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Anordnung zur Frequenzvervielfachung bei sehr kurzen elektromagnetischen
Schwingungen Die vorliegende Erfindung beschreibt Anordnungen zur Frequenzvervielfachung,
insbesondere Frequenzverdopplung von sehr kurzen elektromagnetischen Wellen. Bekanntlich
eignet sich dafür besonders eine Anordnung, wie sie in Abb. i dargestellt ist, bei
der zwei Dreielektrodenröhren i und a verwendet werden. Die Anoden 3 und q. sind
parallel geschaltet, und die Gitter 5 und 6 werden im Gegentakt von der Steuerquelle
7 gespeist. Der Anodenkreis 8 ist auf die doppelte Frequenz der Steuerspannung abgestimmt.
Bekanntlich kann man die beiden Röhrensysteme in ein Entladungsgefäß einbauen, wobei
die beiden Anoden eine Einheit bilden können.
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Die Eignung einer Anordnung nach Abb. i ,zur Frequenzvervielfachung
wird bei Betrachtung der Abb. a verständlich. Die stark ausgezogene Kurve 9 gibt
den auf die Anode 3 fließenden Strom ia, die gestrichelte Kurve io den auf die Anode
q. fließenden Strom 'a4 an. Dabei ist die Größe der Gittervorspannung so gewählt,
daß während der positiven Halbwelle der Gitterwechselspannung dauernd Anodenstrom
fließt. Man kann bekanntlich auch die Vorspannung so wählen, daß nur während eines
Bruchteils der positiven Halbwelle der Gitterspannung ein Anodenstrom fließt, und
erhält dann einen besseren Wirkungsgrad, aber eine geringere Leistung. Die schwach
ausgezogene Kurve ii gibt die Grundwelle des in den Schwingungskreis fließenden
Wechselstromes i" an, der die doppelte Frequenz besitzt wie die Steuerwechselspannung.
Eine besondere Neutralisation ist bei einer Anordnung nach Abb. i nicht erforderlich.
Hierin liegt ein besonderer Vorzug insbesondere für die Anwendung bei sehr hohen
Frequenzen, wo die Neutralisation sehr schwierig ist.
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Trotz dieses Vorteils ergeben sich bei der Frequenzvervielfachung
bei sehr kurzen Wellen erhebliche Schwierigkeiten dadurch, daß die Kurvenform der
Gitterwechselspannung durch die Kopplung zwischen Gitter- und Anodenkreis auf der
Kathodenzuleitung verzerrt
wird, da Gitter- und Anoden.wechselstrom
nicht die gleiche Frequenz haben. Die Kurvenform des Anodenstromes ist die gleiche
wie die der positiven Halbwelle der Steuerwechselspannung und kann bei sehr hohen
Frequenzen so ungünstig werden, daß keine kräftigen Oberwellen auftreten können.
Die Verhältnisse sollen an Hand der Abb. 3 erläutert werden, in der ein Ersatzbild
für die Blindwiderstände der Schaltung nach Abb. z dargestellt ist. In diesem Ersatzschema
sind die Gleichspannungsquellen der Übersichtlichkeit wegen fortgelassen, dafür
aber die Zuleitungsinduktivitäten eingezeichnet. Es bedeutet 1.2 die Anode, 13 das
Gitter und`zd. die Kathode mit den entsprechenden Teilkapazitäten. Zwischen dem
Erdungspunkt 15 und der Kathode rd. liegt die Kathodeninduktivität ZK, die sowohl
vom Gitter- als auch vom Anodenwechselstrom durchflossen wird. In der Kathodeninduktivität
r.1 entsteht durch den Gitterwechselstrom z, ein Spannungsabfall UK, - cül
L, ib und durch den Anodenwechselstrom ein Spannungsabfall uh" - u>> Lh ia,
wobei (j,)2 = 2 k (t)1; h = r, 2, 3 ... Der Spannungsabfall uK, addiert sich
zur aufgedrückten Steuerspannung ubo und hat die gleiche Frequenz; am Steuergitter
ist die Summe zago -@ zaK, wirksam.
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Den Einfluß. des Spannungsabfalls tage übersieht man am besten an
einem Beispiel, wie es in Abb. q. dargestellt ist. Die Kurven 16 und 17 stellen
die gegenphasigen Steuerwechselspannungen ugo + taKi, die Kurve 18
den Spannungsabfall
uKz mit der doppelten Frequenz (k= z) dar. Da die Anodenwechselspannung beim Strommaximum
ein Minimum hat, ergibt sich die in Kurve 18 dargestellte Phasenlage für zrh@. Die
Kurven 19 bzw. 2o für die eigentliche Gitterspannung ug =ugo-E-zzKl -f- zaK.z ergeben
sich durch Superposition und besitzen eine merklich von einer Sinuskurve abweichende
Kurvenform.
