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Anordnung zur Einstellung eines frequenzbestimmenden Elements bei
einer elektrischen Abstimmvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Geräte mit einem einstellbaren, frequenzbestimmenden Element zur Festlegung derjenigen
Frequenz, auf welche das Gerät abgestimmt ist.
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Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mittels
zur Abstimmung eines Hohlraumresonators durch Änderung seiner Größe, welches außergewöhnlich
rasch arbeitet und sich gleichzeitig, vielleicht entgegen normaler Erwartung, durch
leichte und empfindliche Wirkung auszeichnet. Es soll aber auch in gleicher `''eise
die Abstimmung anderer elektrischer Resonanzkreise ermöglicht werden.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein mit dem frequenzbestimmenden
Element mechanisch gekuppeltes und dessen Stellung festlegendes Organ und durch
Mittel, um dieses Organ durch Aufprall eines dichte-oder geschwindigkeitsgesteuerten
Elektronenstroms in einstellbarer Weise zu erwärmen und im Sinne einer mechanischen
Einwirkung auf das frequenzbestimmende Element zu verformen. Eine Einstellung des
Elektronenbombardements des wärmeempfindlichen Elements läßt sich durch Steuerung
des Potentials, welches zwischen dem Element und der Elektronenquelle angelegt ist,
oder durch Steuerung des Potentials an einer der Elektronenquelle zugeordneten Steuerelektrode
verwirklichen.
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Die Erfindung ist allgemein für elektrische Abstimmung anwendbar;
besonders geeignet ist sie für die Abstimmung von Hohlraumresonatoren, bei denen
die Steuerung der Lage des für die Abstimmung maßgebenden Elements von verhältnismäßig
großer Bedeutung ist, und insbesondere für die Abstimmung der Hohlraumresonatoren
von Reflexionsklystrons. Die Erfindung läßt sich in Verbindung mit äußerer Regulierung
der Potentialdifferenz, mittels welcher die Steuerung bewirkt wird, ausführen; es
empfiehlt
| sich jedoch ihre Einschaltung in einen Oszillator oder |
| in ein Oszillatorsystem mit automatischer Frequenz- |
| stabilisierung, wo eine Oszillatorfrequenz in Gleichheit |
| mit einer Standardfrequenz gesteuert wird oder eine |
| konstante Frequenzdifferenz zwischen dem Ausgang |
| von zwei Einheitsoszillatoren aufrechtzuerhalten ist, |
| von denen einer im Sinne der Erfindung gesteuert wird. |
| Eine Anordnung der letzterwähnten Art besteht bei- |
| spielsweise bei einem Überlagerungsempfänger, bei |
| welchem es notwendig ist, die Frequenzen von zwei |
| örtlichen Oszillatoren in einer bestimmten Größe zu |
| halten und daher eine konstante Frequenzdifferenz |
| aufrechtzuerhalten. Wenn die Erfindung bei dem |
| gesteuerten Oszillator Anwendung findet, so ermög- |
| licht sie dank ihrer ungewöhnlich hohen Ansprech- |
| geschwindigkeit eine rasche Kompensation einer |
| Überschußwirkung ohne irgendwelche damit ver- |
| bundenen Nachteile, die normalerweise erwartet |
| werden könnten. |
| Das mit Elektronen bombardierte Element kann |
| vorzugsweise mit einem Zirkonprodukt beschichtet |
| sein, welches den Getterungsvorgang beim Evakuieren |
| des Rohrs fördert und danach dank seiner Schwarz- |
| körperstrahlungscharakteristik die rasche, auf Grund |
| theoretischer Erwägungen erforderliche Wärmeab- |
| führung unterstützt. Bei seiner Verwendung muß |
| darauf geachtet werden, daß kein Element der das |
| bewegliche Resönatorelement gegebenenfalls antrei- |
| benden'Mechanik der von der mit Zirkon überzogenen |
| Fläche ausgehenden Strahlung ausgesetzt wird, da |
| jede Strahlung auf ein solches Element infolge Wärme- |
| ausdehnung zur Folge haben,kann, daß die erfindungs- |
| gemäße Wirkung in nicht ganz vorauszubestimmender |
| Weise beeinträchtigt wird. Aus einem ähnlichen |
| Grund sollte die Beheizung des bombardierten Ele- |
| ments soviel wie möglich aus dem Elektronenbombar- |
| dement hergeleitet werden, da sich dies so leicht |
| steuern läßt; eine Wärmestrahlung unmittelbar von |
| der Kathode sollte auf ein Minimum reduziert sein, |
| z. B. durch Anwendung eines möglichst kleinen |
| körperlichen Winkels, unter welchem das bombar- |
| dierte Element der Kathode gegenüberliegt. In ge- |
| wisser Analogie zu Vorstehendem und in der Annahme, |
| daß die den Diodeelementen nahegelegenen Teile des |
| Betätigungszugs nicht vollständig gegen Bestrahlung |
| geschützt werden können, empfiehlt es sich, diese |
| Teile mit Kupfer od. dgl. zu plattieren, was zur Folge |
| hat, daß ihre Erhitzung über eine kritische Tem- |
| peratur verhindert wird, weil nunmehr ein Weg für |
| die rasche Wärmeabgabe durch Leitung besteht. |
| Dieses Merkmal ist von besonderem Wert im Hinblick |
| auf die empfehlenswerte Verwendung einer Spezial- |
| legierung für das im Mittelpunkt stehende Element, |
| die selbst keine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit'besitzt. |
| Die Erfindung nebst den erwähnten und anderen |
| Besonderheiten ihrer Ausführungsformen wird klarer |
| und verständlicher aus der folgenden Beschreibung in |
| Verbindung mit der Zeichnung; es zeigt |
| Fig. i eine stark schematische und vereinfachte |
| Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, |
| Fig. 2 ein Schaltbild, welches die Anwendung der |
| Erfindung als Teil eines Oszillators mit automatischer |
| Frequenzstabilisierung veranschaulicht, |
| Fig.3 die vorwiegend in Schnittdarstellung ge- |
| haltene Ansicht einer Elektronenentladevorrichtung |
| mit einem Oszillatorrohr gemäß einer Ausführungs- |
| form der Erfindung, |
| Fig.4 eine perspektivische Ansicht der bei der |
| Vorrichtung nach Fig. 3 verwendeten wärmeempfind- |
| lichen Abstimmeinheit, von welcher Teile weggelassen |
| sind, um Einzelheiten deutlicher darzustellen, |
| Fig. 5 ,eine andere, teils schematisch und im Schnitt |
| veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung, |
| Fig.6, 7 und 8 eine ins einzelne gehende Kon- |
| struktionsdarstellung einer Ausführungsform nach der |
| Erfindung, die sich im praktischen Betrieb gut be- |
| währt hat; im einzelnen zeigt |
| Fig. 6 eine Ansicht vorwiegend im Schnitt der |
| genannten Ausführungsform, |
| Fig. 7 und 8 eine perspektivische Ansicht der bei |
| der Einrichtung gemäß Fig. 6 benutzten thermischen |
| Abstimmanordnung bzw. eine perspektivische Ansicht |
| der Kupplung zwischen der Abstirnmanordnung und |
| dem Hohlraumresonator, welcher auch einen Teil des |
| Gesamtgeräts darstellt, wobei Teile der Konstruktion |
| weggelassen sind, um Einzelheiten derselben deutlicher |
| zu veranschaulichen. |
| In Fig. i ist ein Hohlraumresonator loi gezeigt, |
| und zwar der Resonator eines Reflexionsklystrons, wie |
| er z. B. in Fig. 3 und 4 genauer dargestellt ist. Seine |
| Form ist nicht von Bedeutung, obwohl besondere |
| Erwägungen üblicherweise den gezeigten Resonator |
| mit einspringendem Querschnitt vorschreiben würden. |
