DE614181C

DE614181C - Generator fuer ultrakurze Wellen

Info

Publication number: DE614181C
Application number: DEM120567D
Authority: DE
Original assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Current assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Priority date: 1931-07-28
Filing date: 1932-07-29
Publication date: 1935-06-03
Also published as: FR740405A; NL35854C; US2027017A; GB382638A

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator, zur Erzeugung von ultrakurzen Wellen unter Verwendung einer Entladungsröhre mit einem räumlich konzentrierten Elektronenstrahl.
Bekanntlich ist die Erzeugung von ultrakurzen Wellen, worunter Wellen von weniger als etwa 6 m Länge verstanden werden sollen, unter Verwendung von Elektronenröhren der üblichen Bauart mit Schwierigkeiten verbunden, welche u. a. mit den ungünstigen Anfachungsbedingungen bei sehr kurzen Wellen zusammenhängen. Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß durch Verwendung einer Entladungsröhre mit gebündeltem Elektronenstrahl, welche in einer neuartigen Schaltung arbeitet, behoben. Zum Unterschied von bekannten Kathodenstrahlrelais, bei denen eine räumliche Ablenkung eines Strahles konstanter Geschwindigkeit durch ein im Rhythmus des Steuervorganges veränderliches äußeres Feld erzeugt wird, wird dabei von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß ein Elektronenstrahl in einem konstanten magnetischen oder elektrostatischen Feld je nach seiner Geschwindigkeit verschieden stark abgelenkt bzw. gekrümmt wird. Erfindungsgemäß wird die Strahlgeschwindigkeit mit der räumlichen Ablenkung derart in Abhängigkeit gebracht, daß sich eine regelmäßige Pendelung des Elektronenstrahles mit einer der gewünschten Welle entsprechenden Frequenz ergibt.

-In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh- ' rungsformen des Erfindungsgedankens in fünf Abbildungen dargestellt.

Gemäß Abb. 1 enthält das Entladungsgefäß einen Heizfaden P₃ eine diesem gegenüberstehende, vorzugsweise als Blende ausgebildete Anode S und zwei Auffangelektroden A₁ und A₂. "Die ,Auffangelektrode A₂ ist einerseits mit der Anode 5" und andererseits über die DrosselnQ, C₂ und einen möglichst induktions- und kapazitätsfreien Widerstand R mit dem positiven Pol der Batterie HT verbunden. Die andere Auffangelektrode A₁ wird unmittelbar an einen Punkt der Batterie HT gelegt. Die Elektroden befinden sich in einem nicht dargestellten Gefäß, welches entlüftet und dann zweckmäßig mit einem Edelgas unter geringem Druck gefüllt wird. Durch ein senkrecht zur Zeichenebene verlaufendes konstantes Magnetfeld wird der von der Kathode F ausgehende und durch die öffnung der Anode 5* hindurchtretende Elektronenstrahl je nach der ihm durch die Anode S. erteilten Geschwindigkeit in eine der beiden punktiert eingetragenen Bahnen SPA₁ oder SPA₂ abgebogen und trifft auf eine der beiden Auffangelektroden A₁ oder A₂ auf. Die Einstellung ist so zu treffen, daß 6Ό der" Elektronenstrahl in seiner Anfangslage auf die mit dem Vorwiderstand R verbundene Auffangelektrode A₂ fällt. Infolge des durch den Widerstand R fließenden Stromes tritt

an diesem ein Spannungsabfall auf, demzufolge sich die an der Auffangelektrode A₂ und dadurch auch an der Anode 5" wirksame Spannung gegenüber der Kathode F verringert. Infolgedessen nimmt die Elektronengeschwindigkeit ab, und der Strahl beschreibt nunmehr die andere Bahn SPA₁, Da jetzt durch den Widerstand R kein Strom mehr fließt, tritt kein Spannungsabfall auf, und deshalb erhöht sich die wirksame Anodenspännung wieder auf den Anfangswert. Infolgedessen wird der Elektronenstrahl wieder stärker beschleunigt und nimmt seinen Weg längs der Kurve^P^· Man sieht daraus, daß der Elektronenstrahl zwischen den beiden Auffangelektroden A₁ und A₂ mit hoher Frequenz hin und her pendelt. Die so entstehende Schwingung kann von dem Widerstand R abgegriffen und nutzbar gemacht 2Q werden. Um einen Ausgleich der am Wider-· stand R auftretenden Wechselspannung über die Batterie und die Entladungsstrecke F-S zu verhindern, werden die beiden Hochfrequenzdrosseln C₁ und C₂ zu beiden Seiten des Widerstandes angeordnet.

Wenn der Widerstand R kapazitäts- und induktivitätsfrei ausgebildet wird, so hängt die Frequenz der erzeugten Schwingungen nur von der Geschwindigkeit der Elektronen und der geometrischen Anordnung des Elektrodensystems ab. Da die Elektronengeschwindigkeit und die Stärke des Magnetfeldes in Wechselbeziehung stehen, so geht auch letztere in die Frequenz ein. Der praktisch erreichbare Frequenzbereich ist einerseits durch die zur Verfügung stehenden Arbeitsspannungen und andererseits durch konstruktive Bedingungen eingeschränkt. Wenn man den Elektronenstrahl zu Kreisbögen von zu kleinem -Radius krümmen will, so müssen zwecks hinreichender Beschleunigung der Elektronen hohe Anodenspannungen angewendet werden, während ein zu großer Krümmungsradius naturgemäß Nachteile konstruktiver Art zur Folge hat. Durch Variation der Anodenspannung zwischen etwa 100 und einigen 1000 Volt ist man in der Lage, die Wellenlänge von etwa 5 bis 6 m bis auf 20 bis 30 cm zu verändern.

Der Widerstand R ist zweckmäßig als Entladungsstrecke ausgebildet. Man verwendet beispielsweise eine Zweielektrodenröhre, deren Elektroden einen Abstand von 1 mm oder darunter besitzen, so daß die Laufzeit der Elektronen zwischen den Elektroden, verglichen mit einer Schwingungsperiode, vernachlässigbar klein ist. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt. Hier bezeichnet D die Entladungsröhre, DB die dazugehörige Heizbatterie und C₁ die mit zwei Wicklungen versehene Drossel. Die Entladungsstrecke arbeitet vorteilhaft in dem linear ansteigenden (ungesättigten) Teil der Stromspannungskennlinie, so daß sie sich wie ein fester Widerstand verhält, von dessen Klemmen die Hochfrequenzschwingungen abgenommen und einem Nutzkreis zugeführt werden. Man kann diese Entladungsröhre mit den Elektroden des schwingungserzeugenden Systems in einem gemeinsamen Gefäß unterbringen und dadurch die Zuleitungen und die durch diese verursachten Verluste verringern.

In der Schaltung gemäß Abb. 3 ist die Entladungsstrecke durch einen auf die Nutzfrequenz abgestimmten Schwingungskreis CL ersetzt. Im Resonanzfalle wirkt dieser Schwingungskreis wie ein Ohmscher Widerstand und in gleicher Weise wie der in Abb. 1 angegebene Widerstands. '

Die Abb. 4 zeigt eine andere Bauart des Entladungsgefäßes, welche u. a. durch eine stromdurchlässige Elektrode (Schirmgitter) G ausgezeichnet ist. Den Zweck dieses Schirmgitters erkennt man bei der Betrachtung folgender Zusammenhänge: In Abb. 1 treffe der Elektronenstrahl zu einem gewissen Zeitpunkt längs der BahnSPA₂ auf die Auffangelektrode A₂ auf. Sobald die ersten Elektronen ankommen und durch den Widerstand R abfließen, entsteht an diesem ein Spannungsabfall, demzufolge nicht nur die an der Anode vS" liegende Spannung, sondern auch die Spannung an A₂ verringert wird. Infolgedessen wird die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles durch beide Elektroden beeinflußt und dieser daher in Richtung zur Auf fangelektrode A₁ abgelenkt. Diese hinter der Anode .S¹ ausgeübte Beeinflussung der Elektronenbahn ist unerwünscht und kann ^Io° durch Anordnung eines mindestens vor. der Auffangelektrode A₂ liegenden Schirmgitters G verhindert werden. Das Schirmgitter wird an eine konstante positive Spannung gelegt und dadurch erreicht, daß die Bahn des ^l°5 Elektronenstrahles ausschließlich von der an der Anode ü* wirksamen Spannung, nicht aber von den Spannungen an den Auffangelektroden abhängt. Die Zahl der auf die Auffangelektrode A₂ gelenkten Elektronen uo wird durch die Anwesenheit des Schirmgitters nicht wesentlich beeinträchtigt. Es ist zweckmäßig, aber nicht unbedingt erforderlich, die Schirmelektrode G an die gleiche Spannung wie die Auffangelektrode A₁ zu legen. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, die Schirmelektrode bis zur Anode 6" zu verlängern, damit das von dieser ausgehende und die Elektronenbahn beeinflussende elektrische Feld abgeschirmt wird.

Wenn sehr hohe Frequenzen erzeugt werden sollen, ist es notwendig, den Krümmungs-

radius der Elektronenbahn klein zu wählen, und man fertigt dann die Anode S mit der Auffangelektrode A₂ aus einem einzigen Stück an, welches zwei öffnungen "besitzt, hinter denen einerseits die Kathode F und andererseits die zweite Auffangelektrode A₁ angeordnet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Abb. 4 schematisch dargestellt. Nebst den bereits aus den vorhergehen-

to den Abbildungen bekannten Elektroden ist hier auch das Gefäß E dargestellt. Die Kathode F besteht aus einem Brenner H, der sich innerhalb eines mit einer Austrittsblende versehenen Hohlzylinders AS befindet. Wenn man bei dieser Konstruktion den Vorwiderstand R als Entladungsstrecke ausbilden will, so braucht man lediglich hinter der Anode eine weitere Kathode anzuordnen, die unmittelbar mit der Anodenbatterie zu verbinden ist.

Wenn Schwingungen niedrigerer Frequenz erzeugt werden sollen und daher ein größerer Krümmungsradius des Elektronenstrahles in Frage kommt, können die Elektroden A₂ und J? getrennt ausgebildet und innerhalb oder außerhalb des Vakuumgefäßes durch eine Leitung verbunden werden. Eine derartige. Anordnung zeigt die Abb. 5. Die Schirmelektrode G erstreckt sich in diesem Falle nur über die beiden Auffangelektroden A₁ und A₂ und ist mit der ersteren elektrisch leitend verbunden. Das zur Krümmung der Elektronenbahn erforderliche Magnetfeld wird durch einen außen angeordneten natürliehen oder Elektromagneten erzeugt. Natürlich kann die Ablenkung der Elektronen zu einer gekrümmten Bahn auch durch ein konstantes elektrisches Feld bewirkt werden.
Selbstverständlich muß die Elektronenbahn nicht kreisförmig gekrümmt sein oder einen Halbkreis bilden. Wesentlich für die Erfindung ist lediglich, daß durch eine Änderung der Elektronengeschwindigkeit die Lage des Auftreffpunktes des Strahles verändert und dadurch wieder eine Rückwirkung auf die Strahlgeschwindigkeit erzeugt wird. In vielen Fällen ist die halbkreisförmige Bahn am zweckmäßigsten, jedoch können Abweichungen sowohl im Sinne einer Verkürzung als auch einer Verlängerung dieser Bahn wünschenswert sein.

Claims

Patentansprüche:

I.Generator zur Erzeugung ultrakurzer Wellen unter Verwendung eines Ent-• ladungsgefäßes mit gebündeltem Elektronenstrahl, gekennzeichnet durch folgende Wirkungsweise: Ein von einer Kathode (F) ausgehender und durch eine vorzugsweise als Blende ausgebildete Anode (S) hindurchtretender und durch ein konstantes magnetisches oder elektrostatisches Feld zu einer gekrümmten Bahn gebogener Elektronenstrahl fällt auf eine ■ über einen Ohmschen Widerstand (R) mit einer positiven Spannungsquelle verbundene Auffangelektrode (A₂), worauf er infolge einer Verminderung seiner Beschleunigungsspannung, bedingt durch den am Widerstand (R) durch den Stromnuß entstehenden Spannungsabfall, auf eine unmittelbar an eine positive Spannunggelegte zweite Auffangelektrode (A₁) abgelenkt wird.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (S) mit der an dem Vorwiderstand (R) liegenden Auffangelektrode (A₂) elektrisch leitend verbunden ist.
3. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Auffangelektrode (A₂) außer dem Vorwiderstand (R) Drosseln (C₁, C₂) eingeschaltet sind.
4. Generator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (R) durch eine Entladungsröhre gebildet wird.
5. Generator nach Anspruch 1 bis 3, da- go durch gekennzeichnet, daß der Vqrwiderstand (R) durch einen auf die erzeugte Frequenz abgestimmten Schwingungskreis gebildet wird.
6. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (S) und die mit dem Widerstand verbundene Auffangelektrode (A₂) zu einem Stück vereinigt sind, welches zwei Öffnungen besitzt, hinter denen die Kathode (F) bzw. die andere Auffangelektrode (^₁) angeordnet sind.
7. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode (.S") und den Auffangelektroden eine stromdurchlässige Elektrode (Schirmgitter C-) angeordnet ist, die sich über die mit dem Vorwiderstand (R) verbundene oder über beide Auffangelektroden erstreckt und auf einem konstanten positiven Potential gehalten wird.
8. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schirmgitter (G) mit der auf einem festen positiven Potential gehaltenen Auffangelektrode (^₁) leitend verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen