DE809566C

DE809566C - Device by which high frequency vibrations are delayed over time and discharge tubes for use in this device

Info

Publication number: DE809566C
Application number: DEP26530A
Authority: DE
Inventors: Edouard Labin
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1942-03-26
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1951-07-30
Also published as: NL73827C; GB656871A; FR962821A; GB665341A; BE476452A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, durch die elektrische Hochfrequenzschwingungen mit veränderlicher Zeit verzögert, insbesondere phasenmodulierte: Hochfrequenzschwingungen erzeugt werden, bei der eine Entladungsröhre mit gerichtetem Elektronenbündel verwendet wird, dessen Elektronendichte im Hochfrequenzrhythmus moduliert wird.The present invention relates to a device by which high frequency electrical vibrations delayed with variable time, especially phase-modulated: high-frequency oscillations in which a discharge tube with a directed electron beam is used, the electron density of which is modulated in the high frequency rhythm.

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art enthält die Entladungsröhre eine in schräger Lage angeordnete Fangelektrode (Anode), wobei das Elektronenbündel in der Weise von einer einem Ablenksystem zugeführten modulierenden Niederfrequenzspannu'ng beeinflußt wird, daß die Laufzeit der Elektronen zwischen dem Gitter, mittels dessen die Dichtemodulation bewerkstelligt wird, und dieser Anode sich im Niederfrequenzrhythmus ändert, so daß die Phase der an der Anode erzeugten Hochfrequenzschwingungen sich gleichfalls im Niederfrequenzrhythmus ändert.In a known circuit of this type, the discharge tube contains a collecting electrode (anode) arranged in an inclined position, with the electron beam in the manner of a modulating low-frequency voltage supplied to a deflection system Is influenced that the transit time of the electrons between the grid, by means of which the Density modulation is accomplished, and this anode changes in the low frequency rhythm, so that the phase of the high-frequency oscillations generated at the anode is also in the low-frequency rhythm changes.

Diese Schaltung ist in der Praxis sehr schwierig durchführbar, da die erzeugte Phasenmodulation bei angemessenen Werten der Beschleunigungsspannung der Elektronen und der Frequenz derThis circuit is very difficult to implement in practice because of the phase modulation that is generated with appropriate values of the accelerating voltage of the electrons and the frequency of the

Hochfrequenzdichtemodulation und bei geeigneten Abmessungen der erwähnten Fangelektrode einen Phasenhub von der Größenordnung von nur ι Radian hat, wobei die Amplitude des erzeugten Hochfrequenzanodenstroms nahezu den Nullwert hat, da der von den beweglichen Elektronen, im Anodenkreis influenzierte dielektrische Verschiebungsstrom praktisch ebenso groß wie und in Gegenphase zu dem vom Elektronenstrom im Anodenkreis erzeugten Leitungsstrom ist. Außerdem ist die erzeugte Phasenmodulation von geringen Schwankungen der Beschleunigungsspannung des gerichteten Elektronenbündels stark abhängig, was zur Folge hat, daß eine Modulation der mittleren Geschwindigkeit der Elektronen herbeigeführt wird, die zu einer Phasenmodulation der im Anodenkreis der Entladungsröhre erzeugten Hochfrequenzschwingungen führen kann, die von der gleichen Größenordnung ist wie die durch das Ablenken des ElektronenbündelsHigh frequency density modulation and when appropriate Dimensions of the mentioned target electrode have a phase shift of the order of magnitude of only ι radians has, the amplitude of the generated high-frequency anode current being almost zero, since the dielectric displacement current influenced by the moving electrons in the anode circuit practically as large as and in phase opposition to that generated by the electron flow in the anode circuit Line current is. In addition, the phase modulation produced is subject to slight fluctuations in the Acceleration voltage of the directed electron beam strongly dependent, with the result that a modulation of the mean velocity of the electrons is brought about, which leads to a phase modulation the high-frequency oscillations generated in the anode circuit of the discharge tube which is of the same order of magnitude as that caused by the deflection of the electron beam

so erzeugte Phasenmodulation.phase modulation thus generated.

Die Erfindung bezieht sich auf eine andere Schaltung der erwähnten Art, bei der die Laufzeit der Elektronen sich gleichfalls im Niederfrequenzrhythmus ändert, bei der jedoch die erwähnten Nachteile in geringerem Maße auftreten, da einerseits die erzeugte Phasenmodulation bedeutend größer, z. B. einige Tausend Radians, sein kann und andererseits der Einfluß der Beschleunigungsspannungsänderungen sich in geringerem Maße geltend macht.The invention relates to another circuit of the type mentioned, in which the running time of the Electrons also change in the low frequency rhythm, but with the one mentioned Disadvantages occur to a lesser extent, since on the one hand the generated phase modulation is significant larger, e.g. B. a few thousand radians, and on the other hand the influence of the acceleration voltage changes asserts itself to a lesser extent.

