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Verfahren-zur Erzeugung ultrakurzer Wellen mit einer Magnetfeldröhre
Zur Erzeugung ültrakurzwelliger Schwingungen sind die. verschiedensten Verfahren
bekanntgeworden, von denen,die meisten von der Ausnutzung der Elektronenlaufzeiten
in Elektronenröhren Gebrauch machen. Die Schwingungsanfachung beruht hierbei im
wesentlichen darauf, daß durch die Wechselspannungen an den Elektroden sowie durch
Raumladungserscheinungen innerhalb der Röhre .eine Gruppierung der Elektronen in
dem Sinne stattfindet, daß eine periodisch hin und her pendelnde oder rotierende
Elektronenwolke entsteht. Diejenigen Elektronen, die von der Kathode zu Zeiten ausgesandt
werden, in denen keine Unterstützung der angefachten Schwingungen möglich ist, d.
h. diejenigen Elektronen, die ihre Energie an das Wechselfeld ,nicht abgeben können,
werden durch einen Aussortierungsprozeß vom Schwingungsvorgang ferngehalten. Dieser
Prozeß beruht darauf, daß diese Elektronen, die als falschphasig bezeichnet seien,
durch das Wechselfeld Energie aufnehmen, ihre Geschwindigkeit vergrößern und infolgedessen
durch die ablenkenden Kräfte- *r Magnetfelder oder elekttischen Felder aus der Bahn
der übrigen Elektronen gebracht und einer Auffangelektrode zugeführt werden. Durch
die Aussortierung und Beseitigung der falschphasigen Elektronen wird selbstverständlich
der Wirkungsgrad der Röhre erniedrigt. Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad
einer Magnetronröhre mit. Laufzeitschwingungen zu erhöhen. Dies geschieht erfindungsgemäß
dadurch, daß auch die falschphasigen Elektronen zur Schwingungsanfachung in der
Weise ausgenutzt werden, daß diese falschphasig von der Emissionsquelle -ablaufenden
Elektronen zu einer Phasenumkehr bzw. zu einem Phasensprung veranlaßt werden, so
daß sie zumindest während des letzten Teiles ihres Fluges die Schwingungsanfachung
unterstützen. Der Sprung oder die Umkehr der Phase bezieht sich auf den Phasenunterschied,
der an der betreffenden Stelle des Entladungsraumes zwischen dem periodisch schwingenden
Feld und der parallel zum elektrischen Feld verlaufenden Geschwindigkeitskomponente
des Elektrons besteht.
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Es ist bereits ein Ultrakurzwellenschwingungserzeuger vorgeschlagen
worden mit einer Röhre mit 2 Elektrodensystemen und gemeinsamer Kathode, die zwei
selbständigen ausgangsseitig gekoppelten Gener atorsystemen angehören. Bei diesem
Vorschlag führt das eine System Schwingungen nach dem Prinzip der Elektronenpendelung
infolge- der Laufzeit der Elektronen aus, während das andere System mit einem gegen
die Anode negativ vorgespannten Gitter arbeitet. Die beiden Systeme sind hierbei
über. die äußeien Kreise
derart gekoppelt, daß das zweite System
Elektronen von der Kathode oder ihrer Umgebung darin entnimmt, wenn die Elektronen
nicht zur Erzeugung von Schwingungen im ersten System beitragen. Es werden also
die obenerwähnten falschphasigen Elektronen bei einem Bremsfeldsystem zur Schwingungserzeugung
in einem System mit negativem Gitter herangezogen. Dagegen handelt es sich beim
Erfindungsgegenstand um die Ausnutzung der falschphasigen Elektronen bei Magnetronsystemen,
bei welchen eine dem obigen Vorschlag entsprechende Arbeitsweise wegen des störenden
Magnetfeldes nicht möglich ist.
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Im folgenden wird angegeben, wie der obenerwähnte Phasensprung gemäß
der Erfindung praktisch durchzuführen ist. Wie in den Abbildungen dargestellt, werden
die der Kathode K benachbarten Nutzelektroden A durchbrochen ausgeführt und hinter
diesen werden - in einem Abstand, der bei den verwendeten Vorspannungen und der
zu erzeugenden Frequenz eine geeignete Laufzeit erlaubt - weitere Elektroden angebracht.
