DE722472C

DE722472C - Arrangement for receiving ultra-high frequency vibrations

Info

Publication number: DE722472C
Application number: DEL87591D
Authority: DE
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1935-02-25
Filing date: 1935-02-25
Publication date: 1942-07-10
Also published as: US2147813A; GB457721A; FR802387A

Description

Anordnung zum Empfang ultrahochfrequenter Schwingungen Es ist bekannt, daß der Empfang von Schwingungen sehr hoher Frequenz auf Schwierigkeiten stößt und mit um so schlechterem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann, je höher die Frequenz ist. In letzter Zeit hat man insbesondere die sog. Bremsfeldschaltung benutzt, deren Resonanzschärfe jedoch zu wünschen übri.gläßt und die .vor allen Dingen den Nachteil hat, daß sie mehrdeutig ist; auch werden, und dies liegt in dem Prinzip dieser Schaltung begründet, die Röhren außerordentlich klein, so daß sie bei Zentimeterwellen konstruktiv kaum noch ausgeführt werden können.Arrangement for receiving ultra-high frequency vibrations It is known that the reception of vibrations of very high frequency encounters difficulties and the higher the frequency, the worse the efficiency is. In particular, the so-called braking field circuit has recently been used However, the sharpness of the resonance remains to be desired and that, above all, has the disadvantage has that it is ambiguous; also, and this is in the principle of this circuit justified, the tubes extremely small, so that they are constructive at centimeter waves can hardly be carried out.

Es ist bekannt, eine ungeschlitzte Röhre dem Resonanzmagnetfeld auszusetzen und die elektrische Welle eines Senders durch das Innere der Röhre auf einen hinter der Röhre befindlichen.Detektor wirken zu lassen. Weiterhin ist ein Empfangsverfahren bekannt, bei dem die Spule und die Magnetfeldstärke so eingestellt werden, daß die Röhre am oberen oder unteren Knick der Charakteristik arbeitet. Eine größere Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung wird dadurch erzielt, daß die Magnetfeldstärke gleich der Resonanzfeldstärke gemacht wird. Bei diesem Verfahren fließt auch bei Nichtempfang ein Anodenstrom.It is known to expose an unslit tube to the resonance magnetic field and the electric wave of a transmitter through the inside of the tube to a rear the detector located in the tube. There is also a receiving procedure known, in which the coil and the magnetic field strength are adjusted so that the Tube at the upper or lower bend of the characteristic works. Greater sensitivity the receiving device is achieved in that the magnetic field strength is equal to the Resonance field strength is made. With this method, flows even if there is no reception an anode current.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine ungeschlitzte Magnetronröhre, deren Elektrodensystem in Richtung der Kathode beiderseitig offen ist, in der Weise für den Empfang modulierter Ultrakurzwellen zu benutzen, daß die Betriebsbedingungen der Röhre, die der in Richtung der Achse des Elektrodensystems einfallenden Strahlung ohne Verwendung einer besonderen. Antenne direkt ausgesetzt ist, so gewählt sind, daß die Elektronen unmittelbar vor Erreichen der Anode zur Umkehr gezwungen werden und Schwingungen ausführen, deren Frequenz mit der Frequenz der zu empfangenden Strahlung übereinstimmt, und daß die demodulierten Spannungen aus dem Anodenkreis entnommen werden. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß die Röhre im Kennlinienknick und demgemäß im Zustand eines wenn auch geringen Anodenruhestromes arbeiten muß, denn die Wirkung der aufgenommenen Strahlung auf die kreisenden Elektronen ist zeitlich nur auf deren kurze Durchgangszeit beschränkt und daher so gering, daß die Elektronenbahnen sehr labil sein müssen, um infolge der nur geringfügigen Wirkung der Strahlung auf die Anode abgelenkt zu werden.It has already been proposed to use an unslit magnetron tube, whose electrode system is open on both sides in the direction of the cathode, in the way to use for the reception of modulated ultra-short waves that the operating conditions the tube, the incident radiation in the direction of the axis of the electrode system without using a special. Antenna is directly exposed, are chosen so that the electrons are forced to reverse immediately before reaching the anode and perform vibrations, the frequency of which matches the frequency of the one to be received Radiation matches, and that the demodulated voltages from the anode circuit can be removed. Such an arrangement has the disadvantage that the tube bends in the characteristic curve and accordingly has to work in the state of an anode quiescent current, albeit a low one, because the effect of the absorbed radiation on the circling electrons is temporal limited only to their short transit time and therefore so small that the electron orbits must be very unstable in order to be due to the negligible effect of the radiation on the anode to be deflected.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Empfangsschaltung zu schaffen, die diese Nachteile nicht besitzt und dabei vor allen Dingen ins Auge gefaßt, solche Röhren anzuwenden, deren Dimensionen in praktisch herstellbaren Größen liegen. Sie löst dies damit, daß sie eine an sich für Sendezwecke bekannte Röhre mit in achsparallele Zylindersegmente geteilter Anode verwendet und an diese, wie aus Sendeschaltungen bekannt ist, einen Schwingungskreis symmetrisch anschließt. Diese Anordnung wird für die Empfangszwecke dadurch brauchbar gemacht, daß bei gegebener Wellenlänge die Anodenspannung relativ niedrig gehalten bzw. der Durchmesser der geteilten Anode so groß gewählt wird, daß im Ruhezustand nicht nur kein Anodenstrom fließt, sondern daß in der Röhrencharakteristik wesentlich entfernt von der Stelle gearbeitet wird, bei der der Anodenstrom zu fließen beginnt. Der Schwingungskreis, mit dem die zu empfangende Energie aufgenomnien wird, hat den Vorteil, diese Hochfrequenzenergie zu speichern und so mehrmals auf die Elektronenkreise wirken zu lassen. Aus diesem Grunde brauchen die Elektronen nicht auf labilen Bahnen zu kreisen, um durch die Empfangsenergie auf die Anoden hin abgelenkt zu werden.The invention has set itself the task of a receiving circuit to create that does not have these disadvantages and, above all, is eye-catching taken to use such tubes, their dimensions in practically producible sizes lie. It solves this by having a tube known per se for broadcast purposes with parallel to the axis Split anode cylinder segments used and to this, as is known from transmission circuits, an oscillating circuit symmetrically connects. This arrangement is made useful for receiving purposes by that at a given wavelength the anode voltage is kept relatively low or the Diameter of the divided anode is chosen so large that not only in the idle state no anode current flows, but that is significantly removed in the tube characteristics work is carried out from the point at which the anode current begins to flow. Of the The oscillation circuit with which the energy to be received is absorbed has the Advantage of storing this high-frequency energy and thus several times on the electron circuits let it work. For this reason the electrons do not need to travel on unstable orbits to circle in order to be deflected by the received energy towards the anodes.

