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Verfahren zur Frequenzverdoppelung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Frequenzverdoppelung mittels eines Sekundär= elektronenvervielfachers.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden zunächst
eine bekannte Ausführungsfarm eines Eldktronenvervielfache@rs, auf die das erfindungsgemäße
Verfahren anwendbar ist, beschrieben.
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Ein solcher Elektro:nenvervielfacher enthält in einem länglichen,
evakuierten oder gasgefüllten Gefäß eine Primärkathode, eine Anzahl von Beschleunigungs-
und eine Anzahl von sekundäremittierenden Elektroden und schließlich eine Auffangelektrode.
Die Beschleuni%gungselektroden sind p,l2t,tenförm.ig und liegen alle nebeneinander
in der gleichen Ebene. Die Primärkathode:, die in eine Elektronenspritze eingebaut
sein kann, die auch noch ein Steuergitter enthalten kann, ist so angeordnet, dah
die von ihr ausgesandten
Elektronen bei Abwesenheit eines Ablenkfeldes
zu der Beschleunigungselektrode übergehen würden, die sich an einem Ende der Reihe
der Beschleunigungselektroden genau gegenüber der Primärkathode befindet. Die sekundäremittierenden
Elektroden liegen gleichfalls in einer Ebene, die parallel zu der Ebene der Beschleunigungselektroden
verläuft, und zwar liegt jeder sekundäremittierenden Elektrode eine Beschleunigungselektrode
gegenüber. Die sekundäremittierenden Elektroden sind einander ähnlich. Die Auffangelektrode
ist eine senlmecht zu den beiden obngenannten Ebenen liegende Platte, die dem Raum
zwischen den beiden Ebenen zugekehrt ist. Betriebsmäßig wird außerdem auch ein g°eignetes
'Magnetfeld vorgesehen und den Besclileunigungs- und den sekundäremittierendein
Elektroden ein fortschreitend positiveres Potential erteilt. Dadurch wird der Primärstrahl
abgebogen und fällt auf die erste sekundäremittierende, Elektrode; die von dort
ausgehenden Selzundärelekbronen prallen nach einer ähnlichen gekrümmten Bahn auf
die nächste sekundäremittierende Elektrode auf usw., bis die Auffangelektrode erreicht
isst, wobei hei jedem Aufprall eine Elektronenv.ervi,elfachung stattfindet.
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Nimmt man von einer derartigen Röhre die K,ennlini,e auf, die den
Strom in Mi:ltiampe:re (Ordinaten) in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung
(Abszissen) darstellt, dann findet man, daß sich die Kurve für einen bestimmten
Spannungswer v (dieser Wart hängt von der Konstruktion der Röhre ab) bis zu einem
Maximum erhebt und bei weiterer Steigerung der Spannung wieder abfällt. Dabei besitzt
die Kurve ein ziemlich scharfes Maximum. Wird nun die Röhre bei einem Arbeitspunkt
betrieben, der in der Nähe des bestlimmten Maximums liegt, und überlagert man die
positive Halbwelle der zu verdoppelnden Frequenz an den Beschleunigungs- oder den
sekundäremittierenden Elektroden, dann ergil),t eine Steigerung des Potentials zunächst
eine entsprechende! Steigerung des Ausgangsstromes., bis der Gipfelpunkt des Maximums
erreichst ist. Beim weiteren Steigen des Potentials. sinkt dagegen der Ausgangsstrom.
Man erhält infolgedessen im Ausgang eine volle Welle von einer Halbwelle im Eingang.
In gleicher Weise kann man auch mit der negativen Halbwelle der Eingangsfrequenz
verfahren, indem man wieder einen Arbeitspunkt in der Höhe des Gipfelpunktes wählt,
aber auf der anderen Seite des Maximums.
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Erfindungsgemäß wird dies zur Freque:nzverdoppelung in der Weise ausgenutzt,
daß die in ihrer Frequenz zu verdoppelnden Wechselspannungen den Betriebsspannungen
eines Reihenverv ielfachers, dessen Arbeitspunkt in, d'er Nähe des Scheitelpunktes
der den Anodenstrom in Abhängigkeit von der Spannung der Sekundärelektronen abgebenden
El@el:trcde, darstellenden Kennlinie festgelegt ist, überlagert werden und eine
solche Amplitude besitzen, daß sie über den Scheitelpunkt hinaus einen Teil des
jenseitigen Kennlinienasite@s bestreichen.
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Um hei einem Sekundärelektronenvervieliacher die Schärfe des ollen
bezeichneten ilaximums in der Kennlinie wesentlich zu s.teig;rn, wird gemäß einer
besonders vorteilliaft.en Ausgestaltung der Erfindung min--.i,est:ns eine der Röhrenelektroden
so be--ness°ii, angeordnet oder konstruiert, daß bei Steig; rung der Spannung über
einen bestimmten Wert hinaus der Teil der Elektronen (eines @@d@er mehrerer Elektronenströme),
der zur @?rzeugung der Sekundärelektronen ausenutzt wird und/oder den Ausgangsstrom
iarstellt, wesentlich abnimmt.
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EineögIithkeit. das zu erreichen, bestellt iarin, bei einem Elektronenvervielfacher
der oben beschriebenen Art die Beschleunigungs-und sekundäremittierenden. Elektroden
nicht wie bisher alle. gleich groß zu machen, sondern ihre Größe abzustufen, und
zwar so, daß die Elektroden um so größer werden; je weiter sie von der Primärkathode
entfernt sind. Die Abstufung kann sich sowohl auf die Länge wie auf die Breite wie
auf beides beziehen. Der Elektronenquerschnitt nimmt infolge der Ansammlung von
Elektronen in jeder Stufe zu. Ind.--m man die Röhre mit Elektroden steignder Größe
ausrüstet, erreicht man, daß einz@eIne Strahlen über ihre Elektroden hinausschießen,
sobald' ein kritisches Potential erreicht ist. Dieses kritische Potential ist für
alle Strahlen gleich. Auf diese Weise wird das Maximum der Kennlinie beträchtlich
schärfer.
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Mit der eben beschriebenen Röhre läßt sich eine Frequenzverdoppelung
dadurch erreichen, daß man den normalen Betriebsspannungen für die verschiedenen
Elektroden eine Gleichspannung üb,erlage-r,t, die man aus der Gleichrichtung der
zu verdoppelnden Frequenz erhält. Beispielsweise kann man die Spannungsquelle der
Wechselspannung über einen Widerstand in Reihe mit einem Gleichrichter schalten
und das ganze in Reihe mit der Gleichspannungsquelle für die einzelnen Elektroden
schalten, und zwar so, daß die gleichgerichtete LTberlagerungsspannung allen beteiligten
Elektroden überlagert wird. In den Anodenkreis schabtet man vorzugsweise einen auf
die doppelte Frequenz abgestimmten Schwungradkreis.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden selkundäremiittierende
Elektrollen
verwandt, die nicht wie bisher auf ihrer ganzen Oberfläche
se kundäremi.ssionsfähig sind, sondern nur auf einer Fläche, die kleiner als die
Gesamtfläche ist. Das, hat zur Folge; daß der Prozentsatz der Elektronen der auf
die sekundäremittierenden Flächen fällt, um so kleiner wird, je mehr der Strahlquerschnntt
zunimmt. Bei, dieser Konstruktion können die Elektroden genau so bemessen werden
wie in der zuerst beschriebenen Röhre, und auch die Schaltung für die Frequenzv
erdoppelung kann der schon, beschriebenen entsprechen.
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Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung isst bei jeder sekundäremittierenden
Elektrode eine Hilfselektrode vorgesehen, die etwas geneigt ist, so daß sie ihre
Fläche teilweise der Beschleunigungselektrode zukehrt, die gegenüber der benachbarten
sekundärumittienenden Elektrode liegt. Jede Hilfselektrode ist mit der in der Reihe
nächstfolgenden sekundäremittierenden Elektrode verbunden. Überschreitet bei dieser
Konstruktion die Betriebsspannung einen vorgegebenen Wert, dann fallen immer größere
Prozentsätze von Elektronen auf die Hilfselektroden und liefern keinen Beitrag zu
der weiteren Sekundäremission. Anstatt die Hiffsel,el<irro,den etwas geneigt;
anzuordnen, kann man sie auch zwischen zwei aufeinanderfolgenden sekundäremit.fiierenden
Elektroden und etwas hinter diesen, d. h. weiter von den Beschleunigungselektroden
fort., anordnen. Schließlich kann man -gegebenenfalls die Hilfselektroden auch mixt
besonderen äußeren Durchführungen ausrüsten und ihr Potential einzeln einstellen.
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In einer noch weiteren Aus.führu.ngsform der Erfindung sind hinter
und an den Senden der Auffangelektroden Hilfselektroden in Farm von kleinen Platten
angeordnet. Diese Hilfselektrod-en erhalten unabhängig von den anderen ein hohes
positives Potential. Bei dieser Konstruktion besitzt die Auffangelektrode eine in
Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt, bei dem das Kennlinienmaximum eintreten soll,
kritische Größe, so daß eine zunehmende Anzahl von Elektronen über die Auffangelektrode
hinausschießen und von den Hilfselektroden, aufgefangen werden, sobald die Spannung
über den diesem Maximum entsprechenden Wert ansteigt. Die, Hilfselektroden können
untereinander verbundene sein und über eine Spule an den positiven Pol einer normalen
Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. Die Spule kann dabei milt einer anderen
gekoppelt sein, die in Reihe mit einem Gleichrichter und einer Wechselspannungsquelle,
deren Frequenz verdoppelt werden soll, und einem Widerstand geschaltet ist. Der
Anodenkreis enthält einen auf die doppelte Frequenz abgestimmten Ausgangskreis wie
oben. Die ganze Anordnung ist so gOtroffen, daß der Kreis; der die Hilfselektroden
enthält, auf den Eingangskreis rückgekoppeliü ist, was auch zu einer Verschärfung
des Maximums führt.
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Schließlich kann man bei einer Röhre: bekannter Art die Randflächen,
der Auffangelektrode mit elektronenemittierendem Material bekleiden. Auch hierdurch
wird eine Verschärfung des.Maximums in der Kennlinie erreicht.