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Anordnung zur Erzeugung ultrakurzer Wellen Die vorliegende .Erfindung
betrifft eine Art Stoffgenerator unter Verwendung mehrerer resonanzfähiger Gebilde
zur Erzeugung allerkürzester Wellen von der Größenordnung eines Millimeters.
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Es sind Funkenstreckengeneratoren bekannt, bei denen eine Reihe von
kleinen resonanzfähigen Körpern, z. B. Kugeln, mit Hilfe von Funkenentladungen,
die sich über alle resonanzfähigen Körper fortpflanzen, in ihrer Eigenwelle angestoßen
wird. Die Abstrahlung von Kugeln ist außerordentlich gering, und auch sonst bestehen
keine Möglichkeiten, die erzeugte Energie in irgendeiner Weise zu sammeln oder getrennt
die einzelnen Energiebeträge auf irgendein gemeinsames Ziel zu richten.
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Es ist an sich bekannt, in einer Bremsfeldröhre zwei hintereinander
angeordnete Gitterelektroden, zwischen die ein Schwingungskreis geschaltet ist,
durch die pendelnden Elektronen anzuregen. Demgegenüber finden bei der Erfindung
gleichsinnig bewegte, d. h. nichtpendelnde Elektronenladungen Verwendung. Außerdem
sind die einzelnen Resonanzgebilde bei der Erfindung selbständig und voneinander
unabhängig, während bei den bekannten Anordnungen ein gemeinsamer Schwingungskreis
für beide Gitter vorliegt. Außerdem wurde bereits vorgeschlagen, durch einen gleichsinnig
bewegten Elektronenstrahl mittels zweier hintereinander in die Strahlrichtungen
gebrachter Sonden einen Schwingungskreis anzuregen. Hiervon unterscheidet sich die
Erfindung durch die schon erwähnten voneinander unabhängigen und selbständigen Schwinggebilde.
Schließlich wurde auch schon vorgeschlagen, eine in den Weg eines konstanten Elektronenstrahles
gebrachte Hohlelektrode durch geeignete Bemessung ihrer Länge zu Schwingungen anzuregen.
Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um einen periodisch unterbrochenen
Elektronenstrahl, der die einzelnen Schwinggebilde stoßweise erregt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die periodisch unterbrochenen,
gleichsinnig fließenden Ladungsträger an einer Mehrzahl von in der Strahlrichtung
hintereinander angeordneten Auskoppelelektroden vorüberfliegen zu lassen. Nach der
Erfindung werden bei einer derartigen Anordnung die Auskoppelelektroden aus im wesentlichen
quer zur Strahlrichtung gerichteten, selbständige Resonanzgebilde darstellenden
linearen Leitern
gebildet, die die ausgekoppelte Schwingungsenergie
in der gewünschten Richtung ausstrahlen.
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In der vorliegenden Erfindung wird die Erscheinung benutzt, daß eine
elektrische Ladung bei Annäherung an einen Leiter, der sich im wesentlichen senkrecht
zur Bewegungsrichtung der Ladung erstreckt, durch Influenz Ströme auf dem Leiter
hervorruft, die auf den Punkt gerichtet sind, dem sich die Ladung nähert. Die Vorzeichen
bzw. Richtungen der Ströme sind entgegengesetzt dein Vorzeichen der bewegten Ladung
(Abb. i und a). Sind nun diese Ströme gezwungen, während ihres Bestehens irgendwo
und irgendwie an einem Wirkwiderstand Arbeit zu leisten, z. B. durch Strahlung usw.,
so tritt eine Phasenverschiebung zwischen der Feldänderung infolge der Ladungsbewegung
und dem resultierenden Feld der Influenzladung auf. Diese Phasenverschiebung bewirkt,
entsprechend der zeitlichen Voreilung des antreibenden Wechsel- bzw. Drehfeldes
gegenüber der Gegen-EMK im Rotor eines asynchronen Wechselstrommotors, eine Bremsung
der bewegten Elementarladungen und dementsprechend eine Energieabgabe an das resonanzfähige
Gebilde. Die bei der Erfindung als resonanzfähige Gebilde benutzten linearen Leiter
kann man je nach ihrer Anordnung zur Flugrichtung der Ladung in der vollen oder
halben Wellenlänge erregen. In Abb. 3 ist ein Fall angegeben, der sich praktisch
sehr gut verwirklichen läßt. Die Ladungen bewegen sich senkrecht zur Leiterachse,
und zwar an einem Ende der Leiter vorbei.
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Die Bahn, die eine Ladung durchfliegt, kann man als eine Art Stromfaden
ansehen. Man kann dementsprechend auch die magnetische Verkettung zwischen den von
der fliegenden Ladung hervorgerufenen magnetischen Feldlinien und einem teilweise
parallel zur Flugbahn geführten Leiter zur Schwingungsanregung ausnutzen.
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Abb. 4 zeigt ein solches Beispiel. Die magnetischen Kraftlinien 111
umgeben die Ladung in Form von konzentrischen, senkrecht zur Bewegungsrichtung stehenden
Kreisbahnen. Soll nun in dein Leiter ein Strom induziert werden, =so muß er mit
dem magnetischen Kraftfluß verkettet werden. In Abb. q. säumen beispielsweise zwei
Leiterschleifen den Weg der Ladung ein. Dieelektrisch wirksame Länge der Schleifen
bemißt man zweckmäßig zu A,/4 und die geradlinigen Teile der Leiter ebenfalls zu
2/4, so daß sich eine Gesamtlänge von A, ergibt. An der Stelle 0 bildet sich ein
Stromknoten aus. Von da aus läuft der Strom nach bzw. kommt von entgegengesetzten
Richtungen. An den Enden der ge-_ radlinigen Teile des Leiters bilden sich ebenfalls
Stromknoten bzw. Spanungsbäuche aus.