In den beiliegenden Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Die Röhre R (Abb.2) hat einen Heizfaden H. Es sind zwei symmetrisch liegende Anodenzylindersegmente A vorhanden. Der Entladungsraum steht in an sich bekannter Weise unter der Einwirkung eines konstanten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien parallel zu dem Glühfaden verlaufen. Das Magnetfeld kann entweder durch einen Elektromagneten erzeugt werden oder auch gegebenenfalls durch einen permanenten Magneten. An die Anodensegmente ist ein Lechersystem L angeschlossen, das im Spannungsknoten durch einen Kurzschlußbügel K überbrückt ist. Der Kurzschluß des Lechersystems kann auf einen ersten, zweiten oder dritten Spannungsknoten der Empfangswellenlänge eingestellt sein. Die Zuführung der Anodenspannung erfolgt in der Mitte des Kurzschlußbügels, gegebenenfalls über eine Hochfrequenzdrossel DY. Im Anodenspannungskreis liegt der Empfangsindikator T, der nur rein schematisch dargestellt ist. Er kann aus einem Telephon, einem Anzeigeinstrument oder aus diesen und einem Verstärker bestehen. An das Lechersystem sind zwei Hälften Di eines Empfangsdipols angeschlossen. Der Anschluß kann natürlich in bekannter Weise auch induktiv oder kapazitiv erfolgen.In the accompanying figures are exemplary embodiments of the invention shown schematically. The tube R (Fig.2) has one filament H. There are two symmetrically lying anode cylinder segments A present. The discharge space is in place in a manner known per se under the influence of a constant magnetic field, whose lines of force run parallel to the filament. The magnetic field can either be generated by an electromagnet or possibly by one permanent magnets. A Lechersystem L is connected to the anode segments, which is bridged by a shorting clip K in the voltage node. The short circuit of the Lechersystem can be applied to a first, second or third tension node of the Reception wavelength must be set. The anode voltage is supplied in the middle of the short-circuit bar, possibly via a high-frequency choke DY. The reception indicator T is located in the anode voltage circuit, which is purely schematic is shown. It can be from a telephone, a display instrument or from these and an amplifier. Two halves Di of a receiving dipole are attached to the Lechersystem connected. The connection can of course also be inductive or in a known manner take place capacitively.

Die Wirkungsweise ist folgende: Die vom Glühdraht H emittierten Elektronen fliegen unter dem Einfluß des Magnetfeldes in einer geschlossenen Bahn (Kreis) zur Kathode zurück. Die Umlaufzeit der Elektronen ist lediglich von der magnetischen Feldstärke abhängig. Treten nun infolge der aufgenommenen Empfangsenergie hochfrequente Spannungen an den Anodenzylindersegmenten auf und .stimmt die Dauereiner Periode dieser Wechselspannungen mit der erwähnten Umlaufzeit der Elektronen überein, so laufen die Elektronen nicht mehr in Kreisen, sondern in Spiralen ab, so daß sie schließlich die Anodenzylindersegmentedoch erreichen und einen Strom im Anzeigekreis hervorrufen. Die Wirkungsweise hat zur Voraussetzung, daß die Elektronen ohne die empfangenen hochfrequenten Schwingungen in keiner Weise die Anodenzylinder erreichen. Demgemäß muß die Anodenspannung sich stets unterhalb eines Wertes befinden, bei dem der Anodenstrom im Ruhezustand fließen würde. Zwischen Magnetfeldstärke H," und Frequenz F der empfangenen Schwingungen muß die Beziehung bestehen /=O ,3 # 107 H (f in Hz und H", in Gauß). Die sich daraus ergebende Magnetfeldstärke wird Resonanzmagnetfeldstärke genannt.The mode of operation is as follows: The electrons emitted by the filament H fly back to the cathode in a closed path (circle) under the influence of the magnetic field. The circulation time of the electrons is only dependent on the magnetic field strength. If, as a result of the received energy, high-frequency voltages occur on the anode cylinder segments and if the duration of a period of these alternating voltages coincides with the aforementioned period of rotation of the electrons, the electrons no longer run in circles but in spirals, so that they finally reach the anode cylinder segments and cause a current in the display circuit. The prerequisite for the mode of operation is that the electrons in no way reach the anode cylinder without the received high-frequency vibrations. Accordingly, the anode voltage must always be below a value at which the anode current would flow in the quiescent state. The relation / = 0.3 # 107 H (f in Hz and H ", in Gauss) must exist between the magnetic field strength H," and the frequency F of the vibrations received. The resulting magnetic field strength is called the resonance magnetic field strength.

Der Anodenzylinderdurchmesser muß im Falle der erfindungsgemäßen Anordnung auf alle Fälle größer sein als der kritische Durchmesser, der sich ergibt, wenn bei der jeweiligen Resonanzfeldstärke und bei gewählter Anodenspannung die Elektronen die Anoden gerade streifen. Praktisch hat sich ein Anodendurchmesser bewährt, der das iofache von dem kritischen Mindestdurchmesser beträgt. Je größer der Durchmesser der Anodenzylinder ist, um so mehr Entwicklungsmöglichkeiten besteht für die Elektronenspiralen, aber um so größere übereinstimmung zwischen empfangener Frequenz und dem Resonanzmagnetismus ist notwendig. Da der Resonanzmagnetismus die empfangene Frequenz völlig eindeutig bestimmt, so kann das Lechersystem irgendeine der .möglichen Resonanzstellungen besitzen. Es kommt dadurch keine Mehrdeutigkeit hinein. Die Abstimmung des Lechersystems ergibt sich also zwangsläufig gemäß der Resonanzmagnetfeldstärke.The anode cylinder diameter must in the case of the arrangement according to the invention in any case be larger than the critical diameter that results when the electrons at the respective resonance field strength and at the selected anode voltage straighten the anodes. In practice, an anode diameter that iof the critical minimum diameter. The bigger the diameter the anode cylinder is, the more development possibilities there are for the electron spirals, but the greater the correspondence between the received frequency and the resonance magnetism is necessary. Since the resonance magnetism the received frequency is completely clear determined, the Lechersystem can have any of the possible resonance positions own. This does not introduce any ambiguity. The coordination of the Lechersystem So it inevitably results in accordance with the resonance magnetic field strength.

Trägt man die Resonanzmagnetfeldstärke H"t in Abhängigkeit von der Anodenspannung V auf, so ergibt sich die Kurve (Abb. i). Es zeigt sich, daß die Resonanzmagnetfeldstärke nur konstant ist in einem Spannungsbereich O bis V1 und daß er dann weiterhin beträchtlich mit der Spannung ansteigt. Erfindungsgemäß wird nur der Bereich verwendet, in dem der Resonanzmagnetismus konstant ist. Dies ist der Bereich O bis V1, in dem kein Anodenstrom vorhanden ist.If one carries the resonance magnetic field strength H "t as a function of the The anode voltage V, the result is the curve (Fig. I). It turns out that the Resonance magnetic field strength is only constant in a voltage range O to V1 and that it then continues to rise considerably with the voltage. According to the invention only the area in which the resonance magnetism is constant is used. This is the area O to V1 in which there is no anode current.

Aus den angegebenen Beziehungen ergibt sich, daß der Anwendungsbereich der Anordnung im Gebiet der. Ultrakurzwellen liegt, da bei niedrigeren Frequenzen die Röhrendimensionen unhandlich groß werden; für den Empfang der ultrakurzen Wellen hat sie aber gerade den Vorteil, daß man mit Röhren normaler Abmessungen arbeiten kann, so daß konstruktive Schwierigkeiten nicht auftreten. Auch ergeben sich keine unzulässig hohen inneren Röhrenkapazitäten, die bekanntlich immer wieder die Anwendung der heute gebräuchlichen Schaltungen beschränken.From the relationships given it follows that the scope the arrangement in the area of. Ultra-short waves is because at lower frequencies the tube dimensions become unwieldy; for receiving the However, it has the advantage of ultrashort waves that you are more normal with tubes Dimensions can work, so that construction difficulties do not arise. Also, there are no inadmissibly high internal tube capacities, which is known again and again limit the application of the circuits in use today.

Die Empfindlichkeit der Anordnung kann erheblich gesteigert werden, indem der Glühfaden. in bekannter Weise mit einem sog. Herausziehgitter Gr (Abb.3) umgeben wird. Dieses Herausziehgitter bildet im nahen Abstand vom Glühfaden in üblicher Weise eine Wendel mit geringer positiver Spannung gegenüber der Kathode.The sensitivity of the arrangement can be increased considerably, by the filament. in a known way with a so-called pull-out grille size (Fig.3) is surrounded. This pull-out grid forms in the close distance from the filament in the usual way Way a filament with a low positive voltage compared to the cathode.

Es ist jetzt notwendig, die Anodenspannung auf -das Potential des Gitters zu beziehen und die Abmessungen des Anodenzylinders nicht auf die Kathode, sondern ebenfalls auf das Gitter zu berechnen. Das Gitter ist mit anderen Worten einfach als Großflächenkathode für den Elektronenschwingungsvorgang aufzufassen.It is now necessary to adjust the anode voltage to -the potential of the Grid and the dimensions of the anode cylinder not refer to the cathode, but also to calculate on the grid. The grid is in other words simply to be understood as a large area cathode for the electron oscillation process.

Es ist vorteilhaft, die magnetischen Kraftlinien auf den Raum zwischen Gitter und Anode zu beschränken. Durch entsprechendte Ausbildung der Polschuhe des Magneten bzw. durch magnetische Abschirmung des Gitterkathodenraumes läßt sich die Beschränkung der magnetischen Kraftlinien auf den Raum zwischen Gitter und Anode erreichen.It is beneficial to have the magnetic lines of force on the space between Restrict grid and anode. Appropriate training of the pole pieces of the Magnets or by magnetic shielding of the grid cathode space can be the Limitation of the magnetic lines of force to the space between the grid and the anode reach.

Durch den Vorteil, daß das Lechersystem nicht auf den ersten Knoten, sondern auf einen der folgenden eingestellt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, die Anordnung in einer langen Welle zum .Schwingen zu bringen. In diesem Zustande kann durch stärkeres Erhitzen des Glühfadens die Anordnung zum Schwingen gebracht werden, durch schwächeres Erhitzen wird erreicht, daß sie sich kurz vor dem Einsetzen der Schwingungen befindet. Das Lechersystem hat dann die Aufgabe, mehrwellig zu schwingen, erstens in der Grundwelle als Sender und zweitens in einer Oberwelle, die gleich der empfangenen. Hochfrequenz ist. Erzeugte Hochfrequenz und empfangene Hochfrequenz stehen also hier in einem harmonischen Verhältnis. In jedem Fall wird die empfangene Hochfrequenz moduliert. Es treten dann die bekannten Erscheinungen der Armstrongschen Pendelrückkopplung bzw. des Schwebungsempfanges beim Superhet-Empfänger auf. Je nach der Einstellung der Anordnung können beide Effekte hervorgerufen werden.Due to the advantage that the Lechersystem does not focus on the first knot, but can be set to one of the following, there is the possibility of To bring the arrangement to oscillate in a long wave. In this condition the arrangement can be made to vibrate by heating the filament to a greater extent by weaker heating it is achieved that they are just before onset the vibrations. The Lechersystem then has the task of multi-wave vibrate, firstly in the fundamental wave as a transmitter and secondly in a harmonic, the same as the one received. High frequency is. Generated high frequency and received High frequencies are therefore in a harmonious relationship here. In any case it will modulates the received high frequency. Then the known phenomena occur the Armstrong pendulum feedback or the beat reception in the superhet receiver on. Depending on the setting of the arrangement, both effects can be produced.

