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Empfänger für modulierte, ultrakurze Wellen mit einer Magnetron- oder
Bremsfeldröhre Die Erfindung betrifft einen Empfänger für ultrakurze Wellen.
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Der Empfang allerkürzester Wellen, insbesondere solcher von weniger
als z m Länge, stößt bekanntlich auf große Schwierigkeiten, da normale Elektronenröhren
wegen der endlichen Elektronenlaufzeit nicht mehr brauchbar sind. Außerdem ist es
schwierig, die Röhre mit äußeren Kreisen zu verbinden, da diese Kreise wegen der
natürlichen Selbstinduktion und Kapazität der Leiterteile die Erreichung kürzester
Wellen unmöglich machen. Es ist bereits bekannt, Bremsfeldröhren mit selbstschwingender
Gitterwendel direkt im Brennpunkt eines Parabolspiegels anzubringen. Hier wirkt
der Schwingkreis selbst als Antennensystem. Es ist auch bekannt, ebensolche Röhren
als Empfänger zu benutzen. Hierbei wirkt das Empfangsfeld auf die Röhrenelektroden
bzw. den durch diese gebildeten Schwingkreis ein. Es ist bereits. bekannt, daß bei
der Durchstrahlung einer Magneitronröhre mit ultrakurzen. Wellen eine außeroxdentlich
starke Absorption dieser Wellen eintritt, wenn die Frequenz der Strahlung mit der
Eigenfrequenz der in der Röhre rotierenden Elektronen übereinstimmt. Die Erfindung
beruht ebenfalls auf einer Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Wechselfeld,
das die Röhre durchsetzt, und der Elektronenbewegung innerhalb der Röhre. Es wird
jedoch nicht die Beeinflussung der Strahlung durch die Röhre, sondern die Beeinflussung
der Elektronenbahnen durch die Strahlung ausgenutzt, wodurch sich eine bis zu kürzesten
Wellen wirksame Demodulation der Strahlung ermöglichen läßt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Empfänger für modulierte, ultrakurze Wellen
mit einer Magnetron- oder Bremsfeldröhre, deren Elektrodensystem in Richtung der
Kathode beiderseitig offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre der in Richtung
der Achse des Elektrodensystems einfallenden Strahlung ohne Verwendung einer besonderen
Antenne direkt ausgesetzt ist, daß die konzentrisch ausgebildeten kalten Elektroden
der Röhre in axialer- Richtung keinen nennenswerten Scheinwiderstand darstellen,
daß die Betriebsbedingungen so gewählt sind, daß die Elektronen unmittelbar vor
Erreichen der Anode zur Umkehr gezwungen werden und Schwingungen ausführen, deren
Frequenz mit der Frequenz der zu empfangenden Strahlung übereinstimmt, und daß die
demodulierten Spannungen aus dem Anodenkreis entnommen werden.
An
Hand der Abbildungen soll die Erfindung näher beschrieben werden. Die Abb. x zeigt
eine Magnetronröhre i i mit einer Kathode 12 und einer Anode 13. Die räumliche Anordnung,
ob vertikal oder horizontal, ist unwesentlich, solange die Elektrodenachse parallel
zur Einfallsrichtung der =Strahlung orientiert ist. Die zu empfangende Strahlung
ist mit dem Pfeil R bezeichnet. Sämtliche Elektrodenzuleitungen sind durch die Drossel
22 gegen die ultrakurzen Wellen verdrosselt. Die Heizbatterie ist mit 18, die Anodenbatterie
mit ig und ein Anodenspannungspotentiometer mit 2o bezeichnet. Die demodulierten
Spannungen werden über den Transformator 21 aus dem Anodenkreis abgenommen. Das
Magnetfeld wird durch die Spulen 15 geliefert, die durch die Batterie 16 über den
regelbaren Widerstand 17 gespeist werden. Eine Antenne oder ein in die Röhre eingebauter
bzw. von den Elektroden gebildeter Schwingkreis wird dabei nicht benötigt, wie es
sich aus der folgenden Untersuchung der Wirkungsweise ergibt: Ein Elektron, das
sich in einem homogenen magnetischen Feld bewegt, beschreibt einen Kreisbogen, dessen
Radius sich ergibt durch die Gleichung
Hier ist vt die Elektronenmasse, v ihre lineare Geschwindigkeit, H die magnetische
Feldstärke und e die elektrische Ladung.
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Ferner ergibt sich bekanntlich die Spannung h', die für die Erzeugung
einer gegebenen Elektronengeschwindigkeit v benötigt wird, durch die Gleichung:
| .V - -?il -t 2 |
| 2e |
| Aus (i) und (2) kann man die folgende Glei- |
| chung ableiten: |
| (3) |
| Nun ist die Umlauffrequenz der Elektronen: |
| He |
| M |
Daher bleibt, wenn die lineare Geschwindigkeit der Elektronen vergrößert wird, ihre
Umlaufgeschwindigkeit konstant, jedoch nimmt ihr Radius zu.
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Wenn das magnetische Feld so eingestellt wird, daß die Elektronenfrequenz
gleich der Frequenz der Strahlung ist, die durch die Röhre in Richtung des Pfeiles
R hindurchgeht, dann bewegen sich die Elektronen in Phase mit° dem elektrischen
Feld der Strahhing und «erden daher Geschwindigkeit gewinnen. Wie man aus den Formeln
(i) und (3) erkennt, hat dies -eine Vergrößerung des Radius r zur Folge. Wenn daher
die Röhre so eingestellt ist, daß beim Fehlen eines Strahlungsfeldes die Elektronen
die Anode gerade streifen, so wird das Auftreten einer Strahlung in dem durch die
Anode 13 umgebenen Raum bewirken, daß mehr Elektronen die Anode erreichen, und damit
wird dei Anodenstrom zunehmen. Die Röhre wird so orientiert, daß die Strahlung eine
Komponente ihres elektrischen Vektors normal zum Heizfaden, d. h. längs des Radius
der Anode 13, ibesItzt. Die so erzeugten Änderungen des Anodenstromes hängen
von der Modulation der empfangenen Strahlung ab.
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Die Ausführungsform gemäß Abb.2 enthält eine Beschleunigungs-Gitteranode
23, die aus einer Drahtwendel besteht, deren einzelne Windungen mit Hilfe eines
zur Kathode achsparallelen Leiters untereinander verbunden sind. Im übrigen ist
die Konstruktion der Röhre ähnlich der gemäß Abb. i. In diesem Falle jedoch kann
die Geschwindigkeit der Elektronen eingestellt werden sowohl durch die hohe positive
Spannung, die dein Gitter 23, als auch durch die Vorspannung, die der Anode 13 zugeführt
wird. Zu diesem Zwecke ist das Potentiometer 2o mit zwei Anzapfungen versehen, von
denen die eine, :,,q., im Anodenkreis und die andere, 25, im Steuergitterkreis liegt.
Erforderlichenfalls kann die Elektrodenkonstruktion dadurch abgeändert werden, daß
mehrere ebene Elektroden 13 vorgesehen werden, die elektrisch miteinander verbunden
und äqu;idi.stant von dem Heizfaden 1 angeordnet sind.
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Im Betrieb erhält das Gitter ein hohes positives Potential, und die
Kathode und die Anode 'erhalten ein Potential nahezu gleich Null. Unter diesen Umständen
führen die Elektronen radiale Schwingbewegungen zwischen Kathode und Anode aus.
Die Frequenz ergibt sich aus der Barkhausen-Kurzformel:
Hier ist c die Geschwindigkeit der Wellenfortpflanzung, Eg. das Gitterpotential,
E', das Anodenpotential, r" der Anodenradius und r, der Gitterradius. Durch Einstellen
des Anodenpotentials Eu kann man die Elektronen sich so viel wie gewünscht der Anode
nähern lassen, wenn sie während der Schwingungsperiode durch ihren Punkt maximaler
Verschiebung von dem Gitter hindurchgehen.
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Die Gleichrichtungswirkung ist ähnlich der gemäß Abb. i. Die Strahlung,
die auf die Röhre in der Richtung R auftrifft, und zwar derart, daß ihr elektrischer
Vektor eine Komponente parallel zu der Bewegungsrichtung
einiger
der Elektronen hat, beschleunigt diese Elektronen, vorausgesetzt, daß die Schwingungsfrequenz
der Elektronen gleich der Strahlungsfrequenz oder einem Bruchteil davon ist. Die
Amplitude der Elektronenschwingung wird zunehmen, und einige Elektronen, die sonst
nicht die Anode erreicht haben würden, werden dieses nun tun. Daher wird der Elektroneüstrom
zunehmen. Die so erzeugten Änderungen des Anodenstromes werden von der Modulation
der auffallenden Strahlung abhängen.
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Bei einer praktischen Ausführung konnte man Wellen von nur io cm empfangen.
In diesem Falle hatte man eine Anodenspannung von i ooo Volt und ein Magnetfeld
von 1300
Gauss, einem; Heizstrom von 5 mA.
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Ein beiläufiger Vorteil bei den Anordnungen gemäß der Erfindung ergibt
sich aus der Tatsache, daß: man eine scharfe Resonanz erreichen kann, d. h., das
die Elektronen enthaltende Medium benimmt sich als Leiter von kleinem oder keinem
Widerstand, wenn die Einstellungen so gemacht werden, daß man Resonanz zwischen
dem Ausgangskreis und der empfangenen Welle erhält. Daher kann die Erfindung mit
Vorteil zum Gleichrichten von Frequenzverschiebungen benutzt werden. Naturgemäß
kann man die Detektoren in Verbindung mit Reflektoren verwenden. Hierbei legt man
zweckmäßig den Heizfaden der Röhre-in den Brennpunkt eines parabolischen Reflektors.