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Elektronenentladungsvorrichtung und zugehörige Resonanzstromkreise
für die Benutzung bei hohen Frequenzen 1)ic l:rtinclting bezieht sich auf Elektronenentladtingsvorrichtungen
mit den angeschlossenen Stromkreisen und insbesondere auf solche Vorrichtungen,
die für die Benutzung bei sehr hohen Frequenzen bestimmt sind.
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(@em@iß der l?rtindung soll in einer Elektronenentladuiir,s@-orriclitung
und den zugehörigen Gibter-\tioden- mid Gitter-Kathoden-Resonatoren, worin die l?lektronenentladungsvorrichtung
eine Kathode, einGitter und eineAnode inFormeinesumgekehrten zylindrischen Bechers
enthält und worin die Kathode innerhalb des Gitters und die @"\node außerhalb des
Gitters liegt, die Anode einen Teil des äußeren Röhrengefäßes bilden und die Zuleitungen
zum Gitter sollen durch einen ringförmigen Flansch gebildet werden, der einen Teil
des äußeren Röhrengefäßes durchsetzt, das aus Isoliermaterial besteht. Dabei soll
wenigstens der Gitter-Kathoden-Resanator die Form einer Konaxialleitung haben und
jeder Resonator an seinem einen Ende mittels einer mit einer Öffnung versehenen
Scheibe an das Gitter angekoppelt sein, und zwar unter Zwischenfügung des ringförmigen
Flansches, wobei die beiden Resonatoren auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe
1 iegen.
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Die Elektroden der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden, obwohl sie
nur einen geringen Abstand voneinander besitzen, haltbar und starr zueinander befestigt.
Die Anode bildet einen Teil des äußeren Röhrengefäßes und die- Anodeneinschmelzung
ist
gegen Elektronenbombardement geschützt. Die Zuleitungen zu den
Elektroden und die Träger der Elektroden sind so angeordnet, daß sie in Hoc'hfrequenzkreist
vom Hohlr-aumresonanztyp einmünden, so daß die inneren Widerstände reflexionsfrei
an die äußeren Widierstände angekoppelt werden können, so daß die geringe Hoch.frequenzverluste
besitzt und die störenden Eigenschwingungen auf ein Minimum reduziert werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher Fig.
i einen Längsschnitt durch die Röhre, I# ig. 2 einen Längsschnitt nach der Schnittebene
II-II eines verstellbaren Abstirnmkondensators, Fig. 3 eine Darstellung des Ersatzschaltbildes,
Fig.4 einen Längsschnitt einer Gl'ühkathodenröhrenanordnung, die einen Teil der
Ei'nric'htung nach Fig. i bildet, Fig. 5 eine schematische Darstellung der Röhre
nach Fig. i mit den elektrischen Anschlüssen, Fig.6 einen Längsschnitt einer anderen
Ausfülirungsform der Erfindung, F ig. 7 eine Teilansicht aus der Einrichtung nasch
Fig.6 und Fig. 8 einen Querschnitt der Röhre nach Fig. i zeigt, wobei in Fig.8 ein
Querschnitt längs der Schnittebene VIII-VIII in Fig. i dargestellt ist.
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Die Ulträhochfrequenzeinriehtung nach Fig. i beatelit aus einer Elektronenent@ladungsvornichtvmg
nach Art einer Dreipolröhre, die so entworfen ist, daß sie mit Hohlraumresonanzkresen
zusammenarbeiten kann. Kurz gesagt, enthält die Elektronenentladungsvorrichtung,als
wesentliche Bestandteile eine Kathode, ein Gitter und eine Anode, die konaxial zueinander
in dem Gefäß angeordnet sind. Das Gitter und die Kathode sind mit Anschlußklemmen
solcher Form versehen, daß sie in diese Resonanzkreise einmünden und mit ihnen zusammenarbeiten.
Zwischen das Gitter und die Kathode ist eise Resonator in Form einer Konaxialleitung
eingeschaltet, der den Eiligangskreis bildet, und zwischen der Anode und dem Gitter
befindet sich eine offene konaxiale Leitung von Halbwellenlänge, die dien Ausgangskreis
darstellt. Der Eingangsresonator wird finit Hilfe eines Abstimmkondensators, der
für diesen Zweck geeignet konstruiert ist, abgestimmt, und dem Eingangskreis wird
Energie entnommen. Eine Kopplungsschleife von einer für den vorliegenden Zweck geeigneten
Konstruktion dient zur Kopplung des Eingangs- und des Ausgangsresonators und ist
mit einer Abstimmei'nric'htun@g versehen, um den Wirkungsgrad erhöhen zu können.
Der Anode wird eine Hochspannung mittels einer neuartigen Sonde zugeführt.
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Die Triode oder Glühkathodenröhre nach Fig. i und in vergrößertem
Maßstab nach Fig. 4 enthält eine Kathode io, eine Hei-zwicklung i i für die Kathode,
ein Gitter, bestehend aus den Gitterdrähten 12, die auf dem Rand einer Kappe 12'
befestigt sind oder von ihm getragen werden, und eine Anode 13, wobei die Kathode,
das Gitter und .die Anode die Form von umgedrehten Bechern haben und die Kathode
sich innerhalb, die Anode dagegen sich außerhalb des Gitters befindet. Die Anode
ist mit Kühlrippen 14 versehen.
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Die Kathode ist auf einer Röhre i9 befestilgt, an deren Fade mehrere
Finger 2o angebracht sind. Die freien Enden der Finger 20 sind zwischen dem unteren
Ende der Kathode i o und einer unteren Absc lußscheibe 21 e'ingeschmol'zen. Sie
dienen gleichzeitig zur Verminderung der Wärmeabführung von der Kathode und zur
Herstellung einer guten Kathodenbefestigung. Das Gitter wird von, einem hohlen Kegelstumpf
15 getragen, der selbst wieder auf einem Ring 16 mit einem inneren und einem äußeren
Flansch 16' und 16" aufsitzt, die in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Der
Ring 16 ist auf einem ringförmigen Flansch 25 befestigt. Die Anode ist an der Innenwand
eines Kragens 17 von U-förmigem Querschnitt befestigt, der vors einem vorzugsweilse
aus Glas beste'hend'en isolierenden Zylinder 18 ,getragen wird, welcher seinerseits
mit dem Kragen 17 und dem Flansch 16' verschmolzen ist. Der andere Flansch 16" wird
vorzugsweise in Glas an der Stelle 24 eingeschmolzen, wobei das untere Ende des
Rohres i9 geschlossen ist. Die Heizwicklung i i wird elektrisch am einen Ende mit
der Kathode und am anderen Ende mit einer Leitung 22
verbunden, welche an
der Einschmelzstelle 23 durch das untere Ende des Rohres i9 liitidurchläuft. Ein
Getter 26 wird mit seinem einen Ende mit der Innenwand des Rohres i9 und mit seinem
anderen mit einer Zuleitung 26' verbunden, die an der Einschmelzstelle 27 durch
das Rohr i9 'hindurchläuft. Am oberen Ende der Kathode läuft ein Draht i i' durch
eine Öffnung= in der Gitterabschirmung 12' hindurch und ist mittels eines Kragens
30 vom Gitter isoliert, der der Gitterkathodenkonstruktion Festigkeit verleiht
und gewünschten Falles mit einer Kappe 29 versehen sein kann. Die Röhre wird über
den Pumpstutzen 28 evakuiert.
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Die Hochfrequenzverluste in einer so aufgebauten Röhre sind gering
und der gesamte Aufbau ist steif und mechanisch stabil. Das Rohr i9 bildet die Zuleitung
zur Kathode, der Flansch 25 eine Zuleitung zum Gitter, während die Anode unmittelbar
angeschlossen werden kann. Es brauchen also nur zwei Leitungen in das Röhrengefäß
eingeführt zu werden.
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Die Röhre ist in einem Kupferrohr 31 angebracht und an ihm befestigt,
in welche das Rohr i9 hineinragt und in welchem Schlitze 32 und 33 angebracht sind,
in die die Einschmelzstellen 23 und 27 eingreifen. Das Rohr 31 ist an seinem geschlossenen
unteren Ende mit einer zentral gelegenen Anschlußklemme 34 versehen, die von ihm
durch eine Hülse 35 isoliert ist. Die Heizwicklungszuleitung 22 ist über einen Draht
36 an diese Klemmen 34 angeschlossen. Das Rohr 31 dient zum Schutz der Einschmelzstellen
und gleichzeitig über das Rohr 19 zum Anschluß der Kathode. Der Kontaktstecker 34
am unteren Ende von 31 macht den Anschluß der Röhre von einer besonderen Orientierung
unabhängig.
