DE641962C - Verfahren zur Frequenzvervielfachung mittels einer Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzvervielfachung mittels einer Kathoden¹ strahlröhre. Die Erfindung bezieht sich ferner^ auf Elektronenröhren, deren Wirkungsweise auf der Sekundäremission verschiedener Teile aus Metall oder Metallverbindungen beim Aufprall von Primärelektnonen beruht, welche bei verschiedenen Voltgeschwindigkeiten, z.B. 1000 bis 10 000-Volt, auftreffen.

Es ist aber dabei zu bemerken, daß diese Zahlenwerte in keiner Weise kritisch sind und innerhalb weiter Grenzen verändert werden können.

Es ist bekannt, daß verschiedene Stoffe

is sehr verschiedene Eigenschaften bezüglich der Sekundäremissionen besitzen. Beispielsweise ergeben Röhren mit Elektroden aus carbonisiertem Nickel, blanken Metallflächen, Metallen mit Willemitauflage, iunbehandeltem Kupfer u. dgl. verschiedene Sekundärströme. Diese Ströme kann man nach der Elektrode hin oder von dieser her fließen lassen, je nachdem der Elektronenstrahl auf einen Abschnitt gerichtet ist, der wie blankes Nickel oder Willemit mehr als ein Sekundärelektron pro Primärelektron abgibt, oder auf einen Abschnitt, der wie carbonisiertes Nickel weniger als ein Sekundärelektron pro Primärelektnon abgibt. Wenn eine solche Elektrode mit einem Kreis hohen Widerstandes von z. B. mehreren Megohm verbunden ist, können an der Anode starke Spannungsdifferenzen entwickelt werden, die von der Sekundäremission des von dem Elektronenstrahl jeweils getroffenen Abschnittes abhängen.

Man kann eine Röhre, die in solcher Weise mit Streifen von verschiedener Sekundärelektronenemission ausgerüstet ist, als Frequenzvervielfacher benutzen. Zu diesem Zwecke bewiegt man den Elektronenstrom mittels einer geeigneten Abtastvorrichtung schnell über die verschiedenen Elektrodenteile. Die dabei entwickelte Frequenz ist dann eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der der Kathodenstrahl die Abschnitte bestreicht, und eine Funktion *5 der Zahl dieser Abschnitte. Die erzeugte Wellenform hängt ab von der Form der-Abschnitte und von den Stoffen, aus denen diese bestehen.

Es sind Kathodenstrahlröhren zur Frequenzvervielfachung bekanntgeworden, bei denen der Kathodenstrahl eine Mehrzahl von Elektroden überstreicht. Diese Anordnungen sind nachteilig wegen ihrer inneren Kapazität, die darauf zurückzuführen ist, daß mehrere Elektroden dicht nebeneinander angeordnet werden müssen, über die der Strahl nacheinander hinwegstreicht. Um die Verwendung mehrerer Elektroden zu umgehen, wurde vorgeschlagen, eine einzige Elektrode zu verwenden, die imstande ist, den überstreichenden Kathodenstrahl in seiner Intensität verschieden zu beeinflussen. Die bisherigen Vorschläge dieser Art beziehen sich auf Elektro-

den mit örtlich verschiedenem Widerstanc oder auf diaphragmenartige Elektroden. Ab gesehen davon, daß man bei der Umsetzung solcher Vorschläge in die Praxis auf bedeuv tende technische Schwierigkeiten stößt, kaiir mit solchen Freqüenzvervielfachungseinrich;; tungen nur eine sehr geringe Ausgangsleistung erzielt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung, bei der ίο eine Elektrode verwendet wird, die aus Abschnitten verschiedener Sekundäremissionsfähigkeit besteht, treten Nachteile dieser Art nicht auf. Die Sekundärelektronen werden von einer leitenden Belegung im Innern der Röhre, etwa einer Silberschicht, an die eine geeignete Spannung angelegt wird, aufgefangen. Die Vorteile einer anderen Ausführungs form der Erfindung, die ebenso wie eine der bekannten Anordnungen zur Frequenz-Vervielfachung eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, die von einem Kathodenstrahl überstrichen werden, werden weiter unten behandelt werden.

Es ist ferner bekannt, bei Kathodenstrablröhren in den Weg des Strahlenbündels sekundäremissionsfähige Stoffe zu bringen, die z. B. zusammen mit den Primärelektronen der Erzeugung verstärkter Leuchtintensität des Brennfleckes auf dem Leuchtschirm dienen.

Das Wesen der Erfindung besteht demgegenüber in der Erzeugung bestimmter veränderlicher Wellenformen durch Vermittlung eines . Elektronenstrahles, der auf verschiedene Stoffe gerichtet wird, deren Sekundäremissionsverhältnis größer oder kleiner als eins ist. Die Form der erzeugten Welle wird gesteuert durch die Form der verschiedenen Abschnitte, durch die Geschwindigkeit der Bewegung des Elektronenstrahles über dieselbe und durch den Kreis, in dem die so ■entwickelten Impulse verwendet werden. Erforderlichenfalls können die verschiedenen Abschnitte in an sich bekannter Weise kreis- +5 förmig angeordnet werden, in welchem Falle der Elektronenstrahl durch zwei normalerweise rechtwinklig zueinander stehende Ablenkfelder zum Rotieren gebracht wird. Man kann auch eine Elektrode aus verschiedenen nebeneinanderliegenden Abschnitten von Stoffen von verschiedener Sekundäremission ausbilden und den Strahl über eine solche Elektrode nur in einer Richtung hin und her führen.