Gemäß der Erfindung werden Mittel vorgesehen, durch die das hochfrequenzmäßig hinsichtlich der Dichte modulierte Elektronenbündel unter die Wirkung eines Magnetfeldes und/oder eines elektrischen Feldes gebracht wird, was zur Folge hat, daß die Elektronen eine gekrümmte Bahn, z. B. eine zykloidale, eine wendeiförmige oder eine spiralförmige Bahn mit einer Anzahl' vorzugsweise einer ganzen Zahl von Windungen beschreiben, bevor sie auf die Fangelektrode auftreffen, wobei die Umlaufzeit der Elektronen in dieser gekrümmten Bahn im Niederfrequenzrhythmus veränderbar ist.According to the invention means are provided by which the high frequency with respect to the Density modulated electron beams under the action of a magnetic field and / or an electric field Field is brought, with the result that the electrons follow a curved path, e.g. B. a cycloidal, a helical or spiral path with a number, preferably a whole Describe the number of turns before they hit the target electrode, the cycle time being the Electrons in this curved path can be changed in the low frequency rhythm.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele und Elektronenbahnen bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung näher erläutert. Fig. ι stellt die Bahn dar, die ein gerichtetes Elektronenbündel mit der Geschwindigkeit ν unter der Wirkung eines Magnetfeldes mit Feldstärke H in Riςhtung der positiven Z-Achse und eines elektrischen Feldes E in Richtung der negativen X-Achse eines Koordinatensystems XYZ beschreibt.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments and electron paths shown schematically in the drawing in a device designed according to the invention. Fig. Ι shows the path that describes a directed electron beam with the speed ν under the action of a magnetic field with field strength H in the direction of the positive Z-axis and an electric field E in the direction of the negative X-axis of a coordinate system XYZ .

Bekanntlich ist die von den Elektronen beschriebene Bahn beim Fehlen des elektrischen Feldes kreisförmig, wobei die Umlaufzeit r eines Kreisumgangs durch τ =It is well known that the path described by the electrons is in the absence of an electric field circular, where the cycle time r of a circle is given by τ =

gegeben ist. Diesegiven is. These

22ß · H22ß · H

Umlaufzeit ist unabhängig von der Größe und der Richtung (d. h. dem Einfallwinkel p) der Geschwindigkeit ν der Elektronen.Orbital time is independent of the size and direction (ie the angle of incidence p) of the velocity ν of the electrons.

Ist das Elektronenbündel hochfrequenzmäßig hinsichtlich der Dichte mit einer Frequenz F_c moduliert und die Phase dieser Modulation im Ursprung O des Koordinatensystems gleich Null, so wird die Phasenverzögerung der Modulation nach einem Kreisumgang an der Stelle des Punktes O If the electron beam is modulated in terms of density with a frequency F _{c in} terms of high frequency and the phase of this modulation at the origin O of the coordinate system is zero, the phase delay of the modulation is after going around the circle at the point O

gleich tt 0,932 ~ sein.equal to tt 0.932 ~ .

In diesen Formeln sind τ, F_c, χ und H in μ/sek. bzw. MHz, Rad und Aw/cm ausgedrückt.In these formulas τ, F _c , χ and H are in μ / sec. and MHz, rad and Aw / cm, respectively.

Infolge des Anlegens des elektrischen Feldes E wird die Elektronenbahn nicht kreisförmig bleiben, sondern die Gestalt einer Zykloide annehmen. Ist die Feldstärke dieses elektrischen Feldes nicht zu groß, so wird die vorerwähnte Umlaufzeit und somit die erzeugte Phasenverzögerung sowohl von der mittleren Größe als auch von der Richtung der Geschwindigkeit ν der Elektronen unabhängig bleiben.As a result of the application of the electric field E , the electron path will not remain circular, but rather take the form of a cycloid. If the field strength of this electric field is not too great, the aforementioned cycle time and thus the generated phase delay will remain independent of both the mean size and the direction of the velocity ν of the electrons.

Der Zweck der Erfindung ist nun der, daß die mit gleichbleibender Frequenz F_c hinsichtlich der Dichte modulierten Elektronen von einer derart angeordneten Fangelektrode aufgefangen werden, daß die Elektronen eine Anzahl von Umdrehungen, vorzugsweise eine ganze Zahl von Umdrehungen der Zykloide vollführen, bevor sie auf diese Fangelektrode auftreffen, so daß die Phasenverzögerung, mit der die Elektronen an der Elektrode ankommen, unabhängig von Änderungen in der Größe und der Richtung der Elektronengeschwindigkeit ν bzw. groß im Verhältnis zu einer durch Schwankungen in der Größe und Richtung dieser Geschwindigkeit hervorgerufenen Phasenmodulation ist.The purpose of the invention is that the electrons modulated with a constant frequency F _{c in} terms of density are caught by a target electrode arranged in such a way that the electrons complete a number of revolutions, preferably a whole number of revolutions, of the cycloid before they hit it Impinging target electrode, so that the phase delay with which the electrons arrive at the electrode is independent of changes in the size and direction of the electron speed ν or large in relation to a phase modulation caused by fluctuations in the size and direction of this speed.

Indem die Feldstärke// des Magnetfeldes in einem Niederfrequenzrhythmus geändert wird, wird der Durchmesser OA₁ der Elektronenbahn und somit die Phasenverzögerung in einem Niederfrequenzrhythmus moduliert. Die Fläche der Elektrode A kann stets so gewählt werden, daß Schwankungen in der Größe der Elektronengeschwindigkeit υ die Laufzeit der Elektronen zwischen dem Eintrittspunkt O und dem Auffangpunkt A nicht beeinflussen.By changing the field strength // of the magnetic field in a low frequency rhythm, the diameter OA _{1 of} the electron orbit and thus the phase delay is modulated in a low frequency rhythm. The area of the electrode A can always be chosen so that fluctuations in the magnitude of the electron velocity υ do not influence the transit time of the electrons between the entry point O and the interception point A.