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Fig. i zeigt die Röhre.nach Fig. 4 mit den, zugehörigen
1Zesonatoren,
die zum Betrieb als Hochfrequenzschwingungserzeuger dienen. Die Kopplung des Eingangs-
und Ausgangskreises wird durch einen Konaxialleitungsresonator bewerkstelligt.
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Der Eingangshohlraumresonator besteht aus einem inneren rohrförmigen
Leiter 41 und einem äußeren, ebenfalls rohrförmigen Leiter 40 und wird am unteren
Ende durch eine leitfähige Scheibe 42 abgeschlossen. Der innere Leiter 41 ist kapazitiv
über ein Glimmerrohr 5o an ein weiteres leitendes Rohr s t angekoppelt, welches
in einem Becher 54 ausläuft. Dieser trägt einen Sockel 53, der von der Röhre durch
eine Hülse 54 isoliert ist; an seinem offenen Ende ist er mit Federfingern 52 versehen.
Der Sockel 53 nimmt den Steckerstift34 der Röhre auf und die Federfinger
52 umschließen das Rohr 31, so daß die Kathode und die Heizwicklungszuführungen
der Röhre angeschlossen werden. Diese Verbindungen werden durch die Leitungen 55
und 56 verlängert und an den Sockel 53 und das 1Zohr 5 t angeschlossen, innerhalb
dessen der Leiter 55 verläuft.
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An das obere Ende der Röhre 40 ist eine Scheibe 43 elektrisch und
mechanisch angeschlossen, die tnit einer Aussparung 44 (vgl. auch Fig. 8) versehen
ist, welche den Flansch 25 aufnimmt. Mit der Scheibe 43 sind über Schrauben 49 Metallstucke
45 verbunden, die mit Schlitzen 46 versehen sind (vgl. Fig. 8). Diese haben die
Aufgabe, die Einführung des Flansches 25 in die Aussparung 44 zu ermöglichen und
den eingeführten Flansch in dieser =\ussparung festzuhalten. Das Gitter, welches
über den Konus 15 mit dem Flansch 25 verbunden ist, ist somit über die Scheibe 43
an den äußeren Leiter 4o des Konaxialleitungseingangskreises angeschlossen, dessen
innerer Leiter ja kapazitiv alt die Kathode angekoppelt ist.
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Die konaxiale Ausgangsleitung ist eine Halbwellenleitung mit offenem
Ende und besteht aus (-lern inneren Leiter 6o und dem äußeren Leiter 59. Der innere
Leiter besteht aus einem Becher oder Zylinder, der an seinem unteren Ende geschlossen
ist und mittels einer Schraube all der Oberseite der Anode 13 befestigt ist.
Der Rand dieses Bechers ist eingerollt, wie bei 6o'gezeigt, um Koronaeffekte zu
vermindern. Der äußere Leiter 59 hat die Form eines Zylinders und ist an seinem
unteren Ende an der Scheibe 43 befestigt. Er ragt über den oberen Rand des Innenleiters
6o hinaus, um eine Abstrahlung am oberen Leitungsende zu verhindern. (kwünschtenfalls
kann das sog. offene Ende der Leitung ohne einen Einfluß auf die Wirkungsweise abgeschlossen
Nverden, solange der äußere Leiter über den inneren um ein Stück, ungefähr gleich
dem Durchmesser der inneren Leitung, hinausragt. Der Vorteil einer offenen Halbwellenlängenkonaxialleitung
besteht darin, daß sie größer als eine geschlossene Leitung ausgeführt werden kann
und daß daher eine geringere Gefahr eines Spannungszusammenbruchs besteht. Die konaxiale
Ausgangsleitung ist also an dem Gitteranodenwiderstand der Röhre angekoppelt. In
den äußeren Leiter 59 ist ein Schlitz 59' eingearbeitet, durch den hindurch eine
Kühlflüssigkeit zugeführt werden kann.
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Durch Schleifen 72 und 73 wird eine Kopplung zwischen den konaxialen
Ausgangs- und Eingangsleitungen hergestellt. Diese Schleifen bestehen aus zwei Rohren,
70 und 71, durch deren offene Enden die Schleife 72 verläuft. Das eine Ende des
Rohres 70 ist mit der unteren Fläche der Scheibe 43 und das eine Ende des
Rohres 71 mit der Innenwand des Leiters 59 verbunden, wobei in der Scheibe 43 eine
öffnung 43' angebracht ist, durch welche das andere Ende hindurchragt. Eine Teleskopverstellung
der Schleife 72 dient zur Einstellung des Kopplungsgrades. Die Form der Schleife
73 dient dazu, die Gefahr von Koronaen.tladungen zu vermindern. Die Kappe 29 innerhalb
des Anodenraumes der Röhre dient, sofern eine solche Kappe eingebaut ist, dazu,
die Anoden-Kathoden-Kapazität zu vergrößern und somit die Rückkopplung zu unterstützen.
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Der Widerstand der Kopplungsschleifen wird mit Hilfe eines konaxialen
Ansatzrohres eingestellt, das aus dem Innenleiter 74 und dem Außenleiter 75 besteht,
wobei der Innenleiter an die Schleifen und der Außenleiter 75 an den Außenleiter
4o angeschlossen ist. Ein Abstimmring 76, dessen Stellung mittels der Stange 77
verschoben ,werden kann, dient zur Änderung derAbstimmung. Das Ersatzschaltbild
des Eingangs- und Ausgangskreises sowie des Ansatzrohres ist in Fig. 3 darge-, stellt,
in welcher dieselben Bezugszeichen werwendet sind wie in Fig. i.
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Die Abstimmung des Eingangskreises wird mit Hilfe eines verstellbaren
Kondensators bewerkstelligt, dessen bewegliche Platte aus einer Scheibe 62 besteht,
die auf dem Innenleiter 41 gleiten kann. Die Scheibe hat eine abgerundete Kante
zur Verminderung von Koronaeffekten. Die Lage der Scheibe 62 wird mit Hilfe eines
Getriebes eingestellt, das aus einer Welle 64, die in Lagern 65 und 65' läuft und
einer Schnecke 64 auf dieser Welle besteht. Die Schnecke ist schematisch dargestellt;
ihreZähne können natürlich auch schräger verlaufen. Zwei Stangen 68 und 69 (vgl.
Fig. 2) arbeiten mit zwei Schneckenrädern 66 und 67 zusammen und tragen ferner an
ihren oberen Enden je ein Gewinde. Diese Gewinde greifen in zwei in die Scheibe
62 eingeschnittene Gewinde ein. Abgesehen von der Abstimmwirkung bewirkt die Scheibe
62 auch eine Verkürzung der konaxialen Eingangsleitung.
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Der Anode 13 wird ihre Anodenspannung mittels einer Sonde zugeführt,
die aus einem Leiter 82 besteht, der durch eine Hülse 81 isoliert im Innern einer
ebenfalls leitfähigen Röhre 8o verläuft. Die Spitze 48 der Sonde wird durch eine
Feder 38 an die Anode angedrückt. Die Sonde ist so angeordnet, daß sie längs der
Gleichstromkraftlinien verläuft und längs einer Knotenlinie der Hochfrequenz, so
daß die Gefahr eines Spannungszusammenbruches sehr klein ist und die Gefahr eines
Eindringens der Hochfrequenz in die Gleichspannungszuführungsleitung ebenfalls.
Von
dem Konaxialleitungsresonator zwischen Gitter und Kathode wird durch eine Konaxialleitung,
die aus dem inneren und dem äußeren Leiter 57 und 58 besteht und die am Innen- und
Außenleiter 41 und 40 liegen, die Ausgangsenergie abgenommen.
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Die Fig. 5 zeigt, wie die Spannungen zugeführt werden müssen und außerdem,
wie der Anode eine impulsförmige Spannung zugeführt werden kann, um die Erzeugung
von Schwingungen zu steuern. Der Heizstrom wird über einen Transformator 8o geliefert.
Die Außenleiter 40 und 59 und mit ihnen (las Gitter 12 sind über eine Leitung 81
geerdet. I)ic Gittervorspannung kann mittels der Widers t, 'iiide 82 eingestellt
werden. Die Anodenspannung kann entweder eine Gleichspannung sein oder eine impulsförmige
Spannung; im letzteren Fall wird sie über einen Transformator 83 geliefert.
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Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform enthält eine ähnliche Röhre
wie die Fig. 4.
