DE637605C - Anordnung zum Empfang und zur Verstaerkung elektrischer Schwingungen im Bereich von Zentimeter- bis Dezimeterlaenge - Google Patents

Description

Die zunehmende Bedeutung der ultrakurzen Wellen für die Zwecke der Technik macht es wünschenswert, für die Beherrschung und technische Ausnutzung solcher Wellen nicht grundsätzlich neue Wege gehen zu müssen, sondern, aufbauend auf den Erfahrungen im Gebiete der längeren Wellen, Einrichtungen zu schaffen, deren Wirkungsweise im Anschluß an diese Erfahrungen bis in alle Einzelheiten zu durchschauen und zu berechnen ist. Die Erfahrungen, welche man von längeren Wellen her hat, bedürfen im Gebiete der Kurzwellen in zweierlei Richtungen einer Ausgestaltung. Während im Gebiete der längeren Wellen die Elektronenlaufzeit vernachlässigt werden kann, kommt sie als endliche Größe bei Schwingungen kurzer Dauer, also bei den hohen Frequenzen der Ultrakurzwellen, in Betracht. Andererseits spielt der Anschluß der Elektrode an die Schaltanordnung bei den längeren Wellen nicht die Rolle, welche ihm bei den kurzen Wellen zukommt, da die Ausdehnung der Elektrode im Gebiete der längeren Wellen immer sehr klein gegenüber der Wellenlänge ist. Im Gebiet der kurzen Wellen ändert sich das Verhältnis und verlangt besondere Aufmerksamkeit.

Zur Verstärkung von Wellen größerer Länge hat man bisher mit Vorteil die bekannte Elektronenröhre in Rückkopplungs Schaltung benutzt, wobei an der Anode eine hohe positive Spannung gegenüber dem Gitter oder der Kathode lag, während das Gitter eine Ladung in der Nähe von Null trug. Bei dieser Schaltung war es aber ausgeschlossen, Ultrakurzwellen der oben angegebenen Länge zu verstärken.

Die Erfindung befaßt sich nun mit einer Anordnung, welche es gestattet, mit einer solchen Röhre eine sehr wirksame Verstärkung von Ultrakurzwellen durch Entdämpfung der an die Röhre angeschlossenen Resonanzglieder hervorzurufen.

Die Ursache, warum man bis heute noch nicht in der Lage war, mit den gewöhnlichen Verstärkerröhren Wellen von Zentimeter- bis Dezimeterlänge in der Rückkopplungsschaltung zu verstärken oder zu empfangen, liegt in der Arbeitsweise dieser Röhren begründet. Bei den genannten Elektronenröhren beruht So die verstärkende Wirkung darauf, daß sich das Gitter im Rhythmus der ankommenden Schwingungen statisch auflädt und hierdurch infolge der statischen Gitterspannungs-Anodenstrom-Charakteristik den Anodenstrom im gleichen Rhythmus verstärkt. Wesentlich ist dabei die statische Aufladung des Gitters über eine Zeitdauer, die groß ist gegenüber der Laufzeit der Elektronen von der Kathode zur Anode. Derartige Röhren können nur für Schwingungen von mehr als einigen Metern Wellenlänge benutzt werden. Für kürzere

Wellen fällt die Elektronenlaufzeit schon zu nahe mit der Größenordnung der Schwingungsdauer zusammen.

Bei den bekannten Röhren sind die Gittert und die Anodenelektrode so ausgeführt ψ$ϊ> in den die Frequenz bestimmenden Schwirijf|s kreis eingegliedert, daß die Wellenlänge dS|* Schwingungen weit außerhalb der Größen-" Ordnung liegt, in die die Laufzeit der Elektronen fällt.

Da die Elektronenlaufzeit bei der hohen Frequenz im Gebiete der Ultrakurzwellen bereits vergleichbar wird mit der Schwingungsdauer und auch aus anderen weiter unten -zu erörternden Ursachen, sind hohe Spannungen an der Anode erforderlich, so daß diese Elektrode bei der Verstärkung von Kurzwellenschwingungen bis zur äußersten Grenze belastet werden muß.

Die Aufgabe, ultrakurze Wellen auch in der Rückkopplungsschaltung wirksam zu verstärken, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die höheren Schwingbereiche, bei denen die Laufzeit gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsdauer ist, aufgesucht werden. Der erste Schwingbereich ist bekanntlich derjenige, bei dem die Laufzeit im Verhältnis zur Schwingungsdauer · als klein bzw. Null angesehen werden kann. Vergrößert man das Verhältnis von Laufzeit zu Schwingungsdauer durch entsprechende Wahl der Spannungen bzw. durch Wahl einer entsprechend hohen Schwingungszahl, die durch da§, angeschlossene Resonanzsystem bestimmt ist, so erkennt man, daß zunächst die Schwingungen immer weniger verstärkt werden, daß schließlich sogar eine Dämpfung eintritt, bis man bei Überschreitung dieses Gebietes wieder eine Virstärkung feststellen kann. Difese Verstärkungsgebiete wiederholen sich periodisch und stellen die sog. höhereu Schwingbereiche dar. Sie können, wie oben ausgeführt, durch entsprechende Wahl der Elektrodenspannung aufgesucht werden. Diesem Zweck ist auch die Bauart der Röhre anzupassen, insbesondere ist ein Schwingkreis zu schaffen, welcher eine genügend kleine Dämpfung besitzt, da mit der Ordnungszahl des Schwingbereiches die Eigendämpfung der Elektronen in der Röhre zunimmt und nur durch eine entsprechende geringere Dämpfung des Schwingungskreises kompensiert werden kann.

