DE668800C

DE668800C - Einrichtung zur Erzeugung kurzer elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE668800C
Application number: DEH139150D
Authority: DE
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1934-02-24
Filing date: 1934-02-24
Publication date: 1938-12-10
Also published as: US2235497A

Description

Einrichtung zur Erzeugung kurzer elektromagnetischer Wellen Zur Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Kurzwellen bedient man sich bekanntlich entweder der bei langen Wellen üblichen Rückkopplungsmethode oder irgendeiner Anordnung mit schwingenden Elektronen, z. B. nach Barkhausen und Kurz, oder einer Anordnung mit rotierenden Elektronen, wie des Magnetrons.
Der vorliegenden Erfindung liegt ein ganz neues Generatorprinzip zugrunde, das weder mit Rückkopplung noch mit schwingenden oder rotierenden Elektronen arbeitet. Es soll im folgenden erläutert werden: Zunächst soll auf die dabei verwendeten Grundbegriffe hingewiesen werden.
i. Ein Faradaykäfig ist ein metallischer Hohlkörper. Er hat die Eigenschaft, daß eine elektrische Ladung, die sich in seinem Innern befindet, sich nach außen so verhält, als wäre sie auf dem Metall befindlich. Ein im Hohlraum des Faradaykäfigs befindliches Elektron ist demnach nach außen hin gleichbedeutend mit einem Elektron, das auf das Metall selbst aufgetroffen ist.
2. Es sei daran erinnert, daß ein fliegendes Elektron, das sich einem Leiter nähert oder sich von ihm entfernt, einen elektrischen Strom von diesem Leiterweg oder auf ihn zu darstellt.
3. 'Unter Betrachtung der Fig. i ergibt sich folgendes: Ein Elektron i bewegt sich auf der gestrichelten Bahn durch einen Faradaykäfig 2. Auf seinem Wege bis 3 stellt es einen negativen Strom auf den Faradaylzäfig dar. Ist das Elektron bei 3 angelangt, so hört dieser Strom plötzlich auf. Während sich das Elektron nun im Innern des Faradaykäfigs von 3 bis 4 bewegt, läßt sich von außen nichts beobachten. Es ist so, als sei das Elektron bei 3 auf das Metall des Käfigs aufgetroffen. Erst wenn das Elektron bei 4 den Faradaykäfig wieder verläßt, setzt plötzlich ein Strom mit umgekehrter Richtung ein, da sich nun des Ele'k tron wieder entfernt.
Das Wichtigste an dieser ganzen Betrachtung ist die Zeit, während der sich das Elektron im Käfig bewegt. Sie soll künftighin kurz Verweilzeit genannt werden. Die Länge der Verweilzeit ist proportional der Strecke 3, 4 und umgekehrt proportional der Elektronengeschwindigkeit. Bei fest gegebener Strecke 3, 4 ist die Verweilzeit nur von der Elektronengeschwindigkeit abhängig. Macht man den Faradaykäfig stark positiv gegenüber der elektronenemittierenden Kathode y, so werden sehr schnelle Elektronen ihn durchfliegen, und die Verweilzeit wird sehr kurz sein. Macht man den Faradaykäfig nur wenig positiv gegenüber der Kathode, so werden sehr langsame Elektronen ihn durchfliegen, und die Verweilzeit wird sehr lange sein. Bringt man an den F aradaykäfig eine sehr rasch wechselnde Spannung in Form einer sehr hochfrequenten Schwingung, so ist für die Verweilzeit die Spannung maßgebend, auf der sich der Faradaykäfig im Augenblick des Elektroneneintritts befindet. Während diese Verweilzeit verstreicht, ändert sich das Potential des Faradaykäfigs, so daß er sich beim Elektronenaustritt auf einer andere Spannung befindet.
Die wichtigste Schlußfolgerung aus stehenden Erwägungen ist folgende: Ei v tronen; die in der negativen Halbperiode in, den Faradaykäfig eindringen, sind langsam und werden ihn zum großen Teil erst in der nachfolgenden positiven Halbperiode verlassen. Elektronen, die in der positiven Halbperiode in den Faradaykäfig eindringen, sind schnell und werden ihn zum großen Teil noch in derselben positiven Halbperiode verlassen. Betrachtet man hiernach die Elektronenbilanz des Faradaykäfigs; so kommt man zu folgendem Resultat: In der negativen Halbperiode überwiegt die Elektronenzufuhr. In der positiven Halbperiode überwiegt die Elektronenabgabe. Es wird aber ein negativer Körper durch Elektronenzufuhr noch negativer, ein positiver Körper durch Elektronenabgabe noch positiver. Es wird demnach die an den Faradaykäfig angelegte Hochfrequenzwechselspannung von den Elektronen unterstützt. Die Elektronen geben Energie an die Hochfrequenzschwingung ab und werden die Schwingung selbst aufrechterhalten. Selbstverständlich ist die bei Durchführung dieser Betrachtung eingangs erwähnte, von außen zugeführte Wechselspannung nicht nötig, sondern die Schwingungen setzen wie bei allen Generatoren von selbst ein. Lediglich zwecks besseren Verständnissees der vorliegenden Erfindung wurde das Vorhandensein einer Wechselspannung angenommen.
Die Erfindung besteht in einer Einrichtung zur Erzeugung kurzer elektromagnetischer Wellen in Elektronenröhren, bei denen im Zuge des Elektronenstrahles ein oder mehrere Hochfrequenzwechselspannung führende metallische Hohlkörper angeordnet sind, in deren Innern sich keine-weitere Elektrode befindet, und bei denen dieser bzw. diese Hohlkörper als elektrisch schwingende Elektroden dienen und durch,die quer hindurchfliegenden Elektronen zu elektrischen Schwingungen angeregt werden.
Bei der Erzeugung sehr kurzer Wellen muß das Heranfliegen der Elektronen zum metallischen Hohlkörper und das Wegfliegen der Elektronen vom metallischen Hohlkörper sehr rasch erfolgen. Dies erreicht man durch Anordnung eines stark positiven Gitters zwischen Kathode und metallischem Hohlkörper oder zwischen dem metallischen Hohlkörper und Anode oder durch ein den metallischen Hohlkörper umgebendes, stark positives Gitter 7 (Feg. 2 bis 5).
Es ist vorteilhaft, durch Anordnung einer die Kathode in Art eines Wehneltzylinders umgebenden negativen Elektrode S den Strom der Elektronen zu bündeln. Dadurch lassen 4.sich kleinere metallische Hohlkörper 2 v er-`Nvcnden, und die Kapazität der metallischen öhlkörper wird klein.
'- Die negative Elektrode ä oder ein Steuergitter lassen sich zur Steuerung des Elektronenstromes verwenden. Hierdurch ist eine Möglichkeit gegeben, die entstehenden Wellen bequem zu modulieren.
Es läßt sich auch in einer Röhre ein Doppelsystem anordnen mit zwei einander gegenüberliegenden metallischen Hohlkörpern. Diese metallischen Hohlkörper können die Fortsetzung angeschlossener Lecherdrähte ro sein (vgl. Fig. 5).
Die Elektronen, die den metallischen Hohlkörper durchdrungen haben, haben verschiedenerlei Geschwindigkeit. Eine Anzahl passiert den Hohlkörper praktisch ohne Verluste, ein großer Teil von ihnen verliert an Geschwindigkeit. Macht man die Anöde 6 stark positiv, so werden alle Elektronen sie erreichen, aber sie werden die Anode sehr stark erwärmen, und man bekommt eine große Verlustleistung in der Röhre. Macht man die Anode nur wenig positiver als die Kathode; so wird die entwickelte Wärme sehr gering. Der kleine Teil der Elektronen mit geringer Geschwindigkeit wird die Anode jedoch nicht erreichen, sondern auf die Gitter gehen und sie unnötig erwärmen. Diese Nachteile lassen sich vermeiden; indem man die Anode 6 nicht senkrecht, sondern schief zu den Elektronenbahnen stellt (vgl. Fig. 3, 4). Die langsamen Elektronen werden dadurch zur Seite geworfen und können von einer weiteren, stärker positiven Anode 9 (vgl. Fig. 3, 4, 5) aufgefangen werden: Statt der schräg gestellten Anode 6 läßt sich auch eine im Ouerschnitt V-förmige Anode verwenden. Die zusätzliche Anode 9 kann das ganze System zylindrisch umgeben. Sie nimmt die ganze Verlustleistung auf. Diese zylindrische Elektrode kann von außen mit Wässer, Luft o. dgl. abgekühlt werden, so daß man sehr große Leistungen bewältigen kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Einrichtung zur Erzeugung kurzer elektromagnetischer Wellen in Elektronenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Elektronenstrahles ein oder mehrere Hochfrequenzwechselspannung führende metallische Hohlkörper angeordnet sind, in deren Innern sich keine weitere Elektrode befindet, und daß dieser bzw. diese Hohlkörper als elektrisch schwingende Elektroden dienen und durch die quer hindurchfliegenden Elektronen zu elektrischen Schwingungen angeregt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß.."vor den metallischen Hohlkörpern u)ad/oder hinter denselben bzw. um die metällischen Hohlkörper herum stark positive Gitter angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit einer negativen Elektrode nach Art eines Wehneltzylinders so, umgeben ist, daß die gerichteten Elektronenstrahlen die metallischen Hohlkörper durchfliegen.
4.. Einrichtung nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Nähe der Kathode angebrachte Steuerelektrode zur Modulation des Generators verwendet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch z bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrisch angeordnete metallische Hohlkörper verwendet sind, die an ein Lechersystem (i o) angeschlossen sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (6), die nur wenig positiver als die Kathode sind, zum Auffangen von Elektronen verwendet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Anoden (6) schräg_ zur Flugrichtung der Elektronen angeornet sind und zum Auffangen der von diesen Anoden zur Seite gelenkten Elektronen noch weitere, stärker positive Anoden (9) angeordnet sind. B.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stärker positive Anode (9) das ganze Röhrensystem als zylindrische Anode umgibt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Anode die Wand der Vakuumröhre bildet und von außen gekühlt ist.