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Anordnung zur Erzeugung ultrakurzer Wellen, mit einem rotationssymmetrischen
Schwingungskreis Als hervorragendes Mittel, um.den Schwungradwiderstand eines ultrakurzweiligen
Resonanzkreises zu vergrößern und um den durch den Innenwiderstand der Schwingröhre
vorgeschriebenen Anpassungswert auch bei sehr hohen Frequenzen noch zu erreichen,
sind axialsymmetrische Belastungskreise von den verschiedensten Formen beschrieben
und entwickelt worden. Eine vielbenutzte Ausführungsform besteht aus zwei auf ein
axiales Rohr aufgesetzten, Metallschalen von halbkugeligem oder recteckigem Querschnitt
oder aus entsprechenden Kugelkalotten u. dgl., die in zwei äquatoriale, einander
gegenüberstehende Flanschen auslaufen. Während das Achsrohr mit den beiden Metallschalen
die Schwingkreisinduktivität bildet, stellen die beiden Flanschen die Schwingkreiskapazität
dar. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Kreis nahezu quasi stationär schwingt,
d. h. im Zentrum des Hohlkörpers bildet sich ein Spannungsknoten und Strombauch
aus, während die Spannungsmaxima an -den beiden Flanschen auftreten. Ferner hat
man gefunden, daß der hohe Schwungradwiderstand weniger im Verhältnis von Induktivität
zu Kapazität als vielmehr in dem außerordentlich niedrigen Dämpfungswiderstand der
großflächigen Rohre und Schalen begründet liegt. Außerdem weisen solche Kreise eine
hervorragende Frequenzstabilität auf, weil sich thermische Ausdehnungen nach dem
Vorbild eines Rostpendels kompensieren.
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Neben diesen beachtlichen Vorzügen gegenüber den sonst gebräuchlichen
Resonanzkreisen ist noch eine Eigenschaft der rotationssymmetrischen Belastungskreise
hervorzuheben, nämlich die Möglichkeit, sie bei
ihrer verhältnismäßig
großen peripheren Ausdehnung mit mehreren Röhren, die auf dem Umfang der Kapazitätsflanschen
zu verteilen sind, zu erregen und auf .diese Weise alle Röhren parallel arbeiten
zu lassen. Als besonders günstige Ausführungsform eines Kugelsenders ist bereits
vorgeschlagen worden, die Röhren so in das Innere des Hohlkörpers einzubauen, daß
Gitter und Anode direkt zti den Flanschen führen, während die Röhrenkathoden unmittelbar
mit dein Zentrum des Kugelkreises, d. h. mit dein Spannungsknoten, verbunden sind.
Auf diese Weise entsteht ein Mehrröhrensender, der überhaupt keine nennenswerten,
unter Hochfrequenz stehenden Leitungsdrähte besitzt. Um den Elektroden s:initlicher
Schwingröhren die erforderlichen Speisespannungen zuführen zu können, ist vorgeschlagen
worden, die Metallschalen von dein axialen Rohr durch Buchsen zu isolieren. so daß
das ganze Achsrohr auf Kathodenpotential und die beiden Metallschalen auf Gitter-
und Anodenpotential gebracht werden können. Die Zuleitungsdrähte für Gitter- und
Anodenspannung führen dann zu den Stellen. wo die Metallschalen auf dem Achsrohr
aufsitzen. und müssen, da hier ziemlich hohe Hochfrequenzspannungen auftreten, sorgfältigst
verdrosselt ,werden, wenn man einen unerwünschten Energieabfluß über diese Zuleitungsdrähte
vermeiden will.
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In der Erfindung wird eine besondere Ausbildung eines axialsvinnietrischen
Belastungskreis es mit als Induktivität wirkendem Innenleiter 'und :diesen umgebenden
Kapazitätsflanschen beschrieben, welcher der Einfachheit halber nur finit halbkugeligen
-Metallschalen. .cl. li. als Kugelkreis, dargestellt sei. Die neue Ausführungsform
eines solchen Kugelkreise: unterscheidet sich von den bisher bekannten Kreisen dieser
Art dadurch, daß der Innenleiter ini Symmetriepunkt durch eine für die Hochfrequenz
als Kurzschluß wirkende Kapazität gleichspannungsinäl:,ig aufgeteilt ist und daß
die Gleichspannungszuleitungen der Röhre bzw. der Röhren, deren Schwingelektroden
an die äußeren Kapazitätsflanschen angeschlossen sind. an die Belegungen des L'berbriickungslcondensators
im Svniinetriepunkt des Innenleiters angelegt sind. Das bietet den Vorteil, daß
sich nicht nur die Kathodenanschlüsse, sondern auch die Zuführungen für die Gitter-
und Anodenspannung im Schwingungsknoten anschließen lassen, Ferner bietet diese
kapazitive Aufteilung die Möglichkeit, ein äquatoriales Erdungsblech zwischenzuschieben
und über dieses die Kathoden von außerhalb des Kugelkreises befindlichen Röhren
sicher zu erden, d. h. ihnen das Hochfrequenzpotential Null zuzuerteilen. Damit
dieses Mittelblech mit Sicherheit als eine äquivalente Erdung wirkt, ist es erforderlich,
den Kugelsender zu svnimetrieren, was sich durch kapazitive Abgleichung bewerkstelligen
läßt.