| Die Anordnungen io2 und io3 zeigen schematisch |
| einen Elektronenerzeuger, der einen Elektronenstrom |
| durch den Hohlraumresonator schleudert, bzw. eine |
| als Reflektorelektrode bekannte Vorrichtung, die die |
| Richtung der Elektronen umkehrt und dieselben ver- |
| anlaßt, erneut den Resonator zu durchqueren. Die |
| koaxiale Leitung 104 bildet eine zum Resonator |
| führende Wechselstromkopplung. |
| Das bestimmende Element für die erfindungs- |
| gemäßen Zwecke ist das elastische Diaphragma io5, |
| durch dessen senkrecht zu seiner Ebene erfolgende |
| Bewegung sein Abstand von dem nächstgelegenen |
| Wandteil im Weg des Elektronenstroms geändert |
| werden kann mit der Folge, daß die Abstimmung des |
| Resonators eine Änderung erfährt. Die das Dia- |
| phragma betätigenden Mittel nehmen an dieser Be- |
| wegung teil. Letztere enthalten ein bei Erwärmung |
| sich ausdehnendes, mit Elektronen bombardiertes |
| Element io6, welches mit der Elektronenquelle 107 |
| zusammenarbeitet, so daß diese beiden Elemente die |
| übliche Anode und Kathode einer elektronischen |
| Diode darstellen. Die resultierende thermisch v er- |
| anlaßte Bewegung der Enden des Elements io6 wird |
| auf das Diaphragma mittels der Biigel io8, die aus |
| solchem Material bestehen und'oder im Betrieb auf |
| solcher Temperatur gehalten werden, daß sie sich |
| nicht wesentlich ausdehnen, und mittels einer mecha- |
| nischen Kupplung, die aus dein mit dem Diaphragma |
| 105 starr verbundenen Joch iod besteht, übertragen. |
| Die Abstimmeinheif ist mittels des Teils iii fest mit |
| dem Träger iio verbunden, durch welchen sie auch |
| abgestützt wird. Die Bügel sind starr mit den Enden |
| der Anode io6 verbunden, aber die aus Bügel, Anode |
| und Kathode bestehende Zusammenstellung ist lose |
| in dem Träger angeordnet, so daß die Möglichkeit für |
| eine ausreichende Längsbewegung, d. h. nur mit Bezug |
| auf die Richtung der Strömung der von dem Elek- |
| tronenerzeuger ausgehenden Elektronen, besteht, um |
| eine Frequenzeinstellung des Resonators durchführen |
| zu können, die eine unmittelbare Funktion solcher |
| Bewegung ist. Wenn auch ein einziger Bügel an- |
| wendbar ist, so wird die Anwendung von zwei Bügeln |
| die resultierende Bewegung vergrößern. Bei einem |
| einzigen Bügel, nämlich dem unteren Bügel der Fig. i, |
| kann die genannte Zusammenstellung mit dem Träger |
| rundherum starr verbunden sein. Die weiteren Figuren |
| veranschaulichen diese :Möglichkeit. |
| Abgesehen von den vorbehaltenen Erläuterungen |
| sollte die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. i |
| ohne weiteres klar sein. Die Abstimmbewegung des |
| Diaphragmas ist eine Funktion des thermischen Zu- |
| standes des bombardierten Elements, welcher selbst |
| eine Funktion der zwischen dem Element und der |
| Kathode angelegten Spannung ist, die die Zahl und |
| die Geschwindigkeit der bombardierenden Elektronen |
| bestimmt. Dieses Potential kann zu dem genannten |
| Zweck gewünschtenfalls verändert werden. Eine in |
| diesem Sinne regelbare Gleichspannungsquelle ist bei |
| 112 schematisch dargestellt; die in ähnlicher Weise |
| schematisch dargestellte Stromquelle 113 besorgt die |
| Erregung der Kathode. Es ist natürlich klar, daß auch |
| indirekte Heizung der Kathode Anwendung finden |
| kann, wie es tatsächlich wünschenswert wäre, und daß |
| viele sonstige Änderungen in der Anordnung durch- |
| führbar wären, ohne daß dadurch das Prinzip der |
| erfindungsgemäßen Arbeitsweise berührt würde. |
| Fig. 2 zeigt allgemein, wie die äußere Steuerung |
| automatisch sein kann. Ein gewisser Teil der Aus- |
| gangsleistung des gesteuerten Oszillators würde dem |
| Frequenzdemodulatorkreis zugeführt, der dann die |
| Frequenzabweichung von der gewünschten Frequenz f |
| in eine Spannung umwandelt, deren Vorzeichen von |
| der Richtung der Abweichung abhängt. Diese Span- |
| nung würde danach verstärkt und der thermischen |
| Abstimmvorrichtung zugeleitet. Die von dem System |
| benötigte Frequenz könnte etwa die Differenzfrequenz |
| eines Überlagerungsempfängers sein. Die Funktions- |
| angabe in Fig. 2 macht eine andere Bezeichnung der |
| Teile überflüssig. |
| Die folgende Analysis gibt die quantitative Grund- |
| lage für eine Bemessung des thermischen Steuer- |
| svstems nach der Erfindung: |
| f" sei die wirkliche Schwingungsfrequenz, |
| f sei die vom System benötigte Frequenz |
| sf -f_fo. |
| Durch Anwendung einer Frequenzdemodulations- |
| methode zur Feststellung des Fehlers ergibt sich die |
| Spannungsausbeute des Demodulators nach Ver- |
| stärkung zu |
| V=abf, (i) |
| worin a eine positive oder negative Konstante ist, die |
| von der Arbeitsweise des Demodulators abhängt. Ihr |
| Vorzeichen muß natürlich übereinstimmen mit der |
| Wirkungsrichtung der thermischen Abstimmvorrich- |
| tung. |
| Wenn Eo die Spannung bezeichnet, die bei der |
| Frequenz f, an die Diode angelegt ist, dann ist die |
| anfänglich in der Diode entwickelte Kraft |
| und wenn das System eine Umstellung auf die Fre- |
| quenz f erfordert, dann ist die Kraft |
| Mit T soll die Temperatur des Steuersystems und |
| mit Ti die Temperatur des Abzugs, in welchem |
| Wärme verlorengeht, bezeichnet sein. Der Wärme- |
| verlust an den Abzug hat im allgemeinen zwei Ur- |
| sachen: |
| i. Leitungsverlust; in diesem Fall beträgt der |
| Verlust |
| k (T- Ti) , |
| worin k eine die thermischen Eigenarten der Längs- |
| und Querschnittsflächen des Abstimmers und seiner |
| Trägerteile berücksichtigende Konstante ist. |
| 2. Strahlungsverlust; seine Höhe ergibt sich zu |
| E (T4- T14) |
| wobei e die Ausstrahlfähigkeit des Abstimmers und |
| die Größe seiner Außenfläche berücksichtigt. Eine der |
| Verlustarten oder beide können bei der Ausführung |
| des Abstimmers in Abhängigkeit von den besonderen |
| Erfordernissen einkalkuliert sein. |
| Mit H sei die Wärmemenge bezeichnet, die durch |
| das Elektronenbombardement des Steuersystems er- |
| zeugt wird. Die Geschwindigkeit, mit der sich die |
| Wärmemenge ändert, ergibt sich aus |
In erster Annäherung wird der Frequenzfehler E f proportional der Änderung der Spaltweite
sein, die für den Ausgleich dieses Fehlers erforderlich ist, d. h.
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ö f =ßäx.
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Das thermische Abstimmsystem hat eine thermische Verschiebungscharakteristik,
die durch irgendwelche Funktion 8 x = F (T) (5)
gegeben ist. Die Wärmemenge
H des thermischen Abstimmers ergibt sich aus H = C T , (6)
wobei C die spezifische
Wärme und das Volumen des Kontrollsystems berücksichtigt.
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Ferner besteht die Beziehung
| da x = F' (T) d t , |
| worin |
| F, (T) - d F- |
| dT ' |
Daraus ergibt sich
Diese Gleichung gibt die Möglichkeit, eine Reihe von Punkten bezüglich des Steuersystems
zu klären.
