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Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen . Die Erzeugung
ultrakurzer Wellen mit normalen. Raumladungssteuerröhren stößt bekanntlich aus verschiedenen
Gründen auf große Schwierigkeiten, sobald es sich um Wellen unter etwa z m Länge
handelt. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist eine Anordnung bekannt, welche
die endliche Flugzeit der Elektronen, die bei normalen Röhren die Schwingungsanfachung
hemmt, ausnutzt, um den Elektronenstrom zu steuern, und welche die Verwendung von
sehr kleinen hochfrequenzführenden und zu einem Resonanzsystem ergänzten Elektroden
gestattet, ohne daß Elektronen auf diese auftreffen. Der die Schwingungsenergie
liefernde Elektronenstrom fliegt zwischen den schwingenden Elektroden hindurch und
trifft auf eine besondere, nur Gleichpotential führende Elektrode auf, wodurch eine
Erwärmung der kleinen schwingenden Elektroden ganz vermieden und die Dichte des
Elektronenstrahls nicht beschränkt wird.
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Das Prinzip der Schwingungserzeugung nach diesem Schema beruht darauf;
daß ein Elektronenstrahl durch die die Hochfrequenz aufnehmenden Elektroden abgebremst
und dann wieder beschleunigt wird. Dadurch, daß die Steuerung infolge der hochfrequenten
Wechselspannungen bei passender Abstimmung und Einstellung der Elektronengeschwindigkeit
in phasenrichtigem Rhythmus erfolgt, wird die Schwingungsenergie aus dem Elektronenstrahl
herausgekoppelt (durch Influenzwirkung entzogen) oder mit anderen Worten: Unter
bestimmten Voraussetzungen verhält sich der Elektronenstrahl wie ein sogenannter
ultradynamischer negativer Widerstand. Abgesehen von der Phasenbilanz, die durch
Resonanzabstimmung und geeignete Wahl der Beschleunigungs- und Bremsfelder natürlich
positiv sein muß, wenn überhaupt Schwingungen einsetzen sollen, muß die Amplitudenbilanz
möglichst günstig sein, um nennenswerte Leistungen und praktisch brauchbare Nutzeffekte
zu ergeben.
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Die erzeugbare Schwingungsenergie hängt natürlich zunächst ab von
der Energie des Elektronenstrahles, d. h. von der Elektronengeschwindigkeit und
Strahlstromdichte. Da man bei sehr kurzen Wellen nur kleine Elektroden verwenden
kann und den Strahl zwischen diesen kleinen schwingenden Elektroden hindurchschießen
muß, ist die Strahlstromstärke durch die Möglichkeit der elektronenoptischen Bündelung
begrenzt. Außerdem hängt die hochfrequente Schwingungsenergie
noch
von der Eigendämpfung des angefachten Resonanzsystems ab, die man durch tunlichste
Vermeidung von Ohnischen und dielektrischen Verlusten möglichst niedrig halten wird.
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Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung zur Erzeugung elektrischer,
insbesondere ultrahochfrequenter Schwingungen mit einem Elektronenstrahl, der beim
Durchtritt durch die Schwingelektroden an diese Schwingenergie abgibt und auf eine
nichtschwingende Auffangelektrode auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem
zentralen L eiter k, dessen mittlerer Teil O Elektronen emittiert, halbkugelförmige,
das Resonanzsystem bildende Schalen S1, S_ aufgesetzt sind, zwischen denen der scheibenförmige,
vorzugsweise durch Elektronenlinsen R1, R. gebündelte Elektronenstrahl E hindurchtritt,
welcher dann auf eine den Spalt zwischen den Schalen ringförmig umgebende Auffangelektrode
R4 auftrifft. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß um einen zentralen Leiter 1i halbkugelförmige, das Resonanzsystem bildende Schalen
aufgesetzt sind, die parallel zu den einander benachbarten Rändern je mit einer
Aussparung versehen sind. und daß zwei parallele scheibenförmige, vorzugsweise durchElektronenlinsen
gebündelte Elektronenstrahlen von dem mittleren Teil des zentralen Leiters 1i ausgehen,
welche durch die Aussparungen hindurch auf eine dieselben ringförmig umgebende Auffangelektrode
R treffen.
