DE761408C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen mittels einer Magnetfeldroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von in besonderer Weise ausgebildeten Röhren in einer Schaltanordnung an sich bekannter Art zur Erzeugung ultrahochfrequeiiter elektromagnetischer Schwingungen, bei welcher ein von einer Kathode ausgehender und ein gegen diese positiv vorgespannte Elektrode durchsetzender Elektronenstroni gegen eine positive Anode gerichtet ist und dabei einem konistanten Magnetfeld mit zur Elektronenbahn

senkrechten Kraftlinien ausgesetzt ist. Bei einer unter der Bezeichnung Habann-Generator bekannten Anordnung dieser Art ist der anzufachende Schwingungskreis mit der Anode verbunden und außerdem eine weitere auf konstantem positivem Potential gehaltene Elektrode vorhanden,; der den Schwingungskreis anfachende negative Widerstand entsteht dabei durch Verteilung des Entladumgsstromes auf die Anode und die weitere Elek- so

trode infolge des Zusammenwirkens zwischen den magnetischen und elektrischen Feldern. Bei einer anderen bekannten Anordnung, die dem gleichen Zweck dient, befindet sich eine lineare Kathode zwischen zwei komplanaren Beschleunigungselektroden, während zwei streifenförmige, mit dem anzufachenden Resonanzsystem verbundene Anoden symmetrisch zu beiden Seiten der Kathode angeordnet sind. ίο Unter dem Einfluß eines zur Kathode parallelen konstanten magnetischen Feldes beschreiben die Elektronen kreisförmige Bahnen, welche die Anoden jedoch nur streifen und wieder zur Kathode zurückführen.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß zur Erzeugung von Elektronenstrahlen und zur Erzielung elektronenoptischer Wirkungen Elektrodensysteme mit konzentrischem Aufzo bau bekannt sind, die aus einer linearen Kathode und drei diese umgebenden, auf steigenden Potentialen gehaltenen Zylinderelektroden bestehen, von denen die beiden inneren Zylinder mit in Radialebenen liegenden Schlitzen versehen sind.

Die Erfindung bezweckt mit der Verwendung solcher Röhren in einer Magnetfeldanordnung die Erzielung einer großen Ausgangsleistung in einem Wellenbereich von 20 bis 100 cm und die Möglichkeit, diese Schwingungen einwandfrei modulieren zu können.

Die Erfindung besteht in einer Schaltanordnung zur Erzeugung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen mittels einer Magnetfeldröhre mit wenigstens vier Elektroden und besitzt folgende Merkmale:

1. Verwendung einer Röhre mit einer geraden Kathode, zwei dazu koaxialen, zylindrischen Elektroden, die in einer Radialebene liegende Längsschlitze aufweisen, und einer äußersten, vorzugsweise ebenfalls als koaxialer Zylinder ausgebildeten Elektrode;

2. Anlegung positiver Vorspannungen an die beiden äußeren Elektroden und einer negativen oder Xullvorspannung an die innerste, geschlitzte Elektrode;

3. Anschluß des anzufachenden Schwin- _; gungskreises an die äußere geschlitzte Elek- j trode und

4. derartige Einstellung der positiven Vorspannungen und des zur Kathode parallelen Magnetfeldes, daß der Arbeitspunkt auf dem fallenden Teil der Stromspannungskennlinie I der äußeren geschlitzten Elektrode liegt. Diese ; Anordnung arbeitet stabil und mit gutem j Wirkungsgrad und zeichnet sich durch eine gute Modulationsfähigkeit aus.

Die Erfindung soll jetzt an Hand der Zeichnung näher erklärt werden. Die Abb. 1 stellt schematisch einen Querschnitt durch eine zur Ausführung der Erfindung verwendete Röhre dar. Diese enthält eine geradlinige Kathode C, die vorzugsweise eine indirekt geheizte Äquipotentialkathode ist. Die Kathode befindet sich konzentrisch innerhalb einer Steuerelektrode G und diese wiederum konzentrisch innerhalb einer Beschleunigungselektrode^-J. Die Steuerelektrode ist nahe an der Kathode und die Beschleunigungselektrode nahe an der Steuer- ! elektrode angeordnet. Jede dieser Elektroden^ j und G besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Fläche, die an den Enden offen oder geschlossen ist und einen Schlitz oder Spalt

■ hat, der parallel zur Kathode verläuft; die beiden Schlitze haben im wesentlichen die

| gleiche Länge wie die Kathode und sind mit ihr komplanar. Die eben erwähnten Elektro-' den bilden ein System zur Erzeugung eines

■ Elektronenstrahls, das konzentrisch von einer äußeren, zylindrischen Anode AA umgeben

ί ist, deren radialer Abstand von der Kathode beträchtlich größer als derjenige der Beschleunigungselektrode ist. Die äußere Anode kann an den Enden offen oder geschlossen sein. Ein auf irgendeine passende Weise mit Mitteln, die nicht mit dargestellt sind, erzeugtes magnetisches Feld ist so gerichtet, daß seine Kraftlinien das oben beschriebene Elektrodensystem durchsetzen und wenigstens annähernd parallel zur Längsausdehnung der Kathode verlaufen.

Wenn bei der oben beschriebenen Ausführung die SteuerelektrodeG ein gegenüber der Kathode schwach negatives Potential (oder Kathodenpotential) und die Beschleunigungselektrode A ein positives Potential von etwa 50 bis 500 Volt erhält, wird ein bandförmiger Elektronenstrahl erzeugt. Die Kennlinie, welche die Beziehung zwischen der Spannung E_A an der Beschleunigungselektrode A und dem Strom /4 zu dieser Elektrode darstellt, hat etwa die in Abb. 2 gezeigte Form. Die Intensität des Strahls hängt für einen bestimmten Wert der Beschleunigungselektrodenspannung von der Spannung der Steuerelektrode G ab und läßt sich durch Änderung der Steuerelektrodenspannung modulieren. Wenn die äußere Anode das gleiche positive Potential erhält wie die Beschleunigungselek- n₀ trode, wird der aus dem Strahlerzeugungssystem austretende Strahl zu einer Kreisbahn CP gekrümmt, deren Durchmesser unter anderem von der Stärke des angewandten Magnetfeldes abhängt. Daher ist es mit einem passenden Wert der magnetischen Feldstärke und gleichen positiven Spannungen V₁ an der Beschleunigungselektrode und der äußeren Anode möglich, den Elektronenstrahl eine Kreisbahn beschreiben zu lassen, welche die Elektronen zu der Beschleunigungselektrode zurückführt und sie dort längs einer Linie

auftreffen läßt, welche der Austrittsöffnung für den Elektronenstrahl beinahe gegenüberliegt·; dabei berührt die Kreisbahn die äußere Anode nicht. In diesem Fall fließt kein Strom zu der äußeren Anode, da der ganze Strom zur Beschleunigungselektrode geht. Dieser Stromwert I₁ hängt unter anderem von der Beschleunigungselektro'denspannung ab. Mit zunehmender Beschleuniigungselekrodenspannung (wobei die Anodenspannung als fest ausgenommen wird) steigt auch der vom strahlerzeugenden Elektrodensystem abgegebene Strom an, aber gleichzeitig nähert sich die Elektronenbahn mehr und mehr der äußeren Anode, bis sie schließlich bei einem Potential V₂, das zu einem Beschleunigungselektrodenstrom I₂ gehört, die Anode AA berührt. Ein Vergrößern der Beschleunigungselektrotdenspannung über diesen Wert hinaus erhöht den Strom zur Anode, läßt aber den Strom zur Beschleunigungselektrode¹ absinken, bis bei einem Maximalwert V₃ der Spannung an der Beschleunigungselektrode der Strom zu dieser praktisch Null wird; dann fließt der gesamte Strom zur Anode. Entsprechend erhält die Besehleunigungselektrodencharakterdstik in einem Bereich der Beschleunigungselektrodenspannungen zwischen einem unteren Wert V₂, bei dem der maximale Strom I₂ zur

Beschleunigungselektrode fließt, und einem höheren Wert V₃, bei dem der Strom zu dieser Elektrode praktisch Null ist, einen Abschnitt mit negativem Widerstand, d. h. fallendem Verlauf. Daher kann ein Resonanzkreis, der in den Beschleunigungselektrodenkreis eingeschaltet ist, zu ungedämpften Schwingungen angeregt werden.

Es sei bemerkt, daß die Elektronenbahn nur dann ein Kreis ist, wenn Besehleunigungselektroden- und Anodenspannung gleich sind; trotz der nicht kreisförmigen Bahn bei anderen Spannungsverbältnissen bewirkt eine Erhöhung der Beschleunigungselektrodenspannung, daß die Elektronen sich der Anode nähern.

Um die größtmögliche Steilheit des fallenr den Teiles der Kennlinie zu. erreichen, werden die verschiedenen Parameter vorzugsweise so eingestellt, daß die Elektronenbahn die Anode gerade noch nicht berührt, wenn die beiden positiven Elektroden die gleiche Spannung haben. Danru ist die Bahn kreisförmig, und es wird der Vorteil erreicht, daß in einem verhältnismäßig großen Divergenzwinkel vom strahlerzeugenden System ausgehende Elektronen am anderen Ende des Bahndurchmessers fokussiert werden. Das- bedeutet natürlich eine größtmögliche Änderung des Besehleunigungselektrodensftrotnes bei einer vorgegebenen Beschleunigungselektrodenspannung. Überdies findet dann die größte Verlagerung des Brennpunktes bei einer vorgegebenen Änderung der Elektronengeschwindigkeit statt.

Die oben beschriebene Anordnung hat zwei große Vorteile: Erstens läßt sich die Modulation leicht durch Anlegung der Modulaitionssparmungen an die Steuerelektrode durchführen, und zweitens müssen die Elektronen, obwohl der ElektronenstiOtn zwischen der Beschleunigungselektrode und Anode wechselt, indem gewissermaßen eine der anderen die Elektronen wegnimmt, keine scharfen Kanten überqueren, wie es in jenen bekannten. Elektronenstrahlgeneratorsystemen der Fall ist, in denen ein Elektronenstrahl in jeder Halbperiode die Grenze zwischen zwei Anoden zu ■ kreuzen hat. Da es in dem beschriebenen Elektrodensystem keine scharfen Elektrodenkanten gibt, die der Elektronenstrom zu überqueren hätte, sind die Schwierigkeiten des Glühendwerdens durch den Übergang starker Ströme an jenen Kanten vermieden und unerwünschte Sekundärelektronenemissionserscheinungen auf ein Minimum herabgedrückt. Falls eine solche Elektronenemission auftritt, wirkt das magnetische Feld derart auf sie ein, daß es die Sekundärelektronen veranlaßt, zu ihrer Ursprungselektrode zurückzukehren. Im Bedarfsfall kann man eine oder beide Anoden, der Röhre karbonisieren und/oder mit Kühlflügeln versehen, um die Sekundäremission zu verringern, die Abführung der durch den Elektronenaufprall entstehenden Wärme zu unterstützen und den Temperaturausgleich auf der Anode zu fördern, denn infolge der Tatsache, daß die Elektronen nur ein begrenztes Gebiet auf dieser Anode treffen, besteht eine Neigung zur Ausbildung großer Temperaturgefälle an der Anode.

Claims (6)

1. PATENTANSPKOCHE:

   i. Schaltanordnung zur Erzeugung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen mittels einer Magnetfeldröhre mit wenigstens vier Elektroden·, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Röhre mit einer geraden Kathode, zwei dazu koaxialen, zylindrischen Elektroden, die in einer Radialebene liegende Längsschlitze aufweisen, und einer äußersten, vorzugsweise ebenfalls als koaxialer Zylinder ausgebildeten Elektrode·, durch Anlegung positiver Vorspannungen an die beiden äußeren Elektroden und einer negativen oder Nullvorspannung an die innerste, geschlitzte Elektrode, durch Anschluß des anzufachenden Schwingungskreises an die äußere geschlitzte Elektrode und durch derartige Einstellung der positiven Vorspannungen und des zur Kathode¹ parallelen

   Magnetfeldes, daß der Arbeitspunkt auf dem fallenden Teil der Stromspannungskennlinie der äußeren geschlitzten Elektrode liegt.
2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die \^rerwendung einer Röhre mit Äquipotentialkathode.
3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der inneren geschlitzten Elektrode (G) Modulationsspannungen überlagert sind.
4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden äußeren Elektroden (A, AA) dieselbe positive Vorspannung liegt.
5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Wahl der übrigen Betriebsgrößen, daß die Elektronen eine Kreisbahn beschreiben.
6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Röhre, bei der die beiden äußeren Elektroden oder wenigstens eine davon carbonisiert und/oder mit Kühlflügeln versehen sind.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschrift Nr. 391 761;

   britische Patentschrift Nr. 351 419;

   französische Patentschrift Nr. 757 011;

   USA.-Patentschrift Nr. 2 055 655.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5091 4.53