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Verfahren zur Abstimmung und/oder Dämpfungsregelung eines von kurzwelligen
bzw. ultrakurzweiligen Schwingungen fremderregten Organs Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Abstimmung und/oderDämpfungsregelung eines von kurzwelligen
bzw. Ultrakurzwelligen Schwingungen fremderregten Organs unter Verwendung eines
sogenannten Pendelvervielfachers.
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Ein Pendelvervielfacher ist ein zur Verstärkung eines Elektronenstromes
oder zur Erzeugung von ungedämpften Schwingungen verwendbarer Sekundärelektronenvervielfacher
und besteht in seiner einfachsten Form aus zwei einander gegenüberstehenden sekundäremissionsfähigen
Elektroden (Kathoden), zwischen denen eine Beschleunigungselektrode (Anode) so angebracht
ist, daß sie verhältnismäßig wenige Elektronen abfängt. Abb. i zeigt einen solchen
Elektronenvervielfacher in Verbindung mit einem Schwingkreis LC; der zwischen den
Kathoden K1 und K2 liegt. Zur Bündelung des Elektronenstromes ist koaxial zur Röhre
eine Magnetspule M vorgesehen: zwischen der Anode H und der Spule
L liegt eineAnodenspannungsbatterie UQ. Es ist aber auch bekannt, den Entladungsstrom
durch elektrostatische Felder zu bündeln. Zum Verständnis der folgenden Ausführungen
ist eine kurze Erklärung der Wirkungsweise angebracht: Die Laufzeit eines Elektrons
auf seinem Wege von K1 nach K2 ist zunächst bestimmt durch die Anodenspannung zuzüglich
dem integralen Einfluß der Wechselspannung zwischen den beiden Kathoden. Außerdem
ist die Laufzeit bei Berücksichtigung von Raumladungen noch abhängig vom Magnetfeld
in dem Sinne, daß ein starkes Magnetfeld die Raumladung erhöht, also die Laufzeit
vergrößert. Für die folgenden Betrachtungen sei
die Wechselspannungsamplitude
als klein gegeniiber der Anodengleichspannung betrachtet, so daß die Laufzeit vorwiegend
durch die Anodenspannung bestimmt wird.
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Ist die Laufzeit etwas kleiner oder höchstens gleich der Dauer einerHalbperiode
oder eines geradzahligen Vielfachen der Hall)-Periode der zwischen K, und K. liegenden
Wechselspannung, so wird ein Elektron. das z. B. von K, in dem =Augenblick austritt,
in dem die Wechselspannung infolge ihrer Phasenlage das Elektron zusätzlich zti
beschleunigen beginnt, mit endlicher Geschwindigkeit auf K, auftreffen und Sekundärelektronen
an K.# auslösen. Diese Sekundärelektronen werden während des kleinen Laufzeitwinkels,
das ist der Winkel, um den die Elektronenlaufzeit kürzer als die Halbperiodendauer
ist, gegen das Wechselfeld (von K, nach K2) in Richtung zurAnode A anlaufen und
entdämpfend wirken: sie werden jedoch sehr bald, und zwar bevor sie sich wesentlich
von K., entfernt haben, durch das inzwischen umgepolte Wechselfeld «-leder beschleunigt,
so daß an K, wiederum Sekundärelektronen ausgelöst werden. Der resultierende innere
Widerstand zwischen K, und K= ist demnach überwiegend positiv, d. h. dämpfend, da
mit zunehmenden Elektronenpendelungen die Raumladung erhöht. die Laufzeit also verlängert
und demzufolge der kleine entdämpfendePhasenwinkel noch weiter verkleinert wird.
Dieser Vorgang würde sich ungehindert fortsetzen, d. h. es würde kein Anodenstrom
fließen, da Ja die Beschleunigung der Elektronen, z. B. zwischen.K, und A, durch
die Verzögerungen zwischen A und K.= aufgehoben werden und außerdem wegen
des Bündelungsfeldes von der Anode Elektronen in wesentlicher Zahl nicht übernommen
werden können.
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Da jedoch andererseits durch die zunehmenden Raumladungen die Laufzeiten
verlängert werden, d. h. der Laufzeitwinkel verringert wird, so gelangen noch weniger
richtigl>hasige Elektronen (in Gebieten stärkerer Raumladung) zur Anode, so daß
sich der Anodenstrom und damit die Dämpfung zwischen K, und K, vergrößert. Der Grad
dieser Dämpfung, d.li. die Abnahme des Innenwiderstandes derRöhre, hängt auch im
gewissen Grade davon ab, ob die Sekundärelektronen in der Nähe der Mitte oder nahe
dein Umfang der Kathodenplatten emittiert Nvorden sind, ferner von der Querkomponente
des elektrostatischen Feldes (durch Raumladung), von der Krümmung der elektrischen
und magnetischen Kraftlinien zwischen Anode und Kathode und von etwaigen LTnsvmnietrien
der Röhre.
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Im stationären Zustand ist ntin die Zahl der bei jedem Stoß neu emittierten
Sekun därelektrorien gleich der Zahl der bei jedem Stoß auf die Anode gelangenden
Elektronen, so daß der Anodenstrom konstant ist. Innerhalb gewisser Grenzen steigt
der Anodenstrom mit dem Magnetfeld, und zwar in dem Maße, wie die Wahrscheinlichkeit
geringer wird, daß ein erstes Primärelektron auf die Anode gelangt. Dieses Elektron
wird dem Vervielfachungsvorgang entzogen, d. h. die Dämpfung zwischen K, und K2
bedeutet nichts anderes als das Auftreten von Anodenstrom. Die Größe des Anodenstromes
kann durch das Magnetfeld verändert werden. Es ist aber bekanntlich auch möglich,
den Anodenstroni durch Änderung der Anodenspannung zu beeinflussen und dadurch die
Elektronenschwingungen zu modulieren.
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Da der Laufzeitwinkel den zwischen K, und K= auftretenden inneren
Widerstand der Röhre mitbestimmt in dem Sinne, daß ein kleiner werdender Laufzeitwinkel
den Innenwiderstand überwiegender positiv und der Phase nach weniger induktiv macht
(da der Anodenstrom nacheilt gegenüber der Wechselspannungsphase an den Kathoden
bei jedem Stoß), so kann man in erster Näherung durch alle Maßnahmen, die die Laufzeit
beeinflussen, den induktiven Widerstand ändern. Einfluß auf die Laufzeit haben z.
B. Anodenspannung und Wechselspannung. Durch alle Maßnahmen, welche die Elektronenübernahme
durch die Anode beeinflussen, kann man die .Wirkkomponente ändern, z. B. durch das
Magnetfeld, die Anodenlängsabmessungen und die Kathodenquerabmessüngen.
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Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, daß für größer werdende
Laufzeitwinkel, d. h. kürzere Laufzeiten, der Innenwiderstand der Röhre überwiegend
negativ wird, so daß bei passender Größe des Außenwiderstandes Schwingungen auftreten
können. Die Blindkomponente, die hierbei meist kapazitiv ist, nimmt dabei im allgemeinen
zu mit zunehinendem Phasenwinkel. Dieses Gebiet interessiert hier jedoch nur insofern,
als es zu Störerscheinungen Veranlassung geben kann.
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Für Laufzeiten, die etwas größer als die Dauer einer Halbperiode oder
eines geraden. Vielfachen einer Halbperiode sind, gelangt ein Primärelektron entweder
gar nicht oder. nur mit so geringer Geschwindigkeit auf die gegenüberliegende Kathodenplatte,
daß keine Sekundärelektronen ausgelöst werden können. Allerdings gelangt dieses
Primärelektron in der nächsten Halbperiode der Wechselspannung mit größerer Geschwindigkeit
auf die Ausgangskathode zurück und löst jetzt Sekundärelektronen aus, die zum Teil
von der Anode übernommen, zum Teil wieder zurückbeschleunigt werden. In diesem Arbeitsgebiet
fließt also Anodenstrom, dessen Auftreten
aber auf einen ziemlich
engen Bereich beschränkt ist (Schwinggebiet).
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Auf Grund der vorstehenden Betrachtungen besitzt also ein Pendelvervielfacher
bei passender Wahl der Beschleunigungsspannung, des Bündelungsfeldes, der Frequenz
und der Röhrenabmessungen einen positiven Innenwiderstand, der durch Ändern von
Anodenspannung und Magnetfeld stetig induktiv oder rein reell oder, unter Beachtung
der statischen Elektrodenkapazität, in einem gewissen Bereich auch kapazitiv gemacht
werden kann.
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In den Abb. 2a bis 2c sind näherttngsweise Kurven für den Verlauf
des Betrages und der Phasenlage des Widerstandes in Abhängigkeit von der Anodenspannung
und der Intensität des Bündelungsfeldes wiedergegeben.
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In Abb.2a ist der Verlauf des Anodenstromes T, in Abhängigkeit von
der Anodenspannung U" und zwar für verschiedene Laufzeitwinkel z, angegeben. Die
Laufzeit z, ist dabei in Beziehung zur Dauer T einer Vollperiode der Resonanzfrequenz
f gebracht läßt sich mit Hilfe des Bündelungsfeldes, z. B. durch die Feldstärke
einer Magnetanordnung, verändern.
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Auf Grund dieser Eigenschaften läßt sich die Anordnung in vielfacher
Weise anwenden, so z. B. als Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulator.
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Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Abstimmung und/oder Dämpfungsregelung
eines von kurzwelligen bzw. ultrakurzwelligen Schwingungen fremderregten Organs,
z. B. eines Schwingkreises, bei welchem dem Organ ein Pendelvervielfacher zugeschaltet
wird, dessen Impedanz nach Phase und Größe durch Veränderung des Beschleunigungsfeldes
und/oder des Bündelungsfeldes verändert wird. Dieses Verfahren gibt die Möglichkeit,
die Abstimmung oder Dämpfung selbst solcher Organe zu beeinflussen, bei denen eine
Einwirkung auf den Entladungsvorgang selbst nicht oder nicht stetig durchführbar
ist; auch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine einfache Fernbedienung
von Kurzwellen- oder Ultrakurzwelleneinrichtungen.
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In Abb. 3 ist eine erfindungsgemäße Modulation.sanordnung dargestellt,
bei der die Modulation außerhalb des eigentlichen Schwingungserzeugers, z. B. in
-der Antenne oder in einer Energieleitung zwischen Schwingungserzeuger und Antenne,
vorgenommen wird.
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G verkörpert den Hochfrequenzgenerator. F stellt den ,als Modulator
dienenden Pendelvervielfacher dar, der über einen Eingangskreis H mit dem Generator
gekoppelt ist. Eine Antenne oder ein :anderer Verbraucher T% der modulierten Schwingungen
ist über Koppelkondensatoren XX angeschlossen. Die Modulation geschieht entweder
durch Beeinflussung der Anodenspannung U, mit Hilfe eines Modulationstransformators
T"" oder durch Veränderung der Magnetfeldstärke der Spule M. Im zweiten Falle wird
der Magnetisierungsstrom zum Teil von einer Quelle konstanten Stromes J," und zum
Teil von einer Iodulationsstromquelle T"" geliefert. Es steht natürlich nichts im
Wege, von beiden Modulationsmöglichkeiten.gleichzeitig Gebrauch zu machen.
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Die Erfindung kann auch zur Umschaltung, Ein- oder Ausschaltung von
Sendern, Empfängern oder zur Regulierung von Amplituden, Frequenz oder Phase von
hochfrequenten Schwingungen dienen. Dementsprechend ist mit Hilfe einer erfindungsgemäßen
Anordnung auch eineFernabstimmung, insbesondere Feinabstimmung, eines frequenzbestimmenden
Schwingkreises möglich, wie beispielsweise in der Abb. q. angedeutet. Die Eigenfrequenz
eines Schwingkreises L'
C soll um verhältnismäßig kleine Beträge,
und zwar vorzugsweise
| worden (f = T ) . |
| Die Kurve I gibt den Verlauf für a,< |
| die Kurve II gibt den Verlauf für a, <'2 , |
| die Kurve III gibt den Verlauf für z,<52an. |
In Abb. 2b sind die Widerstandswerte über der Anodenspannung U, aufgetragen.
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Die Kurve A zeigt den Verlauf des induktiven Widerstandes (-,- j c,tL),
welcher maßgebend durch die Elektronenströmung beeinflußt wird.
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Die Kurve B zeigt den Verlauf des kapazitiven Widerstandes
der praktisch durch die statische Röhrenkapazität gegeben ist. Eine etwa auftretende
dynamische Kapazität ist außer acht gelassen worden, 'da durch sie die Anschaulichkeit
gelitten hätte.
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Die Kurve C zeigt den aus den Kurven A und B resultierenden Widerstand.
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In Abb. 2 c ist der Verlauf des Ohmschen Widerstandes R (Dämpfungswiderstand)
in Abhängigkeit von der Anodenspannung U, angegeben, und zwar gilt die Kurve a für
ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld, die Kurve ß für ein mittleres Magnetfeld
und die Kurve y für. ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld.
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Es hat sich herausgestellt, daß der Pendelvervielfacher wegen seiner
geringen Dämpfung eine ähnlich scharfe Resonanzkurve.besitzt wie ein Schwingquarz.
Die Resonanzfrequenz kann mit Hilfe der Beschleunigungsspannung (Anodenspannung)
nach Belieben eingestellt werden. Der Resonanzwiderstand
daß dem
Organ ein Pendelvervielfacher zugeschaltet wird, dessen Impedanz nach Phase und
Größe durch Veränderung des Beschleunigungsfeldes und /oder des Bündelungsfeldes
verändert wird.
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2. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch
dieVer= Wendung einerRöhre, bestehend aus einem in der Mitte der Röhre befindlichen
Anodenring (Beschleunigungselektrode) und beiderseits der ringförmigen Anode liegenden
sekundäremissionsfähigen plattenförmigen Elektroden (Kathoden).
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3. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
magnetische Mittel zur Bündelung des Elektronenstromes, und zwar in Form einer Magnetanordnung,
deren Kraftlinien annähernd parallel zur Verbindungslinie der sekundäremissionsfähi,gen
Elektroden (Ka-. thoden) verlaufen.
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q.. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
elektrostatische Mittel zur Bündelung des Elektronenstromes, ähnlich wie sie in
der Elektronenoptik gebräuchlich sind.
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5. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung
zur Frequenz- oder Phasenmodulation eines Senders.
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6. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung
zur Fernabstimmung eines Schwingungskreises. fernbedienbar geändert werden. Mechanische
Verstellvorrichtungen zur Veränderung eines der Schwingkreiswerte «-eisen meist
einen beachtlichen toten Gang auf und arbeiten mit einer Zeitverzögerung, die in
vielen Fällen nicht in Kauf genommen werden kann. Um diese Nachteile zu vermeiden,
wird parallel zu den Schwingkreisklemmen S S ein regelbarer Pendelvervielfacher
F geschaltet, dessen Anodenspannung U" und Magnetfelderregerstrom J"1 von fern geregelt
werden kann. Die Trägheitslosigkeit bzw. trägheitslose Steuerung bis in das Gebiet
der ultrakurzen Wellen ist als besonderer Vorzug zu werten.
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An Stelle eines magnetischen Bündelungsfeldes können auch elektronenoptische
Linsenanordnungen Verwendung finden, die die Elektronen daran hindern, daß sie zu
früh auf der Beschleunigungselektrode landen und damit die Dämpfung der Anordnung
vergrößern. Aus demselben Grunde ist es oft zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die
Elektronen nur wenig vervielfacht werden, damit kein großer Elektronenverlust an
der Beschleunigungselektrode entsteht.