DE747903C - Roehrenanordnung zum Anfachen ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen - Google Patents

Description

• Röhrenanordnung zum Anfachen ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Röhrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen:, insbesondere des. Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebietes mit einem axialsymmetrischen Hohlraum (Hohlraumresonator) als, frequenzbestimmendem Resonator, bei der die Kathode der Röhre außerhalb des Resonatorraumes angeordnet ist und die schwingungsanfachende Elektronenströmung, die in Richtung der Hohlraumresonatorachse verläuft, mit dem Resonatorraum nur über eine zu den Abmessungen desselben relativ enge Öffnung in Verbindung steht.
• Hohlraumre@sonatoren, d. h. von metallischen Flächenpraktisch allseitig umschlossene Hohlräume" sind bereits bekannt geworden. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, bei axialsymmetrisehen Hohlraumresonatoren, die, die Elektronenströmung umgeben, die Einrichtung so zu treffen, da,ß die Kathode außerhalb des Hohlraumresonators angeordnet ist und die in Richtung der Achse verlaufende Elektronenströmung nur durch eine zu den Abmessungen des Hohlraumresonators relativ enge Öffnung mit dem Hohlraumresonator in Verbindung steht. Des weiteren ist bereits vorgeschlagen worden, bei Anordnungen dieser Art elektronenoptische Mittel in Form von Elektroden oder Magnetfeldern anzuwenden, um den Elektronenstrahl auf die genannte Öffnung des Hohlraumresonators zu konzentrieren. Bei dem letzteren Vorschlag handelt es sich insbesondere darum, daß der EI-ektronenstrahl vor seinem Eintritt in die Lochöffnung (mit Hilfe einer Steuerelektrode) einem ultrahochfrequenten Wechselfeld ausgesetzt wird und erreicht werden soll, daß die Elektronen phasenrichtig und mit möglichst großer Dichte in die Öffnung des Hohlraumresonators eintreten. Die Erfindung hat zum Ziele, derartige Anordnungen weiterzubilden und insbesondere möglichst zu vereinfachen.
• Gemäß der Erfindung wird die Kathode nach Art eines Hohlspiegels mit kreisbogenförmigem Querschnitt, z. B. halbkugelförmig, ausgebildet und derart zur Öffnung angeordnet, daß die von ihr ausgehende Elektronenströmung in der Öffnung des Hohlraumresonators die größte Dichte aufweist.
• Im Gegensatz zu den Anordnungen, bei denen die zur Bündelung des Elektronenstrahles dienenden elektronenoptischen Mittel aus Elektroden bzw. Magnetfeldern bestehen und als Elektronenquelle eine punkt- oder fadenförmige Glühkathode oder eine flächenhafte Kathode von ebener (flacher) Gestalt (Bändchenkathode) dient, wird beim Erfindungsgegenstand durch die Formgebung der Kathode bereits die Bündelung auf die Lochöffnung des Resonators erreicht, weil jedes Flächenteilchen der hohlspiegelförmigen Kathode nach der Mitte zu seine Hauptstrahlrichtung aufweist. Man kann eine großflächige Kathode anwenden und erreicht durch deren Gestaltung, daß die von ihrer großen emittierernden Fläche abgegebenen Elektronen sozusagen auf die Öffnung zusammengedrängt werden. Es lassen sich infolgedessen in der Öffnung des Resonators außerordentlich hohe Stromdichten erzielen, die die Anfachung begünstigen. Daher kann auch eine solche großflächige Kathode vorteilhaft mit einer innerhalb des Hohlraumresonators angeordneten Anode als Diode zusammenarbeiten, indem die Elektronenlaufzeiten zwischen der Öffnung des Hohlraumresonators und der Anode bzw. deren Stirnfläche im Vergleich zur Periodendauer der anzufachenden Schwingungen in geeigneter Weise bemessen werden. Es ist an sich bekannt, einen an eine Kathode und an eineAnode angeschlossenen Resonator in Diodenschaltung anzufachen, also durch die erwähnte geeignete Wahl der Elektronenlaufzeit.
• Zweckmäßig wird der Kathode ein Zuggitter, das eine gegenüber der Kathode positive Gleichspannung erhält, vorgelagert. Die Kathode wird beim Erfindungsgegenstand vorteilhaft als indirekt geheizte Kathode ausgebildet, deren emittierende Fläche die erwähnte. hohlspiegelförmige Gestalt besitzt.
• Die Abb. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung im Axial- bzw. Radialschnitt.
• In der Abb. i begrenzen das -Metallgehäuse i, 2 und die an ihm durch Isolatoren 3 abgestützte Metallplatte a den Raum des frequenzbestimmenden Hohlraumresonators. Weiterhin bilden die Platte .l und der Deckel 5 des Gehäuses einen. zweiten Resonator, welcher in seiner Eigenfrequenz gegenüber dem frequenzbestimmenden Resonator i, 2, q verstimmt ist und einen derart kleinen Wellenwiderstand besitzt, daß er als Kurzschlußkondensator für die Ultrahochfrequenz wirkt. Die Verteilung des elektrischen Hochfrequenzfeldes in dem axialsymmetrischen Resonator erfolgt dann in der Weise, daß sich an den Rändern ein Spannungsknoten ausbildet, während in der Mitte des Resonators ein Spannungsbauch vorhanden ist. Durch eine symmetrisch in der Achse gelegene Öffnung 6 im Deckel des Gehäuses ist eine Antenne geführt, mit der Platte .l. verbunden und über die Energieleitung a, 5 mit dem frequenzbestimmenden Resonator gekoppelt. Die äußere Fläche des Deckels 5 dient dabei als Gegengewicht für die Antenne 7. Die öffnung 6 kann, wenn der Resonator, wie in der Abb. i dargestellt ist, als Vakuumgefäß dient, durch eine Glasverschmelzung vakuumdicht abgeschlossen werden. In der Symmetrieachse ist ferner die Platte 4. mit einem den Resonatorraum fast vollständig durchsetzenden Ansatz 8 von vorzugsweise zylindrischer Form versehen, dessen Durchmesser klein im Verhältnis zu den radialen Abmessungen des Resonators ist und dessen zweckmäßig gewölbte Stirnfläche als Anode dient und von der Mitte des Gehäusebodens 2 nur einen sehr kleinen Abstand hat. Gegenüber der Anodenfläche ist in dem Gehäuseboden eine vorzugsweise kreisförmige Öffnung 9 vorgesehen, durch welche die Elektronenströmung in den Raum zwischen Anode und Gehäuseboden übertreten kann. Die Elektronenströmung steht dann mit dem Resonatorraum nur durch den durch den Abstand der Anodenfläche von dem Gehäuseboden und den Durchmesser der Anodenfläche bestimmten, im Vergleich zu den Abmessungen des Resonators relativ engen Spalt in Verbindung. Da an dieser Stelle ein Spannungsbauch der Ho.chfrequenzspannung liegt und somit an dem Spalt die maximale Hochfrequenzspannung auftritt, ergibt sich eine günstige Ankopplung des Resonators an die Elektronenströmung und eine optimale Schwin.gun.gsanfachung.
• Zur Erzeugung der anfachendenElektronenströmung befindet sich gegenüber der Öffnung g in dem Gehäuseboden außerhalb des Resonatorraumes eine hohlspiegelfö,rrnige Kathode. Zu diesem Zweck schließt sich an den Boden des Gehäuses i ein zweites, im dargestellten Beispiel halbkugelförmiges Gehäuse io an, welches auf seiner Innenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht i i versehen ist. Sodann folgt nach innen zu ein Heizkörper 12 und davon isoliert die emittierende Schicht 13 einer Oxydkathode. In geringem Abstand von der Kathode befindet sich ferner ein ihrer Form angepaßtes feindrähtiges Zuggitter 14, das eine geeignete positive Vorspannung erhalten kann. Die Emission der großen Flächenkathode 13 wird in der Hauptsache auf die Öffnung g des Gehäusebodens gerichtet, so daß die Elektronenströmung in dieser die größte Dichte aufweist. Entsprechend dem divergenten Elektronenstrahl zwischen der Öffnung g und der Anode 8 ist die letztere schwach gewölbt ausgeführt, um möglichst alle Elektronen aufzufangen und für alle Bahnen annähernd die gleiche Laufzeit zu erhalten. Man erhält auf diese Weise einen auf engen Raum konzentrierten Elektronenstrom hoher Dichte, welcher die Erzielung sehr größer Schwingleistung ermöglicht.
• Um die Größe der Emission und damit der Anfachintensität beispielsweise zum Zweck einer Modulation steuern zu können, ist außerhalb des Resonatorraumes zwischen der Kathode 13 und der Öffnung g ein Steuergitter 15 vorgesehen, dem eine von dem Potential der Kathode verschiedene Vorspannung erteilt werden kann und mit deren Hilfe die Intensität der Elektronenentladung gesteuert werden kann.
• Infolge der kleinen Elektrodenkapazitäten und der hohen erzielbaren Anfachintensität eignet sich die erfindungsgemäße Anärdnung zur Erzeugung kürzester Wellen. Um die Grenze der zulässigen Verlustleistung heraufzusetzen, wird die Anode 8 vorteilhaft aus einem Material von hoher Schmelztemperatur, z. B. aus Wolfram, Tantal oder Molybdän, hergestellt. Außerdem bestehen die metallischen Flächen des Resänators zweckmäßig aus einem Material guter Wärmeleitung. Weiterhin wird die Resonatorwandung, um die Dämpfungsverluste herabzusetzen, vorteilhaft aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit hergestellt oder mit einer solchen Schicht überzogen und auf Hochglanz poliert.
• Bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Gehäuse des Hohlraumresonators zusammen mit dem die Groflächenl:athode tragenden Metallkörper als Vakuumgefäß. Es kann selbstverständlich auch ein besonderes Vakuumgefäß aus Glas oder Metall mit Vorteil benutzt werden, welches vorzugsweise auch den Resonator ganz umschließt.

Claims (14)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Röhrenanordnung zum Anfachen ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, insbesondere des Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebietes, mit einem von metallischen Flächen allseitig umschlossenen, axialsymmetrischen Hohlraum (Hohlraumresonator) als frequenzbestimmendem Resonator, bei der die Kathode der Röhre außerhalb des Resonatorraumes angeordnet ist ' und die schwingungsanfachende Elektronenströmung, die in Richtung der Hohlraumresonatorachse verläuft, mit dem Resonato,rraum nur über eine zu den Abmessungen desselben relativ enge Öffnung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode nach Art eines Hohlspiegels mit kreisbogenförmigem Querschnitt, z. B. halbkugelförmig, ausgebildet und -derart zur Öffnung angeordnet ist, daß die von ihr ausgehende Elektronenströmung in der Öffnung (g) des Hohlraumresonators die größte Dichte aufweist.
2. 2. Röhrenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator die Form eines Kreiszylinders hat, in dessen Achse sich ein Spannungsbauch des elektrischen Hochfre-quenzfeldes ausbildet.
3. 3. Röhrenanordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die die anfachende Elektronenströmung mit dem Resonatorraum verbindende Öffnung (g) im Bereich des Spannungsbauches des elektrischen Hochfrequenzfeldes befindet. q..
4. Röhrenanordnung nach Anspruch i. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein positives Zuggitter (14) vorgesehen. ist.
5. 5. Röhrenanordnung nach den Ansprüchen i bis 4 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine indirekt geheizte Oxydkathode ist.
6. 6. Röhrenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit einem Mantel (11) zur Wärmeisolierung versehen ist. ;.
7. Röhrenanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der.
8. Elektronenströmung ein. außerhalb des Resonatorraumes angeordnetes Hilfsgitter (I5) vorgesehen ist. B.
9. Röhrenanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Öffnung (g) des Hohlraumresonators eine mit dem Gehäuse desselben vorzugsweise kapazitiv verbundene, zweckmäßig mit gewölbter Stirnfläche versehene Anode angeordnet ist, die sich in Achsenrichtung nahezu über die ganze Länge des Hohlraumresonators erstreckt und deren Ausdehnung senkrecht zur Achse klein gegen die des Hohlrauznresonators ist. g.
10. Röhrenanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Hohlraumresonators und der die Kathode tragende Körper als Vakuumgefäß dienen.
11. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in.
12. Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 416 533, 520 O61; franz;sische Patentschriften Nr. 739 024, 7(')' 0 07, 762 225, 76'2 304, 776 2I9, ,;76 220. 779 632, 786 404; britische Patentschriften Nr. 258989, 413 524, 431 447, 433 681, 436 533 Brüche und Scherzer, »Geometrische Elektronen.optik«, 1934, S. 100/101; Annalen der Physik, 5.
13. Folge, 1932,
14. 14. Bd., Aufsatz von Kröbel.