DE847763C - Vorrichtung unter Verwendung einer Laufzeitroehre, in der ein Elektronenbuendel erzeugt wird - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 28. AUGUST 1952

K J473 VIII a I 2i α⁴

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine \ orriehtung r. hei der in einer Laufzeitröhre ein Elektroiionbündel erzeugt wird und die Geschwindigkeit dei Klektronen im Bündel von einer Ultralioelifrequeiizsteuei^chwinguiig mittels eines Elektrodensystem;; gesteuert wird, worauf die Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsanderungen umgewandelt werden.

Mit einer Vorrichtung dieser Art können Ultrahochfrequenzschwingungen, die dem Geschwindigkeitssteuerelektro.densystem zugeführt werden und an dieser Stelle die Geschwindigkeit der Elektronen im Mündel ändern, verstärkt werden, wobei die j verstärkten Schwingungen einem zweiten Elektrodensystem entnommen werden können, welches sich hinter der Vorrichtung zur Umwandlung von Geschw indigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen befindet und auf die Frequenz des ersteren Elektrodensystem* abgestimmt ist. Auch ist es möglich, das zweite Elektrodensystem mit dem Steuerelektrodensyttem derart zu koppeln, daß die Vorrichtung als Generator wirkt. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen wird dann durch die Abmessungen des vom .Steuerelektrodensystem, dem zweiten Elektrodensystem und der Rückkopplungleitung gebildeten Schwingungssystems bedingt. Die

Hochfrequenzenergie kann induktiv oder kapazitiv dem Schwingungssystem entnommen werden, oder sie kann unmittelbar dem Elektronenbündel mittels eines dritten Elektrodensystems entnommen werden, das sich an der von der Kathode abgekehrten Seite des 'Schwingungssystems befindet. Das dritte Elektrodensystem kann hierbei sowohl auf die Frequenz der vom Schwingungssystem erzeugten Schwingungen als auch auf eine höhere Harmonische von ίο letzteren abgestimmt sein.

Die Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen besteht in der Regel aus einer Elektrode, die einen Äquipotentialraum (feldfreien Raum) bestimmter Länge umfaßt. Es ist auch möglich, daß die Vorrichtung aus einer durchbohrten Bremsfeldelektrode besteht, welche die Elektronen mit stark verzögerter Geschwindigkeit passieren läßt und die ebenso wie die einen Äquipotentialraum umfassende Elektrode bezweckt, die im Geschwindigkeitssteuerelektrodensystem verzögerten Elektronen länger aufzuhalten, d. h. ihnen eine längere Laufzeit oder Verweilzeit zu geben als den im Steuersystem beschleunigten Elektronen, so daß sie einander einholen und Gruppen bilden. Die Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in fntensitätsänderungen wird im Nachfolgenden als Einholvorrichtung oder Einholelektrode bezeichnet. In der Literatur ist auch der Ausdruck Laufzeitkompressionselektrode üblich.

Die bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art gehen stets von einem Elektronenbündel mit eindeutiger Geschwindigkeit aus oder bei dem doch nach dem Durchgang durch das Geschwindigkeitssteuersystem die mittlere Geschwindigkeit eindeutig durch die den verschiedenen Elektroden zugeführten Gleichspannungen bedingt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das in das für alle Elektronen gemeinsame Steuersystem eintretende Elektrodenbündel aus Elektronen, die von wenigstens zwei verschiedenen Elektronenquellen herrühren, welche sie mit verschiedener Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten lassen. Dann wird die Geschwindigkeitsdifferenz schärfer definiert, und sie ist vorzugsweise innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar.

In einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei in das Steuersystem eintretende Elektronengruppen von einer Glühkathode und einer Sekundäremissionselektrode geliefert, wobei die letztere sich zwischen der Glühkathode und dem Steuersystem befindet und für Elektronen durchlässig ist. Die beiden Elektronengruppen treten mit verschiedenen Geschwindigkeiten in das Steuersystem ein, wenn die Sekundäremissionselektrode eine positive Zwischenspannung führt. Da die an dieser vorzugsweise gitterförmigen Elektrode durch Sekundäremission ausgelösten Elektronen vorwiegend mit einer Geschwindigkeit XuIl hinaustreten, wird das Elektronenbündel nach .seinem Durchgang durch das Gitter aus einer homogenen Mischung von Elektronen mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten bestehen, d.h. Primärclektronen, welche die Kathode mit der Geschwindigkeit Null verlassen haben und das Gitter mit j einer der positiven Gittervorspannung entsprechenden Voltgeschwindigkeit durchsetzen, und Sekundärelektronen, die an dieser Stelle mit der Anfangsgeschwindigkeit Null ihre Bahn anfangen.

Die von verschiedenen Quellen herrührenden Elektronengruppen pflanzen sich längs des Steuersystems fort, wo sie je in der Geschwindigkeit moduliert werden und worauf sie alle unabhängig voneinander der Wirkung einer Einholelektrode ausgesetzt sind. Hierbei können verschiedene Fälle auftreten, welche getrennt erläutert werden.

In Fig. ι ist eine ernndungsgemäße Vorrichtung dargestellt, welche in einem entlüfteten Gefäß 1, eine fremdgeheizte Kathode 2, ein sekundärelektronenemittierendes Gitter 3 und eine Auffangelektrode 4 besitzt. Dem Gitter 3 wird von einer Spannungsquelle 5 eine in bezug auf die Kathode 2 positive, vorzugsweise einstellbare Spannung zugeführt. Die von der Kathode 2 emittierten Primärelektronen und die am Gitter 3 von einem Teil der Primärelektronen ausgelösten Sekundärelektronen durchlaufen nacheinander ein aus einer Steuerelektrode 6 und zwei Begrenzungselektroden 7 bestehendes iSteuerelektrodensystem, eine Einholelektrode 8 und ein zweites aus einer Energieabnahmeelektrode 9 und zwei Begrenzungselektroden 10 bestehendes Elektrodensystem. Den Elektroden 6 bis 10 wird von einer Spannungsquelle 11 eine in bezug auf die Kathode 2 hohe positive Spannung zugeführt. Die Spannungsquellen 5 und 11 werden ⁹^ von Kondensatoren 12 bzw. 13, die für Ultrahochfrequenzen einen Kurzschluß bilden, überbrückt.

Die in das !Steuersystem 6, 7 eintretenden Elektronen bestehen aus einer homogenen Mischung von primären und sekundären Elektronen, welche verschiedene Geschwindigkeiten besitzen. Die Geschwindigkeitsdifferenz wird durch die Größe der Spannungsquelle 5 bedingt.

Wenn der Steuerelektrode 6 eine Ultrahochfrequenzsteuerschwingung zugeführt wird, so werden die Elektronen der beiden in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen in der Geschwindigkeit geändert werden, so daß sie im Einholraum der Elektrode 8 Gruppen bilden. Hierbei werden die Intensitätsmaxima der am Gitter 3 ausgelösten Sekundärelektronen infolge der geringeren mittleren Geschwindigkeit, mit der sie in das Steuersystem eintreten, gegenüber den entsprechenden Intensitätsmaxima der von der Kathode 2 emittierten Primärelektronen zurückbleiben, wodurch die Intensitätsmaxima der Sekundärelektronen später als die Intensitätsmaxima der Primärelektronen durch das zweite Elektrodensystem 9, 10 hindurchgehen. Durch richtige Einstellung der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den in das Steuersystem eintre- tenden primären und sekundären Elektronen mittels der Spannungsquelle 5 kann erreicht werden, daß die Intensitätsmaxima der primären und die der sekundären Elektronen das Energieabnahmesystem 9, 10 mit einer Zeitdifferenz durchlaufen, die gleich der Hälfte der Schwingungszeit der Steuerschwill-

gung i^t. Ilk-rdurcli kanu au der Stelle des Elektrodensystem.·- 9, ι ο dem Bündel Energie entnommen werden, deren Frequenz gleich der doppelten Frequenz der Steuerschwingung ist. Zu diesem Zweck ist zwischen die Elektrode 9 und die Begrenzungselektrodeu 10 ein auf die erste Harmonische der Steuerschwingung abgestimmter Schwingungskreis 14 geschaltet. Dadurch, daß die Amplitude der Steuerspammng mit Rücksicht auf die Länge der Kinholelektrode derart gewählt wird, daß eine vollständige Umwandlung von Geschwindigkeitsäiiderungen 111 Intensitätsänderungeu an der Stelle des Elektrodensystem* 9, 10 stattgefunden hat, wird eine Spannung mit großer Amplitude in der Elektrode (,1 induziert.

In Fig. 2 ist durch die Kurven α und b die von den primären bzw. den sekundären Elektronen in der Elektrode 9 induzierte 1 lochfrequenzwechselspannung als Funktion der Zeit dargestellt. Die Kurse i' zeigt die resultierende Spannung als Funktion der Zeit.

In der beschriebenen Vorrichtung besteht die Elektrode 3 vorzugsweise aus (iitterdrähten aus solchem Material, von solcher Dicke und solchem Drahtabstand, daß die Anzahl der in das Steuersystem eintretenden Primärelektronen gleich der Anzahl der in das Steuersystem eintretenden Sekundärelektronen ist.

Hei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen über den Kreis 20 dem Steuersystem 6, 7 zugeführt. In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen mit der Vorrichtung selbst erzeugt werden können. Zu diesem Zweck besitzt die Vorrichtung nach Fig. 3 zwischen der Fiiiholelektrode S und dem Energieabnahmesystem 9, 10 ein drittes Elektrodensystem 15, 16, welches über eine einen Schwingungskreis 17 enthaltende kückkopplungsleitung iS mit dem Steuersystem 6, 7 gekoppelt ist.

Stellt man die Differenz der mittleren Geschwindigkeit der beiden in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppeu so ein, (laß die aufeinanderfolgenden Dichtemaxima der einen Gruppe eine halbe Schwingungszeit nach jenen der anderen (iruppe in das Elektrodensystem 9, 10 eintreten, so werden die betreffenden Dichtheitsmaxim;', das Elektrodensystem 15, 16 kurz nacheinander passieren, d. h. nach Verlauf einer Zeit, welche kurz ist gegenüber der Schwingungszeit der am Steuersystem auftretenden Steuerspannung. \ on der Energieabnahmeelektrode 15 wird daher vorwiegend Energie mit der Frequenz der Steuerschwingung dem Hündel entnommen werden, wobei die Energie über die Rückkopplungsleitung ιS an das Steuersystem 6. 7 zurückgeführt wird, üeides wird in Fig. 4 illustriert, in der die Kurven (/ und /' die von den primären bzw. den sekundären Elektronen in der Elektrode 15 induzierte Spannung als Funktion der Zeit darstellen. Die Kurve (' zeigt die resultierende Spannung als Funktion der Zeit. Da die vollständige I^mwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen vorzugsweise erst beim Eintreten in das Elektrodensystem 9, 10 erfolgt ist, ist die Amplitude der 111 der Elektrode 1S induzierten Spannung wesentlich kleiner als die Amplitude der Spannung harmonischer Frequenz, welche dem Elektronenbündel mittels des Elektrodensystems 9, 10 entnommen wird.

Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßeu Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist als Einholelektrode eine durchbohi te ,Bremsfeldelektrode 19 vorgesehen, die eine in bezug auf die Kathode positive, aber in bezug auf das Gitter 3 negative Spannung führt. Der 1 )r:düabstand des Gitters 3 ist vorzugsweise so groß, daß nur ein geringer Bruchteil des in das Steuersystem 6, 7 eintretenden Elektronenbündels aus verhältnismäßig langsamen Sekundärelektronen besteht. Die in der Geschwindigkeit gesteuerten l'rimärelektronen gehen alle durch die Bremsfeldelektrode 19 hindurch und ändern dabei ihre Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderuligen. während die Sekundärelektronen bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden, umj kehren und wieder in den Steuerraum zurückkehreu. Da beim Bremsen und beim Umkehren der in ! der Geschwindigkeit geänderten Elektronen gleich-, tails eine Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen erfolgt, werden die ! Sekundärelektronen nach ihrer Rückkehr im Steuerraum an letztere Hochfrequenzschwingungsenergie abgeben und demnach eine Rückkopplung bewirken. Die in dem mit dem Steuersystem verbundenen Schwingungskreis . 20 auftretenden Schwingungen werden auf diese Weise von einem : geringen Bruchteil der Elektronen des Bündels, ; nämlich von den Sekundärelektroden unterhalten, während den übrigen primären Elektronen mittels des zweiten Elektrodensystems 9, 10 Energie ent- ; nommen werden kann, ohne daß ein äußerer Rückkopplungskreis zwischen, dem Elektrodensystem 9, 10 und dem Steuersystem 6, 7 erforderlich ist. Die beschriebene Vorrichtung wirkt daher als Verstärker, wobei eine Entdämpfung der dem Steuersystem (1. 7 zugeführten Schwingungen erfolgt, oder als Generator, bei dem 'Schwingungen in dem mit dem Steuersystem verbundenen Kreis 20 erzeugt werden und dem mit dem zweiten Elektrodensystem 9. 10 verbundenen Kreis 14 verstärkt entnommen werden.

Es wird besonders darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich nicht auf die Verwendung einer oder mehrerer sekundärelektronenemitt ie render Elektroden beschränkt ist. Es ist auch möglich, bei einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung zwei oder mehr als zwei Kathodensysteme zu verwenden, welche gegenseitig isoliert sind. Es können beispiclsweisc eine oder mehrere Kathodenoberflächen als konzentrische Ringe ausgebildet sein, die eine andere kreisförmige Kathodenoberfläche umfassen. Bei einer solchen Vorrichtung kann erreicht werden, daß die von verschiedenen Kathodenoberflächen herrührenden Elektronengruppen mit verschiedener

Geschwindigkeit dadurch in das Steuersystem 5, 6 eintreten, daß den Kathodenoberflächen ein verschiedenes Potential gegeben wird.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung unter Verwendung einer Laufzeitröhre, in der ein Elektronenbündel erzeugt wird und die Geschwindigkeit der Elektronen im Bündel von einer Ultrahochfrequenzsteuerschwingung mittels eines Elektrodensystems gesteuert wird, worauf die Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das in das für alle Elektronen gemeinsame Steuersystem eintretende Elektronenbündel aus Elektronen besteht, die von wenigstens zwei verschiedenen Elektronenquellen herrühren, welche sie mit verschiedener Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten lassen.
2. 2. \'orrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Elektronen der verschiedenen Gruppen einstellbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen einmal von einer Kathode und zum anderen Mal von einer zwischen der Kathode und dem Steuersystem befindlichen sekundärelektronenemittierenden, für Elektronen durchlässigen Elektrode herrühren.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. den sekundärelektroneneniittierenden Elektrode(n) eine in bezug auf die Kathode positive Spannung zugeführt wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen von wenigstens zwei gegenseitig isolierten Kathodenoberrlächen herrühren.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfiächeu verschiedenes Potential aufweisen.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

   bis 6 zur Frequenzverdopplung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß dieSteuerscüwingungen dem Eingangssystem (20) zügeführt werden und die in der Frequenz verdoppelten Schwingungen mittels eines zweiten, an der von der Kathode abgekehrten Seite der Einholelektrode befindlichen Elektrodensy stems über den Ausgangskreis ( 14) entnommen werden.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Einholelektrode und dem zweiten Elektrodensystem ein drittes Elektrodensystem befindet, welches über eine Rückkopplungsleitung mit dem Steuersystem gekoppelt ist, \vobei das von dem !.Steuersystem, dem dritten Elektrodensystem und eier Rückkopplungsleitung gebildeteSchwingungssystem auf die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen abgestimmt ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquellen derart ausgebildet sind, daß die Elektronenzahlen der in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen einander gleich sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer sekundärelektronenemittierenden Elektrode zwischen der Kathode und dem Steuersystem, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode derart ausgebildet ist, daß die Anzahl der in den Steuerraum eintretenden Primärelektronen gleich der Anzahl der eintretenden Sekundärelektronen ist.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

    bis 6 zur Verstärkung oder zur Erzeugung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Hinholelektrode eine durchbohrte Bremsfeldelektrode Verwendung findet und die Elektronenquellen derart ausgebildet sind, daß die in das Steuersystem eintretende Elektronenzahl der von einer der Quellen herrührenden Elektronengruppe klein ist in bezug auf die eintretende Elektronenzahl der anderen Gruppe(n).
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen der Elektronengruppe mit der kleinsten Elektronenzahl mit einer geringeren Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten als die Elektronen der anderen Elektronengruppe(n 1.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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