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i. Wenn die Frequenzänderung in einer solchen Richtung erfolgen soll,
daß die Temperatur des Steuersystems ansteigt, dann ist das Ausmaß der Frequenzänderung
nur begrenzt durch die verfügbare Eingangsleistung und die Charakteristiken des
Frequenzdemodulatorkreises. Mit anderen Worten, die Begrenzung ergibt sich aus der
möglichen Größe der Werte E, und f.
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2. Wenn die Frequenzänderung in einer solchen Richtung erfolgen soll,
daß die Temperatur des Steuersystems sinkt, dann kann das Ausmaß der Frequenzänderung
nicht größer sein als
Damit wird einfach die klare Tatsache festgestellt, daß man nichts Besseres tun
kann, als das Elektronenbombardement zu unterbrechen. Aus den Ausdrücken (7) und
(8) ergeben sich einige aufklärende Tatsachen. Es sind Systeme in Vorschlag gebracht
worden, bei welchen sich eine schnelle Arbeitsweise daraus ergeben sollte, daß man
große Wärmemengen abführt, was einer großen Bemessung des in der eckigen Klammer
der Gleichung (8) stehenden Ausdrucks entspricht. Das hat jedoch den Nachteil, daß
für die Erzielung einer Wirkung eine hohe Eingangsleistung erforderlich ist; man
kann dieses Vorgehen als Gewaltmethode zur Erzielung einer schnellen Arbeitsweise
bezeichnen. Aus Gleichung (8) ist ersichtlich, daß sich Schnelligkeit dadurch verwirklichen
läßt, daß man den Faktor
groß macht. Das hat den Vorteil, daß eine schnelle Arbeitsweise. in beiden Richtungen
erzielt wird. Um diesen Faktor groß zu machen, sind drei Erfordernisse zu erfüllen:
i. ß soll groß sein. Das bringt die Änderung des Spaltabstandes des Resonanzhohlraums
in Beziehung mit der Änderung der Resonanzfrequenz. Wenn ß groß sein soll, muß der
Spaltabstand klein sein. Der Spaltabstand ist jedoch gewöhnlich durch elektronische
Erwägungen festgelegt und muß daher als konstant angesehen werden.
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2. F (T) sollte groß sein. Ein diesbezüglicher Schritt steht
in einigem Gegensatz zu dem anfänglichen Bestreben bei der Bemessung eines Systems,
da er besagt, daß das Ausmaß der Änderung der Verschiebung mit der Temperatur groß
sein soll. Bei dem Entwurf eines mechanischen Abstimmers ist man bemüht, die analoge
Größe, das Maß der Änderung der Verschiebung pro Einheit der Änderung der
| mechanischen Steuerung, klein zu halten. Das ge- |
| schieht, um genauen Aufbau zu ermöglichen, anstatt |
| Schnelligkeit für die Einstellung zu erreichen. Ge- |
| nauigkeit der Steuerung wird im vorliegenden Fall |
| verwirklicht durch die Empfindlichkeit des Frequenz- |
| demodulationskreises, d. h. der Faktor a sollte groß |
| gemacht werden. |
| 3. Der Faktor C sollte klein gehalten werden. Das |
| ergibt sich daraus, daß der Faktor besagt, daß das |
| Volumen und die spezifische Wärme des Abstimm- |
| systems klein sein sollen. Das ist gleichbedeutend mit |
| der Feststellung, daß die in einem elektrischen Kreis |
| gespeicherte Energiemenge klein sein sollte, wenn ein |
| rasches Ansprechen gewünscht wird. |
| Es ist bereits ausgeführt worden, daß eine Kühlung |
| entweder durch Strahlung oder Leitung zu verwirk- |
| lichen ist. Mit Bezug auf Gleichung (8) ist es ersicht- |
| lich, daß ohne Rücksicht auf die angewandte Methode |
| zur Aufrechterhaltung einer raschen Arbeitsweise über |
| den interessierenden Bereich die Temperatur T stets |
| ausreichend größer als T1 bleiben muß, so daß das |
| Verhältnis T1: T sich nicht zu stark dem Wert Eins |
| nähert. |
| Die weitere Beschreibung bezieht sich auf eine voll- |
| ständige, ins einzelne gehende Zusammenstellung, um |
| eine besondere Oszillatoreinheit mit Reflexionsklystron |
| abzustimmen, die sich in der Praxis bewährt hat. |
| Es sei auch bemerkt, daß hinsichtlich des Prinzips, |
| die Wärme.. für die Abstimmung durch Elektronen- |
| bombardements einzuführen, eine Dreielektroden- |
| anordnung anstatt einer Diodeanordnung gezeigt ist, |
| um diesen Zweck zu verwirklichen. Es ist klar, daß |
| bei dieser praktischen Zusammenstellung (Fug. 3 und 4) |
| statt dessen auch eine Diode verwendet werden |
| könnte, um den Elektronenstrom zu erzeugen und zu |
| steuern. |
| Mit Bezug auf Fig. 3 und 4 der Zeichnung, und zwar |
| zunächst auf Fig. 3, ist ersichtlich, daß die dort ge- |
| zeigte Elektronenentladevorrichtung ein hoch eva- |
| kuiertes Gehäuse mit einem metallischen, mit Flansch |
| versehenen Zylinderteil io aufweist, dessen Flansch |
| mit einem metallischen Sockel ii dicht, z. B. durch |
| Schweißung oder Lötung, verbunden ist. An dem |
| Sockel ii Lsind mehrere Stutzen 12 vorgesehen, |
| in welchen eine Anzahl Zuführungsleiter 13 mittels |
| gläserner Füllkörper 14 luftdicht festgelegt sind; am |
| Sockel sitzt außerdem ein Stutzen 15 für die luftdichte |
| Einbettung eines Leiters 16 mittels eines gläsernen |
| Füllkörpers 17. Die Leiter 13 sind an Steckerstifte 18 |
| angeschlossen, die an einer vom Sockel ii getragenen |
| Scheibe i9 sitzen. Der Leiter 16 bildet einen Teil |
| einer koaxialen Leitung, deren äußerer Leiter 20 teil- |
| weise aus einem am Sockel ii hängenden verlängerten |
| Zylinder besteht. |
| In dem Gehäuse io, ii sind ein Hohlraumresonator- |
| gebilde, ein Elektronenerzeuger und eine elektronische |
| Abstimmanordnung untergebracht. Das Resonator- |
| gebilde besteht aus einem metallischen Glied mit |
zylindrischem Flansch 21 und einem Zwischenteil 25. Der Flansch
21 paßt gleitend in den zylindrischen Gehäuseteil io und ist mit demselben mittels
Lot 36 verbunden; der Zwischenteil 25 des Metallglieds hat eine exzentrisch zum
Flansch 21 liegende tellerartige Vertiefung 22 mit einer mittleren Öffnung 23 und
einer weiteren Öffnung 24. Der tellerförmige Teil 22 trägt eine koaxial zur Öffnung
23 liegende Gitteranordnung, die in Fig. 3 deutlich dargestellt ist und ein Paar
teleskopartig ineinandergreifender Hohlstutzen 26 aufweist, zwischen welchen der
Rand eines tellerförmigen oder konkav-konvexen Gitters 27 eingeklemmt und durch
Lötung oder Schweißung festgelegt ist.
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Mit dem mittleren Teil 25 ist z. B. durch Schweißung ein konzentrisch
gewelltes, metallisches Diaphragma 28 mit zentraler Öffnung verbunden, welches auch
mit radialen Schlitzen versehen sein kann und ein tellerförmiges Treib- oder Kupplungsglied
29 trägt, an welchem eine Anzahl Laschen 30 vorgesehen sind. Die Öffnung
in dem Diaphragma 28 liegt koaxial zur Öffnung 23 und ist von einem konkav-konvexen
Gitter 31 überquert. Die Schlitze im Diaphragma 28 reichen so nahe wie möglich an
den inneren und äußeren Rand des Diaphragmas außerhalb des Gitters 31, soweit das
mit der Festigkeit des Aufbaues vereinbar ist. Sie dienen dem Zweck, die Spannung
gleichmäßiger zu verteilen und daher die Neigung zu einer unsymmetrischen Verzerrung
auszuschalten.
