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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.
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Rauschgeneratoren dienen beispielsweise als Nermalrauschquellen für
Empfindlichkeitsbestimmungen von HF-, VHF- und UHF-Empfangsanlagen oder als Störsender
in Radarstöreinrichtungen.
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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.
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Es ist bekannt daß magnetisierte Plasmen elektromagnetische Schwingungen
abgeben können.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die in der Einrichtung verstärkten elektromagnetischen Wellen induzieren
Felder im Ausgangskreis 12.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein am Innenleiter und an den entsprechenden Teilen des Außenleiters
vorgesehener ovaler Schlitz 81 bedingt einen ähnlichen Querschnitt der Kathoden
der Entladungsröhre.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.