DE710452C - Anordnung zur Erzeugung oder zum Empfang hochfrequenter Schwingungen - Google Patents

Description

R 94834

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung oder zum Empfang hochfrequenter Schwingungen unter Verwendung einer Röhre mit zwei sich gegenüberstehenden Kathoden und einer zwischen diesen befindlichen durchbrochenen Beschleunigungselektrode. Derartige Röhren sind bereits bekannt, wobei als BescMeunigungselektrode eine mit einem sehr schmalen Spalt versehene, im übrigen jedoch elektronenundurchlässige Elektrode verwendet wird. Es sind auch Bremsfeldröhren bekanntgeworden, bei denen zwischen zwei elektronenemittierenden Kathoden ein Beschleunigungsgitter vorhanden ist. Demgegenüber macht die Erfindung von einer ringförmigen Beschleunigungselektrode Gebrauch, deren lichte Breite groß gegenüber dem Durchmesser des Kathodenstrahles am Ursprungsort ist. Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß die Beschleunigungselektrode ohne Beeinflussung des SchwingungsVorganges eine große lichte Weite erhalten kann, wenn gleichzeitig Bündelungsmittel vorgesehen sind, durch welche der zunächst divergierende Kathodenstrahl nach Durchtritt durch die Beschleunigungselektrode so fokussiert wird, daß jede Kathode im Brennpunkt der yon der anderen Kathode eintreffenden Elektronen liegt. Die Zeit, die die Elektronen brauchen, um von einer Kathode zur anderen zu gelangen, ist wesentlich unabhängig von der Bahn, die sie durchlaufen. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist also dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode als Ring ausgebildet ist, dessen lichte Weite groß gegenüber dem Durchmesser des Kathodenstrahls am Ursprungsort ist und daß Bündelungsmittel vorgesehen sind, durch welche der zunächst divergierende Kathodenstrahl nach dem Durchtritt durch die Beschleunigungselektrode so zusammengeschnürt wird, daß jede Kathode im Brennpunkt der von der anderen Kathode kommenden Elektronen liegt.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß sehr viel weniger Elektronen als bei den bekannten Anordnungen auf der Beschleunigungselektrode absorbiert werden. Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Abbildungen näher erläutert werden:

In der Anordnung nach Abb. 1 sind zwei Elektronenquellen, nämlich die Heizfäden .F₁ und F₂, vorgesehen, zwischen denen sich die Anode G, die als Schirm mit einem zentralen

Loch ausgebildet ist, befindet. Die Heizfäden liegen, in der durch die Mitte dieses Loches hindurchgehenden Querachse. Die Röhre ist einem linearen magnetischen Felde zwischen den Polen N₁ und N₂ ausgesetzt, das axial zu dem Elektrodensystem F₁, G, F₂ liegt. Durch Schirme S₁, S₂, die die Kathoden umgeben,, wird die Emission im wesentlichen in einen Kegel auf die Anodenöffnung zu gerichtet, ίο Eine Quelle/³ liefert der Anode eine hohe positive Vorspannung.

Die Bewegung der aus den Kathoden F₁, F₂ austretenden Elektronen wird, mit Ausnahme derjenigen, die sich genau axial bewegen, eine Komponente senkrecht zur Achse des Systems, also· auch senkrecht zum Magnetfeld erhalten. Diese Bewegungskomponente, die an sich linear wäre, wird durch das magnetische Feld in eine Zirkularbewegung umgeao formt, so daß die Gesamtbewegung der Elektronen etwa schraubenlinienförmig verläuft. Da die Gruppenbewegung der !emittierten Elektronen durch 'einen sich nach dem Schirm ö hin öffnenden Kegel ausgedrückt wird, wird auch die Schraubenlinie sich in gleicher Weise erweitern. Die Elektronen werden jedoch am Auftreffen auf die Anode durch das magnetische Feld verhindert und durch die Öffnung hindurchgelenkt. Wegen der Kleinheit eines Elektrons und wegen ihrer ungeheuren Anzahl üben Zusammenstöße zwischen Elektronen, die von den gegenüberliegenden Kathoden ausgehen, keine Wirkung auf das Arbeiten des Systems aus. Eine analoge Erscheinung tritt in Bremsfeld- und Magnetronschaltungen auf, wo die Elektronen unter .ähnlichen Bedingungen arbeiten. Solange die Elektronen sich nach der Anode O hin bewegen, sind sie einer beschleunigenden Kraft von der elektromotorischen Kraft an der Anode ausgesetzt. Nach Passieren des Anodenloches nach der anderen Kathode hin ändert sich die beschleunigende Kraft in eine verzögernde Kraft, da dieElektronen nun sich von der Anode weg bewegen. Dementsprechend wird ihre Bewegung verlangsamt, und es übt daher das Magnetfeld einen immer größer werdenden Einfluß auf die Krümmung ihrer Bahn aus; die Spirale wird eingeschnürt, und die Elektronen, die vor der Anode auseinanderstrebten, konvergieren nun nach der anderen Kathode hin. Diese Erscheinung, durch die ein divergierender Strahl in einen konvergierenden verwandelt wird, ist als Elektronenfokussierung bekannt.

Schwingungen treten in folgender Weise

auf: Die Elektronen, die, von der einen Kathode kommend, an der anderen Kathode ankommen, haben bei ihrer Ankunft ihre ganze Geschwindigkeit infolge der verzögernden Kraft, der sie nach dem Durchgang durch das Loch in der Anode G ausgesetzt sind, wieder verloren. Sie werden deshalb in derselben Art wie ein zurückkehrendes Elektron in einer Barkhausen- oder eine Magnetronröhre eine Raumladung um die Kathode bilden, die die weitere Emission aus dieser Kathode unterbindet. Diese Raumladungswolke stellt 'eine negative Ladung dar, die y nahezu oder vollkommen den Spannungsabfall um die Kathode herum aufhebt. Mit anderen Worten, die an einer Kathode von der gegenüberliegenden ankommenden Elektronen bewirken, daß die Emission dieser is Kathode wegen der angehäuften Raumladung unterbrochen oder verringert wird. Diese Raumladung zerstreut sich dann, und die Wirkung in der entgegengesetzten Richtung wiederholt sich. ""

Auf diese Weise bestimmt die Laufzeit oder Geschwindigkeit der Elektronen plus der Zeit, die die Raumladung zur Zerstreuung braucht, die Frequenz der Schwingungen.

Vorzugsweise werden die beiden Kathoden ^Ri derart miteinander verbunden, daß sie einen abgestimmten Kreis bilden und auf diese Weise die in dem System erzeugte schwingende Energie auf äußere Kreise übertragen werden kann. Die Elektronenröhre kann auch 9" direkt strahlen, indem man sie einfach in dem Brennpunkt eines Spiegels M anordnet. Abb. 2 zeigt eine Anordnung, die mit gutem Erfolg verwendet worden ist. Die Kathodenleitungen, die von den Spannungs- «s quellen 1 und 2 gespeist werden, und die Leitung von dem Anodenring G liegen in rohrförmigen Schirmen 3, 4 und 5. Zur Kathodenabstimmung dient ein auf den Schirmen 3 und 4 gleitender Schieber 6. Der An- 1 o<. odenschirm 5 ist durch einen Kondensator 7 hochfrequenzmäßig geerdet. Bei einer solchen Anordnung wurde festgestellt, daß durch Veränderung der der Anode zugeführten Spannung die Schwingungsfrequenz für geringere Anodenspannungen in größerem Maße durch die Länge des Abstimmungskreises bestimmt wurde, während bei höheren Spannungen anscheinend die Anodenspannung und das magnetische Feld die Faktoren waren, die die , 1., Frequenz bestimmten. Dieses erwies sich durch den schärferen Abstimmungseffekt bei großen Anodenspannungen und magnetischen Feldern.

Die Versuche zeigten, daß die Kathoden Spannungsschwankungen von i8o° Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen, während die Anode ein Hochfrequenzpotential Null hat.

Wie in Abb. 2a und 2b gezeigt ist und in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung, kann die Überfüh-

rung eines, divergierenden Strahles in einen konvergierenden Strahl auch einfach durch elektrostatische Mittel allein durchgeführt werden, und zwar durch Richtzylinder Rz. Im vorliegenden Falle verhält sich die Schaltung in beiden Richtungen der Achse ganz gleich. Die Figuren zeigen nur schematisch einfache Anordnungen 'einer Doppelfokussierung. Wegen seines hohen Konvergenzeffektes kann in

to diesem System 'eine größere Leistung erzielt werden.

Da das System nach Abb. ι entweder als Umkehrung des doppelt wirkenden Magnetrons mit geschlitzter Anode oder als doppelt wirkende Bremsfeldanordnung betrachtet werden kann, kann es mit symmetrischen Abstimmungskreisen ausgestattet werden, was einen großen Vorteil darstellt. Höhere Frequenzen kann man mit der Röhre bei der Arbeitsweise nach Barkhausen-Kurz oder Gill-Morell erhalten.

Abb. 3 zeigt eine Kaskadenschaltung. Anstatt die Elektronen zu ihrer ursprünglichen Kathode zurückkehren zu lassen, nachdem sie bei der zweiten Kathode angelangt sind, läßt man sie ihren Weg nach einem anderen positiven Schirm hin (Auffangschirm) fortsetzen, worauf man sie endgültig zurückkehren läßt, nachdem sie durch den zweiten Schirm hindurchgegangen sind. Die Pfeile zeigen die Richtung des magnetischen Feldes. In der Mitte liegt eine Elektronenblende.

Abb. 4 zeigt schematisch die. Anwendung des Oszillators in einem Empfangskreis. Hier werden die beiden Kathoden parallel von einer gemeinsamen Quelle über Speiseleitungen 8 gespeist, die in einem Metallrohr 9 liegen. Die Empfangsantenne. 10 ist mit dem Kathodenabstimmkreis durch Verbindungen 11, 12 gekoppelt, die von Streifen 13 und 14 auf dem Rohr 9 zu Anzapfungen 15 und 16 an der Antenne 10 verlaufen. Die Punkte 15 und 16 besitzen einen solchen Abstand voneinander, daß die Antennenirnpedanz angepaßt ist. Die Gleichrichtung des Signals erfolgt in dem Anodenkreis.

Wie erwähnt, kann die Erfindung sowohl in Sende- als auch in Empfangskreisen verwendet werden und beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungen. Beispielsweise kann die Elektronenröhre auch als Verstärker benutzt werden. Wenn sie als Oszillator in einem Sender benutzt wird, kann sie z. B. nach dem Heisingverfahrein moduliert werden. Des ferneren kann in der Nähe jeder Kathode zur Verbesserung der Wirkung eine Hilfselektrode angebracht werden, die nach Art einer Bremselektrode eine negative Spannung gegenüber der betreffenden Kathode erhält.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung oder zum Empfang hochfrequenter Schwingungen unter Verwendung einer Röhre mit zwei sich gegenüberstehenden Kathoden ,und einer zwischen diesen befindlichen durchbrochenen Beschleunigungselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungseiektrode als Ring ausgebildet ist, dessen lichte Weite groß gegenüber dem Durchmesser des Kathodenstrahls am Ursprungsort ist und daß Bündelungsmittel _ vorgesehen sind, durch welche der zunächst divergierende Kathodenstrahl nach dem Durchtritt durch die Beschleunigungselektrode so zusammengeschnürt wird, daß jede Kathode- im Brennpunkt der von der anderen Kathode kommenden Elektronen liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bündelung des Kathodenstrahls ein parallel zur Verbindungslinie der Kathode verlaufendes konstantes Magnetfeld dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1, da- . durch gekennzeichnet, daß zur Bündelung elektrostatisch wirkende Konzentrationsmittel dienen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben oder hinter den Glühkathoden negativ vorgespannte Hilfselektroden (Wehneltzylinder) vorgesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden durch ein geschlossenes resonanzfähiges System, welches vorzugsweise außerhalb des Entladungsgefäßes liegt,, verbunden sind und daß die Zuführung der Heizströme in der Mitte des abgestimmten Kathodenkreises erfolgt.

6. Abänderung einer Anordnung nach Anspruch 1 in eine Kaskadenanordnung, i°5 dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des¹ Entladungssystems senkrecht zur Verbindungslinie der Kathoden eine Elektronenblende und zwischen dieser und den Kathoden je eine positiv vorgespannte durchbrochene Elektrode vorgesehen ist, so daß die Elektronen auf dem Hin- und Rückweg je zweimal eine Beschleunigung nach derselben Richtung erfahren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen