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Einrichtung zum Empfang ultrahochfrequenter Wellen nach dem Prinzip
der Pendelrückkopplung Zum Empfang ultrahochfrequenter Wellen verwendet man häufig
Bremsfeld- und Magnetrongeneratoren, die in bekannter Weise nach dem Superregenerativverfahren
betriebien werden. Die geringe Leistung dieser Röhren erlaubt jedoch euch nur geringe
Ausgangsspannungen zu erhalten, die daher für die meisten noch besonders verstärkt
werden müssen. Wesentlich größere Ausgangsleistungen beim Empfang ultrahochfrequenter
Wellen werden nun bei einer Einrichtung zum Empfang ultrahochfrequenter Wellen nach
dem Prinzip der Pendelrückkopplung mittels laufzeitgesteuerter Schwingröhre dadurch
erhalten, daß erfindungsgemäß diese Röhre mit einem der Geschwindigkeits,-steuerungdienenden
Gitberpaar und einem von ihm durch einen Laufraum getrennten Gitterpaar für die
Auskopplung der Elektronenenergie ausgerüstet ist, welche an ein gemeinsames Schwingsystem
angeschlossen sind, daß sich hinter den Auskoppelgittern eine die Demodulation des
zu empfangenden Sichwingungsvorganges durch Geschwindigkeitsaussoreierung bewirkende
Elektro,deneinrichtungbefindet und daß die Pendelspannung, mit deren Frequenz die
den Empfangssignalen entsprechend erregten Schwingungen unterbrochen werden, dazu
benutzt wird, den Strahlstrom unter Konstanthaltung der effektiven Beschleunigungsspannung
periodisch hinsichtlich seiner Intensität zu ändern.
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Es sind bereits Laufzeitröhren bekannt, die ebenfalls nach denn Prinzip
der Pendelrückkopplung arbeiten und bei. denen. ebenfalls eine Geschwindigkeitsaussortierung
der Elektronen @statefmdet. Bei diesen dient ein und dieselbe- Elektrode zur Ilerbeiführung
der
Rückkopplung, zur Beeinflussung des Elektronenstrahles mit der
Pendelfrequenz und zur Gleichrichtung. Demgegenüber besitzt die Erfindung,den Vorteil
der sauberen Trennung dieser verschiedenen Vorgänge, welches sich hauptsächlich
in der leichteren Einstellbarket der Arbeitsbedingungen und in höherer Empfangsgüte
äußert. Außerdem besitzt die vorliegende Erfindung den weiteren Vorteil, daß sie
nur eineinziges, mit dem Elektrodensysbem organisch verbundenes Schwingsystem besitzt.
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Es wurde für Ultrakurzwellengeneratoren; auch bereits vorgeschlagen,
die Steuer- und Auskoppelelektroden an einen gemeinsamen Schwingkreis anzukoppeln.
Die Verwendung dieser Maßnahme erweist sich nun bei einem Empfänger gemäß vorliegender
Erfindung als besonders vorteilhaft, denn dadurch bleiben die entstehenden elektrischen
Verluste sehr klein. Auch läßt sich der Wert des Rückkopplungsfaktors in weiten
Grenzen verändern. Zudem gestattet der einheitliche Schwingkreis einen einfachen
Aufbau und eime einfache Abstimmung.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand
der schematischen Darstellung in Fig. I und 2 der Zeichnung näher erläutert.
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In den Fig. I und 2 ist I die Röhre; welche als Generator mit laufzeitgesteuertem
Elektronenstrahl arbeitet. Die Kathode 2 wird vorzugsweise durch den von der Heizbatterie
3 gespeisten Faden q. indirekt geheizt. Der emittierte Elektronenstrahl wird durch
die auf positivem Potential gehaltene Beschleunigungselektrode 5 beschleunigt und
gelangt darauf zwischen die beiden Elektroden des Steuergitters 6. Diese beiden
Elektroden werden vorzugsweise so. nahe aneinander angeordnet, daß die Laufzeit
des Elektronenstrahles zum Durchlaufen der Steuergitter 6 klein ist gegenüber der
halben Periodendauer dez Schwingung, auf welcher sich die Röhre i selbsterregt.
In den Steuergittern 6 erhält der Elektronenstrahl entsprechend der selbsterregten
Schwingung eine mit ultrahochfrequenter Periode verlaufende Geschwindigkeitsmodulation.
