DE816269C - Schaltungsanordnung zur Verwendung als Schwingungs-erzeuger mit einer Entladungsvorrichtung, die einen Hohi resonator aufweist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Elektronenentladungsvorrichtung, die einen Hohlresonator aufweist und zur Verwendung als Schwingungsgenerator konstruiert ist.

Die Erfindung betrifft ausschließlich Schaltungen mit Vorrichtungen derjenigen Art, bei welcher eine reflektierende Elektrode verwendet wird, um Elektronen zu erzeugen, welche, nachdem sie den Spalt im Resonator passiert haben, durch den Spalt zurückreflektiert werden. Der Resonator hat bei derartigen Vorrichtungen gewöhnlich Toroidform und ist in bekannter Weise auf die Schwingungsfrequenz abgestimmt, welche erzeugt werden soll. Diese Vorrichtungen werden gewöhnlich zur Erzeugung von Schwingungen von Zentimeterwellenlängen verwendet. Im Betrieb werden die aus der Kathode austretenden Elektronen durch den Horilresonator beschleunigt, welcher auf einem positiven Potential mit Bezug auf die Kathode gehalten wird. Durch die fokussierende Wirkung, welche durch die mit ao der Kathode verbundenen Hilfselektroden erzeugt wird, werden die Elektronen auf den Spalt gerichtet. Beim Passieren des Spaltes werden die Elektronen durch ein quer zum Spalt verlaufendes elektrisches Wechselfeld geschwindigkeitsmoduliert, und nach Passieren des Spaltes wird der Strahl gegen die reflektierende Elektrode gerichtet. Die reflektierende Elektrode ist von solcher Form und auf derartigem Potential gehalten, daß der Strahl durch den Spalt zurückreflektiert wird, worauf der

Strahl durch den Resonator oder eine andere Elektrode gesammelt wird. Die Elektronen werden beim Passieren vom Resonator zur reflektierenden Elektrode und zurück zum Resonator gruppenweise zusammengehängt, d. h. der Strahl wird laufzeitmäßig dichtemoduliert. Der dichtemodulierte Strahl induziert beim Passieren des Resonators Hochfrequenzströme im Innern des Resonators und hält das Wechselfeld quer im Spalt aufrecht. Auf diese

ίο Weise werden im Resonator Schwingungen erzeugt, und es kann Schwingungsenergie aus dem elektromagnetischen Feld, das im Resonator errichtet wird, mittels einer geeigneten, in den Resonator eingebrachten Schleife abgeleitet werden.

Für die Erzeugung von Schwingungen besteht die Bedingung, daß die Laufzeit, d. h. die Zeit, welche die Elektronen brauchen, um vom Zentrum des Schwingungsfeldes des Resonators zum Reflektionspunkt und zurück zum genannten Zentrum zu gelangen, η · ¹A Perioden der Schwingungen beträgt, welche erzeugt werden sollen, wobei η eine beliebige ganze Zahl bedeutet. Die Durchgangszeit hängt unter anderem von dem den Resonator zugeführten Potential ab, und es ist daher ersichtlich, daß, wenn eine Änderung in der Durchgangszeit der Elektronen stattfindet, beispielsweise infolge eines zufälligen Wechsels des dem Resonator zugeführten Potentials oder infolge eines absichtlichen Wechsels des Resonatorpotentials, die Laufzeit dann geändert werden wird und ein Wirkungsgradverlust eintritt. Es ist üblich, die reflektierende Elektrode auf einem möglichst niedrigen negativen Potential zu halten, und es wurde bei diesen Anordnungen notwendig gefunden, um den Wirkungsgrad angenähert konstant zu halten, mit einem Wechsel des Resonatorpotentials auch das der reflektierenden Elektrode zugeführte Potential zu ändern. Es wurde jedoch gefunden, daß die Änderung des Potentials der reflektierenden Elektrode, welche für den gleichen Wirkungsgrad erforderlich ist, nicht proportional und im allgemeinen im entgegengesetzten Sinne der Potentialänderung des Resonators ist, und daher ist die Einstellung des Potentials der reflektierenden Elektrode, um den Wirkungsgrad angenähert konstant zu halten, ein mühsamer Notbehelf.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Schaltungsordnung mit einer Vorrichtung der erwähnten Art, und ihr Zweck besteht darin, den Wirkungsgrad bei einer Änderung des an den Resonator angelegten Potentials relativ konstant zu halten, ohne daß es notwendig ist, eine Änderung des an die reflektierende Elektrode angelegten Potentials zu bewirken.

Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche eine Elektronenentladungsvorrichtung der erwähnten Art aufweist, wobei an die reflektierende Elektrode ein mit Bezug auf die Kathode der Vorrichtung negatives Potential angelegt ist, wobei das negative Potential einen Wert aufweist, welcher numerisch ein Fünftel oder mehr des an den Resonator angelegten Potentials beträgt, zum Zwecke, zu ermöglichen, daß das Potential des Resonators geändert werden kann, j ohne daß eine so große Änderung des Wirkungsgrades hervorgerufen wird, wie dies sonst der Fall wäre.

Das negative Potential, welches gemäß dem Erfindungsmerkmal an die reflektierende Elektrode angelegt wird, kann in manchen Fällen unbequem hoch sein, um es in der Praxis zu erreichen, und es kann daher eine Elektronenentladungsvorrichtung verwendet werden, derart, daß die Laufzeit der Elektronen geringer ist als vier Perioden der Schwingungen, welche erzeugt werden. Diese Laufzeit kann dadurch erhalten werden, daß man den Hohlresonator auf einem Potential hält, welches nicht mehr als 2000 Volt beträgt, und indem man den Abstand zwischen dem Hohlresonator und der reflektierenden Elektrode verringert. Wenn daher eine Elektronenentladevorrichtung verwendet wird, bei welcher die reflektierende Elektrode dicht an dem Resonator angeordnet wird, so daß das dem Resonator zugeführte Potential nicht 2000 Volt zu überschreiten braucht und die Laufzeit geringer ist als vier Perioden der erzeugten Schwingungen, so findet man, daß das der reflektierenden Elektrode zugeführte negative Potential numerisch nicht ein Zehntel der dem Hohlresonator zugeführten Spannung zu überschreiten braucht, während es noch möglich ist, das Potential des Resonators zu ändern, ohne eine zu große Änderung des Wirkungsgrades zu verursachen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche eine Elektronenentladungsvorrichtung der erwähnten Art aufweist, wobei die dem Hohlresonator zugeführte Spannung 2000 Volt nicht überschreitet und die reflektierende Elektrode dicht an dem Hohlresonator angeordnet ist, so daß die Laufzeit geringer ist als vier Perioden der Schwingungen, welche im Betrieb erzeugt werden, und wobei der reflektierenden Elektrode ein mit Bezug auf die Kathode der Vorrichtung negatives Potential zugeführt wird, wobei dieses negative Potential einen Wert besitzt, welcher numerisch ein Zehntel oder mehr des dem Resonator zugeführten Potentials beträgt, zum Zwecke, zu ermöglichen, daß das Potential des Resonators geändert werden kann, ohne einen so großen Wechsel des Wirkungsgrades herbeizuführen, wie dies sonst der Fall wäre. no

Die Bezeichnung oder mehr soll nicht Spannungswerte einschließen, welche Elektronen verhindern würden, den Resonator zu durchlaufen.

Es wurde gefunden, daß durch das Aufrechterhalten der reflektierenden Elektrode auf dem negativen Potential gemäß einem der Erfindungsmerkmale die reflektierende Äquipotentialfläche, welche in dem Raum zwischen dem Resonator und der reflektierenden Elektrode errichtet wird, in günstiger Weise vor der reflektierenden Elektrode liegt, so daß, wenn das Potential des Resonators sich entweder absichtlich oder zufällig ändert, die reflektierende Äquipotentialfläche sich relativ zur reflektierenden Elektrode bewegt, mit dem Ergebnis, daß die Bahnlänge der Elektronen sich ebenfalls ändert. Wenn das an den Resonator angelegte Potential au-

steigt, so bewegt sich die reflektierende Äquipotentialfläche näher an die reflektierende Elektrode, mit dem Ergebnis, daß die Bahnlänge der Elektronen ansteigt, aber infolge der höheren Geschwindigkeit der Elektronen wird die Laufzeit mehr konstant gehalten. In ähnlicher Weise wird, wenn das an den Resonator angelegte Potential sinkt, die reflektierende Äquipotentialfläche sich näher an den Resonator bewegen, so daß die Bahnlänge der Elektronen

ίο verkürzt wird, infolge der geringen Geschwindigkeit der Elektronen wird aber die Laufzeit wiederum mehr konstant gehalten. In Kreisen, in welchen die reflektierende Elektrode auf einem wesentlich niedrigeren Potential gehalten wird als ein solches gemäß einem der Merkmale der Erfindung, wurde gefunden, daß die reflektierende Äquipotentialfläche näher an der reflektierenden Elektrode liegt, und wenn daher das dem Resonator zugeführte Potential ansteigt, ist ein zu geringer Zwischenraum für die Lage der reflektierenden Äquipotentialfläche gelassen, um sich um einen solchen Betrag zu ändern, daß der Wirkungsgrad im wesentlichen konstant gehalten wird.

In der Zeichnung ist ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes Ausführungsbeispiel einer Entladungsvorrichtung veranschaulicht.

Die Kathode 1 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls ist von einem Kathodenschirm 2 umgeben. Eine fokussierende Elektrode 3 in Form einer mit Öffnung versehenen Wand dient dazu, in Verbindung mit dem Kathodenschirm 2 ein fokussierendes Feld zu erzeugen, wenn die Elektroden auf geeigneten Potentialen gehalten werden. Der toroidförmige llohlresonator 4 ist mit einem Paar von der Kathode abgewandten Öffnungen 5, 6 versehen, die einen Spalt bilden, durch welchen der Elektronenstrahl hindurchzutreten veranlaßt wird. Die reflektierende Elektrode 7 dient dazu, Äquipotentialflächen zu errichten, um zu bewirken, daß der Elektronenstrahl durch die öffnung in dem Resonator zurückreflektiert wird, zum Zwecke, die Schwingungserzeugung in dem Resonator aufrechtzuerhalten. Die reflektierende Elektrode 7 stellt eine Scheibe dar, weiche mit einem zylindrischen Umfangsflansch versehen ist.

Erfindungsgemäß ist an die reflektierende Elektrode 7 ein mit Bezug auf die Kathode 1 negatives Potential angelegt, welches einen numerischen Wert von einem Fünftel oder mehr des dem Resonator zugeführten Potentials beträgt. Wenn beispielsweise das im Hohlresonator zugeführte Potential 1500 Volt beträgt, sollte das der reflektierenden Elektrode zugeführte Potential — 300 Volt oder mehr mit Bezug auf die Kathode betragen. Dies hat den Vorteil, daß, wie erwähnt, die reflektierende Äquipotentialfläche günstig vor der reflektierenden Elektrode gelegen ist, so daß, wenn eine zufällige Änderung des an den Hohlresonator angelegten Potentials auftritt, beispielsweise infolge eines Wechsels der Speisespannung, die Änderung des Wirkungsgrades nicht so groß ist, als dies der Fall wäre, wenn ein geringerer Potentialwert an die reflektierende Elektrode angelegt sein würde. Wenn eine Änderung der Spannung des Resonators infolge einer Änderung der Speisespannung auftritt, wird im _L allgemeinen das an die reflektierende Elektrode angelegte Potential sich ebenfalls ändern. Es wurde jedoch gefunden, daß die Änderung des Potentials der reflektierenden Elektrode dann nicht so ist, daß der Wirkungsgrad auf dem gleichen Wert gehalten wird. In einem Kreis, in welchem die an den Resonator angelegte Spannung absichtlich geändert wird, beispielsweise um die Leistungsabgabe zu variieren, und das der reflektierenden Elektrode zugeführte Potential unverändert bleibt, wird, vorausgesetzt, daß das an die reflektierende Elektrode angelegte Potential numerisch ein Fünftel oder mehr der an den Resonator angelegten Spannung ist, die Änderung des Wirkungsgrades geringer sein als diejenige, welche auftreten würde, wenn eine geringere negative Spannung an die reflektierende Elektrode angelegt werden würde.

Wie oben erwähnt, kann das negative Potential gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung unerwünscht hoch sein, um es in der Praxis zu erhalten, und es ist dann, um die erwähnten Vorteile zu erreichen ohne ein so hohes negatives Potential zu verwenden, vorzuziehen, eine Vorrichtung zu verwenden, bei welcher die reflektierende Elektrode nahe am Hohlresonator angeordnet ist, so daß das _go Potential des Hohlresonators nicht 2000 Volt zu überschreiten braucht, während die Laufzeit dann auf weniger als vier Perioden der erzeugten Schwingungen gehalten wird. Wenn eine solche Vorrichtung verwendet wird, kann das an die reflektierende Elektrode angelegte Potential numerisch ein Zehntel oder mehr des dem Hohlresonator zugeführten Potentials sein. Es kann daher in dem Falle, wenn eine Vorichtung mit einem maximalen Wirkungsgrad bei einem Resonatorpotential von 1250 Volt arbeitet, das an die reflektierende Elektrode angelegte Potential 125 Volt negativ mit Bezug auf die Kathode sein. Es wurde gefunden, daß bei einer solchen Vorrichtung, welche eine reflektierende Elektrode dicht am Hohlresonator besitzt und für die Erzeugung von Schwingungen von etwa 10,8 cm konstruiert ist, der optimale Wirkungsgrad 3,48 % ist, wenn der Resonator auf 1250 Volt ist. Das negative Potential der reflektierenden Elektrode ist in diesem Fall 230 Volt. Es wurde gefunden, daß, n₀ wenn die Spannug des Resonators auf 1000 Volt herabgesetzt wird, ohne das an die reflektierende Elektrode angelegte Potential zu ändern, der Wirkungsgrad auf 2,85 % fällt, während, wenn die an dem Resonator angelegte Spannung auf 1550 Volt n₅ erhöht wird, der Wirkungsgrad auf 3,06 % fällt. Wenn eine Vorrichtung verwendet würde, welche konstruiert ist, um bei einem Potential von weniger als — 125 Volt zu arbeiten, das an die reflektierende Elektrode angelegt wird, wäre die Änderung des Wirkungsgrades bei der gleichen prozentualen Änderung der an den Resonator angelegten Spannungen sehr viel größer als die obenerwähnten Änderungen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer reflektierenden Elektrode der er-

wähnten Ausbildung beschränkt, welche zur Verwendung mit einem Elektronenbündel von kreisförmigem Querschnitt geeignet ist, da die Erfindung auf Vorrichtungen angewendet werden kann, welche andere Formen von reflektierenden Elektroden besitzen. Die Erfindung ist auch verwendbar für Vorrichtungen, welche bandförmige Strahlen verwenden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι . Schaltungsanordnung zur Verwendung als Schwingungserzeuger mit einer Elektronenentladungsvorrichtung, die einen Hohlresonator aufweist und bei welcher eine reflektierende Elektrode verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die reflektierende Elektrode ein mit Bezug auf die Kathode der Vorrichtung negatives Potential angelegt ist, wobei das negative Potential einen Wert aufweist, welcher numerisch ein Fünftel oder mehr des an den Resonator angelegten Potentials beträgt.
2. 2. Abänderung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hohlresonator zugeführte Spannung 2000 Volt nicht überschreitet und die reflektierende Elektrode dicht an dem Hohlresonator angeordnet ist, so daß die Laufzeit geringer ist als vier Perioden der Schwingungen, welche im Betrieb erzeugt werden, und daß der reflektierenden Elektrode ein mit Bezug auf die Kathode der Vorrichtung negatives Potential zugeführt wird, wobei dieses negative Potential einen Wert besitzt, welcher numerisch ein Zehntel oder mehr des dem Resonator zugeführten Potentials beträgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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