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Der tellerförmige Teil 22, das Diaphragma 28 und der äußere Stutzen
26 begrenzen einen im wesentlichen toroidalen Hohlraum mit einem darin liegenden
durch die Gitter 27 und 31 begrenzten Spalt. Infolge der Ausbildung des Gitteraufbaues
26, 27 ist es verständlich, daß dessen Oberflächen, die Teile der Hohlraumbegrenzung
bilden, genau kontrollierbar sind und feststehen, so daß die Hohlraumkonstanten
und damit die Hohlraumfrequenz genau mit vorgeschriebenen Werten übereinstimmen.
Die Resonanzfrequenz dieses Hohlraumes ist abhängig von der Stellung des Diaphragmas
28 und dadurch einstellbar, daß man das Diaphragma in der später beschriebenen Weise
durchbiegt.
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Der tellerförmige Teil 22 trägt ein metallisches, topfförmiges Glied
32 mit einer zylindrischen Hülse 33, in welche ein metallischer Leiter 34 teleskopartig
hineinragt. Der Leiter 34 ist auf dem Sockel ii befestigt und verläuft koaxial mit
dem Leiter 16, dessen inneres Ende, wie bei 35 gezeigt, umgebogen und mit der Hülse
34 verbunden ist, wodurch eine Kopplungsschleife zwischen dem Resonanzhohlraum und
der koaxialen Leitung 16, 20, 34 entsteht. Der tellerförmige Teil 22 trägt außerdem
in axialer Ausrichtung mit den Gittern 27 und 31 ein kegelstumpfförmiges Glied 37,
welches die End- oder Nasenelektrode eines Elektronenerzeugers darstellt.
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Der Elektronenerzeuger enthält eine Kathode 38, deren konkave Elektronen
aussendende Fläche 39 koaxial mit der Elektrode 37 ist, und eine zylindrische, den
Strom formende Elektrode 40, die koaxial zur Emissionsfläche 39 liegt und mittels
eines Rings 41 und einer Mehrzahl von Drähten oder Bändern, von denen nur ein Stück
gezeigt ist, mechanisch mit der Kathode 38 gekuppelt ist. Die aus dem Kathodenglied
und der den Elektronenstrom formenden Elektrode bestehende Einheit wird von der
Isolierscheibe 43 mittels eines Flanschringes 44 gehalten, der an der Scheibe mit
Hilfe von Laschen 45 befestigt ist. Die Scheibe wird ihrerseits durch das Glied
32 gehalten, mit welchem sie durch 46 verbunden ist. Innerhalb des Kathodengliedes
38 ist eine Heizwicklung 47 angeordnet, die an ihren Enden von zwei der Zuführungen
13 getragen wird. Die Emissionsfläche 39 und die Elektroden 37 und 40 sind in an
sich bekannter Weise ausgebildet und angeordnet, derart, daß die von der Emissionsfläche
ausgehenden Elektronen in einen konvergierenden Strom zusammengedrängt werden; der
im wesentlichen auf den Spalt zwischen den Gittern 27 und 31 eingestellt ist.
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Gegenüber dem Gitter 31 und mit demselben axial ausgerichtet befindet
sich eine schüsselförmige Reflektorelektrode 48, die mittels Haltelaschen So an
einer Isolierplatte 49 befestigt ist. Die Platte 49 ruht auf dem Zwischenteil 25
und wird mittels mehrerer, z. B. vier auf dem Teil 25 befestigter Stege 51 in vorbestimmtem
Abstand mit Bezug auf das Gitter 31 gehalten. Die Isolierplatte 49 und die Stege
51 tragen auch die elektronische Abstimmanordnung, die im einzelnen in Fig. 4 gezeigt
ist.
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Diese Abstimmanordnung enthält ein Paar paralleler Isolierplatten
52, die auf der Platte 49 sitzen und mittels einer kanalförmigen Anode 53, an welcher
sie durch metallische Bänder befestigt sind, in gegenseitigem Abstand gehalten werden.
Die Anode 53 ist mit Verlängerungen 55 versehen, die z. B. durch Schweißung an die
zugehörigen Stege5i angeschlossen sind. Auf der Isolierplatte 52, und zwar in Ausrichtung
mit der Anode 53, ruht ein hohles, abgeflachtes Kathodenglied 56 mit einem Heizelement
57, z. B. in Form eines W-förmig angeordneten Drahtes, der mit Isoliermaterial überzogen
ist und dessen Enden an Drähte oder Stangen 58 angeschlossen sind, die zwischen
den Platten 52 liegen und mit bestimmten Zuführungsdrähten 13 verbunden sind. Die
der Anode 53 zu weisende Oberfläche 59 des Kathodengliedes trägt eine Schicht aus
Elektronen aussendendem Material.
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Es wurde bereits weiter oben, und zwar vor Bezugnahme auf die Fig.
3 und 4, bemerkt, daß es für den wirkungsvollen Betrieb des Abstimmprinzips wichtig
ist, daß das beheizte Element, d. h. die Anode, seine Wärme rasch abgibt. Für den
Fall, daß die hauptsächliche Kühlung durch Strahlung veranlaßt wird, läßt sich die
Abkühlung durch Verbesserung der Schwarzkörpercharakteristik der Anode des Abstimmers
beschleunigen. Eine solche Charakteristik läßt sich in üblicher Weise dadurch verwirklichen,
daß man auf alle Oberflächen der Anode, mit Ausnahme der dem Bogen unmittelbar ausgesetzten
Fläche, Zirkon sprüht.. Das Zirkon hat dann eine doppelte Funktion; dank seiner
physikalischen Eigenschaften im aufgesprühten Zustand hat es eine gute Schwarzkörperkonstante;
dank seiner chemischen Eigenart dient es als Getter für Gas, das von der Anode abgegeben
wird. Die letztgenannte Funktion ist äußerst wichtig bei Rohren dieser Art. Bei
den meisten
| Vakuumrohren werden die Teile in dem Rohr einer |
| Hitzebehandlung unterworfen, indem man sie auf |
| Temperaturen weit über dem endgültigen Betriebs- |
| wert bringt, um die Gewähr zu haben, daß die Gas- |
| abgabe während des Betriebes auf ein Minimum be- |
| sThränkt ist. Eine solche Behandlung läßt sich im |
| allgemeinen bei einem thermischen Steuerelement |
| nicht durchführen wegen der Beschädigungsgefahr in- |
| folge Cberschreitung der Beanspruchungsgrenzen im |
| Abstimmer selbst oder in dem von ihm gesteuerten |
| Teil. E5 hat sich gezeigt, daß das mit dem zu be- |
| heizenden Element in engem Kontakt stehende Zirkon |
| das Gas aufnimmt, ohne daß eine Behandlung bei |
| hoher Temperatur erforderlich ist. |
| Die Kathode ist von einem abgeflachten spiralen |
| Gitter 6o umschlossen, das von einem Paar Drähten |
| oder Stangen 61 getragen wird, die zwischen den |
| Platten 52 liegen und darin in geeigneter Weise be- |
| festigt sind. '/.wischen dem Gitter und der Anode be- |
| finden sich ein Paar Stangen oder Drähte 62, die |
| elektrisch mit der Kathode 56 mittels eines Streifens |
| 63 verbunden sind und ein Schirmgitter bilden. |
| Die Anode 53 ist mittels der Stege 51 elektrisch mit |
| dem Hohlraumresonator verbunden, und die Kathode |
| 56 und die Elektroden 62 sind gemeinsam an einen der |
| Zuführungsleiter 13 mittels des Streifens 63 ange- |
| schlossen. Die Stäbe oder Drähte 58, an welche, wie |
| schon gesagt, die Enden des Erhitzers 57 angeschlossen |
| sind, sind mit entsprechenden Leitern 13 mittels der |
| Drähte 64 verbunden; das Gitter 6o hat über den |
| Verbindungsdraht 65 Verbindung mit einem anderen |
| der Leiter 13. Die Reflektorelektrode 48 ist elektrisch |
| über einen an einer der Laschen So befestigten Draht 66 |
| mit einem anderen Leiter 13 verbunden. Der Erfolg |
| dieser Verbindung ist, daß die Heizwicklungen für die |
| beiden Kathoden parallel verlaufen, obwohl das nur |
| aus Gründen der Bequemlichkeit geschieht, und daß |
| die sich entsprechenden Elektroden des Oszillators |
| und des Abstimmers deshalb elektrisch getrennt sind, |
| mit der Ausnahme, daß die Anode und der Hohlraum- |
| resonator selbst miteinander verbunden sind. |
| Der Anode 53 ist ein lamelliertes Bogenstück 67 zu- |
| geordnet, dessen Enden etwa durch Schweißung an |
| der Anode an Punkten festgelegt sind, die mit den |
| Stegen 51, an denen die Anodenverlängerungen 55 be- |
| festigt sind, in einer Linie liegen. An dem Bogenstück |
| 67 ist ein starres Querstück 68 befestigt, welches ein |
| Paar starrer paralleler Stäbe 69, die fest an dem Quer- |
| stück und ebenso an den Laschen 3o des Treibglieds 29 |
| angeschlossen sind, trägt. |
| Die Anode 53 und das Bogenstück 67 sind aus Ma- |
| terialien gefertigt, die sehr verschiedene Temperatur- |
| koeffizienten bezüglich Expansion und Kontraktion |
| haben sollten, wenn sie in gleicher Weise Temperatur- |
| änderungen ausgesetzt werden, damit der erforderliche |
| Differentialeffekt für die Tätigkeit des Geräts gewähr- |
| leistet ist. Natürlich läßt sich dieser Differentialeffekt |
| auch in anderer Weise sicherstellen, wobei die Ver- |
| wendung des gleichen Materials für die beiden Ele- |
| mente möglich ist, indem für genügend unterschied- |
| liche Hitzeeinwirkung gesorgt oder, was dasselbe be- |
| deutet, unterschiedliche Wärmeisolierung vorgesehen |
| wird. Nach einer beispielsweisen Ausführung kann die |
| Anode aus einem Material wie rostfreiem Stahl be- |
| bestehen, das einen hohen Temperaturkoeffizienten |
| hat; .das Bogenstück dagegen besteht aus einem |
| Material, z. B. einer Legierung aus Eisen, Kobalt und |
| Nickel, die als Kovar bekannt ist, mit niedrigem Tem- |
| peraturkoeffizient. In Verfolgung des Gedankens, daß |
| das Bogenstück nur durch den ausgeübten mechani- |
| schen Zug beeinflußt wird, so olaß kein thermischer |
| Einfluß besteht, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, |
| das Bogenstück bzw. die etwaigen Lamellen mit einen |
| Material hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer, zu plattieren. |
| Das hat zur Folge, daß das Bogenstück alle Wärme |
| rasch abgibt, die in ihm erzeugt werden kann, z. B. |
| durch Bestrahlung von der Kathode oder Anode aus. |
| Es kommt vor, daß die bevorzugte Legierung, d. h. |
| das Kovar, obwohl äußerst erwünscht aus anderen |
| Gründen, eine besondere Form nicht linearer Tem- |
| peratrrr-Expansion-Kennlinie hat, die seine Funktion |
| als thermisch stabiles Element beeinträchtigen würde, |
| wenn seine Temperatur einen oberen Grenzwert über- |
| schreitet. Die Kupferplattierung bietet die G,-währ, |
| daß dieser Wert nicht überschritten wird. |
| Wie ersichtlich, hat eine Ausdehnung und Zu- |
| sammenziehung der Anode in der Längsrichtung, wozu |
| infolge der Biegsamkeit des unbefestigten Teils der |
| Verlängerungen 55 relativ große Freiheit besteht, zur |
| Folge, daß das Glied 67 in geringerem oder größerem |
| Ausmaß gebogen wird, wodurch das Querstück 68 in |
| der senkrecht zur Längsachse der Anode verlaufenden |
| Richtung bewegt wird. Die Bewegung des Querstücks |
| 68 wird vermittels der Stangen 69 auf das Treibglied 29 |
| und von da auf das Diaphragma 28 übertragen. Die |
| Durchbiegung des letzteren bewirkt eine Änderung der |
| Dimensionen des Resonanzhohlraums und demgemäß |
| eine Änderung der Resonanzfrequenz des Hohlraums. |
| Die Länge der Anode ist zu jeder Zeit bestimmt |
| durch die Anodentemperatur, und diese ist ihrerseits |
| bestimmt durch das Bombardement der Anode durch |
| Elektronen, die von der Kathode 56 ausgehen. Der |
| Anodenstrom wird durch das Potential des Gitters 6o |
| gesteuert. Durch Steuerung dieses Potentials kann |
| man also die Resonanzfrequenz des Hohlraumreso- |
| nators einstellen oder im wesentlichen fest auf einem |
| vorgeschriebenen Wert halten trotz Änderungen in der |
| Hohlraumgestaltung als Folge von Temperatur- |
| einflüssen. |
| Es ist verständlich, daß wegen der Verstärkung der |
| Bewegung, die durch die Kombination zwischen |
| Anode und Bogenstück bewirkt wird, eine empfind- |
| liche Steuerung der Resonanzfrequenz des Hohlraums |
| erreicht ist. Da die Bewegung der Stangen 69 wesent- |
| lich linear ist und daher eine kolbenartige Bewegung |
| des Diaphragmas 28 zur Folge hat, so wird außerdem |
| eine genaue Beziehung zwischen dem Potential des |
| Steuergitters 6o und der Resonanzfrequenz ge- |
| schaffen. |
| Es ist außerdem klar, daß der Abstimmer und der |
| Resonator rasch als selbständige Bauteile gefertigt |
| werden können, die man danach zusammensetzen |
| kann, indem die Anodenverlängerungen 55 an den |
| entsprechenden Stegen 51 und die Stangen 69 an dem |
| Querstück 68 und an den Laschen 3o befestigt werden. |
| Nach der Zusammensetzung und vor der Befestigung |
der Stangen 69 an dem Querstück 68 wird das Diaphragma 28 durchgebogen,
indem man die Lage der Stangen einstellt, was z. B. mittels einer Differentialschraube
in einem geeigneten Halter geschehen kann, um den Hohlraumresonator auf eine vorbestimmte
Frequenz abzustimmen. Die Stangen werden dann an dem Querstück befestigt, wobei
sie in der eingestellten Lage gehalten werden. Auf diese Weise ist das Diaphragma
von Anfang an genau in solcher Lage festgelegt, daß es während des Betriebes der
Vorrichtung durchgebogen werden kann, um die Hauptfrequenz des Hohlraums über einen
gewünschten vorbestimmten Bereich zu verändern. Die fertige Zusammenstellung, die
vom Sockel ii vermittels der Leiter 13 und 24, und zwar vornehmlich des letzteren,
gehalten wird, wird in den Gehäuseteil io eingesetzt, wobei der Flansch 21 in diesen
Teil gleitend hineinpaßt und einen Ring aus Lötmaterial mitführt. Der Flansch des
Teils io wird dann am Sockel ii dicht befestigt, und außerdem wird der Flansch 21
durch entsprechende Wärmezufuhr mit der Gehäusewand fest verbunden. Demgemäß sind
in dem fertigen Gerät der Elektronenerzeuger, der Resonator und der Abstimmer zuverlässig
durch den Flansch 21 gehalten; da dieser Flansch eng an der Gehäusewand anliegt,
so erleichtert er die Wärmeabstrahlung von dem Resonator und verhindert dessen übermäßige
Erwärmung.
-
Bei der Darstellung nach Fig. 5 ist der Hohlraumresonator 301 betont
schematisch als das die Frequenz bestimmende Element eines Reflexionsklystrons gezeigt;
dieser Oszillatortyp, bei welchem die Geschwindigkeitsänderung in einer besonderen
Weise angewandt wird und der prinzipiell gekennzeichnet ist durch die Benutzung
eines einzigen Hohlraumresonators, um die Funktionen auszuüben, die sonst wenigstens
zwei solcher Resonatoren erforderlich machen, ist in der Technik wohlbekannt. Die
späteren Figuren zeigen eine vollständige Ausführungsform eines solchen Oszillators.
Der Oszillator ist gemäß Fig.5 hinsichtlich seiner wichtigsten Elemente vervollständigt
durch einen allgemein mit 302 bezeichneten Elektronenerzeuger und durch die
Reflektorelektrode 303. Von dem Elektronenerzeuger werden die entstehenden
Elektronen durch den von nicht durchbrochenen Wänden begrenzten Resonator gegen
die Reflektorelektrode geschleudert, die sie zurückstößt oder reflektiert, und zwar
vorzugsweise, ohne sie in dem Vorgang wirklich aufzufangen. Die Elektronen beschreiben
dann erneut ihren Weg durch den Re- j sonator und geben dabei Energie an denselben
ab, so daß der Resonator ähnlich arbeiten kann wie der abgestimmte Kreis eines Oszillators
niederer Frequenz. Von dem Resonator kann Energie durch einen koaxialen Leiter 304
od. dgl. abgenommen werden.
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Das Diaphragma 305 wird unmittelbar betätigt durch die Ausdehnung
oder Zusammenziehung eines auf Temperaturänderung ansprechenden Elements3o6, welches
mit dem oberen Ende an einem Träger 307 befestigt ist. Wegen der starren Befestigung
wird die Längenänderung des Elements 3o6 eine entsprechende Bewegung des Diaphragmas
zur Folge haben. Dieses Antriebsmittel zeichnet sich durch seine Einfachheit und
Unmittelbarkeit aus, obwohl, wie in Verbindung mit der mehr praktischen Ausführung
nach den späteren Figuren gezeigt wird, die Gestaltung leicht derart sein kann,
daß der erforderliche Grad von Linearität mit anderen erwünschten Eigenschaften
besteht, ohne daß wegen der Einfachheit und Unmittelbarkeit auf andere erwünschte
Eigenschaften verzichtet werden müßte.
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Das auf Temperaturänderung ansprechende Betätigungselement 3o6 wird
durch die Wärme in Tätigkeit gesetzt, die in ihm durch Bombardierung mittels Elektronen
erzeugt wird, die von der Elektronenquelle 3o8 ausgehen; die Elektronenquelle 3o8
arbeitet demgemäß und kann auch aussehen wie die übliche Kathode von Elektronenentladevorrichtungen.
Die Spannungsquelle 309 wirkt in dieser Richtung, indem sie sicherstellt,
daß die von der Kathode ausgehenden Elektronen zu dem bombardierten Element bzw.
zur Anode hingezogen werden. Obgleich die Heizwirkung, da sie quantitativ durch
das Elektronenbombardement bedingt ist, eine Funktion dieses Kathoden-Anoden-Potentials
ist, wird die hier beabsichtigte Steuerung durch die Anwendung einer dritten Elektrode
31o erreicht, die eine Steuerwirkung auf den Elektronenstrom ausübt, ganz analog
derjenigen einer üblichen Steuerelektrode in einem elektronischen Triodegerät. .
Bei der genauer gezeigten Ausführung gemäß Fig. 6 bis 8, die im folgenden erläutert
wird, bestehen die Kathode und die Anode aus in axialer Richtung getrennten zylindrischen
Teilen, die von der Steuerelektrode 310 umgeben sind; aber diese gegenseitige
Anordnung ist nicht verwirklicht, obwohl sie zweckmäßig benutzt würde, und zwar
aus Gründen der Bequemlichkeit. Eine veränderliche Spannungsquelle 311 ist vorgesehen,
um das negative Potential der Steuerelektrode regeln zu können und damit die Abstimmwirkung,
die gegebenenfalls dem Hohlraumresonator aufgedrückt wird.
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Die Abstimmeinstellung des Resonators mittels der drei Elektrodensteuereinheiten
kann außerhalb des Oszillators bewirkt werden; die Steuerung kann aber auch automatisch
sein, um Frequenzgleichheit mit oder konstante Frequenzdifferenz gegenüber einer
Standardwelle herzustellen. Die Kathode und die Steuerelektrode der Abstimmvorrichtung
könnten mit der Kathode und der Reflektorelektrode des Oszillators verbunden sein.
Wenn das geschieht und der Oszillator schlecht abgestimmt ist, wie es in der Praxis
durch Änderung des Reflektorpotentials vorkommen kann, so würden die mit der Erfindung
empfohlenen Mittel die Abstimmung des Hohlraumresonators der neuen Bedingung anpassen.
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Die in Fig. 6 bis 8 dargestellte Elektronenentladevorrichtung besteht
aus einem evakuierten äußeren Gehäuse mit eingebautem Reflexionsklystron, welches
einen Hohlraumresonator und ein wärmeempfindliches Element enthält, das für die
Abstimmung des Resonators dient und Teil einer elektronischen Abstimmvorrichtung
bildet. Das Gehäuse besteht aus einem zylindrischen Metallkörper 2io mit innerem
Ringflansch 211, einem napfförmigen metallischen Unterteil 212, der durch Schweißung
oder Lötung mit einem Ende des Körpers 2io dicht verbunden ist und eine Mehrzahl
von Stutzen 213 für die luftdichte Durchführung
von Zuführungsleitern
mittels Glasmasse oder Glaskugeln 215 aufweist, und einer becherförmigen Kappe oder
Deckel 216, der mit dem anderen Ende des Körpers 2io mittels Schweißung oder Lötung
dicht verbunden ist.
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Das Reflexionsklystron enthält einen toroidalen Hohlraumresonator
217, der begrenzt ist durch eine Metallscheibe 218 mit biegsamem, ringförmig gewelltem
Diaphragmateil 2i9, eine zweite starre Metallscheibe 220 mit einem zentralen, kegelstumpfförmigenTei1221,
der mit einer zentralen Öffnung im Diaphragmateil 219 in einer Richtung liegt und
einen Metallzwischenring 222.
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Gegenüber dem kegelstumpfförmigen Teil 221 und axial mit demselben
ausgerichtet befindet sich ein Elektronenerzeuger, der eine zylindrische Kathode223,
deren konkave Endfläche 224 mit Elektronen aussendendem Material beschichtet ist,
eine in der Kathode liegende Heizwicklung 225, einen die Kathode umschließenden
Wärmeschirm 226 und eine zylindrische, den Elektronenstrom formende Elektrode 227
enthält. Die den Strom formende Elektrode 227 und der Schirm 226 sind mit einander
zu weisenden Flanschen 228 bzw. 229 versehen, die miteinander verbunden sind und
zwischen Isolierscheiben 230 und 231 gehalten werden, die in einem mit Flansch
versehenen napfförmigen Teil 232 sitzen. Das Kathodenglied 223 ist mit einem Ende
an dem Schirm 226 befestigt, und letzterer ist elektrisch über einen Verbindungsdraht
234 an einen der Zuführungsleiter 233 der Heizwicklung 225 angeschlossen. Die Teile
des Elektronenerzeugers sind zusammen mit den Scheiben 218 und 22o, dem Zwischenring
222 und einem zweiten Abstandring 250 mittels einer C-förmigen Scheibe oder
Klemme 235 und einer Anzahl Schrauben 236, von denen nur eine gezeigt ist und die
in den Flansch 211 eingeschraubt werden, an letzterem befestigt.
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Der kegelstumpfförmige Teil 221, die den Strahl formende Elektrode
227 und die Kathode sind so ausgebildet und angeordnet, und zwar in an sich bekannter
Weise, daß die von der Fläche 224 ausgehenden Elektronen in einen konvergierenden
Strom zusammengedrängt werden, der im wesentlichen auf den Spalt zwischen dem kleineren
Ende des Teils 221 und dem diesem gegenüberliegenden Teil des Diaphragmas 219 eingestellt
ist.
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Dem Schwingungsfeld in dem Resonator 217 kann Energie über eine Wellenführung
entnommen werden, die rechtwinklig zylindrischen Querschnitt haben mag und aus einem
inneren Teil 237, der an einem gegenüber einem Schlitz 286 im Ring 222 liegenden
Stutzen 238 auf der Scheibe 22o befestigt ist und bis nahe an die Öffnung 239 im
Unterteil 212 reicht, und einem äußeren Teil 24o besteht, der unter Ausrichtung
mit dem inneren Teil 237 am Unterteil 212 befestigt und an seinem äußeren Ende mittels
einer glasartigen Masse 241 abgedichtet ist, die an einer in den Teil 240 eingepaßten
keramischen Scheibe 242 anliegt.
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Der innere Teil 237 der Wellenführung trägt einen daran befestigten
trogförmigen Metallring 243, der seinerseits einen Metallzylinder 244 trägt; der
Ring 243 und der Zylinder 244 bilden mit dem gegenüberliegenden Teil des Unterteils
212 eine Drosselverbin-
| dung, die Energieverlust aus der Führung 237, 240 |
| verhütet. |
| Gegenüber dem Diaphragma 2i9 und in Ausrichtung |
| mit dessen zentraler Öffnung befindet sich eine rohr- |
| förmige Reflektorelektrode 245, die in einem zylindri- |
| schen Keramikkörper 246 sitzt, der seinerseits in einer |
| zylindrischen Metallhülse 247 eingepaßt und in der- |
| selben mittels eines Kragens oder Bandes 285 fest- |
| gelegt ist. Die Hülse 247 ist in einem metallischen |
| Kuppelelement 248 befestigt, dessen konisch zu- |
| laufender Endteil 249 mit dem Diaphragma 2i9 ver- |
| bunden ist. Das andere Ende des Kupplungsstücks |
| 248 trägt eine daran befestigte starre Metallscheibe |
| 251, an deren Mitte eine starre, metallische Schub- |
| stange 252 angreift. Aus leicht erkennbaren Gründen |
| besteht die Stange 252 aus einem :Material, z. B. rost- |
| freiem Stahl, mit hohem Temperaturkoeffizienten für |
| Dehnung und Zusammenziehung. Durch ein an der |
| Scheibe 251 befestigtes Isolierrohr 253 ist ein zur Re- |
| flektorelektrode 245 führender Verbindungsleiter 254 |
| hindurchgeführt. |
| Die aus dem Kupplungsstück 248, 249 und der |
| Reflektorelektrode 245 bestehende Zusammenstellung |
| wird als axial bewegliche Einheit von einem Paar |
| federnder, dreiarmiger Teile gehalten, deren Arme 255, |
| wie Fig. 8 zeigt, von an dem Kupplungsstück 248 be- |
| festigten Kragen 256 bis zu durchgehenden Ringen 257 |
| reichen, die an den entgegengesetzten Enden eines |
| zylindrischen Abstandhalters 258 anliegen, der in dem |
| Körper 2io eingepaßt ist. |
| Die beim Betrieb der Vorrichtung von der Kathoden- |
| fläche 224 ausgehenden Elektronen werden durch den |
| Spalt in dem Hohlraumresonator 217 hindurchge- |
| schleudert und erfahren dabei unter dem Einfluß des |
| Schwingungsfeldes im Resonator eine Geschwindig- |
| keitsmodulation. Wenn der in dieser Weise modu- |
| lierte Strom durch die Öffnung im Diaphragma 2i9 |
| hindurchtritt, kommt er unter den Einfluß des von |
| der Reflektorelektrode 245 erzeugten Verzögerungs- |
| feldes, wodurch die Bewegungsrichtung der Elektronen |
| umgekehrt wird und die Elektronen erneut, und |
| zwar in Form eines hinsichtlich seiner Dichte modu- |
| lierten Stromes, in den Resonator geschleudert werden, |
| um Energie an das Feld im Resonator abzugeben und |
| so die Schwingung aufrechtzuerhalten. Die Schwin- |
| gungsfrequenz ist natürlich von der Resonanzfrequenz |
| des Resonators abhängig, und letztere hängt ab von der |
| Gestaltung des Hohlraumes. Diese Gestaltung und |
| damit die Resonanzfrequenz sind einstellbar durch |
| Verschiebung des Diaphragmas 2i9. Es ist einleuch- |
| tend, daß eine Verschiebung oder Durchbiegung des |
| Diaphragmas durch eine Längsbewegung der Schub- |
| stange 252 zu bewerkstelligen ist. Eine solche Bewe- |
| gung der Stange 252 wird dadurch vorgenommen und |
| genau gesteuert, daß die Temperatur der Stange ver- |
| ändert wird; dadurch wird die Stange veranlaßt, sich |
| auszudehnen oder zusammenzuziehen und dabei den |
| Hohlraümresonator auf die gewünschte Frequenz ab- |
| zustimmen. Die Beeinflussung der Stange wird durch |
| eine elektronische Einheit bewirkt, deren Anode aus |
| einem Teil der Stange besteht. |
| Die elektronische Abstimmvorrichtung wird als ein- |
| heitlicher Aufbau hergestellt, der, wie Fig. 6 und 7 |
klar erkennen lassen, aus einem ringförmigen Sockel 259 mit einwärts
vorspringenden Ohrstücken 26o und einer tellerförmigen Platte 261 besteht, die mittels
starrer Säulen 262 miteinander gekuppelt und in Abstand voneinander gehalten sind.
Die Säulen 262 .tragen in paralleler Anordnung ein Paar Isolierscheiben 263 und
264, welche ihrerseits zur Befestigung einer Kathode und einer mit der Schubstange
252 zusammenwirkenden und verbundenen Steuerelektrode dienen. Die Stange 252 ist
durch übergroße Öffnungen in den Scheiben 261, 263 und 264 hindurchgeführt und mit
dem oberen Ende an einer starren Brücke befestigt, die aus einer Winkelstütze
270 und einem gebogenen Streifen oder Hebel besteht, die beide mit der Scheibe
261 verbunden sind.
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Die Kathode der Abstimmvorrichtung besteht aus einem zylindrischen,
metallischen Rohr 267, welches parallel zur Stange 252 liegt und auf der Außenseite
eine Schicht von Elektronen aussendendem Material trägt, und einem gefalteten Heizdraht
268, der in dem Kathodenrohr 267 liegt. Die Steuerelektrode 269 hat rechtwinklige
Form; sie umschließt die Kathode 267 und die Stange 252 und ist mittels vorspringender
Laschen 271 mit den Isolierscheiben 263 und 264 fest verbunden.
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Nachdem bei der Herstellung der Vorrichtung die Abstimmanordnung im
Sinne der folgenden Beschreibung aufgebaut ist, wird der Streifen oder Hebel 265
gebogen, um die Schubstange in der Längsrichtung zu bewegen und mit ihr zusammen
die aus Kuppelstück und Reflektorelektrode bestehende Einheit sowie das Diaphragma
219 zu verschieben zwecks Abstimmung des Hohlraumresonators auf eine vorgeschriebene
Frequenz. Das Ende des Streifens 265 wird danach, z. B. durch Schweißung, mit der
Stütze 270 verbunden. Es ist verständlich, daß nunmehr die Eigenfrequenz
des Resonators sich entsprechend der in der Längsrichtung erfolgenden Expansion
und Zusammenziehung der Schubstange 252 ändern wird; da ein Ende der Stange durch
die Brücke 265, 270
gegen Verschiebung blockiert ist. Die Länge der Stange
ist zu jeder Zeit abhängig von ihrer Temperatur, und die Temperatur wird ihrerseits
bestimmt durch das Bombardement der Stange mittels Elektronen, die von der Kathode
267 ausgehen, wobei die Stange, wie schon gesagt, als Anode dient. Der zur Stange
fließende Elektronenstrom läßt sich mit Hilfe der Steuerelektrode 269 beeinflussen.
Auf diese Weise kann man durch Einstellung des Potentials der Elektrode 269 die
Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators ändern bzw. trotz Änderung der Gestaltung
des Hohlraumresonators, die während des Betriebes durch Temperatureinflüsse auftreten
mögen, konstant halten.