Die Aufgabe läßt sich in der Weise lösen, wie Abb. ι schematisch' angibt; das schwingungsbestimmende Gebilde wird aus der Anode^ mit dem Zuführungsdraht i_B und dem Gitter G mit dem Zuführungsdraht i_g gebildet. Die genannten Elemente stellen, wie man aus der Abbildung erkennt, ein Lechersystem dar, dessen freie Enden die Elektroden^ und G

bilden. Die Anode und das Gitter schwingen mit ihren Zuleitungen als Jl/4-Leiter, und zwar gegenphasig. Statt das Schwingungssystem lang zu machen, kann man ihm auch die

eines ungeraden Vielfachen von A/4 en. In jedem Falle schwingen die Anwie auch das Gitter gegenphasig mit Bezug auf die Kathode. Die Leitungen werden üblicherweise durch Kondensatoren abgeschlossen.

Die mit einer Elektronenröhre, welche nach dem angegebenen Verfahren arbeitet, noch verstärkten Wellen haben, wie die Versuche des Erfinders zeigen, weit geringere Längen, als sie mit den bekannten Röhren bisher erreicht werden konnten.

Die Intensität der Schwingungen ist gleichzeitig viel größer, als sie bisher mit Röhren der beschriebenen Grundtype erreicht werden konnte, da die Steuerspannungen nicht mehr wie früher durch die mit abnehmender Wellenlänge wachsende Gitteranodenkapazität rasch verringert werden. Das neue Verfahren eröffnet daher die Möglichkeit, mit den bekannten Röhren in der Rückkopplungsschaltung auch auf Zentimeter- oder Dezimeterwellen abgestimmte Kreise zu entdämpf en. Bei der gewöhnlichen Rückkopplungsschaltung erfolgt die Energieaufnahme für die Schwingung an der Anode. Von dieser breitet sich die Schwingungserregung bis zum Gitter aus. Nun steigt aber mit abnehmender Wellenlänge sowohl der Skineffekt als auch der Reflexionskoeffizient der Wellen für solche Stellen, an denen eine diskontinuierliche Änderung des Kapazitäts- und Selbstinduktionskoeffizienten erfolgt. Beide Effekte wirken der Ausbildung der Steuerspannungen auf dem Gitter der bekannten Röhre entgegen.

Wie in den Abbildungen gezeigt, wird daher das Gitter vorzugsweise in Form eines selbstinduktionslosen geraden Drahtes ausgeführt. Die Krümmung der Anode ist zweckmäßig von zylindrischer Form mit Rücksicht auf die Erfüllung der Laufzeitbedingung, welche oben angegeben wurde.

Die Zuführung der Schwingungen zum Gitter und der Anode muß in an sich bekannter Weise so geschehen, daß keine Knickstellen vorhanden sind und daß die Abzweigstellen, in denen der Anschluß geschieht, in einen Spannungsknoten verlegt werden. Auf diese Weise lassen sich Intensitätsvermindexungen ausschließen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung (Abb. 2) wird der Gitterdraht in die Achse einer spiralig ausgebildeten Kathode G₁ verlegt, während die Anode die Einrichtung konzentrisch umschließt Statt eines spiralartigen Heizfadens können auch zylindrisch angeordnete Glühfäden benutzt werden.

Vorzugsweise sind auch die gegenseitigen Abstände der Elektroden so gewählt, daß bei der Variation der Anodenspannung die Elektronenlaufzeit zwischen Gitter und Anode gleich einem ganzen Vielfachen, der Schwingungsdauer der zu versfärkötden Wellen wird, wobei gegebenenfalls v®n.''einer kleinen Phasenverschiebung zwischen Gitter und Anode abzusehen ist.

ίο Es muß noch hervorgehoben werden, daß infolge der Kleinheit der Abmessungen aller Einrichtungen, die zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens dienen, die gesamte Anordnung in das Innere einer Röhre eingebaut werden kann..

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   I. Anordnung zum Empfang und zur Verstärkung elektromagnetischer Schwingungen im Bereich der Wellenlängen von Zentimetern bis Dezimetern, unter Verwendung einer Elektronenröhre mit gegenüber Gitter und Kathode auf positivem Potential gehaltener Anode, bei welcher Anode und Gitter das zu entdämpfende, auf der Seite der Elektroden offene Schwingungssystem oder zusammen mit den Zuleitungen frequenzbestimmende Teile desselben bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entdämpfung dieses Schwingungssystems die Elektronenlaufzeit zwischen Gitter und Anode der Röhre praktisch gleich einem ganzen Vielfachen der Dauer der Schwingung gewählt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Elektronen von der Kathode zum Gitter gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Schwingungsdauer ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Laufzeit durch die Wahl der Anodenspannung einreguliert wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Anode und Gitter als Teile eines Lechersystems so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die Homogenität des Lechersystems in Richtung der Leitungsachse nicht beeinträchtigen, d. h. daß längs des Lechersystems beim Übergang auf die Elektroden keine wesentliche Änderung des Wellenwiderstandes eintritt.
5. 5.' Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Zylinderausschnitt darstellt, dessen Achse der Glühfaden bildet, so daß die Elektronenlaufzeit von der Kathode zur Anode für alle Punkte der beiden Elektroden gleich ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterdraht sich in der Achse einer Heizspirale oder zylindrisch angeordneter Glühfaden befindet und daß die Anode dieses Gebilde «5 konzentrisch umgibt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Kathodendrähte so angeordnet sind, daß der Gitterdraht möglichst keine Schattenwirkung des Elektronenstromes auf der Anode erzeugt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen