DE705265C - Kurzwellenanordnung zur Frequenzvervielfachung unter Verwendung von Doppelsystemmagnetronroehren - Google Patents

Description

• Kurzwellenanordnung zur Frequenzvervielfachung unter Verwendung von Doppelsystenunagnetronröhren Die Erfindung betrifft eine Kurzwel.lenröhrenanordnung, welche vorzugsweise zur Erzielung höherer Schwingleistungen bei sehr kurzen Wellen dienen soll. Es gelangt eine Magnettonröhre mit einem Doppelsystem zur Verwendung, die eine Frequenzvervielfachüng der der Röhre zugeführten Steuerspannungen erreichen läßt. Bei dieser Röhre sind im wesentlichen zwei Elektrodensysteme mit einer gemeinsamen Kathode vorhanden, die als Steuersystem und als Nutzsystem dienen. Es können jedoch auch noch weitere Hilfselektrodensysteme zu Modulations- oder sonstigen Regelzwecken zwischen den vorgenannten Systemen eingefügt werden.
• Es sind an sich Doppelsystem-magnetronröhren bekannt, bei denen die Zahl der nahe an der Kathode liegenden Elektroden gleich oder größer ist als die Zahl der außenliegenden Elektroden. Nach einem früheren Vorschlag werden solche Röhren derart fremdgesteuert betrieben, daß dem Innensystem die Steuerspannungen zugeführt und von dem Außensystem die Nutzspannungen abgenommen werden.
• Es liegt weiterhin ein Vorschlag vor, bei Magnetronröhrenanordnungen das zur Schwingungserzeugung .dienende Elektrodensystem mit einer einzigen bzw. mehreren untereinander verbundenen Auffangelektroden zu umgeben und die Betriebsbedingungen so zu wählen, daß die Schwingelektroden nur durch Influenz von den vorbeifliegenden Elektronen Wechselenergie aufnehmen und daß die Elektronen nach ihrem Lauf möglichst vollzählig auf der außenliegenden, elektrisch annähernd neutralen Auffangelektrode landen. Dieser Vorschlag ist eine Abwandlung der an sich bekannten Anordnung, bei der ein Elektronenstrahl auf seiner Bahn von einer Kathode zu einer elektrisch neutralen Auffangelektrode eine Schwingelektrode durchläuft, die durch Influenz zu Schwingungen angeregt wird.
• Die Erfindung macht von diesen Vorschlägen und bekannten Anordnungen Gebrauch und hat eine neue Anordnung zur Frequenzvervielfachung ultrakurzer Wellen in einer Magnettonröhre mit Doppelsystem zum Gegenstand. Der physikalische Gedanke ist dabei der, daß :durch eine geometrische Dimensionierung der Elektroden und durch einen elektrisch geeignetenAufbau des Entladungssystems die vom Steuersystem gesteuerten Elektronen erst dann zwecks Energieabgabe in das zu entdämpfende Feld des Hochfrequenzleitungssystems treten, wenn sie in bezug auf die augenblickliche Phasenlage dieses Feldes gegenphasig sind, also durch (las zu erstdämpfende Feld abgebremst wer-,len und dadurch ihre Energie an die betreffenden Schwingelektroden abgeben. Geht man vorn Standpunkt der Schwingungserzeugung aus, so kann man auch sagen, daß sie bezüglich der Schwingungsanfachung richtigpliasig aus dein Innen- oder Steuersystem austreten und in das außenliegendeLeistungsrlektrodensystem gelangen. Der Frequen-r_-vervielfachungsfaktor ist prinzipiell nur durch den geometrischen Aufbau des Elektrodensysteins bzw. durch das zahlenmäßige Verhältnis derInnenelektroden zu denAußenelektroden .gegeben.
• Die Kurzwellenanordnung gemäß der Erfindung, bei der eineDoppelsysternmagnetronröhre finit verschieden großen, paarweise svmnietrisch und achsparallel zur Kathode liegenden Elektroden Verwendung findet, ist dadurch gel:ennzeiclinet, daß eine gerade Allzahl, insbesondere zwei Elektroden J, die die hatliode umgeben, ein Steuersystem zur Steuerung des Entladungsvorganges und eine größere geradeAnzahl dahinterliegeilder, insbesondere vier Elektroden A, ein Leistungssystem zur Aufnahme der verstärkten Schwingungen bilden, und daß der Schwingkreis St des Steuersystems auf die niedrigste vorkommeilde Welle (Grundwelle) und der Schwingkreis O des Leistungssystems auf vorzugsweise eine Harmonische höherer Ordnung, bezogen auf die Grundwelle, abgestimmt :find.
• Zum richtigen Funktionieren der erfin-(lungsgemäßen Röhrenanordnung ist es zweckmäßig und oft sogar notwendig, daß ilie Schwingelektroden A, zwischen denen die vervielfachte Frequenz auftritt, vom direkteil Elektronenleitungsstrom weitgehend entlastet «-erden, indem außerhalb des Elektro-<lendoppelsystems eine oder mehrere Kochfrequenz elektrisch annähernd neutrale Auffangeelektroden vorgesehen werden.
• _@iidernfalls kommen die zur mehrfachen I@iltdäilipfung notwendigen Elektronenwege Schleifenbalinen) nicht zustande, so daß die Elektronen ihre aus dein Beschleunigungs--leichfeld aufgenommene Energie nur teilweise an (las anzufachende Wechselfeld bzw. ;ui die Schwingelektroden abgeben.
• An Hand der Abb. i bis 3 sollen die Vorgänge z. B. bei einer Frequenzverdopplung innerhalb einer NIagnetronrölire und an Hand der Abb..T und 5 die- Wirkungsweise der erfindungsgetnäßen Röhrenabordnungen geschildert werden.
• Abb. i zeigt eine bereits früher vorgeschlagene Anordnung unter Verwendung einer Doppelsysteinröhre R mit je zwei Innenelektroden Il, l., und zwei Außenelektroden A1, A2, die paarweise, aber in verschiedenen Abständen symmetrisch zur Kathode K angeordnet sind. Die außenliegenden Elektroden A sind durch einen Bügel 13 elektrisch unmittelbar miteinander verbunden. Zwischen den beiden Innenelektroden l liegt der Eingangskreis St. dein normalerweise eine Wechselspannung von der Frequenz w von einer fremden Steuerspannungsquelle zugeführt wird.
• Die Außenelektroden A würden bei Zwischenschaltung eines auf die Eingangsfrequenz abgestimmten Schwingkreises in Gegentakt arbeiten (Abb. 2, i' und i"). Es tritt bei jedem Halbwechsel ein Stromstoß in der beiden Elektroden A gemeinsamen Leitung zur Spannungsquelle auf. Diese Stromstöße (Abb. ?) i und i"' können, da sie (iie doppelte Frequenz im Vergleich mit der Frequenz der Eingangsschwingungen haben, einen auf die doppelte l?ingangsfre(ltienz 2o-, abgestimmten Schwingkreis O, der zwischen dem Bügel h und der Kathode K liegt, erregen.
• Abb.3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Abb. r. Die beiden Außenelektroden .-1 sind zu einem geschlossenen Zylinder zusammengewachsen. Die Wirkungsweise der Anordnung ist dieselbe. Die Kathode kann für die Hochfrequenz durch faradaykäfigartige Umbauungen K' ersetzt «-erden, wie es in der Abb. 3 angedeutet ist.
• Abb.-T zeigt eine erfindungsgemäße Röhrenanordnung. Es ist lediglich das Innensystein I gezeichnet. Der l'ingangskreis St und die Batterieverbindungeil sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen «-orden. Die Kathode ist geradlinig ausgebildet, und sämtliche Elektroden verlaufen zu ihr achsparallel.
• Gemäß derErfindung ist dieZahl der kreisbogenförmigen Außenelektroden A größer als die der flachen Innenelektroden 1. Die Außenelektroden A sind svnnnetrisch auf einem Kreisumfang verteilt. Die Elektroden des Innensvsteins sind so angeordnet, daß ihre Mittelebene, die durch die Kathode führt, mit den Verbindungslinien zti den Mitten der Außenelektroden je einen Winkel von 45' bzw. ein Mehrfaches davon einschließt. je zwei am Umfang aufeinanderfolgende Elektroden A1 und A3 bzw. A_ und .-h, sind durch je einen Bügel B unmittelbar miteinander verbunden. Zwischen den beiden Bügeln B, vorzugsweise .innerhalb des Röhrengefäßes R, befindet sich der Ausgangskreis O, welcher auf eine höhere Frequenz. insbesondere die doppelte Grundfrequenz, abgestimmt ist.