Das Prinzip einer elektrischen Entladungsröhre zur Verwendung in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt; I bezeichnet eine Elektronenbeschleunigungskammer, in der durch bekannte Mittel ein gerichtetes Elektronenbündel gebildet wird, dessen Dichte mittels einer einem Steuergitter 18 zügeführten elektrischen Schwingung e (t), z. B. einer sinusförmigen Hochfrequenz schwingung, mit der Frequenz F_c moduliert wird. Darauf treten die gerichteten Elektronen in eine Richtkammer II ein, in der dem Bündel, z. B. unter Zuhilfenahme elektronenoptischer Mittel, die richtige Richtung erteilt wird; gegebenenfalls werden sie dabei in ein Bündel mit niedriger mittlerer Geschwindigkeit umgewandelt. Darauf wird eine Phasenverzögerung der hochfrequenzmäßig hinsichtlich der Dichte modulierten Elektronen in einer Laufzeitkammer III bewerkstelligt, in der die Elektronen beispielsweise eine zykloidale Bahn nach Fig. 1 beschreiben und in Abhängigkeit von einer modulierenden Spannung j (i) in veränderlicher Weise in der Zeit verzögert werden. Darauf werden die Elektronen anThe principle of an electrical discharge tube for use in a device designed according to the invention is shown schematically in FIG. 2; I denotes an electron acceleration chamber in which a directed electron beam is formed by known means, the density of which is generated by means of an electrical oscillation e (t), e.g. B. a sinusoidal high frequency oscillation, with the frequency F _{c is} modulated. Then the directed electrons enter a directional chamber II, in which the bundle, z. B. with the aid of electron-optical means, the correct direction is given; if necessary, they are converted into a bundle with a low medium speed. A phase delay of the high frequency density modulated electrons is then implemented in a transit time chamber III, in which the electrons describe, for example, a cycloidal path according to FIG. 1 and are delayed in a variable manner in time as a function of a modulating voltage j (i). On that the electrons are on

einem Fangsystem IV gesammelt. Die in diesem Fangsystem IV erzeugten Hochfrequenzschwingungen werden somit phasenmoduliert sein, wobei die Verzögerungszeit und die hervorgerufene Phasenmodulation gemäß den vorerwähnten Formeln praktisch nur von der Frequenz der Hochfrequenzschwingung F_c und der Intensität des Magnetfeldes H abhängig sind. Indem die Intensität des Magnetfeldes H in einem Niederfrequenzrhythmus,a capture system IV collected. The high-frequency oscillations generated in this capture system IV will thus be phase-modulated, the delay time and the phase modulation caused practically only depending on the frequency of the high-frequency oscillation F _c and the intensity of the magnetic field H according to the aforementioned formulas. By increasing the intensity of the magnetic field H in a low frequency rhythm,

ίο entsprechend dem modulierenden Signal J (i) geändert wird, wird somit eine zu diesem Signal j (ί) proportional phasenmodulierte Schwingung erzeugt werden.ίο changed according to the modulating signal J (i) becomes one of the signals associated with this signal j (ί) proportional phase-modulated oscillation can be generated.

Im allgemeinen braucht die Schwingung e (i) nicht sinusförmig zu sein, sondern sie kann z. B. auch eine impulsförmige Gestalt aufweisen. In diesem Fall wird von der veränderlichen Zeitverzögerung eine impuls-phasenmodulierte Schwingung erzeugt werden.In general, the oscillation e (i) need not be sinusoidal; B. also have a pulse shape. In this case, a pulse-phase-modulated oscillation is generated by the variable time delay.

Die Elektronenbahn kann nicht nur zykloidal, sondern auch spiralförmig sein, wie die's in Fig. 3 dargestellt ist, oder aber schraubenlinienförmig, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.The electron path can not only be cycloidal, but also spiral, like the one in FIG. 3 is shown, or helically, as shown in FIG.

Eine spiralförmige Elektronenbahn entsteht z. B.A spiral electron path is created e.g. B.

dadurch, daß im Laufzeitraum ein Magnetfeld H erzeugt wird, das an der Stelle des Elektronenbündels praktisch senkrecht zur XF-Ebene des Bündels gerichtet ist, dessen Feldstärke jedoch in dem Maß abnimmt, wie das Bündel sich weiter von der Z-Achse entfernt. Die Geschwindigkeit ν des Bündels ist somit in jedem Augenblick senkrecht zur Feldstärke// gerichtet, während die Richtung einen kleinen Winkel p mit der F-Achse bildet. Wird angenommen, daß die Elektronen im Punkt M₀ in den Laufzeitraum eintreten, wobei der Abstand OM₀ gleich r₀ ist, so kann nachgewiesen werden, daß, wenn das Feld H umgekehrt proportional zum Abstand R eines Punktes des Bündels von Ursprung O ist, die Bahn in der Ebene XY eine logarithmische Spirale ist, die der Polargleichung r = r₀ ep ψ mit r und φ als Polparametern entspricht. in that in the running time a magnetic field H is generated which is directed practically perpendicular to the XF plane of the beam at the point of the electron beam, but whose field strength decreases as the beam moves further away from the Z axis. The speed ν of the bundle is thus directed perpendicular to the field strength // at every moment, while the direction forms a small angle p with the F-axis. If it is assumed that the electrons enter the travel period at point M ₀ , the distance OM _{0 being} equal to r ₀ , then it can be demonstrated that if the field H is inversely proportional to the distance R of a point of the bundle from the origin O , the path in the plane XY is a logarithmic spiral which corresponds to the polar equation r = r ₀ ep ψ with r and φ as polar parameters.

Ein Feld der erforderlichen Art, dessen Feldstärke mit dem Abstand r vom Ursprung O abnimmt, kann z. B. unter Zuhilfenahme eines Solenoids 38', wie es in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt ist, erzeugt werden. Die Steigung der Windungen des Solenoids 38' wird derart gewählt, und gegebenenfalls werden zu der Einrichtung zwei Spulen 42 ol)erhalb und unterhalb der Enden des Solenoids 38' zugesetzt, daß sich eine Feldverteilung H (r) ergibt, welche die gewünschte Verteilung in weitest gehender Annäherung erreicht. Die Annäherung ist auf der Z-Achse nicht genau möglich, aber dieser Teil des Feldes wird dann nicht zum Ablenken des Elektronenbündels verwendet.A field of the required type, the field strength of which decreases with the distance r from the origin O , can e.g. B. with the aid of a solenoid 38 ', as shown in Fig. 4 of the drawing, are generated. The pitch of the turns of the solenoid 38 'is selected and, if necessary, two coils 42 ol) are added to the device outside and below the ends of the solenoid 38' so that a field distribution H (r) results which is as far as possible the desired distribution walking approach reached. The approximation is not possible exactly on the Z-axis, but this part of the field is then not used to deflect the electron beam.

Damit Verwicklungen am Ende der Bahn, wo die Fangelektrode A angeordnet ist, vermieden werden, muß dafür gesorgt werden, daß an der Stelle des Anfangspunkts M₀ der Spirale die richtige Beziehung zwischen der Geschwindigkeit ν und dem Feld H₀ beibehalten wird, damit die Achse der Spirale nach wie vor mit der Z-Achse zusammenfällt. Diese Beziehung wird durch den Ausdruck:In order to avoid tangles at the end of the path where the target electrode A is arranged, care must be taken that at the location of the starting point M _{0 of} the spiral the correct relationship between the velocity ν and the field H _{0 is} maintained so that the axis the spiral still coincides with the Z-axis. This relationship is given by the expression:

ν cos ρ ·** ν — 22,2 · io^e r₀ H₀ ν cos ρ ** ν - 22.2 io ^e r ₀ H ₀

wiedergegeben, in dem U die Beschleunigungsspannung und D₀ = 2r₀ den Durchmesser der Bahn beim Eintritt in den Laufzeitraum III bezeichnen.reproduced, in which U denotes the acceleration voltage and D ₀ = 2r ₀ denotes the diameter of the web when entering the running period III.

In bezug auf die beim Beschreiben einer Spirale entstandene Verzögerung kann nachgewiesen werden, daß, wenn die Anfangsgeschwindigkeit ν des Bündels und der Richtwinkel p festliegen, zwischen zwei auf der Z-Achse liegenden Punkten r₀ und γ_η die Größe τ nur eine Funktion der Parameter v, p und L = r„ — r₀ = dem Abstand zwischen Anfangsund Endpunkt ist.With regard to the delay caused when writing a spiral, it can be demonstrated that, if the initial velocity ν of the bundle and the directional angle p are fixed, the quantity τ between two points r ₀ and γ _η lying on the Z axis is only a function of the parameters v, p and L = r " - r ₀ = the distance between the start and end point.

Diese Funktion hat die Gestalt τ = Llpv, was physikalisch übersetzt werden kann, als ob die Elektronen den Abstand L zwischen Ein- und Ausgangspunkt mit einer verrirfgerten Geschwindigkeit pv an Stelle ihrer wirklichen Geschwindigkeit!; durchlaufen, bzw. als ob die Elektronen mit ihrer wirklichen Geschwindigkeit ν einen größeren Abstand LIp an Stelle von L zurücklegen. Der Wtnkel p ist somit für die Vergrößerung der Phasenmodulation maßgebend.This function has the form τ = Llpv, which can be translated physically as if the electrons were driving the distance L between entry and exit point with a reduced velocity pv instead of their real velocity !; run through, or as if the electrons with their real speed ν cover a greater distance LIp instead of L. The angle p is therefore decisive for increasing the phase modulation.

Eine Änderung der Laufzeit der spiralförmigen Bahn zwischen den festen Endpunkten r₀ und r„ kann nicht nur durch Modulation der Stärke des Magnetfeldes H, sondern auch durch Modulation des Richtwinkels /> oder der Geschwindigkeit ν des , Bündels bewirkt werden, ersteres indem unter Zuhilfenahme eines Ablenksystems bewirkt wird, daß das Elektronenbündel in Abhängigkeit von der Modulationsschwingung einen größeren oder kleineren Richtwinkel p mit der »F-Achse des Koordinatensystems einschließt, das zweite durch Modulation der Beschleunigungsspannung U; in diesem Fall wird es erwünscht sein, gleichzeitig die Stärke des Magnetfeldes zu modulieren, z. B. indem die Steuergröße s (f) in den Gitterkreisen zweier Röhren wirksam gemacht wird, bei denen der Ausgangsstrom der einen und die Ausgangsspannung der anderen eine bestimmte Funktion der Steuergröße s (t) sind und die Modulation des Magnetfeldes H bzw. des elektrischen Beschleunigungsfeldes U bewerkstelligen. Wird dafür gesorgt, daß A change in the running time of the spiral path between the fixed end points r ₀ and r " can be brought about not only by modulating the strength of the magnetic field H, but also by modulating the directional angle /> or the speed ν of the bundle, the former by using a Deflection system causes the electron beam, depending on the modulation oscillation, to enclose a larger or smaller directional angle p with the »F-axis of the coordinate system, the second by modulating the acceleration voltage U; in this case it will be desirable to simultaneously modulate the strength of the magnetic field, e.g. B. by making the control variable s (f) effective in the grid circles of two tubes, in which the output current of one and the output voltage of the other are a specific function of the control variable s (t) and the modulation of the magnetic field H or the electric acceleration field U accomplish. It will be ensured that

dU dHdU dH

die Formel — = 2 — erfüllt wird, so wird U H the formula - = 2 - is fulfilled, then U becomes H

die Elektronenbahn von unveränderter Gestalt bleiben und sich nur die Umlaufzeit ändern, was die Ausbildung des Fangsystems IV, von dem die Fangelektrode A einen Teil bildet, besonders erleichtert.the electron trajectory remains unchanged and only the orbital time changes, which particularly facilitates the formation of the capture system IV, of which the capture electrode A forms a part.

Der minimal zulässige Wert für die Größe des Winkels p hängt mit der Breite der Fangvorrichtung zusammen, und es kann nachgewiesen werden, daß, wenn M den Abstand im Betrieb zwischen der zweitletzten und der letzten Windung der Spirale bildet, die größte zulässige Breite der Fangvorrichtung, um das Bündel auf richtige Weise auffangen zu können, gleich M ist. Es ist jedoch möglich, die iss Abnahme des Magnetfeldes in großem Abstand vonThe minimum permissible value for the size of the angle p is related to the width of the safety gear, and it can be demonstrated that if M is the distance between the penultimate and the last turn of the spiral during operation, the largest permissible width of the safety gear, to be able to catch the bundle in the right way, is equal to M. However, it is possible that the iss decrease in the magnetic field at a great distance from

der Achse hervorzuheben, um die Steigung der Spirale in den letzten Windungen zu vergrößern. Die Modulationstiefe wird von der maximalen Änderung begrenzt, welche die Bahn in der Nähe der Fangelektrode erleiden darf, bevor die zweitletzte Spirale die Fangelektrode trifft.of the axis to increase the pitch of the spiral in the final turns. The modulation depth is limited by the maximum change that the orbit in the vicinity the target electrode may suffer before the penultimate spiral hits the target electrode.

Abgesehen von der Anwendung eines Magnetfeldes, dessen Stärke eine bestimmte Funktion des Abstands r von der Z-Achse ist, wie dies schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, kann auch eine Einrichtung mit einem radial gerichteten, elektrischen Feld £ benutzt werden, das z. B. zwischen zwei gleichachsigen, zylindrischen Elektroden 44 und 46 gebildet wird, zwischen denen eine Spannungsdiffe-Apart from the use of a magnetic field, the strength of which is a certain function of the distance r from the Z-axis, as is shown schematically in FIG. B. is formed between two equiaxed, cylindrical electrodes 44 and 46, between which a voltage difference

!j renz B besteht. Das an der Stelle M₀ mit einer Geschwindigkeit ν und unter einem Winkel p eintretende Elektronenbündel wird dann im ringförmigen Raum zwischen den Elektroden 46 und 44 eine spiralförmige Bahn einhalten. Wie vorstehend! j renz B exists. The electron beam entering at the point M ₀ at a velocity ν and at an angle p will then maintain a spiral path in the annular space between the electrodes 46 and 44. As above

_ao bereits beschrieben,, ist es dabei möglich, die Schräge p bzw. die Geschwindigkeit v, d. h. in diesem Fall die Feldstärke E bzw. die Spannung U, gegebenenfalls gleichzeitig zu modulieren. .Bei der in Fig. 6 schematisch dargestellten Aus- _ao already described, it is possible here to modulate the slope p or the speed v, that is to say in this case the field strength E or the voltage U, at the same time if necessary. . In the configuration shown schematically in Fig. 6

_ag führungsform wird die ursprünglich kreisförmige Bahn in eine schraubenlinienförmige Bahn umgewandelt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß ein homogenes konstantes Magnetfeld H in Richtung der Z-Achse angebracht wird und die Elektronen gezwungen werden, im Punkt M₀ unter einem kleinen Winkel/» mit der EbeneXY in den Laufzeitraum einzutreten. Infolge - der Tatsache, daß das Magnetfeld die Geschwindigkeit der Elek-' tronen nicht ändern kann, wird die Bewegung in Richtung der Z-Achse mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit pv vollführt. Die Fangelektrode A , liegt in einem konstanten Abstand L = M₀ A vom Eintrittspunkt der Elektronen. _a g guide, the originally circular path is converted into a helical path. This can e.g. B. can be achieved that a homogeneous constant magnetic field H is applied in the direction of the Z-axis and the electrons are forced to enter the running period at point M ₀ at a small angle / »with the plane XY. As a result of the fact that the magnetic field cannot change the speed of the electrons, the movement in the direction of the Z-axis is carried out at a constant speed pv . The target electrode A is at a constant distance L = M ₀ A from the entry point of the electrons.

Mit der gleichen Theorie und den gleichen Bemessungsbeispielen, wie sie für die spiralförmige Bahn nach den Fig. 3,4 und 5 gültig sind, kann nächgewiesen werden, daß die effektive Geschwindigkeit der Elektronen gleich pv und somit gegenüber der wirklichen Geschwindigkeit ν sehr klein ist, so daß die Laufzeit um einen Faktor Up verlängert ist.Using the same theory and the same dimensioning examples as are valid for the spiral-shaped path according to FIGS. 3, 4 and 5, it can be shown that the effective speed of the electrons is equal to pv and therefore very small compared to the real speed ν, so that the running time is extended by a factor of Up .

Eine schraubenlinienförmige Elektronenbahn hat einen wesentlichen Vorteil gegenüber einer spiralförmigen Bahn, und zwar den, daß sie keine vorgeschriebene Z-Achse aufweist, um welche herumA helical electron path has a significant advantage over a spiral one Path, namely that it has no prescribed Z-axis around which

eine Feldverteilung gemäß der Formel H = H₀ —a field distribution according to the formula H = H ₀ -

erforderlich ist. Eine schraubenlinienförmige Bahn weist keine vorgeschriebene Achse auf, da in jedem Raum, in dem das Feld regelmäßig und homogen ist, die Bahn in gleicher Weise zustandekommt und sich ein bestimmter Zentrierungszustand, d. h. eine bestimmte Beziehung zwischen der Geschwindigkeit ν und dem Feld H, erübrigt.is required. A helical path has no prescribed axis, since in every space in which the field is regular and homogeneous, the path is created in the same way and a certain centering state, i.e. a certain relationship between the velocity ν and the field H, is superfluous.

In Fig. 7, in der die Kreise C₁ bis C₄ eine Projektion der schraubenlinienförmigen Bahnen auf die XF-Ebene darstellen, wird Vorstehendes abermals erläutert. Wenn aus einem gegebenen Punkt M₀ Elektronen mit Geschwindigkeiten V₁, V₂, v_%, ^austreten, deren Größen und Richtungen verschieden sind, die jedoch alle eine gleich große Komponente in Richtung der Z-Achse aufweisen, werden die Elektronenbahnen längs Schraubenlinien verlaufen, wie dies in Projektion durch die Kreise C₁, C₂, C₃, C₄ dargestellt ist.In FIG. 7, in which the circles C ₁ to C _{4 represent} a projection of the helical paths onto the XF plane, the above is explained again. If electrons emerge from a given point M ₀ at velocities V ₁ , V ₂ , v _% , ^, whose sizes and directions are different, but which all have an equally large component in the direction of the Z-axis, the electron trajectories will run along helical lines as shown in projection by the circles C ₁ , C ₂ , C ₃ , C ₄ .

Für den Fall, daß die X-Komponente dieser Geschwindigkeiten gleich Null ist, ist z. B. eine einfache Modulation möglich, wenn die Fangvorrichtung in Form einer ebenen Platte in der .XZ-Ebene auf einer Höhe L gegenüber dem Punkt M₀ und mit einer Länge M₀B₃ ausgebildet wird, wobei die Stärke des Magnetfeldes H in einem Niederfrequenzrhythmus geändert wird.In the event that the X component of these speeds is zero, z. B. a simple modulation is possible if the safety gear is formed in the form of a flat plate in the .XZ plane at a height L opposite the point M ₀ and with a length M ₀ B ₃ , the strength of the magnetic field H in a low frequency rhythm will be changed.

Wenn nur die Z-Komponente der Geschwindigkeit für die verschiedenen Elektronen des Bündels keine Streuung aufweist, so daß im übrigen die Anfangsgeschwindigkeit ν sowohl in der Richtung als auch in der Größe eine Dispersion aufweisen kann, kann die Fangelektrode A in Form einer so großen, parallel zur XF-Ebene angeordneten Elektrode ausgebildet werden, daß alle Kreise ins Innere dieser Elektrode fallen (Fig. 6), wobei die Modulation dadurch bewerkstelligt wird, daß die Stärke des Magnetfeldes H und/oder die Z-Komponente der Geschwindigkeit ν geändert wird.If only the Z component of the speed for the various electrons of the beam does not have any scattering, so that the rest of the initial speed ν can have a dispersion both in direction and in size, the target electrode A can be in the form of such a large, parallel to the XF plane arranged electrode are formed so that all circles fall inside this electrode (Fig. 6), the modulation being brought about by changing the strength of the magnetic field H and / or the Z component of the velocity ν .

Da bei dieser Ausführungsform die.Bahn einen kleinen Winkel p mit der Fläche der Fangelektrode A bildet, ist es sehr erwünscht, wenigstens in der Nähe der Fangelektrode die letzten Windungen der Schraubenlinien stärker in axialer Richtung abzubiegen, z. B. mittels eines schwachen senkrechten elektrischen Feldes, das parallel zum Feld H ist und dessen Wirksamkeit nur in den letzten Windungen in Erscheinung tritt. 'Since in this embodiment die.Bahn forms a small angle p with the surface of the target electrode A , it is very desirable, at least in the vicinity of the target electrode, to bend the last turns of the helical lines more strongly in the axial direction, e.g. B. by means of a weak vertical electric field which is parallel to the field H and whose effectiveness only appears in the last turns. '

Anstatt zu bewirken, daß die Eingangsgeschwindigkeit ν und die X F-Ebene einen Winkel p einschließen, kann zwecks Bildung der schraubenlinienförmigen Bahn auch parallel zum Magnetfeld ein senkrechtes elektrisches Feld angebracht werden, das die Elektronen in Richtung der Fangelektrode A mit einer zum Magnetfeld H senkrechten, genau bestimmten Geschwindigkeit treibt. Die Modulation kann bei einer solchen Einrichtung z. B. dadurch bewerkstelligt werden, daß dieses senkrechte elektrische Feld moduliert wird.Rather than cause the input speed ν and X F-plane enclose an angle p, the helical path can also be parallel to the magnetic field, a vertical electric field can be applied, the perpendicular electrons toward the collecting electrode A with the magnetic field H to form , precisely specific speed drives. The modulation can in such a device z. B. be accomplished in that this perpendicular electric field is modulated.

Die Störungen infolge der Dispersion in der Größe und der Richtung der Anfangsgeschwindigkeit ν der Elektronen bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen können durch Zwischenschaltung von Geschwindigkeitsfiltern herabgesetzt werden, die z. B. der Beschleunigungskammer I der Fig. 2 einverleibt sind. Zur genauen Fixierung des Eintrittspunktes der Elektronen können gegebenenfalls eine Haarnadelkathode oder elektronenoptische Fokussierungsmittel verwendet werden.The disturbances due to the dispersion in the size and the direction of the initial velocity ν of the electrons in the various embodiments described can be reduced by interposing velocity filters which, for. B. the acceleration chamber I of FIG. 2 are incorporated. A hairpin cathode or electron-optical focusing means can optionally be used to precisely fix the entry point of the electrons.