Die Erfindung sei an Hand der Abb. 1 bis 5 im einzelnen erläutert.

In Abb. ι ist 1 die Elektronenröhre, 3 die

Kathode, die durch den Heizdraht 5 geheizt wird, 7 der Elektronenstrahl, 9 die Anode, der beispielsweise eine Spannung von 1000 Volt

zugeführt wird. I

Der Elektronenstrahl tritt durch die Öffnung 11 innerhalb der Anode 9, die zweck-._r:.mäßigerweise, ebenso wie die emittierende fläche der Kathode 3, einen länglichen Querpiejmitt besitzt.

• ;_;'-Der Elektronenstrahl wird nun auf eine Anode 13 gerichtet, die aus verschiedenen Segmenten 15 und 17 besteht, die abwechselnd verschiedene Sekundäremissionseigenschäften haben, wie später noch ausführlicher erläutert wird. Wenn man dem Strahl einen passenden länglichen Querschnitt gibt, so kann man erreichen, daß ein Streifen der Anode 13 von Elektronen getroffen wird, der die Länge der Segmente 15, 17 besitzt. Diese Anode kann aus Streifen von Material verschiedener Sekundäremissionseigenschaften zusammengesetzt sein, wie Abb. 2 veranschaulicht.

Wenn nun den Ablenkelektroden 19 und 21 entsprechende Ablenkspannungen zugeführt werden, bewegt sich der Kathodenstrahl mit einer Geschwindigkeit über die Anode, die der Frequenz der Steuerspannung entspricht.

Innerhalb des konischen Teiles der Röhre befindet sich ein Silberbelag 23, dem über die Anschlußleitung 25 von einer Quelle 27 eine Spannung zugeführt wird, die höher ist als die der ersten Anode 11 zugeführte Spannung. Die Abschnitte 15 und 17 bestehen z. B. abwechselnd aus carbonisiertem und aus blankem Nickel oder abwechselnd aus carbonisiertem Chromnickel und unbehandeltem Kupfer.

Die Kurven gemäß Abb. 3 sind für verschiedene Materialien aufgezeichnet. Jede Kurve stellt das Verhältnis der Sekundärelektronen zu den Primärelektronen bei verschiedenen Primärelektronengeschwindigkeiten dar. A zeigt die Sekundäremission für eine unbehandelte Zirkonplatte, B für ein blankes Nickelnetz auf Nickel, C für eine blanke Nickelplatte, D für Chromnickel, das in Wasserstoff H₂ auf 1000⁰ erhitzt ist, E für carbonisiertes Nickel, F für carbonisiertes Chromnickel, O für eine unbehandelte Kupferplatte, H für mit einem Sandstrahl behandeltes Molybdän. Die Messungen für diese Kurven wurden vorgenommen, nachdem die ganze Elektrode etwa 5 Minuten im Vakuum auf 7oo'^J erhitzt worden war.

Wenn ein Kathodenstrahl auf einem carbonisierten Streifen auf trifft, so entsteht ein bestimmter Strom in dem äußeren Anodenkreis, der den Wandbelag 23, die Leitung 25, den Widerstand 29, die Spannungsquelle 33 und die Anode 13 enthält. Wenn der Strahl auf die blanken Nickelabschnitte trifft, erfolgt eine Verringerung des Stromes infolge des Anwachsens der Zahl der Sekundär-

elektronen, die von der Anode 23 angezogen werden. Infolgedessen hängt ~" von der Geschwindigkeit, mit der der Elektronenstrahl über die verschiedenen Abschnitte der Anode S 13 geführt wird, die Geschwindigkeit ab, mit der sich der Spannungsabfall an dem Widerstand 29 ändert und damit proportional die Änderung des Stromes in der Verstärkerröhre 3Γ, die an den Widerstand 29 angeschlossen ist. SiO entsteht im Ausgang der Röhre 31 eine Frequenz gleich der Ablenkfrequenz multipliziert mit der Zahl der Elektroden i5> 17, 15, 17 usw.

Diese Frequenz kann man mathematisch folgendermaßen ableiten-

Hier ist / die den Ablenkelektroden zugeführte Frequenz, N_e die Gesamtzahl der Streifen 15 und 17 bei einer geraden Anzahl, N₀ die Gesamtzahl dieser Streifen bei einer ungeraden Zahl, F die im äußeren Kreis auftretende Frequenz.

Diese Gleichung läßt die Größe der Frequenzvervielfachung 'erkennen, die man gemäß der Erfindung, erzielen kann. Wenn man jedoch im Sonderfall /V₀ = 1 macht, erhält man einen Gleichstrom im Anodenkreis infolge des gleichgerichteten Flusses der Elektronen von der emittierenden Kathode.