Die hintereinanderliegenden Nutzelektroden A werden nun über Schwingungskreise L,
C so verbunden, daß sie sich mit den in radialer Richtung benachbarten stets in
Phasenopposition befinden, so.daß der Gradient
des angelegten Wechselfeldes nach dem Durchtritt durch eine durchbrochene Elektrode
sein Vorzeichen umkehrt. Die Hintereinanderschaltung bzw. Schachtelung der Elektroden
läßt sich beliebig weit treiben.
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Abb. z zeigt im Prinzip ein derartiges Elektrodensystem. Man kann
die Elektrodenanordnung auch doppelseitig (Abb. a). öder zylindersymmetrisch (Abb.3
und ¢) ausbilden. Diese Elektrodenschachtelung läßt sich natürlich sinngemäß bei
allen Magnetronschaltungen durchführen, bei denen die Elektronenlaufzeit in der
Größenordnung der Schwingungszeit für eine Vollperiode der erzeugten Frequenz ist.
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Abb. 3 zeigt eine Magnetronröhre R mit zwei ungeteilten Anoden- Al
-und A2. Die radialen Abstände der Elektroden K, Az, A2 untereinander sind gleich
groß. Beide Elektroden A1 und A2 erhalten positive Vorspannungen gegenüber der Kathode
K. Die außenliegende Elektrode A2 erhält die höchste positive Vorspannung.
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Eine weitere Verbesserung der bisher beschriebenen Anordnungen läßt
sich dadurch erzielen, daß die durchbrochenen Schwingelektroden durch geeignete
Oberflächenbehandlung oder durch Wahl eines entsprechenden Materials sekundäremissionsfähig
gemacht werden. Treffen nämlich auf die Nutzelektroden dann zu einer falschen Zeit
Primärelektronen auf, so überkompensieren die durch diese ausgelösten Sekundärelektronen
die Primärelektronen in der Beeinflussung des Anfachungsvorganges. Die Sekundärelektronen
unterstützen damit die Schwingungserzeugung. Zweckmäßig können die Sekundärelektronen
dann nach Abgäbe ihrer Energie an die Schwingelektroden von Äuffangelektroden abgefangen
werden, die keine Wechselspannung führen.
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Die Abb. q. zeigt schließlich eine Röhre, die zur praktischen Durchführung
der bisher dargelegten Gedanken anwendbar ist und bei der außerdem von verschiedenen
anderweitigen Vorschlägen Gebrauch gemacht wird. Der Elektronenaustritt aus der
Elektrode K wird gemäß einem anderweitigen Vorschlag durch eine Hilfselektrode G,
(Zuggitter) begünstigt und durch zwei weitere Hilfselektroden G, im Rhythmus der
zu erzeugenden Frequenz gesteuert. Zur Bündelring des Elektronenstromes ist eine
Art Richtelektrode Z vorgesehen. Die richtigphasigen Elektronen laufen auf einer
Wendelbahn mit `stetig kleiner werdendem Radius zwischen den durchbrochenen Nutzelektroden
A1 und A2 ab und landen, nachdem sie ihre Energie an die Nutzelektroden abgegeben
haben, mit einer minimalen Geschwindigkeit auf der Auffangelektrode N. Hinter den
Nutzelektroden Ar und A2 befinden sich weitere Nutzelektroden AI und Au, welche
aus den falschphasig in den .Entladungsraum eingetretenen Elektronen, die ihren
Bahnradius zusätzlich vergrößert haben, nachdem Durchtritt durch die durchbrochenen
Elektroden infolge ihrer gegenphasigen Erregung richtigphasig laufende Elektronen
machen (Phasensprung). Der Vorschlag, zur Ausnutzung der falschphasig laufenden
Elektronen die eigentlichen Nutzelektroden durchbrochen auszuführen und hinter diesen
gestaffelt gegenphasig erregte Elektroden anzubringen, kann natürlich z. B. auch
auf Turbinenmagnetrongeneratoren oder andere Magnetronröhren angewandt werden.
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Bezüglich der Modulation, der Demodulation, der Fremdsteuerung und
der Stabilisation lassen sich natürlich alle bekannten und geeigneten Verfahren
elektrischer und magnetischer Art oder Kombinationen davon unter Verwendung der
Haupt- oder Hilfselektroden anwenden.