Die dadurch hervorgerufene Laufzeitsteuerung erzeugt am Ort der Auskoppelgitter
7 Elektronenpakete, welche an den beiden Auskoppelelektroden wieder Wechselspannungen
der ultrahohen. Frequenz hervorrufen. Dabei ist es günstig, wenn die Laufzeit zwischen
den beiden Auskoppelelektroden ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Periodendauer
der erzeugten ultrahochfrequenten Schwingung beträgt. Durch richtige Einstellung
des Beschleunigungspotentials läßt sich dies stets Leerreichen. Am besterstellt
man die Beschleunigungsspannung so ein, daß diese Laufzeit gleich der halben Periodendauer
wird. Die Auskoppelgitter 7 sind an einen elektrischen, auf die zu erzeugende Eigenfrequenz
abgestimmten Resonator 8 angeschlossen, der in Fig. i beispielsweise aus einem Hohlraumresonator
an sich bekannter Bauart besteht, an weichen mittels der Koppelschleife 9 die Empfangsantenne
I o und mittels der Koppelschleife I I eine an die Steuerelektroden 6 geführte Leitung
12 angekoppelt ist. In der Fig. 2 besteht der Resonator 8 aus einem beidseitig in
Strombäuchen abgeschlossenen Lechersystem, an welches die Steuer- und Auskoppelelektroden
sowie die Empfangsantenne I o unmittelbar angeschlossen sind. In beiden Schaltbildern
ist die Kathode 2 an einen auf der negativen Seite liegenden Abgriff der Hochspannungsquelle
1q., die Beschleunigungselektrode 5, die Steuergitter 6 und die Auskoppelgitter
7 dagegen sind an einen der gewünschten Beschleunigungsspan-' nungentsprechenden
positiven Abgriff gelegt. Der Anode 13 wird im allgemeinen ebenfalls ein bezüglich
der Kathode positives Potential erhalten. Wegen der äußeren Rückkopplung zwischen
den Auskoppelgittern 7 und den Steuergittern 6 wird sich die Röhre i nahe mit der
Eigenfrequenz des Resonators 8 selbsterregen.
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Bei der Anwendung des Superregenerativverfahrens zur Demodulation
ist es allgemein zur Erzielung großer Ausgangsleistungen erforderlich, daß diejenige
Elektrode, in deren Stromkreis die demodulierten Spannungen abgegriffen werden sollen,
bei schwingendem Generator einen Strom führt, der möglichst stark von demjenigen
bei nichtschwingendem Generator abweicht. In den üblichen Generatoren wird eine
solche Abweichung der betreffenden Ströme durch die nicht linearen Teile der Kennlinie
der benutzten Röhren sichergestellt. In Röhren, die mit Laufzeitsteuerung eines
Elektronens'trahle's arbeiten, gelangen jedoch stets gleich viele Strahlelektronen,
ideale gitterförmige Beschleunigungssteuer- und Auskoppelelektroden vorausgesetzt,
auf die Anode, so daß die Anzahl Elektronen im Zeitmittel bei schwingenden und nichtschwingendem
Generator dieselbe ist. Um trotzdem einen Superregenerationseffekt zu erhalten,
sieht man nun nach den Auskoppelelektroden eine Vorrichtung vor, welche eine Geschwindigkeitsaussortierung
der Elektronen vornimmt und die Strahlelektronen je nach ihrer Geschwindigkeit auf
zwei. verschiedene Elektroden verteilt. Bei nichtschwingendem laufzeitgesteuertem
Generator haben die Elektronen alle dieselbe Geschwindigkeit und werden daher nur
von einer der genannten Elektroden aufgefangen, während die andere stromlos bleibt.
Schwingt dagegen der Generator, so werden weitaus die meisten
Elektronen
wegen der Abgabe ihrer kinetischen Energie im Induktor stark verzögert, so daß nun
die zweitgenannte Elektrode einen hohen Stromanteil erhält. Deventsprechend sinkt
dann natürlich der Stromanteil der ersten Elektrode. Im Stromkreis einer der beiden
Elektroden kann man folglich eine Widerstandsanordnung einschalten, an welcher die
demodulierten Schwingungen mit verhältnismäßig hoher Leistung abgenommen, werden
können. Die mit der Hilfsfrequenz periodisch erfolgende Erfüllung und Nichterfüllung
der Selbsterregungsbedingungen des rückgekoppelten Generators könnte hierbei in
üblicher Weise, d. h. durch Änderung der effektiven Beschleunigungsspannung stattfinden.
Weil aber die Beschleunigungsspannung bei laufzeitgesteuerten Elektronenstrahlen
in die Phasenbedingung der Rückkopplung eingeht, würde sich eine äußerst mangelhafte
Selektivität ergeben. Außerdem verursacht eine periodische Änderung der Beschleunigungsspannung
im Rhythmus der Hilfsfrequenz kontinuierlich sich ändernde Strahlgeschwindigkeiten,
so daß die oben beschriebene Vorrichtung zur Geschwindigkeitsaussortierung nicht
den gewollten optimalen Endeffekt zeigt. Aus diesen Erwägungen heraus ist es blessier,
unter Konstanthaltung der effektiven Beschleunigungsspannung lediglich die Intensität
des durch den Induktor fließenden Elektronenstrahles mit der Hilfsfrequenz periodisch
zu ändern. Zur nur periodischen Erfüllung der Rückkopplungsbedingung ist die Amplitude
der Hilfsschwingung so groß zu nehmen, daß mindestens einmal innerhalb ihrer Periode
die Intensität des Elektronenstrahles während eines Zeitabschnittes, der ein Mehrfaches
der Dauer einer Periode der selbsterregten ultrahochfrequenten Schwingurig beträgt,
praktisch auf den Wert Null herabgesetzt ist. Wie dies in den Fig. I und z der Zeichnung
angegeben ist, kann dies am besten mittels seines besonderen, zwischen Kathode z
und. Bieschleunigungselektrode 5 liegenden weiteren Gitters 17 erreicht werden,
welches über die Sekundärwicklung 'eines Hochfrequenztransformators I8 von dem die
Hilfsschwingung erzeugenden Oszillator 15 die erforderlichen Steuerspannungen erhält,
welche den zu beschleunigenden Elektronenstrom in der verlangten Weise periodisch
steuert. Das Steuerelement 17 erhält vorzugsweise durch die Batterie 14 eine negative
Vorspannung gegen-Über der Kathode a des laufzeitgesteuertem Ultrahochfrequenzgenerators
I. In der Fig. I ist der Hilfsoszillator 15 vollständig, in Fig. z nur schematisch
wiedergegeben.
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Die Vorrichtung zur Geschwindigkeitsaussortierung besteht in Fig.
I dann, daß die Anode 13 über den Transformator 16 eine Vorspannung erhält, die
gegenüber der Bieschleunigungsspannung negativ ist. Die Anode I3 wirkt also als
Bremselektrode. Bei nichtschwingendem Generator nimmt die Anode 13 den gesamten
Elektronenstrahl auf, während bei schwingendem Generator ein großer Teil der durch
die Auskoppelgitter 7 hindurchgelaufenen Elektronen vor der Anode 13 umkehrt und
auf die benachbarte Auskoppelelektrode gelangt. Der Anodenstrom wird daher bei schwingendem
Generator geringer, so daß an der Sekundärwicklung des Transformators I6 die nach
dem Superregenerativverfahren demodulierten Schwingungen abgenommen werden können.
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In der Fig. a ist zur Geschwindigkeitsaussortierung hinter den Auskoppelgittern
7 ein zum Elektronenstrahl senkrecht orientiertes Magnetfeld M vorgesehen, welches
z. B. mittels eines Permanentmagnets erzeugt ist. Das Magnetfeld lenkt die raschen
Elektronen nur wenig ab, so daß sie auf die Anode 13 fliegen. Die langsamen Elektronen
werden jedoch stark abgelenkt und gelangen auf die zweite Elektrode i g, in deren
Stromkreis der Transformator 16 eingeschaltet ist, an dessen Sekundärwicklung die
demodulierten Schwingungen abgenommen sind. In dieser Anordnung fließt bei nichtschwingendem
Generator durch die Elektrode I9 fast kein Strom, während bei schwingendem Generator
wegen der Energieabgabe der Strahlelektronen im Induktor der Strom durch die Elektrode
I9 stark zunimmt. i In den beiden beschriebenen Ausführungen ist es besonders vorteilhaft,
daß die effektive Beschleunigungsspannung sowohl von der Hilfsschwingung des' Oszillators
15 wie auch von den demodulierten Schwingungen unabhängig ist, so daß die Anwendung
des Superregenerativverfahrens zur Demodulation modulierter ultrahochfrequenter
Wellen mit bestem Wirkungsgrad möglich ist.