Für den Hörempfang und gedämpfte Wellen empfiehlt es sich, an Stelle der Anodengleichspannung eine tonfrequente Wechselspannung zu verwenden. Die Amplitude dieser Wechselspannung muß so gewählt sein, daß bei Nichtempfang kein Anodenstrom auftritt.For hearing reception and muffled waves, it is recommended in place the anode DC voltage to use an audio frequency AC voltage. The amplitude this alternating voltage must be selected so that no anode current is present in the event of no reception occurs.

Es sei noch erwähnt, daß die Röhren um ,so besser alle Effekte zeigen, je gasfreier sie sind. It should also be mentioned that the more gas-free the tubes, the better they show all effects.

Bei direkt geheizten Kathoden kann das geringe elektrische Feld; das der Heizstrom im Glühfaden hervorbringt, stören. Es ist bekannt; an den Stirnflächen des Zylinders Abdeckscheiben mit negativem Potential, zu verwenden, um den Entladungsraum abzuschließen. Vorteilhaft wird nun diesen Abdeckscheiben auch noch ein Potential gegeneinander gegeben, derart, daß der Feldeinfluß des Glühfadens kompensiert wird.In the case of directly heated cathodes, the low electrical field; the the heating current produces in the filament, interfere. It is known; at the end faces of the cylinder cover plates with negative potential, to be used around the discharge space complete. These cover disks now also have an advantageous potential given against each other in such a way that the field influence of the filament is compensated.

Um die für den Empfang notwendigen großen magnetischen Feldstärken bequem hervorzubringen, ist es zweckmäßig, mit kleinem Luftspalt zu arbeiten. Aus diesem Grunde wird vorteilhaft die Länge des Anodenzylinders nur ebenso groß oder kleiner gemacht wie der Durchmesser.To obtain the large magnetic field strengths necessary for reception convenient to produce, it is appropriate to work with a small air gap. the end For this reason, the length of the anode cylinder is only just as great or advantageous made smaller as the diameter.

An Stelle der dargestellten zweiteiligen Anordnung kann auch eine solche mit vier, sechs ü"sw. Anodenteilen treten.Instead of the two-part arrangement shown, a those with four, six o "sw. anode parts occur.

Wegen der Resonenzschärfe und der Eindeutigkeit der empfangenen Welle ist die Anordnung auch ein guter Wellenmesser für Ultrakurzwellen.Because of the sharpness of resonance and the uniqueness of the received wave the arrangement is also a good wave meter for ultra-short waves.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for receiving ultra-high frequency vibrations, in which a tube is used with divided anodes lying on a cylinder surface and common input circuit symmetrically lying on these, the discharge space of which is subject to the action of a constant magnetic field, characterized in that the magnetic field strength is selected according to the frequency to be received and that the bias voltages of the anode parts and the diameter of the anode cylinder are selected so that no anode current flows when there is no reception. z. Arrangement according to claim i, characterized in that the oscillation circuit connected to the anode halves is a Lechersystem which is bridged in the second or following voltage node of the receiving wavelength. 3. Arrangement according to claim i, characterized in that an audio-frequency alternating voltage is applied to the anode parts instead of a direct voltage. q .. Arrangement according to claim z, in which the Lechersystem is tuned to a frequency to be received. is tuned in a harmonic relationship, characterized in that the generated auxiliary oscillations, of a lower frequency than the received oscillations, serve to achieve a pendulum feedback or superimposition reception. 5. Arrangement according to claim i, characterized in that the tube is equipped with a pull-out grid and that the course of the magnetic field lines is influenced by ferromagnetic bodies in such a way that the magnetic field is only effective in the space between the pull-out grid and anode cylinder. 6. Arrangement according to claim i to 5, characterized in that the discharge space is connected to the end faces by cover disks which have a potential difference from one another. 7. Arrangement according to claim i to 6, characterized in that the length of the anode cylinder is equal to or smaller than the cylinder diameter.