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Magnetronanordnung für Dreielektrodenröhren mit Laufzeitschwingungen
Die Erfindung betrifft ein Kurzwellenmagnetron.
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Bei solchen Magnetrons wird bekanntlich die Erzeugung von Schwingungen
und deren Frequenz durch ein magnetisches Feld bestimmt, und zwar hängt die Frequenz
von der Zeit ab, in der die Elektronen den Weg vom Heizfaden zur Anode und zurück
unter dem Einfuß. des magnetischen Feldes zurücklegen. Man nimmt an, daß die Elektronen
gruppenweise von der Kathode zur Gegenelektrode übertreten. Alle Elektronen, die
auf die Anode auftreffen, tun dies zu einer Zeit, wo ihre Geschwindigkeit sehr groß
ist, und es ist infolgedessen die Erwärmung der Anode beträchtlich und der Wirkungsgrad
gering.
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Diese Schwierigkeit wird bei der Erfindung dadurch beseitigt, daß
die Elektronen zu einer Zeit absorbiert werden, wo ihre kinetische Energie verhältnismäßig
gering ist. Hierdurch wird die Erzeugung von Schwingungen mit hohem Wirkungsgrad
ermöglicht.
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Es sind Röhren bekannt, bei denen zwischen der Kathode und der Anode
eine Gitterelektrode mit positiver Vorspannung vorgesehen ist und bei denen ein
Magnetfeld, welches senkrecht zur Richtung der Elektronenbahnen liegt, zur Ablenkung
der Elektronen angewendet wird. Bei diesen bekannten Röhren dient das Magnetfeld
dazu, einen möglichst großen Teil der von der Kathode ausgehenden Elektronen auf
das Gitter zu lenken, an welchem sie Sekundärelektronen auslösen, die ihrerseits
zur Anode laufen. Diese Röhren arbeiten also an sich wie gewöhnliche Dreielektrodenröhren,
z. B. in Rückkopplungsschaltung; wobei ein großer Elektronenstrom auf die Anode
gelangen soll. -Es ist auch bekannt, eine Magnetronröhre, die mit Laufzeitschwingungen
arbeitet, zeit einem vorgespannten Gitter zu versehen.
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Eine Magnetronanordnung für Dreielektrodenröhren mit Laufzeitschwingungen
gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektrode eine wesentlich
kleinere positive Vorspannung als die von der Anode aus gesehen dahinterliegende
Anode hat und daß die Magnetfeldstärke so bemessen ist, daß die Elektronen zum überwiegenden
Teil auf der Gitterelektrode landen. Diese Art der Absorbierung der Elektronen verringert
die Energieverluste, und es wird dadurch ermöglicht, daß um den Heizfaden herum
ein Gitter oder Drahtgewebe angeordnet ist und diesem ein positives
Potential
erheblich geringerer Höhe erteilt wird als der Anode, deren Potential ungefähr dem
eines gewöhnlichen Magnetrons entspricht. Das magnetische Feld wird jedoch im vorliegenden
Falle für eine gegebene Anodenspannung etwas höher gemacht als bei den gewöhnlichen
Magnetrons, wodurch erreicht wird, daß die meisten Elektronen verhindert werden,
überhaupt die Anode zu erreichen. Während nämlich die Anode die Elektronen aus der
Nähe des Heizfadens und des Gitters hinwegzieht, bewirkt das magnetische Feld, daß
sie auf einem gekrümmten Wege zurück zum Gitter fliegen, wo die ganze Energie, die
in den nicht nach der Anode sich bewegenden Elektronen aufgespeichert ist, absorbiert
wird. Nachdem die Elektronen wieder ihre Rückbewegung begonnen haben, hat ein beträchtlicher
Teil von ihnen die Tendenz, an dem Gitter zu stoppen, das positiv gegenüber dem
Heizfaden ist. Bei ihrer Ankunft in der Nähe des Gitters wird jedoch ihre Geschwindigkeit
auf einen kleinen Wert verringert, und zwar durch die Wirkung des elektrostatischen
Feldes der Anode, das die Bewegung der zurückkehrenden Elektronen verzögert. Infolgedessen
werden die Elektronen am Gitter mit verhältnismäßig kleinem Energieverlust absorbiert.
Aus diesem Grunde wird der Nutzeffekt der Röhre ein günstigerer als bei Verwendung
höher positiv vorgespannter Gitter oder als der des gewöhnlichen Magnetions, wo
die Elektronen bei der Absorbierung durch' die Anode hohe Geschwindigkeit besitzen,
so daß große Verluste entstehen.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine Magnetronröhre, enthaltend eine
zylindrische Anode A, einen Heizfaden F und ein Gitter G, -das Ganze umgeben von
der Spule C. D,em Gitter wird über die Leitung L eine j geringe positive Spannung
und der Anode über die Taste K eine viel höhere positive Spannung zugeführt. Diese
Taste, die nur als Ausführungsbeispiel für die Modulationseinrichtung dient, liegt
in der Leitung M von der. Quelle S hohen positiven Potentials zur Anode. Zur Abstimmung
der Elektroden auf eine gewünschte Frequenz sind Kondensatoren B vorgesehen, die
mittels beweglicher Schieber an verschiedene Punkte der Leitungen L und 111 angelegt
werden können, wodurch die Leitungen die richtigen Längen und somit Selbstinduktionen
erhalten.
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Der Ausgangskreis O ist z. B. mit der Leitung L gekoppelt und durch
die Leitungen TL zweckmäßig über Posaunenschieber T1, T .> mit
einer Antenne verbunden.
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Die Arbeitsweise des Oszillators ist folgende: Die positive Spannung
am Gitter G hat zur Folge, daß eine Anzahl von Elektronen sich vom Heizfaden nach
dem Gitter bewegt, wobei ein großer Teil derselben durch das Gitter G hindurchgeht
und von der Anode angezogen wird. Wegen der Wirkung des magnetischen Feldes, das
parallel zum Heizfaden und daher rechtwinklig zum elektrischen Feld wirkt, werden
die Elektronen abgelenkt, so daß sie auf ihrem Fluge eine Spirale beschreiben. Der
Weg dieser nach der Anode fliegenden Elektronen ist also gekrümmt, und bei dem richtigen
Wert der Feldstärke für eine gegebene Anodenspannung werden die Elektronen eine
Schleife beschreiben, wenn sie von dem Heizfaden durch das Gitter in die Nähe der
Anode und zurück zum Gitter fliegen. Ein solcher Weg ist in der Zeichnung punktiert
angegeben. Es werden demnach große Gruppen von Elektronen, die gleichzeitig ähnliche
Wege beschreiben, zusammen in die Nachbarschaft des Gitters zurückkehren und so
lange verhindern, daß andere Elektronen durch das Gitter nach außen gehen, bis alle
diese in dem Raum zwischen dem Gitter und der Anode zum Gitter zurückgekehrt sind.
Dann werden andere Gruppen ihre Auswärtsbewegung beginnen, und diese Arbeitsweise
wird wiederholt, wodurch sich Schwingungen ergeben, deren Frequenz der Zeit des
Elektronenweges entspricht.
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Die Schwingungen werden unterstützt bzw. vergrößert durch hochfrequente
Schwankungen der Elektrodenpotentiale, verurs4cht durch die verschiebbaren Ladungen,
die durch die Elektronen erzeugt werden, im Zusammenarbeiten mit der Elektrodenabstimmung.
Es bestehen auch optimale Abmessungen für die einzelnen Teile der Röhre, die untereinander
in einem bestimmten Größenverhältnis stehen müssen; jedoch sind die diesbezüglichen
Verhältnisse noch ungeklärt.