungen vorgesehen werden. Wird mehr als eine Scheibe oder Gitter verwendet, so muß dafür gesorgt werden, daß die öffnungen der einen Scheibe oder des Gitters den öffnungen in der oder den anderen Scheiben oder Gittern entspricht, d. h. durch die öffnungen aller Scheiben oder Gitter sollen von demselben Magnetfluß durchzogen weIrden.
  • Die F i g. 26 zeigt eine Entladungseinrichtung mit zwei Gittern in der Entladungskammer. Die Bauelemente, die den Elementen der Einrichtung nach der F i g. 20 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, während die Gitter mit 71 und 72 bezeichnet sind. In den Bezirk zwischen den Gittern ist eine Wendel 73 eingeführt, die an dem einen Ende 74 an den Ausgangskreis der Einrichtung 12 angeschlossen ist.
  • Die F i g. 27 zeigt eine Entladungseinrichtung, deren Entladungskammer aus einem rechteckigen Hohlleiter 11 besteht, in den eine Anzahl von Platten eingebaut sind, wobei die Hälfte der Platten, im vorliegenden Fall sieben, an der einen Wandung 111 des Ilohlleiters 11 und die anderen sieben Platten an der gegenüberstehenden Wandung 112 angebracht sind. Die Platten sind in einem ringförmigen Bezirk mit Qffnungen versehen, während die Kathoden hohl sind und eine Wandstärke aufweisen, die ungefähr gleich der Weite des ringförmigen Bezirkes ist.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Rauschleistung sich wesentlich erhöht, wenn der Durchmesser der Entladungssäule auf einige Millimeter oder weniger verkleinert wird, und weiterhin wird der Rauschpegel angehoben, wenn eine große Anzahl paralleler, einen kleinen Durchmesser aufweisender Entladungsstrahlen erzeugt wird mit Hilfe einer Anode, die selbst aus einem Gitter oder einer Platte mit einer großen Anzahl von Löchern besteht oder mit diesen Elementen ausgestattet ist. Es wurde bereits erwähnt, daß zwei oder mehr Platten oder Gitter verwendet werden können. Bei der Verwendung von zwei Gittern entsteht ein symmetrischer Aufbau, der eine Verminderung der unerwünschten Erhitzung gewisser Kopplungselemente für den Ausggngskreis ermöglicht. Bei Verwendung von zwei Platten oder Gittern müssen jedoch die entsprechenden Löcher genau aufeinander ausgerichtet werden, welche Schwierigkeit bei einer Einrichtung mit nur einem Gitter oder einer Platte nicht entsteht. Die Löcher sollen so ausgestaltet und angeordnet werden, daß die Umwandlung der Eingangsgleichstromloistung in die Ausgangsrauschleistung mit dem größten Wirkungsgrad erfolgt, wobei viele Varianten möglich sind, von denen die Zeichnungen nur einige Beispiele zeigen. Versuche haben gezeigt, daß bei einer aus einem »Bündel« paralleler Plasmaströmungen die Außenstrahlen zum Teil die elektromagnetischen Felder abschirmen, die die inneren Strahlen umgeben. Die inneren Strahlen wirken daher weniger wirksam mit der Ausgangsvorrichtung zusammen, die sich außerhalb des Bündels befindet, und leisten einen geringeren Beitrag zur Rauschleistung als die außen gelegenen Strahlen. Dies ist der Grund für die oben beschriebene ringförmige Ausgestaltung der betreffenden Bauelemente. Die in den F i g. 26 und 27 dargestellten Entladungseinrichtungen weisen den Vorzug auf, daß die Kopplungselernente so ausgestaltet sind, daß sie die Fortpflanzung derselben Art langsamer Wellen wie die Plasmasäule zulassen, und daß deren Zusammenwirken mit dem Plasma sich über einen erheblichen Teil der Entladungssäule hinweg erstreckt. Dies bedeutet, daß die Felder der Wellen im Plasma mit geringen Verlusten auf den Ausgangskreis 12 übertragen werden können, in dem sie dann in schnelle Wellen umgewandelt werden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Gasentladungseinrichtung zur Erzeugung eines Höchstfrequenzrauschspektrums, mit wenigstens einer Kathode und einer Anode in der Entladungskammer und mit einem inneren Gasdruck von mindestens 10-4 mm Hg und höchstens 10-2 mm Hg, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes in der Entladungskammer, wobei die Richtung des Magnetfeldes so bestimmt ist, daß Elektronen, die