DE740256C - Elektronenroehre zur Schwingungserzeugung nach dem Bremsfeldverfahren - Google Patents

Description

F82616

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre zum Zwecke der Schwingungsierzeugung nach dem Bremsfeldverfahrein. Sie weist einen sehr hohen Wirkungsgrad auf und gestattet eine einfache Modulation der Schwingungen. Die Röhre läßt sich ferner zur Hochfrequenzverstärkung benutzen und besitzt besonders den Vorzug, daß sie nur mit sehr geringen Wärmeverlusten arbeitet.

Es ist bekannt, 'eine Elektromenwolke zwischen zwei auf gleichem oder nahezu gleichem Potential befindüchen.Elektroden hin und her wandern zu lassen und die dabei auf diesen induzierte Schwinguingsenergie zu verwenden. Ebenso hat man auch zwischen 'diese Elektroden" den frequenzbestimmenden Kreis angeordnet. Bei den-bekannten Röhremaniordnun.-gen bildet aber 'entweder' die elektronenemittierende Kathode selbst eine dieser Elektroden oder die Kathode ist in der Mitte des durch die letzteren gebildeten Raumes angeordnet. Darüber hinaus hat man auch die zur Steuerung der hin und her laufenden Elektronen notwendige Gitterelektrode in diesem Raum angeordnet. Aus begreiflichen Gründen be-· einfiussen aber alle Elektroden infolge des durch sie bedingten Feldes den Beweguragsvorgang der Elektronen oder entziehen der Elektronenwolke Elektronen und verschlechtern daher den Wirkungsgrad der Röhre. Es ist deshalb auch eine Röhre gebaut worden, bei der die Elektronenquelle außerhalb' des Schwingungsrauimes angeordnet ist, aber dieser Raum wird wiederum nicht von Elektroden

gleichen Potentials begrenzt, so daß auch bei einer solchen Ausbildung der Röhre die geschilderten Nachteile vorhanden sind.

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre zur Schwingungserzeugung oder Verstärkung nach dem Bremsfeldverfahren, deren Schwingxiingsrauim aus zwei symmetrisch zu einer ringförmigen Anode liegenden, einander gegenüberstehenden plattenförmigen Elektroden besteht und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die den Schwingungsraum begrenzenden und über eine Impedanz verbundenen Plattenelektroden als Bremsplatten dienen und daß eine oder beide von ihnen mit einer Bohrung versehen sind, hinter der eine Elektronenquelle und gegebenenfalls ein den Elektronen-Strom steuerndes Gitter angeordnet ist. '

In der Abbildung ist eine Elektronenröhre gemäß der Erfindung dargestellt. Innerhalb der Röhre 1 ist an einem Ende eine auf einem Fuß 3 befestigte Kathode 2 angeordnet, die bei 4 aus der Röhre geführt ist. Am anderen Röhrenende befindet sich eine zweite Kathode 5, die sich von der ersten nur darin unterscheidet, daß sie in der Mitte ©ine Öffnung 6 aufweist. Auch diese Elektrode ist auf einem Fuß 7 befestigt, dessen Quetschung 8 ferner eine Strahlerzeugungskathode 9 und eine durchbohrte Steuerelektrode 10 trägt, die jede für sich herausgeführt sind. In der Mitte zwischen den Elektroden 2 und 5 befindet sich eine ringförmige Anode ii, die bei 12 herausgeführt ist. Die Elektroden brauchen nicht vorbehandelt zu werden. Die Röhre wird in der üblichen Weise evakuiert, wobei sämtliche Elektroden vollständig entgast werden, und dann abgeschmolzen.

Die Röhre kann dann z. B., wie in der Zeichnung angegeben, geschaltet.werden. Die Elektroden 2 und 5 sind über eine abgestimmte Impedanz ι φ deren Mittelpunkt 15 geerdet ist, miteinander verbunden. Von dieser gehen die Leitungen 16 ab, die einen Übertragungskanal oder einen Wechselstromkreis darstellen. Die Anode 11 liegt am positiven Pol einer Spannungsquelle 17, deren negativer Pol geerdet ist. Vorzugsweise wird die Röhre innerhalb einer Sammelspule 18 angeordnet, durch die ein der Quelle 19 entnommener und am Widerstand 20 regelbarer Gleichstrom fließt, so· daß ein homogenes Längsfeld innerhalb der Röhre entsteht. An Stelle des Magnetfeldes kann jedoch eine geeignete Ausbildung der Elektroden treten, ohne daß der Wirkungsgrad schlechter wird. Die Kathode 9 und die Steuerelektrode ι ο sind derart hinter der Öffnung 6 angeordnet, daß die von der Kathode 9 kommenden Elektronen in den Raum zwischen den Elektroden 2 und 5 gelangen. Das Steuergitter 10 wird vorzugsweise mit Hilfe einer Spannungsquelle 21 und eines Widerstandes 22 je nach dem Verwendungszweck der Röhre an eine geeignete Vorspannung gelegt. Über die Leitung 23 kann ferner eine Modulation zügeführt werden. Die Heizbatterie für die Kathode 9, deren einer Pol geerdet ist, ist nicht dargestellt.

Eine solche Röhre schwingt sehr leicht ohne Rücksicht auf die abgenommene Leistung. Die Röhre kann z. B. für Empfangszwecke außerordentlich klein gebaut werden, wobei die Anodenspannung nur 30 bis 60 Volt zu betragen braucht. Hochleistungsröhren können mit Anodenspannungen zwischen 10 000 und 150000 Volt arbeiten. Die Wirkungsweise ist aber stets dieselbe.

Es sei angenommen, daß die Anode 11 an einer derartigen Hochspannung liegt und daß die Kathode 9 etwa 1 Amp. Strom abgibt. Auf das Gitter 10 sei zunächst keine Rücksicht genommen. Es wird dann ein Elektronenstrahl durch die Öffnung 6 in die Kammer zwischen den Elektroden 2 und 5 eintreten. Diese Elektronen werden alle möglichen Phasenwinkel aufweisen und mit hoher Geschwindigkeit durch das Anodenpotential gegen die Elektrode 2 gerichtet werden. Sie werden an der Anode 11 vorbeifliegen, da sie durch das Sammelfeld in ihrer Bahn gehalten werden. Wird nun die Anodenspannung so gewählt, daß die Flugzeit zwischen den Elektroden 2 und 5 genau einer Schwingungsperiode der Impedanz 14 entspricht, so wird naturgemäß im Durchschnitt keine Energie nach außen abgegeben. Wird jedoch irgendeine, sei es noch so kleine Schwingung, in den die Elektroden 2 und 5 verbindenden Schwingungskreis induziert, so werden, einzelne Elektronen auf eine der Platten auf- "°° treffen, während andere abgebremst werden. Eine solche Schwingung ist stets vorhanden, und die hieraus folgende Schwingung in dem Außenkreis wird zunehmen, wenn (sich der Überschuß der energieabgebenden Elektronen ><>5 über die energieverbrauchenden Elektronen vergrößert. Infolgedessen entsteht praktisch sofort eine Schwingung bis zu dem Punkt, wo· wenige Elektronen, wenn überhaupt welche, entweder die Platte 2 oder die Platte 5 treffen und ihre Energie elektrostatisch abgeben, so daß ein Wechselstrom in der abgestimmten Impedanz 14 entsteht.

Wenn sich die schwingende Elektronenwolke der Platte 2 nähert, so wird diese Platte negativ werden. Die Platte 5 wird gleichzeitig positiv werden. Während der ganzen Zeit, in der sich die Elektronenwolke von der Kathode 5 fortbewegt, wird diese positiv sein, und Elektronen werden durch die öffnung 6 in die Kammer eintreten. Wenn jedoch die Elektronen umkehren und sich der Platte 5

wieder nähern, wird diese negativ, so daß der Elektronenstrom durch die Öffnung 6 gesperrt wird. Infolgedessen treten die Elektronen von der Kathode 9 nur bei positiver Platte 5 durch S die Öffnung 6, so daß sie die Schwingungen der Elektronenwolke in der Kammer stets im richtigen Zeitpunkt erneuern.

Während der Schwingungen .zwischen den Elektroden 2 und 5 werden die Elektronen schnell abgebremst, so daß sie ihre Energie an diese Elektroden abgeben. Wenn z.B. die Hochfrequenzspannung an den Kathoden 1000 Volt beträgt, so verlieren die Elektronen bei jeder Durchquerung 65 0/0 ihrer Geschwindigkeit, so daß sie nur zehn Durchquerungen entsprechend fünf Perioden der Hochfrequenz machen müssen, um ihre ganze Energie an das Feld abzugeben. Sie werden dann von der Anode 11 aufgefangen, die praktisch nicht 'erwärmt wird, da die Elektronen nahezu mit der Geschwindigkeit Null ankommen.

Wird das Steuergitter 10 an eine Modulationsspannung angeschlossen, so wird auich der Ausgang moduliert, da das Gitter 10 die Zahl der während jeder Periode in die Röhre tretenden Elektronen steuert. Je geringer die Elektronengeschwindigkeit im Bereich der Steuerelektrode 10 ist, um so geringer ist die Leistung, die zur Modulation erforderlich ist.

Soll 'die Röhre als sog. C-Verstärker oder

als fremd erregter Oszillator arbeiten, so kann die Steuerspannung von einem Steuersender über die Leitung 23 zugeführt werden, wobei das Gitter 10 bis unter den Knick vorgespannt wird. In diesem Fall soll der Eingang naturgemäß 'dieselbe Frequenz haben, auf die die Impedanz 14 und die Anodenspannung abgestimmt sind. Die Spannungsschwankuingenam Gitter ι ο und an der Anode 11 sind dann einander synchron. Es kann besonders bei hohen Leistungen zweckmäßig sein, die Röhre in dieser Weise zu betreiben. Es ist unter Umständen zweckmäßig, die Röhre symmetrisch auszubilden und auch die Kathode 2 zu durchbohren und hinter ihr eine Glühkathode und eine Steuerelektrode entsprechend den Elektrodeng· und 10 anzuordnen. Die Röhre kann dann im Gegentakt arbeiten, so daß jede Glühkathode in richtiger Phase mit der schwingenden Elektronenwolke Elektronen in die Kammer schickt.

Die Röhre kann mit den verschiedenartigsten Feldverteilungen als Schwingungserzeuger arbeiten. Vorzugsweise werden die Elektroden 2, 11 und 5 in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß die Feldstärke parabolisch zunimmt, je mehr man sich vom Mittelpunkt der Anode der Kathode nähert. Es entstehen dann sinusförmige Schwingungen, deren Amplitude von der Schwingung unabhängig ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung herrscht in- der Achse eine weitgehend parabolische Feldverteilung.

Ein großer Vorteil der beschriebenen Röhre ist, daß sie nicht als Spannungsverstärker zu arbeiten braucht und die gesamte Energie der Anodenspannungsquelle in Hochfrequenz umsetzt ohne Rücksicht auf die Eigenfrequenz der die Kathoden 2 und 5 verbindenden Impedanz. Wird die Röhre als C-Verstärker für Hochfrequenz bzw. als modulierter Schwingungserzeuger benutzt, so braucht der Eingang nicht neutralisiert zu werden. Die Lei- -_-, stungsverstärkung ist sehr groß, und es können Röhren gebaut werden, bei denen sie mehr als das Millionenfache beträgt.

Die Verlustleistung ist äußerst gering, da einmal die Elektronen mit sehr kleiner Geschwindigkeit auf der Anode landen, da ferner die Elektronen die Kathoden nicht berühren und da endlich der Gitterstrom im Vergleich mit der Ausgangsleistung sehr klein ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronenröhre zur Schwingungserzeugung oder Verstärkung nach dem Bremsfeldverfahren, deren Schwingungsraum aus zwei symmetrisch zu einer ringförmigen Anode liegenden, einander gegen,-überstehenden plattenförmigen Elektroden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schwingungsraum begrenzenden und über leine Impedanz verbundenen Plattenelektroden als Bremsplatten dienen und daß 'eine oder beide von ihnen mit einer Bohrung versehen sind, hinter der eine Elektronenquelle und gegebenenfalls 'ein den Elektronenstrom steuerndes Gitter angeordnet ist.

2. Elektronenröhre nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Bündelung der Elektronen, z. B. ein der Strahlachse parallel verlaufendes Magnetfeld, vorgesehen sind.

3. Schaltung zum Betrieb der Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanz-periode der die. plattenförmigen Elektroden (2 und 5) verbindenden Impedanz mit der durch den Abstand der beiden Elektroden und die Anodenspannung festgelegtem Laufzeit der Elektroden übereinstimmt.

4. Schaltung zum Betrieb der Röhre nach Anspruch 1 oder 2 als fremdgesteuerte Senderöhre oder Verstärkerröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode bzw. -elektroden (10) so vorgespannt ist (sind), daß das Steuersystem als C-Verstärker arbeitet.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre als

Hochfrequenzverstärker mit auf die Steuerelektrode gegebener Modulation oder als fremderregter Schwingungserzeuiger arbeitet und daß hierbei die Erregungsfrequenz auf die Laufzeit der Elektronen abgestimmt ist.

6. Röhre nach einem der Ansprüche ι und 2, gekennzeichnet durch eine von der Röhrenmitte nach beiden Seiten parabolische Feldverteilung.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen worden: »Journal of the Franklin Institute;;, Bd. 218,

Oktober 1934, S. 428, 429;
Buch von Hollmann »Physik und Technik

der ultrakurzen Wellen«, Bd. I, S. 230;
deutsche Patentschrift 3STr. 509 164, 600 151; österreichische Patenschrift Nr. 141294; französische - - 757011,

785663, 789 141, Fig. 12 und 13,797351.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen