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Einrichtung zur Erzeugung von Kurzwellen nach dem Raumladungsprinzip
Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, auf eine besondere Art durch Raum-Iadungss.chwi
gtmgen Kurzwellen zu @erzeugen. Die Erfindung benutzt weder eine Rückkopplung noch
einen negativen Widerstand. Die Schwingungen sind vielmehr bereits vorhanden, ohne
daß ein Schwingungskreis benutzt wird. Bekanntlich ist das das Kennzeichen für Schwingungen,
die als Ursache, Raumladungsschwankungen haben, im Gegensatz zu den Schwingungen
mittels Rückkopplung oder negativen Widerstand, die durchaus Schwiügüngskreise für
die Er7,eugung von Schwingungen zur Voraussetzung haben.
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Die Erfindung geht von folgender überlegung aus: Setzt man in einer
Hochvakuumröhre ein Gebilde (nach Abb. i) aus einem Glühfaden I( und zwei Platten
r', und P2, die beide ein positives Potential. gegenüber dem Glühfaden, aber ein
verschiedenes Potential gegeneinander haben, einem konstanten magnetischen Feld
parallel zum Glühfaden aus, so bewegen sich bekanntlich die Elektronen zum großen
Teil auf verschlungenen Cykloidenbahnen senkrecht zum elektrischen Feld zwischen
dien Platten und senkrecht zum magnetischen Feld fort, d. h. :es kommt eine Elektron
enstr ömung in der Pfeilrichtung zustande bzw. bei umgekehrter Richtung des Magnetfeldes
in der entgegengeset7ten Richtung des Pfeiles. Wesentlich ist hierbei nur, daß die
Elektronenströmung keineswegs gänzlich und unmittelbar auf die Platten gerichtet
ist, sondern im Gegenteil zwischen ihnen entlang gleitet. Biegt man nunmehr die
Platten zu Zylindern (Abb.2), .so ändert sich die Erscheinung zunächst im Prinzip
nicht. Auch hier suchen die Elektronen zwischen den Zylinderwandung en entlang zu
gleiten, sie gelangen aber hierbei offensichtlich wieder zum Glühfaden zurück, wobei
ein Teil der Elektronen vom Glühfaden aufgenommen wird, der andere Teil am Glühfaden
vorbeigleitet
und erneut den Kreislauf beginnt. Hierbei treten nun die Raumladungssch-wingungen
auf.
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Röhren, die mit einem zurückkehrenden Elektronenstrahl arbeiten, sind
bekannt. Jedoch handelt es sich bei diesen Röhren nicht um einen Elektronenstrahl,
der zur Glühkathode im Kreise zurückkehrt und diesen Kreislauf mehrmals durchläuft,
sondern der emittierte Elektronenstrahl wird hierbei derart gekrümmt, daß er' seine
anfängliche Bahn senkrecht durchsetzt. Es entsteht ein P-föriniges Bahngebilde,
in dem sich der Elektronenstrahl selbst unterbricht, insbesondere, wenn sich .an
der Kreuzungsstelle eine durchbrochene Elektrode befindet, die er negativ aufzuladen
vermag. Diese Röhre enthält weder :ein magnetisches Feld noch eine konzentrische
Zylinderanordnung. Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt auf rein elektrostatischem
Wege, die Wirkung des Elektronenstrahles auf sich selbst nur einmalig. Im Gegensatz
hierzu vermag bei der erfindungsgemäßen Röhre ein Elektron dadurch, daß es zu seinem
Ausgangspunkt zurückkehrt, die Bahn mehrmals zu-durchlaufen und auf diese Weise
seine Funktionen mehrmals auszuüben, bevor @es von einer der kalten Elektroden absorbiert
wird. Auch wird bei starken magnetischen Feldern eine gute Bündelung des Elektronenstrahles
:erzielt, welche die Elektronen verhindert, zu divergieren und so vorzeitig an die
Anodenzylinder zu gelangen. So :ergibt sich ein guter Nutzeffekt der Röhre.
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Die Wirkungsweise der Röhre ist im einzelnen folgende: Denkt man sich
die Verhältnisse ummittelbar nach dem Einschalten, so wird von dem Glühfaden in
der gekennzeichneten Weise eine Elektronenströmung ausgehen. Diese hat natürlich
eine Front, die vorwärts schreitet, ähnlich einer Flutwelle. Im Augenblick, wo diese
Front auf der andern Seite den Glühfaden wieder erreicht, wirkt sie infolge ihrer
Ladung wie ein negativ aufgeladenes Gitter auf den Glühfaden, d. h. der Glühfaden,
der bis dahin in unverminderter Stärke die Elektronenflut :emittiert hat, gibt weniger
Elektronen heraus: :es folgt also jetzt auf die Elektronenflut eine Elektronenebbe.
Auch diese läuft im Kreisse herum und gelangt schließlich .auf der anderen Seite
wieder zum Glühfaden, genau so wie vorhin die Elektr onenflut. Nur wird die Ebbe
weniger hemmend auf die Emission des Glühfadens wirken, da ja ihre Raumladungsdichte
@erlieblich geringer ist als die der Elektronenflut, d. h. der Glühfaden emittiert
wieder größere Mengen von Elektronen, es entsteht wieder eine Elektronenflut. So
wechseln automatisch Elektronenflut und -ebbe miteinander ab. Legt man nun nach
Abb.2 in den Elektronenwegeine geeignete kalte Elektrode A, z. B. .einen Metallfaden,
und verbindet ihn mit dem passenden Potential mit der Kathode, so macht sich Flut
und Ebbe der Elektronen in hochfrequenten periodischen Schwankungen eines Stromes
zwischen dem kalten Metallfaden und der Glühkathode bemerkbar. Es entsteht hier
eine Kurzwelle von guter Intensität und konstanter Frequenz ohne jeden Schwingungskreis.
Zweckmäßig wird natÜrlich der Metallfaden, der die Elektronen auffängt, mit der
Glühkathode über ,ein Lechersystem verbunden, das auf die erzeugte Hochfrequenz
abgestimmt ist.
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Die Frequenz der :erzeugten Kurzwelle ist um so höher, je höher die
Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronen ist und je kleiner ihr Wanderungsweg ist.
Man-hat es also in der Hand, zunächst durch Dimensionierung der Röhre und damit
der Weglänge die Frequenz zu bestimmen. Da die Wanderungsges.chwindigkeit bei Magnetröhren
proportional der @elektrischen Feldstärke zwischen den Platten bzw. den Zylindern
Pi und P#, und umgekehrt proportional der magnetischen Feldstärke ist, so hat man
genügend Spielraum, mit diesen Mitteln bei gegebener Röhre die Frequenz innerhalb
bestimmter Grenzen zu verändern.
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U m möglichst hohe Frequenzen zu erzeugen, ohne daß die Dimensionen
der Röhre zu beengt werden, werden erfindungsgemäß im gleichen Abstande voneinander
und auf den Umfang regelmäßig verteilt mehrere Glühkathoden 9 und kalte Auffangelektroden
A angebracht, so daß sich im genau gleichen Abs.tande und abwechselnd eine
Glühkathode und eine kalte Elektrode einander folgen (Abb. 3). Die beste Form resultiert
jedoch, wenn man lauter Glühkathoden, die regelmäßig auf den Umfang verteilt sind,
verwendet und die kalten Auffangfäden wegläßt. Da von jedem Glühfaden ein Teil der
Elektronen zu der nächstgelegenen Wandung der Zylinderelektroden übergeht, so machen
sich die gekennzeichneten Emissionsschwankungen der Glühfäden in Anodenstrom.schwankungen
an den Zylindern bemerkbar. Beide Zylinder erhalten hier gleichphasig die hochfrequenten
Stromstöße, wenn auch der eine Zylinder stärkere Ströme erhalten kann als der andere.
Ein etwaiger Nutzschwingungskreis liegt zwischen den zusammengeschalteten Glühkathoden
einerseits und den schaltungsmäßig zusammengefußten Zylindern andererseits. Die
Zylinder P, und P2 erhalten natürlich nach wie vor verschiedene Gleichspannung.
Diese Ausführung gibt einen besonders guten Wirkungsgrad; denn es ist ersichtlich,
daß der Anteil der vom Glühfaden emittierten Elektronen, die vom
Glühfaden
unmittelbar zu den Zylindern übergehen, zu dem Anteil der vom Glühfaden emittierten
Elektronen, die zwischen den Zylinderwandungen entlang gleiten und den Steuerungszwecken
dienen, für den Nutzeffekt in einem bestimmten günstigen Verhältnis stehen muß.
Dieses optimale Verhältnis wird hier röhrentechnisch leicht dadurch erzeugt, daß
man den Unterschied der Zylinderxadien so lange variiert, bis der gewünschte Effekt
erzielt ist. -Eine ähnliche Wirkung kann man dadurch erzielen, daß man die Zylinder,
insbesondere den äußeren Zylinder; durchbrocheri gestaltet und so die wirksame Auffangfläche
für die Elektronen verändert. Dazu können Drahtnetze mit passender Maschenweite
dienen oder eine Drahtspirale von dem Durchmesser des Zylinders oder besser feine
Drahtringe von dem Durchmesser des Zylinders, die, im passenden Abstand nebeneinander
aufgereiht, die Zylinderwandung ersetzen. Der Glühfaden .selbst hat ebenfalls eine
optimale Lage zwischen den Zylinderwandungen, die meist dadurch gekennzeichnet ist,
daß bei dieser Lage die hoc,hfrequentren Ströme in die Zylinderwandungen gleich
groß. werden. Ein so angeordneter Glühfaden liegt der einen Zylinderwandung
etwas näher als der andern.
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Bei ganz kleinen Dimensionen der Röhre schrumpft natürlich der innere
Zylinder zu einem Stift zusammen. Bei großen Dimensionen aber paßt man zweckmäßig
das Magnetfeld dem an und sorgt mit geeigneten Polschuhen dafür, daß sich das Magnetfeld
auf den Raum zwischen den Zylindern konzentriert.
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Schließlich hat sich diejenige Polung, bei der der Außenzylinder das
höhere Potential von den beiden Zylindern besitzt, der umgekehrten Polung etwas
überlegen erwiesen.