• Die in der Frequenz vervielfachten und meist auch bezüglich der Leistung verstärkteil Schwingungen werden zwischen den Elektroden A selbst und nicht zwischen der Kathode und den Elektroden A abgenommen. Dieser Umstand ist sehr wichtig, da dadurch eine völlige Symmetrie der Anordnung erreicht und somit der Wirkungsgrad gesteigert wird.
• Abb. 5 a zeigt eine Weiterbildung des Erfindungsgedank#ens, die einen Anspruch auf hohe Vollkommenheit machen kann.
• Infolge des in der Richtung konstanten Magnetfeldes werden die Elektronen immer nach derselben Seite abgekrümmt und beaufschlagen nur zwei Elektroden, welche dadurch stark erhitzt werden. Hochfrequenzmäßig sind natürlich alle Leistungselektroden in gleichem Maße an der Schwingungserzeugung beteiligt. .Um die von den Elektronen beaufschlagten Elektroden A vom Gleichstrom zu entlasten, ist eine hochfrequenzelektrisch neutrale Auffangelektrode N vorgesehen, die das elektrische Gleichfeld zylindersymmetrisch gestaltet und außerdem die Elektronen nach ihrer Arbeitsleistung aufnimmt. Die Auffangelektrode N kann natürlich auch aus mehreren Einzelelektroden bestehen, denen Modulationsspannungen z. B. im Gegentakt zugeführt werden. Sie führt meist die höchste positive Vorspannung gegenüber der Kathode, da vorzugsweise aus ihrem Feld die Energie zur Beschleunigung der Elektronen genommen wird. Diese Auffangelektrode N läßt sich in einfacher Weise durch ein flüssiges oder gasförmiges Mittel kühlen, da alle ihre Teile untereinander und auch meist gegenüber der Kathode keine nennenswerte Hochfrequenzwechselspannung führen. Sie hat außerdem noch die Aufgabe, eine ungünstige Rückwirkung zwischen Leistungs- und Steuersystem bei zu hohen Anodenwechselspannungen zu kompensieren.
• Um nun zu erreichen, daß die Elektronen nur auf der Elektrode N landen, muß man die Stärke des Magnetfeldes und .die Vorspannungen der einzelnen Elektrodenarten so wählen, daß die aus dem Innenelektrodensystem J austretenden Elektronen die Außenelektroden A größtenteils nicht erreichen und zur Auffangelektrode N abgekrümmt werden.
• Die gestrichelt eingezeichneten Elektronenwege (Abb. 4) kommen in Frage bei relativ kleinen Magnetfeldern und Schwingungen zweiter Ordnung, also dann, wenn ein Elektron für einen Umlauf (Richtungsumkehr bis zur ursprünglichen oder Anfangsrichtung) die halbe Schwingungszeit TIa für eine Vollperiode ,der erzeugten Frequenz benötigt. Ein Elektron gelangt von der KathodeK zur Elektrode N (A) etwa in der Zeit T/4, da es auf seinem Wege nur eine halbe Schleifenbahn beschreibt.
• Die voll ausgezogenen Elektronenwege (Abb. 5 a) kommen, bei relativ starken Magnetfeldern und Schwingungen höherer Ordnung in Frage. Die Elektronen bewegen sich so schnell, daß sie für einen Umlauf (einer Art Kreisbahn, deren Durchmesser sich während des Fluges verkleinert) nur einen sehr kleinen Bruchteil t der Schwingungszeit T für eine Vollperiode benötigen. Die Zeit, die ein Elektron braucht, um von der Kathode K zur Elektrode N (A) zu gelangen, ist dann etwa 7a # t + t1a, wobei n die Zahl der vollen Umläufe sein soll.
• Abb.5b, bietet in perspektivischer räumlicher Ansicht einen Einblick in das Innere der erfindungsgemäßen Röhre.
• Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß bei einer Röhre gemäß Abb. 5 a und 5 b die Zuführung der Steuer- oder Grundfrequenz am Innensystem I erfolgt.
• Die Abnahme der vervielfachten Frequenz, deren Frequenz zahlenmäßig nicht auf das Doppelte der Grundfrequenz beschränkt ist. geschieht an einem Außensystem A, welches gleichstrommäßig weitgehend vom Elektronenleitungsstrom entlastet ist.
• Abb. 6a und 6b zeigen eine Weiterbildung der in Abb. 5 a und 5 b dargestellten Röhre, mit dem Unterschied, daß das Innensystem aus durchbrochenen Elektroden, vorzugsweise aus Gitterstreben, besteht, welche in radialen Ebenen zur Kathode liegen. Die Elektronen treten bei einer derartigen Ausbildung des Steuersystems, weniger gebündelt, durch die gesamte Innenelektrodenfläche aus. Die von den Elektronen induzierten Elektroden und der jeweils auffangende Teil der Elektrode N sind (im Sinne des krümmenden Magnetfeldes gerechnet) cyclisch um eine Teilung (bezogen auf die Teilung des Leistungselektrodensystems A) in der Drehrichtung verschoben worden.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Schaltungsbeispiele beschränkt. So lassen sich die vervielfachten Schwingungen durch zusätzliche Hilfselektroden auf bekannte Weise modulieren. Äußerdem ist es möglich, das Steuersvstem, das aus den innenliegenden Elektroden und dem zugehörigen 'Schwingungskreis besteht, in. Selbsterregungsschaltung zu betreiben und die vervielfachten Schwingungen vom Außensystem abzunehmen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Kurzwellenanordnung zur Frequenzvervielfachung unter Verwendung von Doppelsystemmagnetronröhren finit mehreren verschieden großen, paarweise symmetrisch -und achsparallel zur Kathode liegenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl, insbesondere zwei Elektroden (J), die die Kathode umgeben, ein Steuersystem zur Steuerung des Entladungsvorganges und eine größere gerade Anzahl dahinterliegender, insbesondere vier Elektroden (A), ein Leistungssystem zur Aufnahme der verstärkten Schwingungen bilden, und (iaß der Schwingkreis (St) des Steuersystems auf die niedrigste vorkommende Welle (Grundwelle) und der Schwingkreis (0) des Leistungssystems auf vorzugsweise eine Harmonische höherer Ordnung, bezogen auf die Grundwelle, abgestimmt sind. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des Leistungssystems (A) symmetrisch auf einem Kreisumfang verteilt sind und die Elektroden des Steuersystems (J) so angeordnet sind, daß ihre Mittelebene, die durch die Kathode führt, mit den Verbindungslinien (Radien) zu den Mitten der Außenelektroden j e einen Winkel von d.5 bzw. ein Mehrfaches oder ganze Bruchteile davon einschließt, derart, daß die Elektroden des Innensystems sich mit den Elektroden des Außensystems nicht vollständig decken. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode geradlinig verläuft, daß das Steuersystem einen kleinen Abstand von der Kathode aufweist und aus zwei zur Kathode achsparallelen Platten besteht und daß das Leistungssystem einen größeren Abstand von derselben Kathode aufweist und aus vier zur Kathode achsparallelen Segmenten A besteht, deren Querschnitt (senkrecht zur Kathode) Kreisbogen ergeben, und daß jede zweite der am Umfang der Röhre aufeinanderfolgenden Elektroden (A) durch elektrisch kurze Leitungen finit dem einen Ende und die übrigbleibenden Elektroden mit dem anderen Ende des zwischen den beiden so entstandenen Ilektrodengruppen liegenden Leistungssvstemschwingkreises (0) verbunden sind. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingkreis (St) des innenliegenden Systems Steuerspannungen von einer fremden Wechselspannungsquelle zugeführt werden. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem, bestehend aus den innenliegenden Elektroden und zugehörigem Schwingkreis, in einer Selbsterregungsschaltung betrieben wird. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwingelektrodensvsteine gemeinsam von einer einzigen bzw. von mehreren untereinander verbundenen Elektroden (Auffangelektroden N) umschlossen sind, die die höchste positive Vorspannung führt (führen), und (las die Stärke des Magnetfeldes und die Vorspannungen der Elektroden so gewählt sind, (laß die aus dem Steuerelektrodensvstem (J) austretenden Elektroden die rLeistungselektroden (A) größtenteils nicht erreichen und zur Auffangelektrode (:1") abgekrümmt werden. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingelektroden des Steuersystems (J) und/oder des Leistungss_vstenis (.A) durchbrochen sind. Anordnung nach den Ansprüchen i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von nebeneinanderh@egenden Auffangelektroden vorhanden ig und (1a13 diese in zwei gleichwertige Gruppen eingeteilt sind, denen Modulationsspannungen im Gegentakt zugeführt werden.