Wenn jedoch die Abschnitte in an sich bekannter Weise kreisförmig angeordnet werden, d.h. so, daß jeder Abschnitt die Form eines Sektors besitzt und abwechselnde Abschnitte verschiedene Charakteristiken besitzen, so wird die entwickelte Frequenz eine Funktion der Zahl der Plattenpaare sein, da für jeden vollständigen Zyklus der aufgedrückten Frequenz der Kathodenstrahl jedes Segment einmal bestreichen wird. Dieses kann man mathematisch durch die Gleichung F = P · f ausdrücken, und zwar ist hier F die im äußeren Kreis entwickelte Frequenz, P die Zahl der Plattenpaare undj / die den Ablenkplatten zugeführte Frequenz.

In der Abb. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Röhre enthält eine längliche Kathode 1, die durch einen Schirm 2 abgeschirmt ist. Zwischen der Kathode 1 und der Anode 4 liegt ein Beschleunigungsgitter 3. Diesem werden Modulationssignale zugeführt, entsprechend denen die Elektronendichte des Elektronenstrahles geändert wird, der durch das Zusammenarbeiten der Kathode 1 und der mit'einer Öffnung versehenen Anode 4, der ersten Anode, entwickelt wird.

Zur Ablenkung des Kathodenstrahles 5 dienen Ablenkplatten 6 und 7. Nach dem Ende

So der Röhre zu liegt die Anode 8 und die Hilfsanode 11. Die Anode 8 besteht aus einer Reihe rechteckiger Leiter 9, deren Zahl, Form und Größe abhängig von der gewünschten Frequenzvervielfachung oder Wellenform oder von der Stärke des verwendeten Kathoden-Strahles ist. Zwischen den verschiedenen Leitern 9 befindet sich ein Zwischenraum von beliebiger Breite, etwa gleich der Breite der leitenden Streifen. Dieser Zwischenraum ist zweckmäßigerweise als Netz 10 ausgebildet. Diese Anordnung ist in Aufsicht in Abb. 5 dargestellt. Diese Streifen, die zweckmäßig .aus carbonisiertem Nickel oder einem anderen Stoff von geringer Sekundäremission bestehen, sind an das Netzwerk 10 angelötet, das zweckmäßig aus Nickeldraht besteht, der eine hohe Sekundäremission besitzt. Es besteht also die Anode 8 aus Streifen von carbonisiertem Nickel 9, die mit Zwischenräumen an dem Nickelgewebe 10 befestigt sind, so daß der Elektronenstrom abwechselnd über die beiden Flächen, 9 und 10 hinwegstreicht.

Die Hilfsanode 1 r besteht aus Nickelblech, dessen Vorderfläche aufgerauht ist. Diese Aufrauhung kann etwa dadurch bewirkt werden, daß kleine Löcher eingestanzt werden Oder daß von der Rückseite kleine Löcher durchgedrückt werden und dann ein zweites Nickelblech auf dieses perforierte Blech aufgelötet wird. Diese zweite Nickelanode 11 kann dann auch carbonisiert werden, um die Sekundäremissionen zu verringern.

Wenn nun der Elektronenstrahl auf einen der carbonisierten Streifen der Anode 8 gerichtet ist, ist der Strom nach dieser Anode hoch und infolgedessen der Strom nach der anderen Anode 11 gering. Sobald jedoch der Kathodenstrahl auf einen der Gitter teile der Anode 8 fällt, wird ein Teil der Strahlelektronen durch die Maschen hindurchtreten und durch die carbonisierte Nickelanode 11 aufgefangen werden. Die übrigen Strahlelektronen treffen auf die Gitterdrähte 10 und veranlassen das Freigeben von Sekundärelektronen aus diesen Drähten, so daß eine große Zahl von Elektronen nach der Anode 11 hin angezogen wird. Das Gitter 10 soll so behandelt werden, daß es die Eigenschaft hat, Sekundärelektronen zu emittieren; falls es aus Nickeldraht besteht, sollen die Drähte rein und blank. sein. Wenn nun der Elektronenstrahl durch den Gitterteil hindurchgeht, wird der Strom nach der Anode 8 auf ein Minimum verringert und der Strom nach der Anode 11 ein Maximum sein und umgekehrt. Der Grad der auf diese Weise erzielten Frequenzvervielfachung hängt von der Zahl der Abschnitte der Anode 8 in der Weise ab, wie bereits oben durch eine mathematische Bezeichnung zum Ausdruck gebracht wurde.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Frequenzvervielfachung mittels einer Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl über eine Elektrode bewegt wird, die aus Abschnitten von verschiedener Sekundärelektronenemission besteht.
2. 2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß (Abb. 4 und 5) außer der unterteilten Anode (8) eine Hilfsanode (11) von geringer Sekundäremission vorgesehen ist und daß der äußere Kreis mit diesen beiden Anoden (8 und 9) verbunden ist.
3. 3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (Abb. 4 und 5) die unterteilte Anode (8) so hergestellt ist, daß Metallstreifen (9) von geringer Sekundäremission mit Abstand voneinander an einem Drahtgewebe (10) von großer Sekundäremission befestigt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen