DE708035C - Empfangsverfahren fuer ultrakurze Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Empfangsverfahren für ultrakurze Wellen unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre mit mehreren nebeneinander angeordneten Auffangelekt ro den.

Es sind bereits Kathodenstrahlröhren zum Empfang hochfrequenter Wellen bekannt, bei denen durch die Empfangsspannungen selbst eine Querablenkung des Kathodenstrahles erzielt wird. Zu diesem Zweck müssen die hochfrequenzführenden Elektroden beiderseits vom Strahlweg angeordnet sein. Bei einer weiteren bekannten Kathodenstrahlröhre der letztgenannten Art sind die Ablenkelektroden aufgeteilt und werden so gespeist, daß die Ablenkung unter Berücksichtigung der Elektronenlaufzeit an allen Elektroden mit richtiger Phase erfolgt. Die Wirkungsweise dieser Röhre beruht jedoch in gleicher Weise wie die der vorhergenannten Röhre auf der Querablenkung des Elektronenstrahles durch, die empfangenen Hochfrequenzspannungen. Aber auch das Verfahren mit unterteilter Ablenkelektrode ist bei kürzesten Wellen nicht mehr brauchbar, da die Ausdehnung der einzelnen Elektroden mit größer werdender Frequenz immer kleiner werden muß, wodurch auch die Ablenkung selbst immer schwächer wird. Außerdem sind bei sämtlichen Verfahren mit direkter Querablenkung durch die empfangenen Hochfrequenzspannungen sehr große Strahlgeschwindigkeiten erforderlich, was die praktische Anwendbarkeit beeinträchtigt.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Empfangsverfahren, das auch für allerkürzeste Wellen geeignet ist und bei dem die Abmessungen der Elektroden nicht von der Betriebsfrequenz abhängig sind. Erfindungsgernäß wird der Kathodenstrahl durch die Empfangsspannungen periodisch beschleunigt

oder verzögert und durchläuft ein konstantes elektrisches oder magnetisches Querfeld derart, daß die Änderung der Strahlgeschwindigkeit eine Änderung der Ouerablenkung;, des Strahles zur Folge hat. Zur Durchfuhr·; rung dieses Verfahrens ist insbesondere eine,¹ Röhre geeignet, die, ähnlich wie bei der eingangs erwähnten l>ekannten Querablenkungsröhre, eine Mehrzahl von durch die Emp-ό fangsspannungen erregten Elektroden vorgesehen ist, die jedoch entgegen der bekannten Anordnung zur Änderung der Strahlgeschwindigkeit dienen.

Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand '5 der Abb. ι bis 3 näher erläutert werden. Abb. ι zeigt im Prinzip einen erfmdungsgemäßen Detektor samt Empfangsantenne und einer nachgeschalteten Verstärkeranordnung. Innerhalb einer langgestreckten Entladungsa° röhre 5 befindet sich an dem einen Ende eine Kathode 6 mit Vorrichtungen zur Bündelung des Elektronenstromes und an dem anderen Ende mehrere nebeneinander angeordnete Auffangelektroden 7, 8, 9. Diese Auffang- *5 elektroden oder Anoden sind in einer Ebene senkrecht zum Elektronenstrahl 10 beispielsweise in einer Reihe übereinander angeordnet. Die Stärke des elektrischen Hauptbeschleunigungsfeldes zwischen Kathode und Anode ist so gewählt, daß der Elektronenstrahl eine genügend große Geschwindigkeit erhält, um der gestrichelten Linie 10 zu folgen, so daß er normalerweise die mittelste Anode 8 trifft. Zwischen der Elektronenquelle 6 (Kathode) und deii Anoden, aber mehr zu den Anoden zu, sind zu beiden Seiten des Strahlweges Ablenkplatten 11 angeordnet, welche über Zuleitungen 12 mit einer Spannungsquelle zur Erzielung eines konstanten Ablenkungsfeldes verbunden sind. Mit den Anoden ist eine Verstärkerstufe verbunden, welche eine Entladungsröhre 14 mit einer Kathode 15, einem Steuergitter 16 und einer Anode 17 enthält. An die Anode ist ein geeigneter Niederfrequenzindikator iS über einen Transformator 19 verbunden. Dieser Ausgangskreis 20 kann natürlich auch anders aufgebaut sein. Der Strom der Verstärkerröhre erzeugt die zum Betrieb erforderliche Vorspannung selbst, und zwar mit Hilfe einer Kondensator-Widerstands-Kombination im Kathodenkreis. Den Ausgangswiderstand der Detektorröhre bildet ein Widerstand 21, welcher auf der einen Seite mit der mittleren Anode 8 und dem positiven Pol der Vorspannungsquelle verbunden ist. Auf der anderen Seite sind die beiden außenliegenden Anoden 7 und 9 angeschlossen. Parallel zum Widerstand 21 liegt ein ähnlicher Widerstand, der den Gitterkreis fin der Verstärkerröhre 14 bildet. Beide Widerstände sind über Kondensatoren miteinander