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'Die Gegenkopplung des Anodenstromes der vervielfachten Frequenz und
die dadurch bedingte Verzerrung der Stromkurve ist die Ursache für das Absinken
der Leistung unddes Wirkungsgrades bei sehr kurzen Wellen. Der koppelnde Einfluß
der Kathodenzuleitung ist bei normalen Hochfrequenzverstärkeranordnungen bereits
bekanntgeworden; dort hat die Gegenkopplung aber nicht den schädlichen Einfluß,
weil die Kurvenform der Gitterwechselspannung dabei nicht verzerrt wird. Bei diesen
Verstärkern sind auch bereits Anordnungen bekanntgeworden, um die Kopplungen zu
verringern, z. B. dadurch, daß die Kathode zwei entkoppelte Zuleitungen enthält.
Bei der Frequenzvervielfachung ist auf eine gute Entkopplung aus den obengenannten
Gründen besonders zu achten. Da bei einer Anordnung nach Abb. r die Gitter symmetrisch
gegenüber Erde gespeist werden, liegt eine vollständige Entkopplung nur dann vor,
wenn die Kathoden) Erdpotential annimmt (annehmen). Dies soll erfindungsgemäß dadurch
erreicht «erden, daß die einen Teil des Anodenschwingungskreises bildende Zuleitung
zu der (den) Kathode(n) vorzugsweise als leitender Hohlkörper, der zumindest die
Anodenzuleitung umschließt, ausgebildet wird. Dabei wird von dem Gedanken ausgegangen,
daß durch die Erdkapazität der Anode einschließlich Zuleitung ein Wechselstrom über
die Kathodenzuleitung fließt, der dort eine ungewünschte Gegenkopplung hervorruft.
Diese Erdkapazität soll durch Ver Wendung einer die Anode (n) konzentrisch umgebenden
Kathodenzuleitung wesentlich herabgesetzt werden. Eine derartige konzentrische Kathodenzuleitung
besitzt neben der Schirmwirkung noch den Vorteil, daß die Induktivität sehr klein
ist und daß die zum Anodenschwingkreis gehörenden Blindströme keinen Spannungsabfall
außen am Hohlkörper hervorrufen. Der außen geerdete Hohlkörper hat also auch im
Innern der Röhre an seiner Außenwand noch Erdpotential. In manchen Fällen, insbesondere
wenn die Anode(n) durch Strahlung gekühlt wird (werden), kann es unzweckmäßig sein,
die Strahlung durch eine die Anode(n) konzentrisch umgebende Leitung zu beeinträchtigen.
Man kann sich dann darauf beschränken, nur die Erdkapazität der Anodenzuleitung
abzuschirmen. Die verbleibende schädliche Erdkapazität der Anode kann erfindungsgemäß
dadurch beseitigt werden, daß die Anode(n) von einer leitenden, vorzugsweise durchbrochenen
Abschirmung umgeben ist (sind), die im Innern der Röhre mit der (den) Kathoden)
oder deren Zuleitung (en) verbunden ist (sind). Werden mehrere Kathoden verwendet,
so ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, diese auf den gegenüberliegenden Seiten des
Entladungsraumes miteinander zu verbinden, um die Induktivität des gesamten Kathodengebildes
herabzusetzen.
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In Abb. 5 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Darin bedeuten 21 und 22 die Kathoden, die hier schematisch als indirekt geheizt
angenommen werden, wobei die Heizerzuleitungen nicht gesondert dargestellt sind.
Auf einer Seite des Entladungsraumes sind die Kathoden durch den Hohlkörper 23,
auf der anderen Seite durch einen Kurzschlußbügel24 miteinander verbunden. Die symmetrisch
gegenüber Erde gespeisten Gitter 25 und 26 sind an der dem Hohlkörper 23 gegenüberliegenden
Seite mit den Zuleitungen 27 und 28 herausgeführt. Die Anoden 29 und 30 sind
in
der Mitte verbunden und durch die Anodenzuleitung 3 i herausgeführt. Die Anoden
29 und 30 sind von einer durchbrochenen Abschirmung 32 umgeben, die im Innern
der Gefäßhülle 33 mit den Kathoden 2,1 und 22 verbunden ist.
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In Abb. 6 ist ein Querschnitt und in Abb. 7 ein Längsschnitt für eine
Röhre nach dem Schema von Abb. 5 dargestellt. Hierin bedeuten wieder 2,1 und 22
die indirekt geheizten Kathoden, die unmittelbar an den Hohlzylinder 23 befestigt
sind. Die Heizer sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Die Anode
34 umschließt beide Gitterkathodensysteme und ist mit zwei Laschen 35 an
die Anodenzuleitung 3 1: angeschlossen. Die Gefäßwand 33 erhält auf der einen
Seite die beiden Durchschmelzungen 36 und 37 für die Gitterzuführungen und auf der
gegenüberliegenden Seite dieDurchschmelzung für den Hohlzylinder 38. Zwischen dem
Hohlzylinder 23 und der Anodenzuleitung 3 i befindet sich ein vakuumdichtes Verschlußstück
39.
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Die vorstehend beschriebenen Anordnungen erschöpfen nicht den Erfindungsgedanken.
Die Anordnung und Form der Elektroden in den Röhren können mannigfaltig variiert
werden. Der Erfindungsgedanke kann auch auf Anordnungen und Elektronenröhren, die
außer den Steuergittern noch weitere Gitter enthalten, sinngemäß angewendet werden.