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Vorrichtung mit einer elektrischen Entladungsröhre für ultrahohe Frequenzen
| I)ie vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine |
| mit einer elektrischen Entladungsröhre für ultra- |
| hohe h're<luenzen versehene Vorrichtung und be- |
| zwerla insbe.ondere eine Verringerung der Ein- |
| gaiIgsil;iml>fung einer solchen Röhre. |
| Beim Arbeiten mit ultrahohen Frequenzen, wie |
| <fiese bei l>ezimcter- und lentimeterwelleiilängen |
| vorkoinnieti, ergibt sich der Nachteil, (laß die |
| I)iimpfung <Ies Eingangskreises mit zunehmender |
| Ureiluenz immer stiirker wird. Dies ist im wesent- |
| lichen der Tatsache zuzuschreiben, daß die Elek- |
| tronenlatifzeit in b(-zug auf clie l#re(luenz (lerStetier- |
| spannting an der Steuerelektrode nicht mehr gering |
| ist. Infolgedessen eiastelieii 1'liasenverscliiel)tttigeti, |
| so dal3 die Stetieruttg nicht \\eiter energielos 1.t. |
Diese Stetierutigsenergie verursacht eine I)iinilifting des Eingangskreises: \lan
hat versucht, diesen Nachteil durch Verkleinerung des Abstands zwischen Kathode
und Steuerelektrode möglichst zu verringern, um die Laufzeit gering zu halten. Diesem
Mittel haftet jedoch der Nachteil an, daß mit ihm eine Vergrößerung der Kathodensteuerelektrodenkapazität
Hand in Hand geht, so daß der Eingangskreis hierdurch kapazitiv kurzgeschlossen
wird.
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Weiter hat man versucht, durch Bündelung des Elektronenstroms und
Anwendung hoher Spannungen die Elektronengeschwindigkeit stark zu steigerst sind
dadurch die Laufzeit hinreichend zu verringern tim verli:iltnisniäßig große Kathodensteuergitterabstände
anwenden
zu können, wobei die Kathodensteuergitterkapazität gering bleibt. Obgleich man in
dieser Richtung gute Ergebnisse erzielte, ist die Steigerung der Spannungen aus
baulichen Gründen beschränkt: außerdem bedingen die großen Elektronengeschwindigkeiten
eine unempfindliche Steuerung und demzufolge eine, geringe Steilheit.
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Gemäß der Erfindung ist es nun möglich, die erwähnten Nachteile dadurch
beträchtlich zu verringern, daß 1>ei einer Vorrichtungmit einer elektrischen Entladungsröhre
für ultrahohe Frequenzen, die mit einem Elektrodensvstem mit mehreren Hilfselektroden
mit wenigstens 'einer Steuerelektrode versehen ist und bei der die aus der Kathode
heraustretenden Elektronen bis zu einem oder mehreren Bündeln zusammengedrängt werden,
der Abstand von der Kathode zur Steuerelektrode und die Elektrodenspannungen derart
gewählt werden, daß die Laufzeit der Elektronen von der Kathode zur Steuerelektrode
gleich der halben Schwingungszeit der Steuerfrequenz oder einem Vielfachen davon
ist. Vorzugsweise werden zwischen der Kathode und der Steuerelektrode eine oder
mehrere Hilfselektroden, z. B. ein Sauggitter auf positivem Potential und ein Fanggitter
auf Nullpotential oder auf negativem Potential angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist nun verschiedene Vorteile auf,
die an Hand einer Zeichnung, in der eine solche Vorrichtung schematisch dargestellt
ist,, näher erläutert werden.
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In der Zeichnung sind die Kathode mit i, die Steuerelektrode mit 2,
eine Saugelektrode mit 3, eine Fangelektrode für Sekundärelektronen mit 4, die Anode
mit 5 und Ausgangselektroden zur Ab-
führung der Energie mit 6 und 7 bezeichnet.
Parallel zur Achse des Elektrodensystems verläuft ein magnetisches Feld, das sich
zwischen den Polen 8 erstreckt. Dieses Magnetfeld drängt die Elektronen in parallel
zur Röhrenachse sich erstreckende Bahnen. Die Spannungen an den Elektroden werden
so gewählt, daß die Laufzeit der Elektronen von der Kathode i zur Steuerelektrode
2 eine halbe Periode der Steuerspannung an 2 oder ein Vielfaches davon beträgt.
Die von der Steuerelektrode zurückgesandten Elektronen erreichen in diesem Fall
nach zweimal eine Halbperiode wieder den Raum 9 zwischen der Kathode t und der Saugelektrode
3. Diese Elektronenbahnen werden vom Magnetfeld derart konzentriert, <iaß die
Elektronen nur wenig gestreut werden. Im Raum 9 zwischen Kathode i und Sauggitter
3 entsteht somit eine verhältnismäßig große Raumladung, welche den Kathodenstrom
unterdrückt. Die zurückgekehrten Elektronen können nun Mehrmals hin und her wandern,
bevor sie zur Saugelektrode 3 gelangen oder durch die Steuerelektrode 2 hindurchgehen.
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Die Wirkungsweise ist nun folgende. Wenn das Steuergitter 2 gerade
positiv ist, werden die Elektronen von der Kathode gegen das Steuergitter 2 sich
in Bewegung setzen. Nachdem diese Elektronen eine Halbperiode später dort eintreffen,
wird die Steuerspannung wieder auf Null abgefallen sein und wird die negative Halbperiode
der Steuerspannung anfangen. Ein Teil der ankommenden Elektronen wird also gesperrt
und zurückgesandt werden. Diese Elektronen erreichen den Kathodenraum 9 wieder eine
Halbperiode später, also wenn 2 gerade wieder positiv wird. Dies wiederholt sich.
Infolge der Raumladung bei 9 wird eine Verringerung des Kathodenstroms auftreten.
Das praktische Ergebnis besteht darin, daß der Anodenstrom nicht nur durch die negative
Steuerspannung von 2, sondern auch durch die Raumladung bei 9 verringert wird. Es
tritt also eine verstärkte Steuerwirkung auf, und zwar um so stärker, je geringer
die Streuung der Elektronen ist und je häufiger die rückkehrenden Elektronen hin
und her -,vandern können. Durch diese Wirkung wird also anscheinend die Steuerwirkung
von 2 verstärkt. Infolge des großen Abstands zwischen Kathode i und Steuergitter
2 und durch Anwesenheit der als Schirm wirkenden Elektroden 3 und 4 ist die Kathodensteuergitterkapazität
sehr gering; trotzdem wird eine empfindliche Steuerung erzielt. Die Abführung der
Energie erfolgt z. B. gemäß dem Induktions- oder Triftprinzip mittels der Elektroden
6 und 7. Wesentlich ist also, daß dafür Sorge getragen wird, daß die Laufzeit der
Elektronen zwischen Kathode und Steuerelektrode gerade den richtigen Wert besitzt.
Die dadurch entstandene zusätzliche Steuerwirkung wird durch die Konzentrierung
der Elektronenbahnen sehr verstärkt, da ohne Bündelung der Elektronenhahnen die
zurückkehrenden Elektronen zum größten Teil unmittelbar oder sonst sehr bald zur
Sangelektrode 3 gelangen würden. Ein unrichtiger Wert des konzentrierenden Magnetfeldes,
das durch jede geeignete Konzentriervorrichtung ersetzt werden kann, erniedrigt
die Steilheit dann auch rasch bis auf ungefähr 1o %. Bei einer praktischen Ausführungsform
gemäß der Erfindung ist der Abstand zwischen Kathode t und Steuerelektrode 2 gleich
8 mm, ebenso wie der Abstand der Elektrode 2 von der Anode 5. An die Elektroden
3 und 4 wird eine positive Spannung von 700V angelegt, ebenso wie an die
Elektroden 6 und 7. Die Anode 5 ist ebenfalls 700V positiv. Die Elektrode 2 liegt
an 0V. Die Laufzeit Kathode-Steuerelektrode beträgt in diesem Fall 3/2 Schwingungszeit
bei einer Wellenlänge von 15 cm.
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Bei einer anderen Ausführungsform beträgt der Abstand Kathode-Steuerelektrode
4 mm bei den gleichen Spannungen. Hierbei ist die Laufzeit Kathode-Steuerelektrode
gleich einer Schwingungszeit bei 15 cm Wellenlänge. Obgleich nur eine einzige Ausführungsforen
beschrieben worden ist, wird es klar sein, daß auch andere praktische Ausführungsformen
nach dem Erfindungsprinzip möglich sind.