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Wesentlich ist der Umstand, daß man die Elementarladungen veranlassen
muß, stoß-«-eise ihre Energie abzugeben etwa dadurch, daß man die Emission ihrer
Ursprungsquelle periodisch steuert.
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Zur Erzielung guter Wirkungsgrade wird man das Verfahren derart durchführen,
dar ein bestimmter Zusammenhang zwischen der Stoßzeit (Stoßdauer) und der Schwingungszeit
der angeregten Schwingungen und/oder ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Stoßfrequenz
(Stoßfolge) und der erregten Frequenz besteht. Der letztgenannte Betriebsfall wirkt
sich in einer Art Frequenzhaltung oder -stabilisierung günstig auf die Schwingungserzeugung
aus.
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In Abb. 5 ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens
schentamatisch angedeutet. Die dort gezeigte Anordnung könnte man mit Massenstrahler
bezeichnen. Resonanzfähige Gebilde von linearer Ausdehnung sind geeignet bemessen
und so angeordnet, daß Schwingungen von gewünschter, vorzugsweise annähernd gleicher
Frequenz, vor allem aber gleicher Polarisationsrichtung, erzeugt werden können.
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Eine Anzahl von Einzelstrahlern S jeweils von der Größe 2/a, welche
keine hochfrequente Leitungsverbindung untereinander haben, sind in verschiedenen
Abständen e, e', e". . . voneinander zwischen einer Elektronenquelle k und einer
AufangeelektrodeA angeordnet. Die gegenseitigen Abstände der Einzelstrahler nehmen,
von I(nach A gesehen, gleichmäßig ab. Diese Abstandsverringerung ist notwendig
wegen der Geschwindigkeitsabnahme der Ladungen während ihres Fluges von K nach A.
Im dargestellten Fall sollen beispielsweise alle Einzelstrahler dieselbe Eigenfrequenz
aufweisen.
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Die Anordnung nach Abb. 5 -kann ebensogut nach Abb. q. abgeändert
werden, wenn es sich als vorteilhaft erweisen sollte, die magnetische Verkettung
zwischen bewegter Ladung und einer Leiterschleife auszunutzen.
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In einer Anordnung nach Abb. 6 ist durch Hinzufügen eines Magnetfeldes
der Weg der Ladungsträger gekrümmt worden. Die angeregten Gebilde S brauchen untereinander
hochfrequenzmäßig nicht verbunden zu sein; sie können sogar räumlich verschieden
orientiert sein. Die abgestrahlten Schwingungen sind dann zirkular polarisiert.
Man kann aber auch die angeregten Schwingungen gemäß Abb.6 mit Hilfe einer Energieleitung
sammeln und konzentriert zur Wirkung bringen.
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Wie anfangs schon erwähnt, läßt sich der Erfindungsgedanke am besten
durchführen,
wenn die tlementarladungen stoßweise ihre Energie abgeben.
Man wird deshalb Elementarladungsursprungsquellen (Kathoden) verwenden, die in bekannter
Weise kurzzeitig wirken bzw. zur Wirkung gebracht werden und während ihrer Wirkungszeit
übernormal emittieren. Vorwiegend für Forschungszwecke, Entfernungsmessungen und
auch für solche Fälle, bei denen eine Fernauslösung einer sekundären Wirkung mit
Hilfe überaus stark gebündelter kurzwelliger Strahlungen erfolgen soll; wird man
das erfindungsgemäße Verfahren anwenden. Um nun größere Energiemengen impulsartig
zur Wirkung bringen zu können, wird man gezwungen sein, übermäßig belastete Kathoden
kurzzeitig zur Wirkung zu bringen. Einfache Glühkathoden allein werden wegen ihrer
Wärmeträgheit dazu kaum geeignet sein. Es empfiehlt sich deshalb die Verwendung
einer primären und einer sekundären (gesteuerten) Ladungsquelle. Man kann z. B.
die bei einer Funkenentladung auftretenden Primärelektronen zur Auslösung von Sekundärelektronen
benutzen.
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Eine weitere Möglichkeit, hochemittierende und trägheitslose steuerbare
Ladungsträgerquellen zu erzielen, soll im folgenden Abschnitt unter Bezugnahme auf
Abb. 6 geschildert werden. Ein vorzugsweise plattenförmiges, gegebenenfalls negativ
vorgespanntes Hilfselektrodenpaar umgibt eine normale, dauernd geheizte Glühkathode
bis auf relativ kleine öffnungen. Außerhalb des Hilfselektrodenraumes ist eine oder
sind mehrere stark positiv vorgespannte Beschleunigungselektroden vorgesehen. Außerdem
ist ein Magnetfeld, dessen Kraftlinien senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen
verlaufen, vorgesehen, und die Feldstärke ist so bemessen, daß die Elektronen gerade
nicht aus dem Hilfselektrodenraum austreten können. Wird nun kurzzeitig zwischen
den Hilfselektroden H ein elektrisches Ouerfeld aufgerichtet, derart, daß die beiden
Hilfselektroden verschiedene Spannungen gegenüber der Kathode K erhalten, so werden
die Elektronen aus dem Hilfselektrodenraum herausgesteuert und zur Beschleunigungselektrode
gezogen.
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Die Entladungsanordnungen werden zweckmäßigerweise samt den resonanzfähigen
Gebilden in gasdichte, aber strahlungsdurchlässige Gefäße eingeschlossen.