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In der Abb. i ist das praktische Beispiel eines erfindungsgemäßen,
im Zentrum aufgeteilten Kugelkreises im Schnitt dargestellt. Das metallische Achsrohr
setzt sich aus zwei völlig gleichen Teilen R' und R" zusammen, welche auf zwei Flanschen
Fl und Fi' aufgesetzt sind, die z. B. unter Zwischenlage einer isolierenden Schicht
zusammengeschraubt oder auf sonst eine Weise gegeneinandergepreßt werden können
und eine hochfrequenzmäßig als Kurzschluß wirkende Kapazität bilden. Auf den beiden
Achsrohren R' und R" sitzen die halbkugeligen Metallschalen S' und
S",
die an ihren Außenrändern in die äquatorialen Kapazitätsflanschen F' und
F" übergehen. Uin zu zeigen, auf welch einfache Weise sich ein derartiger Kugelkreis
durch eine Röhre anregen läßt, ist gleichzeitig die grundsätzliche Verbindung einer
Röhre R mit eingezeichnet. Gitter G und Anode .-1 derselben sind unmittelbar mit
den beiden Flanschen F' und F" verbunden, während die Kathode K :geerdet sein kann.
Da sich ungefähr im Zentrum des Kugelkreises ein Spannungsknoten befindet, können
dort, d. h. an den beiden Flanschen F; und Fi', die Zuführungsdrähte für Gitter-
und Anodenspannung angeschlossen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß Hochfrequenz
über dieselben abfließen kann. Die gezeigte Anordnung ist finit der bekannten Drdipunktschaltung
identisch.
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Bei der Anfachung ultrakurzwelliger Schwingungskreise bietet es gewöhnlich
Schwierigkeiten, der oder den Röhrenkathoden das günstigste oder dasselbe Hochfrequenzpotential
zu erteilen, wie der Schwingungsknoten des Belastungskreises führt, d. h. sie zti
erden, weil die entsprechenden Verbindungen oder Erdungsleitungen viel zu lang werden.
als daß ihre Induktiv ität vernächlässigt werden könnte. Bekanntlich kann man sich
entweder dadurch helfen, daß 'man in die Kathodenleitungen Abstinimkreise oder sonstige
veränderliche Impedanzen legt und hiermit die Impedanz der Heizzuleitungen kompensiert,
oder aber dadurch, daß man den Sender durch einen kapazitiven Spannungsteiler, der
parallel zur Röhre liegt, phasenrichtig abgleicht. Demgegenüber bietet der Kugelkreis
die wichtige Möglichkeit, die Röhren mit- den günstigsten Punkten des Belastungskreises
zu verbinden, ohne daß überhaupt merkliche Leitungen nötig sind. Am einfachsten
ist in dieser Hinsicht der Einbau einer oder mehrerer Röhren in das Innere des Kugelkreises
zu übersehen. Bei dieser an sich bereits vorgeschlagenen Anordnung erweist sich
der erfindungsgemäß
zentrale Flanschkondensator als besonders zweckmäßig,
weil er ohne besondere konstruktive Maßnahme ohne weiteres die Möglichkeit bietet;
hochfrequenzmäßig geerdete, gleichspannungsmäßig jedoch getrennte Anschlußstellen
fürdie Kathoden der Schwingröhren zu schaffen. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich,
zwischen die beiden Achsrohrflanschen Fi' und F=' zwei weitere Metallscheiben Fk
und F""' in Abb.2 unter Zwischenlage von Isolierscheiben einzuschieben, welche mit
der Heizspannungsquelle verbunden werden. Auf .diese beiden Zusatzscheiben sind
.die Kathodenstifte der beiden Schwingröhren R, und R#. direkt aufgesetzt, während
ihre Gitter-und Anodendrähte genau wie vorher zu den beiden Außenflanschen F' und
F" führen. Da es vollkommen gleichgültig ist, an welcher Stelle des Umfangs .man
-die Röhren einsetzt, kann man zahlreiche Röhren anbringen, nämlich so viele Platz
finden und den Kugelkreis in Parallelschaltung erregen.
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Natürlich kommt der Einbau von Schwingröhren nur bei genügend großen
Kugeln und damit bei verhältnismäßig langen Wellen und bei entsprechend kleinen
Röhren, die wiederum nur kleine Leistungen verarbeiten können, in Betracht. Zwar
kann man sich bei Verwendung besonderer Röhren dadurch helfen, daß man die Glaskolben
der Röhren durch entsprechende Aussparungen in den Kugelschalen und in den Flanschen
atis dem Kugelkreis herausragen läßt, so daß nur die Elektroden selbst im Inneren
des Kugelkreises verbleiben, doch wird nicht nur der Kugelkreis selbst durch die
erforderlichen Aussparungen in seinen Schwingeigenschaften merklich beeinträchtigt,
sondern auch hierbei ist man an bestimmte Mindestgrößen .der Kugeln, d. h. an bestimmte
Mindestwellenlängen, gebunden. Will man von dieser Einschränkung freikommen, bleibt
nur die Anfachung durch mehrere ganz außerhalb der Kugel angebrachte Röhren übrig.
-Um auch in diesem Fall eindeutige Anfachungsverhältnisse zu schaffen, d. h. um
alle durch unbekannte Zuleitungsinduktivitäten bedingten Unsicherheiten zu vermeiden,
werden die beiden Bleche Fk und Fh' in Abb. 2 in Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens
so weit vergrößert, daß sie über die Kapazitätsflanschen F und F" hinausragen,
wie in Abb. 3 im Schnitt gezeigt. In der Abbildung ist weiterhin angegeben, wie
sich eine Röhre in ganz analoger Weise an den Kugelkreis ohne Zuhilfenahme von längeren
Leitungsdrähten anschließen läßt, indem die Kathodenstifte genau wie in Abb.2 auf
die beiden Mittelbleche 11/I' und :'V1" aufgesetzt und in dem Gitter und Anode mit
den beiden Flanschen F und F" verbunden werden. Näch -diesem Schema lassen
sich natürlich weitere Röhren, die zweckmäßig in gleichen Abständen über den Umfang
der Außenflanschen verteilt werden, mit dem Kugelkreis verbinden.
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Die soweit geschilderte Verbindung einer oder mehrerer Röhren mit
dem Kugelkreis, mögen sie sich innerhalb oder außerhalb befinden, hat eine starke
Unsymmetrie des Schwingungszustandes zur Folge, weil nämlich die eine Halbkugel
mit der Gitter-Kathoden-Kapazität und die andere mit der Anodenkapazität belastet
ist. Die verschiedenen Werte beider Kapazitäten bewirkt, daß sich der Spannungsknoten
vom Kugelzentrum weg zur Anodenseite hin verlagert und daß infolgedessen das Zentrum
der Kugel, wo sich erfindungsgemäß der Abriegelkondensator und die Mittelbleche
befinden, keinen eigentlichen Erdungspunkt darstellt. Die genauere Untersuchung
derartiger Kugelsender ergeben demgemäß, daß stets an der Gitterseite die höheren
Hochfrequenzspannungen auftreten.
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Die erfindungsgemäße Einschaltung der in Abb. 3 gezeigten Mittelbleche
M' und 1-1" bietet eine einfache Möglichkeit, den Kugelsender zu symmetrieren, d.
h. ihn so anzuregen, daß sich die Schwingungsenergie gleichmäßig auf beide Halbkugeln
verteilt; denn man braucht nur :den Abstand ä' des anodenseitigen Flansches F" vom
Mittelblech i1.1" im Verhältnis der in Betracht kommenden Gitter-Anoden-Kapazität
größer einzustellen als den Abstand d .des gitterseitigen Flansches F und l1', um
die Ungleichheit der Röhrenkapazitäten vermittels des durch die Mittelbleche geschaffenen
kapazitiven Spannungsteilers auszugleichen. Diese Abgleichung bringt vor allen Dingen
bei mehreren Schwingröhren, bei :denen sich die ungleiche Belastung wegen der Summenwirkung
ihrer Kapazitäten sehr viel stärker als bei einer Röhre bemerkbar macht, merkliche
Verbesserung.
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Abschließend sei bemerkt, daß sich die geschilderte Symmetrierung
-durch einen in den Kugelkreis eingebauten kapazitiven Spannungsteiler, z. B. auch
bei der in Abb. r gezeigten Anordnung, durchführen läßt, in welchem Fall man mit
einem einzigen Mittelblech, das an Stelle von 11I' und JF' in Abb. 3 tritt, auskommt.
Ebenso ist die Symmetrierung bei dem in Abb. 2 gezeigten Sender mit- eingebauten
Röhren durchführbar, wenn man eine der beiden Innenscheiben Ff' oder Fei' so weit
vergrößert, daß sie zwischen die Außenflanschen F' und F" hineinragt.
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Es ist klar; daß sich die hier beschriebenen Ausführungsformen von
Kugelsendern in analoger Weise auch mit anderen Anfachungsorganen, beispielsweise
mit Bremsfeld- oder mit Magnetfeldröhren, ausrüsten lassen.