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Laufzeitröhre mit Holilraumresonatoren Die Erzeugung ultrakurzer Wellen
mit zu-
nehmender Frequenz wird durch verschiedene Faktoren erschwert. Einerseits
spielen die Röhreneiggenschaften,eine Rolle, und andererseits werden die Schwingungskreise
mit zunehmender Frequenz immer schlechter. Beispielsweise liegen #die Resonanzwiderstände
moderner Schwingkreise im Gebiet der längeren Wellen in der Größenordnung iol, während
sie im Kurzwellen- oder UltrakurzwelIengebiet bis auf einige hundert JQJ fallen.
Das Absinken ist durch die verhältnismäßig stärkere Verggrößerung der Kapazität
zuunz# ,gunsten der Selbstinduktion bedingt, was mit der bei immer kleineren Abmessungen
des Schwingkreises notwendigen geoinetrischen Form zusammenhängt. Von den Röhreneigenschaften,
die die Erzeugung äußerst hoher Frequenzen erschweren, kommt neben dem geometrischen
Aufbau, der ebenso wie deij Schwingkreis wirkt, die Laufzeit der Elektronen in Betracht.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist man zu anderen -Nusführungsformen der
- Röhren übergegangen, bei denen prinzipiell keine Laufzeitschwierigkeiten auftreten
können, da sie diese konstruktiv benutzen. Bei den sogenannten Laufzeitröhren mit
Geschwindigkeitsmodulation wird ein Elektronenstrahl an einer Stelle des Strahles
geschwindigkeitsmoduliert, d. h. die Elektronen, die diese Stelle passieren,
werden beschleunigt oder verzögert, je nachdem züi welchem Zeitpunkt sie
diese Stelle passieren. Der geschwindigkeitsmodulierte Elektronenstrahl kann dann
in der Weise in einen dichtemodulierten Strahl umgeformt werden, indem der Elektronenstrahl
nach der Geschwindigkeitsmodulation durch einen feldfreien Raum geschickt wird,
in dem die schnellen die langsameren Elektronen einholen können, so daß am Ende
dieses feldfreien Raumes (Laufraum) Ladungszusammenballungen erheblicher Ladungsdichte
den Laufraum verlassen. Wenn der in seiner Dichte modulierte Elektronenstrahl nun
ein schwin,--ungsfähiges Gebilde durchläuft, so kann die Eigenfrequenz dieses Gebildes
angeregt werden. Die Elektronen des Strahles
geben cs hier Energie
ab, die als Schwingungsenergie des Kreises wieder erscheint. Bei -diesem Vorgang
kommt es möglichst darauf an, daß die Geschwindigkeitsmodulation keine Energi,e
benötigt, so daß die Eingangsimpedanz einer solchen Röhre auch bei sehr hohen Frequenzen
groß ist.
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Die Laufzeitröhren sind eng verbunden mit der Verwendung von Hohlraumresonatoren,
da nur diese den notwendigen hohen Resonanzwiderstand bei hohen Frequenzen besitzen.
Bei Laufzeitröhren liegt an der Röhre eine verhältnismäßig hohe Spannung, die sowohl
für die Strahlerzeugung bzw. Strahlerhaltung als auch für ein verlustfreies Arbeiten
der Röhre notwendig ist. Ferner kommt noch hinzu, daß hohe Spannungen erwünscht
sind, um zu höheren Ausgangsleistungen kommen zu können. Die obengenannten Strahlröhren
können nicht mit großen Strömen betrieben werden, da dieses einerseits infolge der
geringen Emissionsdichte der üblichen Elektronenquellen auf technische Schwierigkeiten
stößt und da andererseits die Elektronen sich nicht in großen Dichten zusammenhalten
lassen. Diese Laufzeitröhren sind daher durch hohe Spannung und kleinen Strom,
d. h. durch großcn inneren Widerstand gekennzeichnet. Um eine einigermaßen
gute Energieübertragung zu ermöglichen, muß der durch den Generator mit ,großem
innerem Widerstand angeregte Schwingungskreis einen hohen Resonanzwiderstand haben.
Im allgemeinen bildet man nicht nur den Schwingungskreis, sondern auch den Eingangskreis,
der die Geschwindigkeitsmodulation bewirkt, bei Laufzeitröhren als Hohlraumresonator
aus, da zu einer starken Geschwindigkeitsmodulation wegen der hohen Anfangsgeschwindigkeit
der Elektronen verhältnismäßig hohe Spannungen notwendig sind. Die Verwendung von
Hohlraumresonatoren bei Laufzeitröhren ergibt sich somit zwangsläufig. Es kommt
jedoch noch hinzu, daß durch die Verwendung von Hohlraumresonatoren besondere Vorteile
erzielt werden, so daß man auch aus diesem Grunde zu Hohlraumresonatoren gelangen
wird, Da das Feld des schwingenden Hohlraumresonators nur innerhalb des Hohlraunies
vorhanden ist, während außen kein Feld auftritt, ergeben sich für Laufzeitröhren
besondere Vorteile in bezug auf die Entkopplung von Eingang und Ausgang. Ferner
sind die Dimensionen der Hohlraumresonatoren auch bei sehr hohen Frequenzen verhältnismäßig
groß, so
daß man nicht wie beim Magnetron und den anderen üblichen Kurzwellenröhren
auf kleinste Elektroden angewiesen ist. Die kleine Ausbildung der Elektroden bringt
bei den bekannten Röhren eine Beschränkung des Wirkungsgrades init sich, da kleine
Elektroden infolge der Verlustleistung innerhalb der Röhre übermäßig stark erhitzt
werden, so daß thertnisch eine Begrenzung des Wirkungsgrades eintritt. Durch die
Anwendung von Hohlraumresonatoren bei Laufzeitröhren können also besondere Vorteile
erzielt wer-,den. Nun hat es sich für eine gute Wirkungsweise der Laufzeitr8hren
als wichtig erwiesen, daß der Elektronenstrahl das Entladungsgefäß derart durchquert,
daß möglichst wenig Elektronen durch Aufprallen auf Elektroden, wie Gitter., Blenden,
oder auf -den Laufraum verlorengehen. Es hat sich aus diesem Grunde zweckmäßig erwiesen,
besondere Magnetfeld#er zur Strahlkonzentration möglichst in der Nähe der Steuer-
und Auskoppelelektroden bzw. in der Nähe des Strahles anzuordnen. Bei den bekannten
Hohlrauniresonatoren ist es im allgemeinen nicht möglich, Magnetspulen in der Nälie
des Strahles anbringen zu können.
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Die Erfindun- betrifft eine Anordnung, bei der dieser Nachteil vermieden
ist. Erfindungs-.gemäß besteht bei einer Laufzeitröhre mit Hohlraumresonatoren wenigstens
einer der Hohlraumresonatoren aus einem der Breite des Spaltes entsprechend breit
ausgebildeten mittleren Teil und einem mit diesem in Verbin,dung stehenden ringförmigen
Teil größeren Durchmessers, wobei in den Zwischenräumen zwischen Hohlraumresonator
und Laufzeitröhre Fokussierungsspulen angeordnet sind. Durch diese Maßnahme ist
es erreicht, die Fokussierungsspulen in größter Nähe des Spaltes des Resonators
anbringen zu können.
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In den Figuren sind in zum Teil schematischer Weise Ausführungsbeispiele
nach der Erfindung dargestellt. Bei der Anordnung nach Fig. i enthält das Entladungsgefäß
i das Strahlerzeugungssystem 4 und die Anode 5. Mit dem Entladungsgefäß i
stehen der Modulator 2 und der Auskoppler 3 in Verbindung. Der Elektronenstrahl
durchsetzt an der Anbringungsstelle des Modulators 2 die Gitter 6, 7 und
an dem Anbringungsort des Auskopplers 3 die Gitter 8, g. Der Modulator
2 besteht aus einem mittleren Teil 18 geringen Durchmessers und einem Teil ig größeren
Durchmessers. Der Teil ig mit rechteckigem Querschnitt besitzt einen doppelwandigen
fnnenteiter 14, 15, wobei das innerste Rohr durch die Wand des Vakuumgefäßes gebildet
ist. In die Zwischenräume zwischen Hohlrauniresonator und Entl-adungsgefäß sind
flach gewickelte Spulen io, i i eingeschoben. In entsprechender Weise ist der ResonatOr
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ausgebildet, bei dem der Teil größeren Durchmessers einen doppelwandigen
Innenleiter 16, 17 besitzt, während in die beiden seitlichen Hohlräume die
flach gewickelten Spulen 12, 13
eingeschoben sind. Die elektrischen
Eigenschaften werden durch eine derartige Ausbildung des Resonators in keiner Weise
beeinflußt.
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Der Hohlraumresonator kann gegebenenfalls auch andere Formen annehmen.
Beispielsweise ist in Üer Fig. 2 eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Teil
größeren Durchmessers des Resonators 2 sechseckigen Querschnitt besitzt und die
Spulen io, ii, welche die Hohlräume zwischen Resonator und Entladungsgefäß ausfüllen,
eine dreieckige Form zeigen.
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Gegebenenfalls können die Fokussierungsspulen auch durch permanente
Magnete ersetzt werden.