verbunden, durch die die verschiedenen Gleichspannungen gegeneinander abgeriegelt werden. Durch das elektrische Querfeld zwischen

Elektroden 11 wird erreicht, daß der ■ktronenstrahl je nach seiner augenblickien Geschwindigkeit mehr oder weniger einer Mittellage abgelenkt wird. Die äußersten Ablenkstellungen sind durch die gestrichelten Linien 22 angedeutet. Die Riehtung der Ablenkung hängt von der Polarisation des elektrischen Querfeldes ab, welche normalerweise konstant gehalten wird. Wenn Empfangsspannungen auftreffen, wird der Elektronenstrahl entsprechend den jeweiligen Amplituden beschleunigt und erfährt eine mehr oder minder große Ablenkung. In Übereinstimmung mit dem Grad der Ablenkung ändert sich der Strom im Ausgangswiderstand 21 und im umgekehrten Verhältnis dazu die Wechselspannung am Gitter 16 der Verstärkerröhre 14.

Damit sich nun die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles in Übereinstimmung mit den Amplituden der Empfangsschwingungen ändert, ist längs des Strahlweges eine Paralleldrahtleitung 23, 24 vorgesehen. An die einzelnen Leiter sind in geeigneten Abständen paarweise durchbrochene oder Hohlelektroden 27 angebracht. Von jedem Paar ist eine Elektrode an den Leiter 23 und eine andere an den Leiter 24, und zwar in annähernd gegenüberliegenden Punkten, angeschlossen. Der Abstand zwischen den zusammengehörigen Elektroden eines Paares ist relativ gering 9S im Vergleich mit der Wellenlänge und beispielsweise kleiner als '/₁₀ der Trägerwellenlänge. Der Abstand zwischen den einzelnen Elektrodenpaaren, gemessen längs der Paralleldrahtleitung, beträgt beispielsweise ein Vielfaches einer Halbwellenlänge. Auf der Kathodenseite ist an die Paralleldrahtleiter 23, 24 eine Antenne z. B. in Form zweier Dipolhälften 25 und 26 angeschlossen, die zur Aufnahme der Empfangsschwingungen dienen sollen. Das eben beschriebene Detektorsystem ist sehr wirksam l>eim Empfang von Mikrowellen, d.h. Wellen unter 10 cm Wellenlänge oder 3000 MHz.

Die Hohlelektroden 27 sind beispielsweise in Form von Schleifen oder koaxialen Kreisringen aufgebaut, deren Achse durch die Elektronenstrahlen gebildet wird. Die Charakteristik dieser Paralleldrahtanordnung, d. h. die Induktanz, muß so gewählt werden, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Empfangswellen längs der Leitung gleich oder annähernd gleich der mittleren Elektronengeschwindigkeit ist. Das elektrostatische Feld muß auf einen bestimmten Wert eingestellt iao sein, so .daß beim Fehlen von Signal- oder Trägerwellen der Elektronenstrahl die mitt-

lere Anode 8 trifft. Treffen nun Signale oder eine Trägerwelle ein, so werden die Elektronen durch jedes Paar von Hohlelektroden 27 beschleunigt oder abgebremst, vorausgesetzt natürlich, daß die Elektronengeschwindigkeit annähernd gleich der Wellenfortpflanizungsgeschwindigkeit ist. Die Geschwindigkeitsänderungen des Elektronenstrahles äußern sich in einem mehr oder minder ausgeprägten Ausbreiten des Elektronenstrahles. Das von den Platten 11 hervorgerufene konstante Ablenkungsfeld wirkt sich in verschiedenem Maße aus, je nachdem ob es auf relativ schnelle oder relativ langsame Elektronen einwirkt. Bezogen auf die Anordnung nach Abb. ι breitet sich beim Eintreffen von Signalen der Elektronenstrahl in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsänderung (Abbremsimg) aus, und eine außenliegende Anode (7, 9) erhält mehr Strom, damit ändert sich die Spannung am Widerstand 21. Diese Änderungen werden im Indikator 18 wahrnehmbar.

Es ist notwendig, den Elektronenstrahl in einem transversalen elektrischen Feld zu beugen oder abzulenken. Zu diesem Zweck wird ein relativ starkes Querfeld angesetzt, so daß eine geringe prozentuale Änderung der Elektronengeschwindigkeit eine große Ablenkung des Strahles hervorruft. Unter diesen Voraussetzungen kann die Empfindlichkeit des Detektors sehr hoch getrieben werden. Eine einfache Überlegung läßt erkennen, daß es wünschenswert ist, daß die Geschwindigkeitsänderung auf jeden Fall nur einen kleinen Prozentsatz der mittleren Elektronengeschwindigkeit ausmacht. Man kann die eben beschriebene Empfangsanordnung aus diesem Grunde als Geschwindigkeitsdetektor bezeichnen.

Es ist weiterhin wünschenswert, die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit längs der Paralleldrahtleitung 23, 24 zu verringern. In Abb. 2 ist eine Anordnung gezeigt, die das er-. möglicht. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Schaltelemente. Das Entladungsgefäß 30 gemäß Abb. 2 ist auf der Anodenseite etwas gekrümmt. Zur Ablenkung des Elektronenstrahles ist eine Magnetvorrichtung 31 vorgesehen. Die Stärke des erzeugten Magnetfeldes muß so bemessen werden, daß der Elektronenstrahl normalerweise die gestrichelte Linie 32 einhält und¹ die mittlere Anode 8 trifft. Wenn von den Antennen 25 und 26 Signale aufgenommen und längs der Paralleldrahtleitung den Hohlelektroden 27 zugeführt werden, so wird durch die Beschleunigung des Strahles erreicht, daß die Elektronengeschwindigkeit zunimmt und der Elektronenstrahl längs der Linie 33 die Anode 7 erreicht. Bei einer Abbremsung des Strahles wirkt sich das magnetische Krümmfeld stärker aus, und die etwas langsamer laufenden Elektronen werden längs der Linie 34 zur Anode 9 geführt. Um die Wellenfort-. pflanzungsgeschwindigkeit zu reduzieren, in der Absicht, extrem hohe Elektronengeschwindigkeit.en zu vermeiden, werden einige Induktivitätswindungen 35 in die einzelnen Abschnitte der Paralleldrahtleitung, und zwar zwischen jedem Paar von durchbrochenen oder Hohlelektroden, eingefügt.

Mit Hilfe der Elektrodenpaare längs der Paralleldrahtleitung werden die Elektronen also beschleunigt oder abgebremst, je nach dem Vorzeichen und der Amplitude der Wechselspannung zwischen je zwei zusammengehörigen durchbrochenen Elektroden 27· In einer Ausführung gemäß Abb. 2 bewirken geringe Änderungen in der Geschwindigkeit relativ große Ablenkungen des Strahles am Ende ihres Weges. An die Anoden ist ein normaler Niederfrequenzverstärker 36 angeschlossen.

In Abb. 3 handelt es sich um dieselbe prinzipielle Anordnung. Gleiche Bezugszeichen gelten für gleiche Schaltelemente. Der Unterschied gegenüber einer Ausführung nach Abb. 2 besteht darin, daß die Kathodenstrahlröhre stärker gebogen ist, so daß ein Riehtungswechsel von etwa i8o° eintritt, mit anderen Worten, die Röhre besitzt U-Form, und der mittlere Teil ist kreisförmig gebogen. In diesem Falle ist auch der Teil des Strahlweges, längs dessen die zusätzliche Beschleunigung oder Abbremsung erfolgen soll, dem Einfluß eines relativ starken Magnetfeldes 40 ausgesetzt. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß es sich zumindest räumlich besser unterbringen läßt. Dadurch, daß der Elektronenstrahl während eines großen Teiles seines Weges dem magnetischen Krümmfeld unterworfen ist, wird eine erhöhte Empfindlichkeit des Detektors erreicht, so daß relativ kleine Empfangsspannungen schon große Abweichungen des Strahles verursachen.