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Wie bei der eingangs erwähnten bekannten Anordnung wird auch bei der
Erfindung die Schwingungsenergie aus der Längskomponente der Bewegung des Kathodenstrahles
ausgekoppelt. Jedoch geschieht dies bei der Erfindung durch ein elektrisches Querfeld.
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Durch die Erfindung wird nun eine Anordnung beschrieben, welche die
genannten Forderungen, nämlich Verlustfreiheit einerseits und hohe Strahlstronistärke
andererseits, in idealer Weise zu erfüllen ermöglicht, indem der Elektronenstrahl
eine scheibenförmige Gestalt erhält und die Symmetriezone eines rotationsseinmetrischen,
hohlkörperartigen Schwingungsgebildes, das aus zwei Halbkugeln oder ähnlichen Hohlkörpern
(Ellipsoiden) zusammengesetzt ist, durchläuft. Dadurch, da13 der Scheibenstrahl
diese Halbkugeln an der Stelle ihres größten Umfanges, nämlich in der Äquatorzone
anfacht, wird die spezifische Stromdichte trotz kleinster Elektrodenabstände auf
ein Minimum reduziert. Der Scheibenstrahl wird von der Achse der holill;örperförrnigen
und rotationssymmetrischen Schwingungssysteme emittiert und durch ringförmige, innerhalb
des Resonanzsystems angebrachte Zylinderlinsen konzentriert. Außerhalb des Schwingungssystems
befindet sich eine Ringelektrode, welche den Scheibenstrahl nach seinem Austritt
aus dem Hohlkörlier begrenzt und die Elektronen ableitet.
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Um den Erfindungsgedanken näher zu erläutern, ist in der Abb. i die
praktische Ausführung eines Ultrakurzwellengenerators im Schnitt dargestellt. Das
Schwingungssystem, das durch die Elektronenentladung zu ungedämpften Schwingungen
angefacht werden soll, setzt sich zusammen aus der metallischen Achse K und den
beiden halbkugelförmigen Metallschalen S1 und S.., welche die Induktivität bilden,
während die Schwingungskreiskapazität durch die beiden äquatorialen Flanschen F
und F' dargestellt wird. Der Schwingzustand eines derartigen Hohlkörpers ist bekanntlich
so, daß sich im Zentrum, d. 1i. im Mittelpunkt der Achse K ein Schwingungsknoten
und an der Peripherie, nämlich an den beiden Flanschen F und F' ein Schwingungsbauch
ausbildet, wobei beide Flanschen also gegenphasige Hochfrequenzspannungen führen.
Statt halbkugelförmiger Schalen können beliebige andere Formen, wie z. B. Kegel-oder
Zylinderschalen, Verwendung finden.
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Das Achsrohr K bildet nun gleichzeitig eine elektronenemittierende
Kathode. Zu diesem Zweck ist es in der Mitte mit einer emittierenden Oxvdschicht
O bedeckt und wird durch eine im- Inneren befindliche Drahtspirale H aufgeheizt.
Die vom Zentrum nach allen Seiten ausgehenden Elektronen treffen auf die elektronenoptische
ringförmige Zylinderlinse auf, die gebildet wird von den elektrischen Kraftfedern
zwischen den beiden Ringen R1 und R., die in der Mitte je einen Schlitz zwischen
sich frei lassen und an denen verschiedene Potentiale liegen. Durch diese Zylinderlinsen,
die gegebenenfalls durch weitere elektronenoptische Ausstattung verbessert werden
können, wird das divergente Elektronenbündel zu einem scheibenförmigen Elektronenstrahl
E zusammengezogen, der zwischen den Flanschen F und F' hindurchtritt, wie die in
Abb. i gestrichelt eingezeichneten Linien und die Schraffur erkennen lassen. Um
die Elektronen mit möglichst hoher Geschwindigkeit an das Flanschenfeld F, F' heranzubringen,
wird zweckmäßig kurz vor den Flanschen noch eine weitere auf hoher positiver Spannung
befindliche und mit einem Durchgangsschlitz. versehene Anode R., angebracht. Außerhalb
der Flanschen F, F' befindet sich schließlich ein Abschlußring R.i, der den Elektronenstrahl
auffängt und ableitet. Die durch R, mit hoher Geschwindigkeit hindurchtretenden
und scharf fokussierten Elektronenstrahlen werden durch das Feld zwischen den beiden
Flanschen, die gleiche Ruhepotentiale führen wie die Kathode, plötzlich
abgebremst
und :durch die folgende Anode R4 plötzlich - wieder beschleunigt. Im- eingeschwungenen
Zustand ist dem bremsenden Flanschenfeldeine Hochfrequenzkomponente überlagert,
und bei passender Wahl der Elektrodenpotentiale und Elektrodenabstände kann erreicht
werden, daß während der positiven Halbwelle das Abströmen von Elektronen aus dem
Flanschenfeld und in der negativen Halbwelle das Zuströmen von Elektronen in das
Flanschenfeld überwiegt. Das bedeutet aber eine Unterstützung. und Entdämpfung der
vorhandenen Schwingungen durch die pulsierende Raumladung zwischen den Flanschen.
Selbstverständlich - muß die Anordnung, um die Elektronenentladung zu ermöglichen,
in ein Vakuumgefäß eingeschlossen werden, doch kann man gegebenenfalls auch so vorgehen,
daß man nur den eigentlichen Entladungsraum für sich durch ein Vakuumgefäß abschließt
und die Metallschalen S1, S;; außerhalb dieses Gefäßes anbringt. Sollen die Flanschen
F, F' ein von K abweichendes Potential, z. B. ein negatives Bremspotential erhalten,
dann werden die beiden Kugelschalen. S1 und .S" zweckmäßig isoliert auf K aufgesetzt;
z. B. unter Zuhilfenahme kleiner Zwischenrohre z1 und N. und eines rohrförmigen
Dielektrikums dl und d=.
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Die soweit beschriebene Anordnung nutzt die in den abgebremsten und
beschleunigten Elektronen enthaltende Energie insofern nur zum Teil aus, als die
beiden Flanschen F und F' gegenphasig schwingen. Infolgedessen entsteht in der Mitte
zwischen beiden eine Indifferenzzone, deren Elektronen zur Energielieferung nicht
beitragen, sondern ungenutzt nach R4 übergehen. Um diese Indifferenzzone zu vermeiden,
kann in Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens so vorgegangen werden, daß statt
des einheitlichen Scheibenstrahles der Abb. i zwei Scheibenstrahlen, die einen kleinen
Abstand voneinander haben, erzeugt werden, von denen der eine durch ein besonderes
Querfeld der Schale S1 und der anderen durch ein ebensolches der Schale .5. hindurchgeht.
In der Abb. a igt die auf diese Weise entstehende Gegentaktanordnung schematisch
näher veranschaulicht, und zwar ist in der oberen Hälfte das ganze System, in der
unteren aber nur der schalenförmige Teil im Schnitt dargestellt. Es sind zwei schraffiert
angedeutete Scheibenstrahlen El und E_ vorhanden, die durch zwei Querfelder zwischen
den Flanschen Fi und F1" sowie F.' und F," hindurchgehen. Diese Querfelder befinden
sich an der Peripherie der beiden Schalen S1 und S,; durch radiale Metallflächen
M, die in der Ansicht im unteren Teil der Abb. z genauer zu erkennen sind, wird
ein einheitlicher Schwingungszustand der beiden Schalen, die sich im übrigen mit
ihren Kanten frei gegenüberstehen, gesichert. Die übrige Anordnung ist an Hand der
Beschreibung zu Abb. i ohne weiteres verständlich, so daß darauf nicht weiter eingegangen
zu werden braucht. Da der Außenring R4 und die Beschleunigungs-und Linsenringe R1
bis Rg kein Hochfrequenzpotential führen sollen, werden sie zweckmäßig über eine
auf dem Kathodenrohre IL aufsitzende Mittelscheibe P, die an den Stellen, wo Potentialunterschiede
vorhanden sind, durch Blockkapazitäten C untergeteilt ist, geerdet oder auf festes
Potential gebracht.
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Die Abnahme der Schwingungsenergie geschieht entweder durch induktive
Kopplung oder durch Lecherdrähte, die durch Löcher in .den. Kugelschalen zur Achse
hindurchgeführt werden. Die Modulation kann am besten durch Emissionssteuerung mittels
einer besonderen in der Nähe der Kathode angebrachten Steuerelektrode, z. B. mittels
eines Gitters, geschehen, weil dabei die Elektronengeschwindigkeit am besten konstant
bleibt und unerwünschte Frequenzmodulationen vermieden werden.