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Die konaxiale Eingangsleitung besteht aus den inneren und äußeren
Leitern 41' und 4o', wobei der innere kapazitiv über die dielektrisclie Hülse 5o
an ein Rohr 51 angekoppelt ist, welches in den Becher hineinragt. Der Anschluß der
KathodenlieizwickIung über einen Steckerstift und eine Hülse besteht, wie in Fig.
1, aus den Leitungen 55 und 56. her ringförmige Flansch 25 wird durch die Metallstücke
45 an der Scheibe 9o festgeklemmt, welche das obere Ende der Eingangsleitung abschließt.
Zwischen den Leitungen 4ö und 41' liegt ein Verkürzungsring 62', der zur Abstimmung
des 1?ingangskreIses dient und durch die Handgriffe 68' und 69' verstellt werden
kann.
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Der Ausgangskreis hat die Form eines troinmelf("rmigeil 1-lohlrauinresonatizkreises
und besteht aus einer Sdlieibe 9o, einem Kragen 92, der auf ihr befestigt ist, sowie
aus einem Kondensator. Der K#)n(lensatoi- besteht aus den Ringelektroden 93 und
94 und einem Dielektrikuni 9i, beispielsweise aus Glimmer, wobei die Elektrode 93
mit dem Ring 92 verbunden ist. Die Anode der Röhre ist mit einem Flansch 13' ausgerüstet,
welcher an die Elektrode 94 angeklemmt ist. Die Scheibe 91 kann aus Glinimerscheiben
bestehen, auf denen abgestufte kreisförmige Ringe aus Silber angebracht sind, um
das elektrische Feld gleichmäßig abzustufen, und sie können außerdem einen dünnen
Anstrich von Titanoxvd besitzen, uni einen Funkenübergang und einen Lichtbogen zwischen
den Blättern zu vermeiden. Ein Überzug von Titanoxyd an den Kanten der Elektroden
dient zur Beseitigung von Koronaerscheinungen im Kondensator.
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Dem Gitter-Kathoden-Hohlraumresonator wird mittels der Kopplungsschleife
95 Ausgangsenergie entnommen, wobei die Kopplungsschleife 95 aus dem Innenleiter
der konaxialen Ausgangsleitung besteht, deren Außenleiter das Rohr 96 ist. , Die
Rückkopplung wird durch einen Leiter 97, der am einen Ende an den Leiter 95 und
am anderen an den Leiter 41' angeschlossen ist, hewerkstelligt, wobei die Leitung
97 zur Verhinderung von Abstrahlung durch den Kanal 99 abgeschirmt ist. Der
Verbindungspunkt mit dem Leiter 41' kann mit Hilfe des Schleifkontaktes 98 eingestellt
werden, wobei in dem Leiter 40' ein Schlitz 40" angebracht ist, um dies zu ermöglichen.
Da die Rückkopplung von dem ausgangsseitigen Ende der Kopplungsschleife abgenommen
wird, werden Schwierigkeiten, wie eine erhöhte Gitterspannung, die bei Wegfall oder
Änderung der Belastung auftreten, vollständig beseitigt, da bei einer Verkleinerung
der Belastung die Rückkopplung ebenfalls verkleinert wird.
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Die Anode wird mittels eines Luftstromes, der ,in den Kühlrippen 14
vorbeistreicht, gekühlt. Der Glasring 18 und die Glasmetallverschmelzung innerhalb
des Ausgangshohlraumresonators werden durch einen Luftstrom gekühlt, der über die
Röhre Zoo (Fig. 7) eingeführt wird, die im Ring 92 gegenüber der Ausgangskopplungsleitung
angebracht ist. Die Röhre Zoo ist mit Öffnungen 1o1 und 1o2 versehen. Man kann auf
diese Weise vier Kühlstrahlen herstellen, von denen zwei den Glasinetallverschmelzungen
Kühlluft -zuführen und die beiden anderen eine Luftzirkulation um den Glaskörper
herum herbeiführen, ohne (laß die Strahlen das Glas unmittelbar treffen. Der Glaskörper
zwischen Kathode und Gitter wird durch einen Luftstrom gekühlt, der im Kanal, in
dem die Rückkopplungsleitung liegt, verläuft.
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Röhren der beschriebenen Art haben bei 6oo MHz im Impulsbetrieb mit
über Zoo kW Ausgangsleistung gearbeitet. Bei Betrieb mit Anodengleichspannung werden
300 Watt dauernde Ausgangsleistung erzielt.