Dem Vorangegangenen ist zu entnehmen, daß es wünschenswert ist, die Länge des Strahlweges zu vergrößern, um eine Beschleunigung oder Abbremsung in möglichst vielen Stufen hervorrufen zu können und um mit relativ geringen Spannungen große Strahlablenkungen erreichen zu können. Die Empfindlichkeit des Detektors wächst also mit der Stärke des Ablenkfeldes und mit der Anzahl der Paare der durchbrochenen oder Hohlelektroden. Da keinerlei komplizierte und insbesondere nicht linear arbeitende Mittel erforderlich sind, um die Signalamplituden in modulationsfrequenten Wechselspannungen umzusetzen, so eignet sich der Detektor besonders für ultrakurze Wellen.

Es sind an sich bereits Anordnungen zur Beschleunigung geladener Teilchen, insbesondere für Elektronen, bekannt, bei welchen die Teilchen durch, eine Anzahl von Hohlelektroden hindurchlaufen, welche abwechselnd! mit dem einen und dem anderen Pol einer Wechselstromquelle verbunden sind. Die Länge der Hohlelektroden ist so bemessen, daß die Teilchen jedesmal beim Übertritt von

to einer in die nächste Elektrode durch die gerade herrschende Feldrichtung beschleunigt werden. Diese Anordnungen ähneln also der obenerwähnten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in weitem Maße.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Empfangsverfahren für ultrakurze Wellen unter Verwendung einer KathodenstrahlrÖhre mit mehreren nebeneinander angeordneten Auf f angel ektroden. dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl durch die Empfangsspannungen periodisch beschleunigt oder verzögert wird und ein konstantes elektrisches oder magnetisches Querfeld durchläuft, derart, daß die Änderung der Strahlgeschwindigkeit eine Änderung der Ouerablenkung des Strahles zur Folge hat..
2. 2. Anordnung für ein Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl mehrere in Strahlrichtung hintereinander angeordnete Elektrodenpaare durchläuft, von denen jedes Paar aus zwei in einem gegenüber der Wellenlänge kleinen Abstand in Strahlrichtung hintereinanderliegenden, von den Empfangsspannungen gegenphasig gespeisten Hohlelektroden, insbesondere ringförmigen Elektroden, besteht, und daß der Abstand der einzelnen Elektrodenpaare, die Höhe der konstanten Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahles und die gegenseitige Phasenlage der zwisehen den Elektroden der einzelnen Paare wirksamen Empfangsspannungen so gewählt sind, daß die Elektronen beim Durchlaufen der einzelnen Paare jeweils in gleichem Sinne beeinflußt (beschleunigt oder verzögert) werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hohlelektroden an die Leiter einer längs des Strahlweges verlaufenden, von den Empfangsspannungen gespeisten Lecherleitung angeschlossen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte der Elektrodenpaare auf der Lecherleitung elektrisch um eine halbe Wellenlänge oder ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge voneinander entfernt sind, und daß die konstante Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahles so gewählt ist, daß die Laufzeit des Strahles zwischen zwei Elektrodenpaaren einer halben Periode oder einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Periode der zu empfangenden Schwingungen entspricht.
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Länge der Lecherleitung, z. B. durch spulenförmige Aufwindung der einzelnen Leiter, gegenüber der elekirischen Länge verkürzt ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß drei Auffangelektroden vorgesehen sind und die demodulierten Ströme zwischen der mittleren und den beiden äußeren, miteinander verbundenen Elektroden abgenommen werden.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische oder magnetische Querfeld zwischen dem von der Kathode entferntesten Elektrodenpaar und den Auffangelektroden angelegt ist.
8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der Röhre vorzugsweise U-förmig gekrümmt ist und praktisch der ganze Strahlweg dem Einfluß eines konstanten magnetischen Ouerfeldes ausgesetzt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen