DE764435C - Elektronenroehrenanordnung zum Anfachen von ultrahochfrequenten, elektromagnetischen Schwingungen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
17. AUGUST 1953

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE

N 37296 Villa/21 a*

Julius Pintsch K. G._r Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reich vom 20. Oktober 1S34 an Patenterteilung bekanntgemacht am 18. Januar 1945

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhrenanordnungen zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen von ultrahochfrequenten, elektromagnetischen Schwingungen, insbesondere von Schwingungen einer Wellenlänge .unter ι m, und zwar auf solche Anordnungen, bei denen ein von elektrisch leitenden Flächen praktisch allseitig begrenzter Hohlraum (Hohlraumresonator) als Resonator verwendet wird, der die Elektronenströmung der Röhre umgibt.

Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, daß die als Elektroden dienenden Wandteile des Hohlraumresonators in der Umgebung eines Spannungsbauches desselben einen ebenen Plattenkondensator bilden, dessen Aehsenrichtung mit der Richtung der Achse der Elektronenströmung zusammenfällt.

Bei den bisherigen Anordnungen dieser Art besteht der anzufachende Resonator aus einer so λ/2 langen konzentrischen Lecherleitung, die an ihren beiden Enden durch Kurzschluß-

') Von der Patentsucherin ist als der Eründer angegeben worden:

Dr.-Ing. Walter Dällenbach, Bisingen (HohenzoUern)

kapazitäten in Spannungsknoten abgeschlossen ist und deren Außenleiter und Innenleiter auf einem Teil ihrer Ausdehnung an der Stelle des Spannungsbauches und dessen unmittelbaren Umgebung als Anode bzw. Gitter wirken. Es handelt sich um eine konzentrische Elektrodenanordnung. Bei der Erzeugung sehr kurzer Wellen, z. B. in Bremsfeldschaltung, spielen nun die Elektronenlaufzeiten ίο eine erhebliche Rolle, und es ist daher notwendig, die errechneten Elektrodenabstände mit großer Genauigkeit herzustellen. Bei konzentrischer Elektrodenanordnung müssen die zylindrischen Elektroden in ihren Abmessungen sehr genau hergestellt werden, da die durch vorhandene i\bweichungen bedingten Fehler gegenüber den geforderten Abständen sich nicht wie bei ebenen Elektroden durch Verschieben der Platten berichtigen lassen. Außerdem müssen die zylindrischen Elektroden mit großer Sorgfalt zentriert werden, da ein zu geringer Abstand an einer Stelle zwangsläufig einen zu großen Abstand an anderer Stelle mit sich bringt. Man kann daher beim Erfindungsgegenstand wesentlich bequemer den gewünschten Abstand der Wandteile des Hohlraumresonators herstellen, die als Elektroden dienen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich dara,us, daß sich der Flächenstrom (Schwingstrom) auf größere Leitungsquerschnitte insbesondere an den Stellen verteilt, wo er beträchtlichere Werte annimmt, nämlich nach dem Strombauch (Spannungsknoten) hin. An der Stelle, wo die Wandteile des Hohlraumresonators als Elektroden dienen und den ebenen Plattenkondensator bilden, befindet sich ein Spannungsbauch, während längs des Randes des Resonators ein Spannungsknoten bzw. Strombauch auftritt. Infolge der geringeren Stromdichte sind die Ohmschen Leitungsverluste entsprechend herabgesetzt. Das letztere kann noch weiter durch die unten erwähnte torusförmige Ausbildung des Teiles des Resonatorraumes erreicht werden, der sich an den die Elektroden bildenden Plattenkondensator anschließt.

Da die Elektroden von ebenen Wandteilen des Resonators gebildet werden, kann der Schwingstrom vom Elektrodenmittelpunkt aus senkrecht zur Achse des die Elektroden bildenden Plattenkondensators über alle Stellen des Ekktrodenrandes unmittelbar, d. h. unter Vermeidung von Drahtverbindungen, auf die Innenflächen der übrigen Wandteile des Hohlraumresonators fließen. Es ist dadurch der hochfrequenzmäßige Anschluß der Elektroden sehr günstig gestaltet (Vermeidung zusätzlicher Induktivitäten von Anschlußdrähten), und zwar unter gleichzeitiger j Herabsetzung der Ohmschen Leitungsverluste und Vermeidung der mit Drahtverbindungen verknüpften Verluststrahlung. Das nachteilige Auftreten von Verluststrahlung ist auch längs des Umfanges des Resonators vermieden, da der Resonatorraum durch seine elektrisch leitenden, den Schwingstrom führenden Metallflächen in Spannungskuoten abgeschlossen und nach außen abgeschirmt ist.

Zweckmäßig wird der Hohlraumresonator axialsymmetrisch bzw. rotationssymmetrisch zu dem die anfachenden Elektroden bildenden Plattenkondensator bzw. dessen Achse ausgebildet. Insbesondere dient zur Begrenzung des als Resonator dienenden Hohlraumes ein axialsymmetrisches bzw. rotationssymmetrisches, metallisches Gehäuse und ein von den Wandungen des Gehäuses umschlossener, ebenfalls achsensymmetrischer bzw. rotationssymmetrischer, metallischer Körper, um einen möglichst dämpfungsfreien, gegen den Austritt von Verluststrahlung geschlossenen Resonator zu erhalten. Beide Teile, das Gehäuse und der von dem Gehäuse umschlossene Metallkörper, können als Elektroden verwendet werden. Der umschlossene Metallkörper wird deshalb isoliert gegen das Gehäuse abgestützt und erhält durch die Gehäusewand eine Spannungszuführung. Es bilden einander zugekehrte Oberflächenteile von Gehäuse und umschlossenem Metallkörper in der Umgebung der Symmetrieachse den Plattenkondensator, der das Elektrodensystem darstellt.

Die Verwendung von achsensymmetrischen bzw. rotationssymmetrischen Bauteilen erlaubt eine sehr genaue und einfache Herstellung desselben; insbesondere, lassen sich rotationssymmetrische Teile durch Drehen sehr genau herstellen. Die symmetrische Anordnung des das Elektrodensystem darstellenden Plattenkondensators in bezug auf den Resonatorhohlraum ermöglicht die Anfachung des Hohlraumes in der Grundschwingung. Durch das zwischen den ebenen Elektroden gebildete homogene Feld wird die Anfachung des Resonators weiterhin verbessert.

Die spezielle Ausbildung des Resonators ist für den Grundgedanken der Erfindung unwesentlich. Um einen möglichst einfachen und leicht zu berechnenden Resonator zu erhalten, kann der sich an den Plattenkondensator anschließende Resonatorraum eine scheibenförmige, torusförmige oder zylindrische Gestalt erhalten. Die Anfachung in der Grundschwingung erfolgt in der Weise, daß sich zwischen den Wandteilen des Plattenkondensators ein Spannungsbauch und am Rande des Resonatorhohlraumes ein Spannungsknoten ausbildet. Lm den Resonatorhohlraum mit einem Strahler oder einem Belastungswiderstand zu verbinden, wird an

der Stelle des sich ausbildenden .Spannungsknotens eine Energieleitung von zweckmäßig geringem Wellenwiderstand angeschlossen. Diese kann ebenfalls von Oberflächen des Gehäuses und des umschlossenen Metallkörpers begrenzt werden. Die torusförmige Gestaltung bietet insbesondere den für die Anfachung wesentlichen Vorteil eines hohen Schwungrad Widerstandes, indem sich an den

ίο die anfachenden Elektroden bildenden Plattenkondensator ein im wesentlichen die Selbstinduktion bildender Resonatorteil anschließt, der einen erheblich größeren Wellenwiderstand besitzt als der vom Plattenkondensator gebildete Resonatorteil.

Da die Richtung der Symmetrie^ bzw. Rotationsachse des Hohlrauinresonators mit der Richtung der Achse der Elektronenströmung zusammenfällt, besteht die Möglichkeit, daß die Kathode in Achsenrichtung außerhalb des anzufachenden Hohlraumresonators angeordnet wird und die von der Kathode kommende anfachende Elektronenströmung dadurch in den Plattenkondensator hineingelangt, daß seine der Kathode zugewandte Platte als gitterartige Elektrode ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann dieses Gitter durch einen einfachen Spalt in der Kondensatorplatte gebildet werden.

Durch diese Anordnung der Kathode ergibt sich wiederum eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaues. Die Kathode kann bequem an der gewünschten Stelle bzw. in dem. gewünschten Abstand gegenüber der Durchbrechung des Plattenkondesnsators (der Eintrittsstelle der Elektronenströmung in den Plattenkondensator) angeordnet werden. Ebenso kann ein Steuergitter, dem ultrahochfrequente Steuerspannungen zugeführt werden sollen, in dem, Raum zwischen der Durchbrechung des Plattenkondensators und der Glühkathode angeordnet werden. Als Elektronenquelle kann eine band- oder flachenförmige Kathode dienen. Die Kathode bzw. die Kathode und das Steuergitter können bequem in einer solchen Entfernung von der Durchbrechung des Plattenkondensators ange>ordnet werden, daß die Elektronen vor dem Eintritt in die Durchbrechung des Plattenkondensators eine Wegstrecke durchlaufen, die für die Anfachung des Hohlraumresonators besonders günstig ist.

Glühkathode bzw. Glühkathode und Steuergitter und gegebenenfalls weitere Hilfselektroden können ihrerseits in einem metallischen Gehäuse angeordnet sein, das einen zweiten Hohlraum bildet. Sofern die ultrahochfrequenten Steuerspannungen dem Steuergitter von dem anzufachenden Resonator (Anfachresonator) her zugeführt werden sollen, kann dieses innerhalb des von der gesamten Anordnung gebildeten metallischen Gehäuses geschehen. Der genannte zweite Hohlraum kann durch die Steuerspannungen je nach Wahl seiner Abstimmung mehr oder weniger stark zum Schwingen angeregt werden, so daß dementsprechend durch sein ■elektrisches Wechselfeld die Elektronen (auf ihrem Wege durch den zweiten Hohlraum) gesteuert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Abb. 1 bis 3.

Die Abbildungen zeigen sämtlich Elektronenröhren, bei welchen der Resonator von Wandungen eines rotationssymmetrischen, metallischen Gehäuses 1 und von Oberflächen eines von dem Gehäuse umschlossenen ebenfalls rotationssymmetrischen, metallischen Körpers 2 begrenzt wird. Der als Resonator dienende Hohlraum 3 setzt in radialer Riehtung den von den Wänden 4 und 5 begrenzten Raum 6 fort bzw. er enthält diesen als Bestandteil. Die Anfachung erfolgt in dem von einem' homogenen Feld durchsetzten Raum 6. In den Beispielen der Abb. 1 und 3 ist der Resonatorraum scheibenförmig, in dem Beispiel der Abb. 2 torusförmig ausgebildet. Die Abb. ι a, 2 a, 3 a und 3 b stellen die Elektronenröhren im Längsschnitt durch die Rotationsachse dar. Die Abb. ib und 2 b sind Schnitte senkrecht zur Rotationsachse.

Die Verwendung eines scheibenförmigen Resonatorraumes ermöglicht bei vorgegebener Wellenlänge eine einfache und genaue Berechnung der Abmessungen des Resonators. Wird der scheibenförmige Hohlraum in der Weise angefacht, daß sich in der Umgebung der Symmetrieachse zwischen den Wänden 4 und 5 ein Spannungsbauch und am Rande des scheibenförmigen Hohlraumes ein Spannungsknoten der Schwingung ausbilden, so läßt sich für die elektrische Feldstärke in Funktion des Abstandes von der Rotationsachse eine Differentialgleichung aufstellen, die durch die Besselsche Zylinderfunktion nullter Ordnung gelöst wird, die für die Werte a^ = 2,405, a₂ = 5,520, a₃ =■ 8,654 bis a_n die Stellen angibt, an denen die· Feldstärke den Wert Null annimmt. Aus der einfachen Beziehung a_n = 2 π · -γ läßt sich

dann für die vorgegebene Wellenlänge λ der Radius r_n des scheibenförmigen, in der »-ten Oberwelle schwingenden Zylinderraumes berechnen. Für den Fall der ersten Nullstelle CP₁, was der Anregung des Feldraumes in der Grundschwingung entspricht, ergibt sich dann ein Radius T₁ = 0,383 · λ oder ein Durchmesser (I₁ = 0,766 · λ.

Durch die vorzugsweise radiale Ausdehnung des Resonators erhält das zur Begrenzung dienende Metallgehäuse 1 eine dosen-

förmige Gestalt und der umschlossene Metallkörper 2 die Gestalt einer flachen Scheibe. Zweckmäßig erhält der scheibenförmige Metallkörper 2 einen Durchmesser, der nur wenig kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses ist. Der von dem Gehäuse begrenzte Hohlraum wird dann in zwei Teilräume 3 und 7 zerlegt, die durch einen engen ringförmigen Spalt 8 miteinander in Verbindung stehen.

Der Teilraum 7 kann nun vorteilhaft gleich als Energieleitung zur Ankopplung einer Antenne oder eines Belastungswiderstandes an den Resonator benutzt werden, da nur eine ganz lose Ankopplung der Belastung an den Resonator nötig ist. Bei zu fester Ankopplung wird dem Resonator zuviel Energie entzogen, so daß er stark gedämpft wird und an Leistungsfähigkeit einbüßt. Die lose Ankopplung der Antenne an den Resonator kann durch die Verstimmung von Energieleitung und Antenne und durch die Wahl eines kleinen Wellenwiderstandes der Energieleitung relativ zum Resonator erzielt werden. Macht man von der Verstimmung keinen Gebrauch, so muß der Wellenwiderstand der Energieleitung sehr klein gewählt werden. Die Energieleitung bildet dann für den Resonator nahezu eine Kurzschlußkapazität. Eine solche Ausbildung der Energieleitung hat aber den Vorteil, daß man einen vollkommen einwelligen Resonator von großer Selektivität erhält. Bei den dargestellten Röhren ist daher der Wellenwiderstand des als Energieleitung benutzten Raumes 7 klein im Vergleich zum Wellenwiderstand des Resonators gewählt worden. Dies hat man in einfacher Weise durch die Wahl eines geringen Abstandes der hauptsächlich ebenen Begrenzungsflächen des Raumes 7 erreicht. Der Metallkörper 2 trennt also den von dem Gehäuse 1 umschlossenen Hohlraum in zwei Teilräume von gleicher oder nahezu gleicher Eigenfrequenz, aber verschieden großem Wellenwiderstand. Bei den in Abb. 1 und 3 dargestellten Röhren haben die beiden Teilräume 3 und 7, da sie genau den gleichen Durchmesser haben, die gleiche Eigenfrequenz; bei der in Abb. 2 dargestellten Röhre stimmen die Eigenfrequenzen nur annähernd überein.

Wird nun der als Resonator dienende Hohlraum 3 in der Grundschwingung angefacht, wobei also in der Umgebung der Achse ein Spannungsbauch und am Rande an dem Spalt 8 ein Spannungsknoten auftritt, so bildet sich in dem abgestimmten und als Kurzschlußkondensator wirkenden Raum 7 in der Umgebung der Achse ebenfalls ein Spannungsbauch aus. Wegen des geringen Wellen-Widerstandes des Raumes 7 sind die Spannungsamplituden an diesem Spannungsbauch wesentlich kleiner als an dem Spannungsbauch in dem Resonatorraum 3.

Der nahezu als Kurzschlußkondensator wirkende Teilraum 7 kann nun in folgender Weise als Energieleitung benutzt werden.

In die den Kurzschlußkondensator begrenzende Gehäusewand ist in der Symmetrieachse und daher im Spannungsbauch eine öffnung 9 vorgesehen, durch die eine mit der umschlossenen Elektrode galvanisch verbundene Antenne 10 in den Außenraum ragt. Die Antenne kann sowohl auf den Resonator abgestimmt als auch gegenüber diesem verstimmt sein. Da der als Energieleitung benutzte Kurzschlußkondensator im Vergleich zum Resonator einen geringen Wellenwiderstand aufweist, tritt eine Spannungsreduktion ein. Die Spannungsamplituden sind an der Stelle der angekoppelten Antenne nur ein Bruchteil der Spannungsamplituden, die zwischen den Wänden 4 und 5 des Plattenkondensators im Resonatorraum auftreten. Eine zu starke Belastung des Generators durch den Strahlungswiderstand der Antenne wird also vermieden. Man erhält dalier einerseits für die Anfachung günstige hohe Steuerspannungen an dem Plattenkondensator und andererseits nur geringe Wechselspannungen für die Erregung des Strahlers. Durch die richtige Bemessung des Wellenwiderstandes der Energieleitung und durch die Abstimmung von Energieleitung und Strahler hat man es in der Hand, den Strahler optimal an den Generator anzupassen. Durch diese Anpassung wird bei Verwendung der Röhre als Sender eine maximale Leistungsabgabe erzielt. Bei Verwendung der Röhren als Verstärker oder Empfänger kann in analoger Weise der Verstärkungsgrad bzw. dieEmpfangsempfindlichkeit zu einem Maximum gemacht werden.

In den dargestellten Beispielen dient die Außenfläche der Gehäusewand, deren Innenfläche als Teil der Energieleitung benutzt wird, als Gegengewicht für die /./4-Antenne. Um zu verhindern, daß die Außenfläche des Gehäuses in Resonanz gerät und Streustrahlung aussendet, ist zur Verstimmung noch ein Rand 11 vorgesehen, durch den die als Gegengewicht benutzte Gehäusewand verbrei- no tert ist.

Da der von dem Gehäuse umschlossene Metallkörper in derL'mgebung der Symmetrieachse als Elektrode dient und ein von dem Gehäuse verschiedenes Gleichpotential erhalten muß, wird er in der Xähe der Knotenlinie des elektrischen Feldes, also in der Nähe des ringförmigen Spaltes 8, durch Isolierkörper 12 gegen das Gehäuse abgestützt. In gleicher Weise erhält der von dem Gehäuse umschlossene Metallkörper in der Knotenlinie des elektrischen Feldes eine Spannungs-

zuleitung 13, die das Metallgehäuse isoliert durchsetzt. Zur Isolation und zum vakuumdichten Abschluß· dient eine Glas-Metall-Verschmelzung 14.

Die durch die Gehäusewand gebildete Platte 4 des Plattenkondensators ist mit einer Öffnung versehen, durch die eine zur Anfachung dienende Elektronenströmung in den Feldraum des Plattenkondensators gelangen kann. Wie aus der Abb. ib zu ersehen ist, ist dort eine spaltförmige öffnung 15 vorgesehen, in die senkrecht zur Spaltrichtung dünne Gitterstäbe 16 eingesetzt sind. Dies© Gitterstäbe bestehen zweckmäßig aus einem bei hoher Temperatur schmelzenden Material, z. B. aus Wolfram oder Molybdän, während die übrigen Teile der Kondensatorplatten ebenso wie das Gehäuse aus einern Stoff von großer Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Kupfer oder Silber, bestehen. Bei der in Abb. 2 dargestellten Röhre ist, wie aus dem Schnitt 2⁶ zu ersehen ist, die Öffnung als ein einfacher Spalt 17 ausgebildet. Es können ferner die zur Unterteilung der Öffnung dienenden Gitterstäbe aus flachen und zur Elektrodenfläche hochkant gestellten Stäben bestehen. Dadurch kann bei Anwendung der Röhren in Bremsfeldschaltung die Rückkehr von Elektronen aus dem Anfachraum (zwischen Gitter und Anode) in den Raum zwischen Gitter und Kathode unterdrückt werden.

Je nach der Form der öffnung in der Kondensatorplatte können punktförmigei, drahtförmige, band- oder flächenförmige Kathoden als Elektronenquelle benutzt werden. In dem Beispiel der Abb. 1 ist eine drahtförmige direkt zu beheizende Glühkathode 18 als Elektronenquelle vorgesehen. In den Beispielen der Abb. 2 und 3 werden bandförmige Glühkathoden 19 verwendet. Vorteilhaft lassen sich auch indirekt beheizte Oxydkathoden verwenden. Da sich die Kathode in Achsenrichtung außerhalb des Resonatorraumes befindet, kann eine Glühkathode mit großer Oberfläche bequem angewendet werden.

In den dargestellten Beispielen sind die Kathoden alle in Metallgehäusen 20 untergebracht, die auf eine höhere Eigenfrequenz als die des zur Anfachung gelangenden Resonators abgestimmt sind. Das Hochfrequenzfeld greift durch die Gitterlücken hindurch in den Git/terkathodenraum hinein. Bei Verstimmung dieses Raumes bleiben die zwischen Gitter und Kathode auftretenden Wechselspannungen klein. Koppelschwingungen bzw. Störungen der Anfachung treten in diesem Fall nicht auf. Ebenso bleiben die Abstrahlungs- bzw. Ableitungsverluste über die Kathodenziuleitungen sehr klein. Bei den in Abb. ι und 3 dargestellten Elektronenröhren schließt sich an das Kathodengehäuse 2o< noch ein Glasstutzen 21 zur vakuumdichten Durchführung der Heizleitungen 22 an. Bei der in Abb. 2 dargestellten Röhre sind isolierte vakuumdichte Durchführungen 23 unmittelbar am Kathodengehäuse vorgesehen.

Die Anfachung der Röhren kann in beliebiger Schaltung erfolgen. Insbesondere kann die Bremsfeldschaltung angewendet werden. Das Gehäuse 1 und damit die als durchbrochene Elektrode ausgebildete Kondensatorplatte 4 erhalten dann eine hohe positive und die von dem Gehäuse umschlossene Elektrode 2 erhält dann eine schwach positive oder eine negative Spannung in bezug auf die Kathode.

Um eine Raumladesteuerung zu> erhalten, sind bei der in Abb. 3 dargestellten Elektronenröhre zusätzliche Steuermittel vorgesehen. Wie aus den zwei zueinander senkrechten Achsenschnitten der Abb. 3 a und 3 b zu ersehen ist, bestehen, diese zusätzlichen Steuermittel aus zwei parallelen Stäben 24 zwischen der Kathode und der Gitteröffnung, die parallel zu den Elektroden angeordnet sind. Ihre Steuerspannung erhalten sie von dem Metallkörper 2, mit dem, sie über Verbindungsstege 25 galvanisch verbunden sind. Die Stege können natürlich auch isoliert auf dem Metallkörper 2 aufsitzen- bzw. durch eine Zuleitung eine besondere Vorspannung erhalten. Da die Verbindungsstege 25 in der Nähe des Spannungsbauches mit der Oberfläche des Metallkörpers 2 verbunden sind, erhalten die Steuerelektroden 24 eine Steuerspannung, welche zur Wechselspannung der Bremselektrode gleichphasig ist.

Die zur Begrenzung des Hohlraumresonators, der Energieleitung und des Kathodenraumes vorgesehenen Metallwände können auch im vorliegenden Fall im wesentlichen das Vakuumgefäß bilden. Die verschiedenen zur isolierten Durchführung der Strom- und Spannungszuleitungen vorgesehenen Glas-Metall-Verschmelzungen müssen dann vakuumdicht sein; zum vakuumdichten Abschluß dient auch der über die Antenne geschobene Glasstutzen 26 (Abb. 1, 2 und 3), der mit der Gehäusewand verschmolzen ist. no

Die beschriebenen Elektronenröhren zum Anfachen von ultrahochfrequenten, elektromagnetischen Schwingungen weisen außer den schon erwähnten Vorteilen noch eine Reihe weiterer Vorteile auf. Die Herstellung und exakte Montage der Röhren bereitet keine Schwierigkeit. Durch die ebene Ausbildung der Elektroden, insbesondere der durchbrochenen Elektroden, lassen sich Kathoden mit großer Oberfläche und damit solche mit großer Elektronenemission verwenden. Aus dem gleichen Grunde sind auch indirekt

beheizte Oxydkathoden vorteilhaft zu verwenden, deren Heizleistung trotz großer Oberflächen klein gehalten werden k_ann. Durch die Verwendung indirekt beheizter Kathoden, die nahezu keinen Spannungsabfall aufweisen, kann ferner eine wesentlich günstigere Anfachung als mit direkt beheizten Kathoden erzielt werden. Das Anbringen von zusätzlichen Steuermitteln in dem Gitterkathodenraum bereitet wegen der leichten Zugänglichkeit des Kathodenraumes keine Schwierigkeiten. Da ferner das bei Anfächung in der Bremsfeldschaltung sich hoch erhitzende Gitter unmittelbar in der Gehäusewand angebracht ist, die Gehäusewand aber aus einem Metall großer Wärmeleitfähigkeit besteht, läßt sich die Wärme vorzüglich ableiten. Die Belastbarkeit der Röhre ist daher sehr groß. Von Vorteil ist ferner die gedrängte Form der Röhre insbesondere dann, wenn sie unmittelbar in dem Brennfleck eines Reflektors untergebracht werden soll. Die Energieleitung zwischen Resonator und Strahler nimmt nahezu überhaupt keinen zusätzlichen Raum in Anspruch.

Von ausschlaggebender Bedeutung ist aber die mit einer solchen Röhre zu erzielende kleine Dämpfung des Resonators, die eine hohe Aussteuerung der Elektronenströmung und damit einen hohen Wirkungsgrad der Röhre bedingt. Durch die Aufrechterhaltung geringer Temperaturen und durch die Verwendung gut leitender Begrenzungsflächen aus Kupfer oder Silber für den Resonator, die außerdem auch noch auf Hochglanz poliert werden können, läßt sich der Ohmsche Widerstand auf ein Minimum herabdrücken. Ferner werden die dielektrischen Verluste, die durch die Isolierstützen hervorgerufen werden können, wegen der guten Kühlung der Wandungen und auch wegen der geringen elektrischen Feldstärken in der Umgebung der Knotenlinie des elektrischen Feldes außerordentlich klein.

Die erfindungsgemäßen Röhren eignen sich besonders zur Anfachung, insbesondere zur Erzeugung, energiestarker, elektromagnetischer Schwingungen des Dezimeter- und Zentimetergebietes.
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Claims (19)

1. Patentansprüche-

   ι. Elektronenröhrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) von ultrahochfrequenten, elektromagnetischen Schwingungen, insbesondere von Schwingungen einer Wellenlänge unter 1 m, unter Verwendung eines von elektrisch leitenden Flächen praktisch allseitig begrenzten Hohlraumes (Hohlraumresonator) als Resonator, der die Elektronenströmung der Röhre umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die als Elektroden dienenden Wandteile des Hohlraumresonators in der Umgebung eines Spannungsknotens desselben einen ebenen Plattenkondensator bilden, dessen Achsenrichtung mit der Richtung der Achse der Elektronenströmung zusammenfällt.
2. 2. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator von Wandungen eines achsensymmetrischen, insbesondere 75' rotationssymmetrischen, metallischen Gehäuses und von Oberflächen eines von den Wandungen des Gehäuses umschlossenen, ebenfalls achsensymmetrischen, insbesondere rotationssymmetrischen, metallischen Körpers begrenzt wird und in der Umgebung der Symmetrieachse einander zugekehrte Oberflächenteile des Gehäuses und des Körpers den Plattenkondensator bilden, der das Elektrodensystem darstellt.
3. 3. Elektronenröhrenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Gehäuses durch den von ihm umschlossenen Metallkörper in zwei Teilräume unterteilt wird, von denen der eine den Hohlraumresonator bildet, während der andere Teilraum, der einen (wesentlich) geringeren Wellenwiderstand besitzt und gegebenenfalls gegen die Betriebs frequenz verstimmt ist, einen zum Abschluß des Hohlraumresonators dienenden Kurzschlußkondensator bildet und gleichzeitig als eine zur Verbindung des Hohlraumresonators mit dem Strahler dienende Energieleitung verwendet wird.
4. 4. Elektronenröhrenanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Plattenkondensator anschließende Resonatorraum scheibenförmige, zylindrische oder insbesondere torusförmige Gestalt besitzt.
5. 5. Elektronenröhrenanordnung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die plattenkondensatorförmige Energieleitung bildende Teilraum durch einen ringförmigen engen Spalt (8) mit dem Raum des Hohlraumresonators in Verbindung steht.
6. 6. Elektronenröhrenanordnung nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger, zweckmäßig eine Viertelwellenlänge langer Strahler an den inneren Leiter (Platte 2) der Energieleitung angekoppelt bzw. galvanisch angeschlossen ist, den Feldraum der Energieleitung durchsetzt und aus

   diesem durch ein Loch (9) in der anderen Belegung hinausragt.
7. 7. ElektrOnenröhrenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Energieleitung bzw. den Kurzschlußkondensator begrenzende Wand des Gehäuses als Gegengewicht für den Strahler dient.
8. 8. . Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß' der von dem Gehäuse umschlossene Metallkörper, der in der Umgebung der Symmetrieachse als Elektrode dient, in der Nähe der Knotenlinie des elektrischen Feldes durch Isolierkörper gegen das Gehäuse abgestützt ist und durch eine die Gehäusewand in der Knotenlinie durchsetzende Spannungszuführung ein von dem Gehäuse verschie- denes Gleichpotential erhält.
9. 9. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch .1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der als Resonator dienende Hohlraum in seiner Grund- schwingung angefacht wird, derart, daß er in der Umgebung des in seiner Achse befindlichen Spannungsbauches den die Elektroden bildenden Plattenkondensator enthält, während durch die elektrisch leitenden Flächen längs seines Randes bzw. an der Übergangsstelle in die Energieleitung oder in den Kurzschlußkondensator eine Knotenlinie des elektrischen Feldes ausgebildet ist.
10. 10. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische bzw. scheibenförmige, insbesondere in der Grundwelle schwingende Resonatorraum durch Wahl der Abmessungen seines Durchmessers auf die gewünschte Wellenlänge abgestimmt wird.
11. 11. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Hohlraumresonators bzw. die durch die Gehäusewand gebildete Platte des die anfachenden Elektroden, bildenden Plattenkondensators mit einer Öffnung versehen ist, durch welche die zur Anfachung dienende Elektronenströmung (in Achsenrichtung von der Kathode her) in den Feldraum des Plattenkondensators gelangt.
12. 12. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung aus einem, einfachen Spalt (17, Abb. 2 b) besteht,
13. 13. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß' in die Öffnung (gegebenenfalls flache, hochkant gestellte) Gitterstäbe (senkrecht zur Spaltrichtung) eingesetzt sind.
14. 14. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 11 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen der Stelle des Eintrittes der Elektronenströimung in den Feldraum des Plattenkondensators und der in Achsenrichtung angeordneten Kathode Mittel zur ultrahochfrequenten Steuerung der Elektronenströmung vorgesehen sind, vorzugsweise in Form von Steuerelektroden, die von Stäben (24, Abb. 3) gebildet werden.
15. 15. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ultrahochfrequenten Steuerspannungen dem anzufachenden Hohlraumresonator entnommen werden (Rückkopplung).
16. 16. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 11 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode bz,w. Kathode und Steuerelektrode sich in einem. Metallgehäuse befinden, das einen Hohlraum umschließt, der zweckmäßig auf eine andere, insbesondere eine höhere Eigenfrequenz als der anzufachende Hohlraum (3) abgestimmt ist.
17. 17. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der ultrahochfrequenten Spannungen zu den .Steuerelektroden (24, Abb. 3 b) von dem anzufachenden Hohlraum (3) her in den die Kathode en thaitenden zweiten Hohlraum innerhalb des Raumes erfolgt, der von den die beiden Hohlräume bildenden Gehäusen (1, 20) begrenzt wird.
18. 18. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Wandungen der die Hohlräume bildenden Gehäuse (1, 20) als Teile der Wandung des Vakuumgefäßes dienen.
19. 19. Elektronenröhrenianordnung nach Anspruch 2 oder einem, der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß' bei Anwendung der Bremsfeldschaltung der vom Gehäuse (1) des anzufachenden Hohlraumes (3.) umschlossene Metallkörper (2) als Bremselektrode dient.

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

    Deutsche Patentschriften Nr. 142 793, 549 °33;

    französische Patentschrift Nr. 733 154; österreichische Patentschrift Nr. 88091; Zeitschrift »Hochfrequenztechnik und