sich in wendelförmigen Bahnen längs der Feldlinien des Magnetfeldes bewegen, das Entladungsvolumen nicht verlassen können mit Ausnahme durch Einwirkung von Zusammenstößen und/oder Energiezuwachs aus dynamischen elektromagnetischen Feldern, die im Entladungsvolumen spontan entstehen können, und wobei einige Elektronen Geschwindigkeiten aufweisen, die in der Größenordnung liegen, die der Potentialdifferenz zwischen der oder den Kathoden und der oder den Anoden entspricht, während andere Elektronen wesentlich geringere Geschwindigkeiten aufweisen und zusammen mit gleichfalls anwesenden Ionen in der Entladungskammer ein Plasma bilden, und mit einem Ausgangskreis für die erzeugte Rauschleistung, der in der Nähe des Plasmas derart angeordnet ist, daß die mit dem Rauschen verbundenen dynamischen elektromagnetischeu Felder auf den Ausgangskreis übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des statischen Magnetfeldes und die Elektronendichte des Plasmas so bemessen ist, daß sowohl die Elektronenzyklotronfrequenz als auch die Plasmafrequenz des Plasmas höher ist als die Höchstfrequenz (F) des in der Entladungsvorrichtung erzeugten Rauschspektrums.
  2. 2. Gasentladungseinrichtung mit einer Kathode und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Teil eines ringförmigen Rohres bildet, wobei die Kathode zwischen den beiden Enden der genannten Anode angeordnet ist, daß die Kathode einen ringförmigen Aufbau aufweist, dessen Achse allgemein mit der Mittelachse des ringförmigen Rohres zusammenfällt, und daß der Ausgangskreis aus einem Hohlleiter oder aus einer Koaxialleitung besteht, der (die) mit dem ringförmigen Rohr verbunden ist und von diesem radial abgeht (F i g. 18). 3. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Kathoden und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einem Zylinder besteht, daß die Kathoden an den Enden des genannten Zylinders symmetrisch angeordnet sind und daß der Ausgangskreis mit dem MitteIabschnitt des genannten Zylinders verbunden ist und senkrecht zur Achse des genannten Zylinders verläuft (F i g. 1, 3, 5, 7 und 8). 4. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einem Hohlleiter besteht (F i g. 1). 5. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder einen ovalen Querschnitt aufweist und daß der Hohlleiter so angeordnet ist, daß dessen Längsrichtung mit der Richtung der größten Querabmessung des Zylinders zusammenfällt (F i g. 3). 6. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einer rechteckigen Koaxialleitung besteht, deren rechteckiger Innenleiter mit einem Ausschnitt versehen ist, dessen Mittelpunkt auf der Achse des Zylinders liegt (F i g. 5). 7. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt oval ist, dessen größte Abmessung längs der Längsrichtung der Koaxialleitung verläuft, und daß die Kathoden einen ovalen Querschnitt gleich dem des genannten Ausschnittes aufweisen (F i g. 8). 8. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Kathoden und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einer Koaxialleitung besteht, deren Längsrichtung mit der Längsrichtung der Kathoden zusammenfällt (F i g. 9, 12 und 14). 9. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Teil des ebenen Innenleiters einer einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Koaxialleitung bildet, welcher genannte Teil mit einem Ausschnitt versehen ist, und daß die Kathoden zwei gegenüberstehende Außenwandungen der Koaxialleitung bilden, wobei die Ebenen der genannten Wandungen zur Ebene des Innenleiters parallel sind (F i g. 9). 10. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Teil des Außenleiters der einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Koaxialleitung bildet und daß die Kathoden Teile des Innenleiters der Koaxialleitung bilden (F i g. 12). 11. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Teil des Innenleiters der einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Koaxialleitung bildet und daß die Kathoden Teile des Außenleiters der Koaxialleitung bilden (F i g. 14). 12. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Kathoden und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis aus einem Hohlleiter besteht, dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung der Kathoden zusammenfällt (F i g. 16). 13. Gasentladungseinrichtung nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einem Zylinder besteht, an dessen Enden die beiden Kathoden symmetrisch angeordnet sind, daß jede Kathode aus einem offenen, rechteckigen, sich in Richtungen zur Anode allmählich erweiternden pyramidenstumpfförmigen Hohlleiter besteht und daß der Ausgangskreis aus dem einen der genannten rechteckigen Hohlleiter besteht (F i g. 16). 14. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Kathoden und zwei Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden die Form von hohlen Teilen des Innenleiters einer kreisrunden Koaxialleitung aufweisen, daß innerhalb eines je- den hohlen Teiles in einiger Entfernung vom offenen Ende eine Kathode angeordnet ist und daß der Ausgangskreis aus der genannten Koaxialleitung besteht (F i g. 15). 15. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Kathoden und zwei Anoden, dadurch gbkennzeichnet, daß die Anoden zylindrisch ausgebildet und an den Enden eines isolierenden Rohres angebracht sind, so daß deren Achsen zusammenfallen, daß die Kathoden längs der genannten zusammenfallenden Achsen nahe an den zylindrischen Anoden derart angeordnet sind, daß diese sich zwischen den Kathoden befinden, und daß der Ausgangskreis entweder aus einem Hohlleiter oder aus einer Koaxialleitung besteht, der (die) senkrecht zu den genannten zusammenfallenden Zylinderachsen angeordnet ist (F i g. 4). 16. Gasentladungseinrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Plasmabezirk ein Hindernis vorgesehen ist, das eine oder mehrere enge öffnungen aufweist, die die Elektronen durchwandern müssen. 17. GasentladungseinrichtungnachAnspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entladungskammer eine Scheibe oder Platte mit einer oder mehreren öffnungen angeordnet ist. 18. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Scheibe eine einzelne öffnung vorgesehen ist. 19. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe oder Platte mehrere öffnungen in gleichmäßiger Verteilung vorgesehen sind. 20. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Scheibe die Form eines Ringes aufweist und mit mehreren Öffnungen in gleichmäßiger Verteilung versehen ist. 21. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entladungskammer ein Gitter angeordnet ist. 22. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter die Form einer Ringscheibe aufweist. 23. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine erhebliche Dicke aufweist, so daß die genannten Öffnungen langgestreckte Kanäle bilden. 24. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entladungskammer zwei oder mehr Scheiben oder Platten angeordnet sind, von denen jede Scheibe oder Platte mit mindestens einer Öffnung versehen ist. 25. Gasentladungseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Plasmabezirk der Entladungskammer eine Ausgangseinrichtung angeordnet ist, die dieselbe Art von langsamen Wellen fortpflanzt, wie solche von der Plasmasäule fortgepflanzt werden, und die sich über einen wesentlichen Teil der gesamten Länge der Plasmasäule hinweg erstreckt. 26. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungskammer aus einem rechteckigen Hohlleiter besteht, daß von einer Anzahl von Platten die eine Hälfte an der einen Wandung des Hohlleiters und die andere Hälfte an der gegenüberstehenden Wandung angebracht ist. 27. Gasentladungseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppeleinrichtung aus einer Wendel besteht, die an dem einen Ende mit dem Ausgangskreis verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1150717; französische Patentschrift Nr. 1340 273-1 »Funk-Technik«, 1963, Nr. 4, S. 105 bis 107.
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