Vorstehend ist stillschweigend angenommen worden, daß innerhalb des Laufzeitraums die Elektronen nur dem Einfluß des erwähnten modulierenden Feldes unterworfen waren. Wenn jedoch eine mit der äußeren Belastungsimpedänz verbundeneIt has been tacitly assumed above that the electrons were only subject to the influence of the modulating field mentioned. However, if a connected to the external load impedance

Fangelektrode A unmittelbar in dem Laufzeitraum III angeordnet ist, wird infolge der beweglichen Elektronen des Bündels in der Fangelektrode ein dielektrischer Verschiebungsstrom annähernd gleicher Größe und praktisch in Gegenphase zu dem von der Elektronenladung dieser Elektrode abgegebenen Leitungsstrom influenziert werden. Dieser Nachteil kann vermieden werden, indem die Fangvorrichtung gegenüber dem Laufzeitraum entkoppelt wird, was auf verschiedene Weise durchführbar ist.Trapping electrode A is arranged directly in the running period III, a dielectric displacement current of approximately the same size and practically in phase opposition to the conduction current emitted by the electron charge of this electrode will be influenced as a result of the mobile electrons of the bundle in the target electrode. This disadvantage can be avoided in that the safety gear is decoupled from the running period, which can be carried out in various ways.

In Fig. 8 ist der ganze Laufzeitraum III mit einer Wand J2 umgeben, die auf gleichem Potential wie die Wand 66 des Beschleunigungsraumes I gets halten wird. Die Wand 72 ist mit einer öffnung 74 von z. B. einigen Zehntel Millimeter versehen. Das von den beweglichen Elektronen erzeugte störende elektromagnetische Feld wird somit praktisch nicht durch diese enge öffnung 74 hindurchdringen und zu einer veränderlichen Influenzladung an der Fangelektrode Anlaß geben. Außerdem wird das mittlere Potential dieser Elektrode höher als das der Elektrode 72 gewählt, so daß das Bestreben der Elektronen, ihre Bewegung außerhalb der Umhüllung 72 fortzusetzen, nicht vom Augenblickswert der Spannung der Elektrode A gestört wird.In FIG. 8, the entire running period III is surrounded by a wall J2 , which will hold at the same potential as the wall 66 of the acceleration space I gets. The wall 72 is provided with an opening 74 of, for. B. provided a few tenths of a millimeter. The interfering electromagnetic field generated by the mobile electrons will therefore practically not penetrate through this narrow opening 74 and give rise to a variable influential charge on the target electrode. In addition, the mean potential of this electrode is selected to be higher than that of the electrode 72 , so that the efforts of the electrons to continue their movement outside the envelope 72 are not disturbed by the instantaneous value of the voltage of the electrode A.

Gegegebenenfalls kann die Elektrode^ in Form einer Sekundäremissionselektrode ausgebildet werden, an die eine feste, nur wenig von der Spannung der Elektrode 72 verschiedene Spannung angelegt werden kann. Das Eindringen des veränderlichen elektrischen Feldes der Fangelektrode bis in den Laufzeitraum III ist dabei auf einen vernachlässigbaren Wert herabgesetzt.If necessary, the electrode can be designed in the form of a secondary emission electrode to which a fixed voltage, which differs only slightly from the voltage of the electrode 72 , can be applied. The penetration of the variable electric field of the collecting electrode up to the period III is reduced to a negligible value.

Da die von der Kapazität der kleinen Ausgangselektrode A gegenüber Erde gebildete Ausgangskapazität C_ak nur von der Größenordnung von 1 pF und weniger ist, wird es möglich sein, mit sehr großen Ausgangsimpedanzen zu arbeiten. Bei einer Ausgangsimpedanz von io⁵Ohm bei 20% Modulationstiefe des Kathodenstroms ergibt sich bereits eine nutzbare Ausgangsspannung von der Größenordnung von 10 V mit einer Verstärkung von annähernd 30. Since the output capacitance C _a k formed by the capacitance of the small output electrode A with respect to ground is only of the order of magnitude of 1 pF and less, it will be possible to work with very large output impedances. With an output impedance of ^{10 5} ohms at 20% modulation depth of the cathode current, a usable output voltage of the order of magnitude of 10 V with a gain of approximately 30 results.

Die Erfindung eignet sich auch gut zur Anwendung in zahlreichen Zweigen der Fernmeldetechnik und besonders beim Fernsprechen, bei dem mit einer sehr wenig Raum beanspruchenden Einrichtung erfindungsgemäß Verzögerungen von 1 bis 10 m/sek. möglich sind.The invention is also well suited for use in numerous branches of telecommunications technology and particularly in telephony, in which, according to the invention, delays of 1 to 10 m / sec with a device which takes up very little space. possible are.

Die mittels einer Einrichtung nach der Erfindung erzeugte Verzögerungszeit ist sehr konstant und unabhängig von der Schwingungsform und der Frequenz des Hochfrequenzsignals. Signale beliebiger Form können mit großer Genauigkeit verzögert werden. Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung ermöglicht es auch, Verzögerungen zu messen, indem z. B. die Einrichtung in eine Schaltung eingefügt wird, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist.The delay time generated by means of a device according to the invention is very constant and regardless of the waveform and frequency of the high-frequency signal. Signals any Shape can be delayed with great accuracy. The device designed according to the invention also makes it possible to measure delays by e.g. B. the device inserted into a circuit as shown in FIG.

Der Verzögerungsvorrichtung 10 wird das unverzögerte Signal e₀ (t) zugeführt. Der Ausgang IV dieser Vorrichtung ist in eine geeignete Ausgleichschaltung 80 eingefügt, der die zu messende Spannung e„ (ί-τ) zugeführt wird. Im Ausgang der Ausgleichschaltung 80 wird eine Spannung erzeugt, deren Größe mittels eines Anzeigeorgans 82 gemessen werden kann, das dazu dient, anzugeben, wenn Gleichgewicht zwischen der zu messenden Schwingung e„ (ίτ) und dem von der Verzögerungsvorrichtung verzögerten Signal e₀ (f-tj) erreicht ist. Die die Verzögerungsvorrichtung 10 steuernde Einstellvorrichtung 84 kann dabei z. B. unmittelbar in Verzögerungseinheiten geeicht werden. Eine solche Verzögerungsmeßvorrichtung kann auch selbsttätig gemacht werden, indem die Einstellgröße 84 von der Meßgröße 82 abhängig gemacht wird.The delay device 10 is supplied with the undelayed signal e ₀ (t). The output IV of this device is inserted into a suitable compensation circuit 80, to which the voltage e " (ί-τ) to be measured is fed. A voltage is generated at the output of the compensation circuit 80, the magnitude of which can be measured by means of a display element 82 which is used to indicate when the equilibrium between the oscillation to be measured e " (ίτ) and the signal e ₀ (f- delayed by the delay device) is reached. tj) is reached. The setting device 84 controlling the delay device 10 can, for. B. be calibrated directly in delay units. Such a delay measuring device can also be made automatic by making the setting variable 84 dependent on the measured variable 82.

Solche Verzögerungsmeß-vorrichtungen sind z. B. als Abstandsmeßvorrichtungen bei Schaltungen zum Ausfindigmachen von Hindernissen vorteilhaft verwendbar. Such delay measuring devices are z. B. can be used advantageously as distance measuring devices in circuits for locating obstacles.

Vorstehende Bemerkungen über die Messung von Verzögerungen gelten auch bei der Erzeugung und Messung von Phasenverschiebungen.The above remarks about the measurement of delays also apply to generation and Measurement of phase shifts.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung eignet sich sehr gut zur Erzeugung phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen. Sie ermöglicht eine Phasenverschiebung von einigen Tausend Radians in einer einzigen Stufe, wie dies in der Praxis erwünscht wird, so daß teuere Frequenzvervielfacher vermieden werden können. Als Dichtemodulationsschwingung e (t) wird dabei z. B. eine sinusförmige Schwingung mit einer stabilisierten Frequenz von z. B. 35 MHz gewählt, wobei die phasenmodulierte Ausgangsschwingung der Verzögerungsvorrichtung nach der Erfindung in einer Mischvorrichtung mit einer anderen stabilisierten Schwingung mit einer Frequenz von z. B. 28 MHz in Form einer phasenmodulierten Mischschwingung mit einer mittleren Frequenz von 7 MHz gemischt wird. Diese phasenmodulierte Schwingung kann dann gegebenenfalls noch z. B. um einen Faktor 6 in der Frequenz vervielfacht werden.The device designed according to the invention is very suitable for generating phase-modulated or frequency-modulated vibrations. It allows a phase shift of several thousand radians in a single stage, as is desirable in practice, so that expensive frequency multipliers can be avoided. The density modulation oscillation e (t) is z. B. a sinusoidal oscillation with a stabilized frequency of z. B. 35 MHz selected, the phase-modulated output oscillation of the delay device according to the invention in a mixing device with another stabilized oscillation with a frequency of z. B. 28 MHz is mixed in the form of a phase-modulated mixed oscillation with an average frequency of 7 MHz. This phase-modulated oscillation can then optionally also, for. B. multiplied by a factor of 6 in frequency.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:

i. Device through which high-frequency electrical vibrations delayed with variable time, in particular phase-modulated high-frequency oscillations in which a discharge tube with a directed electron beam is used, the electron density of which is modulated in the high frequency rhythm, characterized in that means are provided through which this electron beam under the action of such a magnetic field and / or electric field is brought about that the electrons follow a curved path, z. B. a cycloidal, a helical or a spiral path, with a Describe number, preferably an integer, of turns before moving to a Strike the target electrode, the transit time of the electrons in this curved path im Low frequency rhythm is changeable.

2. Device according to claim i, in which the directed electrons describe a spiral path, characterized in that means are provided by which the electrons are influenced by a magnetic field whose field strength in the plane of the electron path is approximately inversely proportional to the distance from a fixed point O is in this plane.

3. The device of claim 1, wherein the directed electrons follow a spiral path describe, characterized in that means are provided through which the electrons by a radially directed electrical generated between two coaxial cylinders Fields are influenced.

4. Device according to claim 1, in which the directional Electrons describe a helical path, characterized in that that means are provided through which approximately perpendicular to the mean direction of movement A homogeneous magnetic field is applied to the electrons, whereby the axis of the helical-line path is parallel to the Magnetic field strength is.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting electrode is arranged in such a way that fluctuations in size and / or direction the speed with which the electrons enter the space where they are under the Effect of the mentioned magnetic field and / or electric field come, almost no influence on the transit time of the electrons between the point at which they enter the space mentioned Enter and exercise the targeting electrode.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided, through which the acceleration voltage of the electrons and the Electron trajectory determining magnetic and / or electric field in such a way at the same time Low frequency rhythm can be changed so that the electron orbit has an invariable shape accepts.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that Means are provided which prevent the field of preferably in the form of a Secondary emission electrode formed collecting electrode can penetrate into the space in which the electrons under the action of the mentioned magnetic and / or electrical Describe their curved path.

1 sheet of drawings

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