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Es ist offensichtlich, daß eine außerordentlich feine Abstimmung des
Hohlraumresonators erzielbar ist. Da außerdem die Reflektorelektrode 245 mechanisch
mit dem Diaphragma 219 gekuppelt ist und sich mit demselben bewegt, so ist der Abstand
zwischen Reflektorelektrode und Diaphragma konstant; damit sind auch für irgendwelche
gegebenen Potentiale an den Elementen des Oszillators die Durchgangszeiten der Elektronen
vom Verlassen des Hohlraumresonators bis zum Wiedereintritt feststehend. Wegen der
Ab-Stützung des Kupplungsstücks 248 durch die dreiarmigen Träger erfolgt die Verschiebung
des Kupplungsstücks linear, womit eine vorausbestimmbare Beziehung zwischen Resonatorfrequenz
und Steuerelektrodenpotential erzielt ist.
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Von den Scheiben 263 und 264 werden vermittels daran befestigter gebogener
Drähte 272 ein Paar Fäden 273 gehalten, die mit einem Gettermaterial beschichtet
und an einem Ende mittels eines Schmelzdrahtes 274 verbunden sind. Ein an zwei der
Säulen 262 befestigter Schutzschirm ist zwischen der Steuerelektrode und den mit
Gettermaterial beschichteten Streifen angeordnet. Während der Evakuierung der Vorrichtung
wird ein geeigneter Strom durch die Streifen 273 geleitet, und zwar vermittels der
Zuführungsleiter von zwei der Elektroden der Vorrichtung, um das Gettermaterial
zu entflammen. Danach wird ein verstärkter Stromstoß gegeben, damit der Draht 274
schmilzt und die elektrische Verbindung zwischen den beiden Leitern unterbrochen
wird.
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Die elektrische Verbindung zwischen den Zuführungsleitern 214 und
den Elektroden des Oszillators und der elektronischen Abstimmvorrichtung läßt sich
mit Hilfe von Leitern, z. B, Drähten 276, durchführen, die in Isolierhülsen 277
liegen und an welche die Leiter 214 und die Elektroden über Verbindungsdrähte oder
-streifen 278 angeschlossen sind. Die einzelnen Verbindungen können geändert werden
und sind wohl ohne weitere Beschreibung erkennbar.
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Die beschriebene Vorrichtung ist besonders so ausgeführt, daß einzelne
Teilkonstruktionen selbständig hergestellt werden können, die man leicht zu dem
fertigen Gerät zusammenbauen kann, in welchem alle Teile zuverlässig in ihrer Lage
gehalten werden und die Teile des Oszillators sehr genau koaxial ausgerichtet sind
unter Einhaltung einer Toleranz von weniger als 0,025 mm. Die allgemeine
Art des Zusammenbaus und der Herstellung ist kurz wie folgt Die Scheibe 218, 2Z9
wird an dem Flansch 211 des Körpers 21o festgelötet. Die dreiarmigen Halter werden
an das Kupplungsstück 248 angeschlossen, in dem die Kragen 256 angeschweißt werden;
das Ganze wird dann zusammen mit dem Abstandhalter 258 in den Körper 2Zo eingesetzt,
worauf man die Halter an das Abstandstück 258 anlötet, letzteres mit dem Körper
21o durch Lötung verbindet und den kegelstumpfförmigen Teil 249 an das Diaphragma
219 anlötet. Während dieser Arbeit wird das Kupplungsstück 248 genau, z. B. mittels
geeigneter Stöße, gegenüber dem Körper 210 zentriert und damit mit dem Diaphragma
ausgerichtet. Um während der folgenden Arbeiten eine Beschädigung des Diaphragmas
zu verhindern, wird an dem Abstandhalter 258 ein Sperrglied 28o befestigt, dessen
geschlitztes Ende 281 den Flansch des Kupplungsstücks 248 aufnehmen kann, wobei
die Weite des Schlitzes so bemessen ist, daß er die axiale Bewegung des Kupplungsstücks
und damit auch die Verschiebung des Diaphragmas auf z. B. wenige Hundertstel eines
Millimeters begrenzt.
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Eine aus der Reflektorelektrode 245, dem Isolator
246
und der Hülse 247 bestehende Einheit, die so ausgeführt ist, daß die Reflektorelektrode
genau koaxial mit der Außenfläche der Hülse 247 ist, wird in das Kupplungsstück
248 eingeführt, bis die Elektrode 245 auf dem kegelstumpfartigen Teil 249 aufliegt,
und danach um das Maß zurückgezogen, das erforderlich ist, um den vorgeschriebenen
Abstand zwischen der Reflektorelektrode und dem Diaphragma 2i9 einzuhalten, worauf
die Hülse 247 an das Kupplungsstück 248 angelötet wird. Auf diese Weise ist die
Reflektorelektrode 245 mit dem Diaphragma 219 koaxial ausgerichtet. Unter Benutzung
der Reflektorelektrode als Führung wird ein genau hineinpassendes Werkzeug durch
die Reflektorelektrode eingeführt, um aus dem Diaphragma eine Öffnung 219 auszustanzen.
Es ist klar, daß die so hergestellte Öffnung mit der Reflektorelektrode genau ausgerichtet
ist.
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Die Scheibe 220, der Ring 222 und der innere Teil 237 der Wellenführung
werden als einheitlicher Bauteil gefertigt, wobei der Ring 222 genau koaxial mit
dem kegelstumpfartigen Teil 221 liegt. Der Ring 222 wird dann z. B. durch Lötung
an der Scheibe 218 befestigt. Während dieses Vorgangs werden die Öffnungen im Diaphragma
219 und im kegelstumpfartigen Teil genau ausgerichtet, und zwar unter Beobachtung
mit einem Mikroskop.
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Eine weitere Konstruktionseinheit, bestehend aus der Kathode 223,
224, Schirm 226, Isolatoren 230
und 231 und napfförmigem Teil 232, aber ohne
Heizvorrichtung 225, wird dann gefertigt, mit den Öffnungen in dem Teil 221 und
im Diaphragma 2i9 ausgerichtet, wobei man mit dem Mikroskop durch die zentrale Öffnung
in dem tellerförmigen Teil 224 der Kathode beobachten kann, und dann mittels Schrauben
236 an dem Flansch 211 befestigt.
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Die Kappe oder der Deckel 251 mit der daran befestigten, z. B. festgeschweißten
Stange 252 wird an dem Kupplungsstück 248 angebracht; ein Teil des Deckelflansches
ist, wie Fig. 8 zeigt, weggeschnitten, um den geschlitzten Endteil 281 des Haltegliedes
280
freizulegen. Der Endteil wird dann vom Kupplungsteil 248 weggebogen und
abgeschnitten.
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Anschließend wird die elektronische Abstimmvorrichtung auf die Stange
252 aufgeschraubt und der Teil 259 auf den oberen Halter 257 (Fig. 6) aufgesetzt
und durch Umnieten eines vorbereiteten Teils, wie bei 282 in Fig. 6 gezeigt, im
Körper 210 festgelegt. Die Schubstange 252 wird dann an der Brücke 265 angeschweißt;
letztere wird zwecks Abstimmung des Hohlraumresonators gebogen und, wie bereits
angegeben, mit der Stütze 27o durch Schweißung verbunden.
-
Es sei besonders hervorgehoben, daß die Ausführung nach Fig. 6 bis
8 sehr genaue koaxiale Ausrichtung der Elemente des Oszillators erlaubt, wodurch
vorbestimmbare und bleibende Betriebscharakteristiken erhalten werden. Es ist außerdem
festzustellen, daß bei dem fertigen Gerät die inneren Elemente zuverlässig in fester
gegenseitiger Lage gehalten werden, so daß das Gerät verhältnismäßig starken Stößen
ausgesetzt werden kann, ohne daß das gewünschte Abstandsverhältnis zwischen den
Teilen gestört wird.
| Obwohl eine besondere Ausführungsform der Er- |
| findung gezeigt und beschrieben worden ist, wird es |
| verständlich sein, daß dies mir zur Erläuterung |
| geschah und daß verschiedene Abänderungen vor- |
| genommen werden können, ohne vom Wesen und |
| Geist der Erfindung abzuweichen. |