DE855576C - Elektronenentladungsroehre zur Amplitudenmodulation einer durch Geschwindigkeitsmodulation erzeugten Hochfrequenzschwingung - Google Patents

Description

In Verstärkerröhren mit Modulation der Elektronengeschwindigkeit nach Art des Klystron, die auf dem Gebiete der höchsten Frequenzen gebraucht werden, wird im allgemeinen die Amplitudenmodulation durch Steuerung der Intensität des Elektronenbündels erreicht, welches die Schwingungselemente der Röhre durchsetzt, mittels eines Gitters, welches vor der Kathode angeordnet ist und dessen Potential in bezug auf diese mit der gewünschten ίο Frequenz sich ändert. Wenn man mit Wellen von genügender Länge arbeitet, von der Größenordnung mindestens 15 cm, ist der Nebenschlußscheinwiderstand der Vakuumhohlräume sehr groß, und die Belastung des Eingangshohlraumes einer derartigen Röhre ändert sich praktisch wie der Scheinwiderstand des Bündels, der durch das Gitter gesteuert wird. Um diese Änderungen ohne Wirkung auf die Modulationsspannung zu machen, welche an den Klemmen dieses Hohlraumes erscheint, muß man im allgemeinen eine starke Dämpfung vorsehen, ao was eine wesentliche Herabsetzung der Verstärkung der Röhre zur Folge hat.

Eine andere Lösung besteht insbesondere bei Röhren großer Leistung darin, die Modulation auf

eine Steuerfrequenz zu übertragen, welche der Röhre vorausgeht und die mit einer besonders niedrigen Leistung arbeitet. Aber unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, daß das Modulationsband durch verschiedene Hohlräume gehen muß, wird man doch zu einer wesentlichen Dämpfung geführt, welche die Verstärkung der Röhre herabsetzt.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Unzuträglichkeiten und gestattet, jede Verminderung der Verstärkung in der verwendeten Röhre zu vermeiden.

Nach einem Kennzeichen der Erfindung wendet man die Modulation auf das Elektronenbündel sofort vor ihrem Eingang in den letzten Hohlraum der Schlußröhre an, so daß die niederfrequente Modulation nach der Hochfrequenzmodulation vollzogen wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Modulation durch Einwirkung auf das Bündel verwirklicht, sei es mit einer Wehnelt-Elektrode, sei es mittels einer Reflektionsplatte, die eine Streuung des Bündels in bezug auf die mittlere Geschwindigkeit hervorruft.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Beschleunigungsspannung¹ dem Bündel stufenweise mitgeteilt, wobei diese Spannung im Sinne wachsender Werte längs des Weges des Bündels verteilt ist.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung und der Figuren erläutert.

Fig. ι und 2 sind Anordnungen, welche das Prinzip der Erfindung erläutern;

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Umwandlung mit hoher Spannung vollzogen wird, die die Ablenkung auf das Elektronenbündel mit schwacher Leistung überträgt;

Fig. 4 stellt eine andere Ausführungsform dar, entsprechend derjenigen nach Fig. 3, wobei aber die Ablenkung auf ein Bündel mit hoher Leistung einwirkt;

Fig. 5 und 6 stellen zwei gleiche Abänderungen der Fig. 3 und 4 dar, aber mit Umwandlung bei Niederspannung;

Fig. 7 stellt im einzelnen eine Konstruktion dar, die eine Abkühlungsvorrichtung zeigt.

In allen diesen Figuren stellt X' X die geometrische Achse der Ultrakurzröhre dar.

Wenn man sich jetzt auf die Fig. 1 bezieht, sieht man in schematischer Ausführung eine Röhre, die eine Kathode 1 enthält, R'esonatorhohlräume 2 und einen Hohlraumkollektor 3. Man sieht bei A B das Ausgangsniveau der ganzen Anordnung 2, in der die Modulation der Dichte des Elektronenbündels vollzogen wird. CD ist das Eingangsniveau in den Kollektorhohlraum, und der Abstand zwischen CD und CD' stellt den Abstand zwischen den öffnungen dieses Hohlraumes dar.

Nach der Erfindung wird die Modulation des Bündels auf dem Wege zwischen AB und CD vollzogen. Außerdem wird diese Modulation, sei es durch Ablenkung, sei es durch Abänderung der Konvergenz, verwirklicht. Bei einem derartigen Verfahren befindet sich kein Element mehr im Wege des Bündels selbst, was gegenüber der Gittermodulation eine gewisse Zahl von Vorteilen bietet, insbesondere die folgenden: 1. Die Optik des Elektronenrohres wird nicht mehr durch dieses Gitter gestört; 2. der Wirkungsgrad ist besser, da die Absorption durch das Gitter verschwunden ist; 3. die Fragen der Wärmeabfuhr, die bei Verwendung eines Gitters auftreten, bestehen nicht mehr; 4.endlich ist das Merkmal der Linearität viel leichter zu verwirklichen.

In der Folge wird man, wenn die verschiedenen Anordnungen gemäß der Erfindung beschrieben werden, von einer Aufnahmefläche des abgelenkten Bündels sprechen. Unter diesem Ausdruck wird eine Fläche verstanden, die einen Bruchteil des von seinem normalen bei Abwesenheit von Niederfrequenzmodulation eingehaltenen Wege abgewichenen Bündels empfängt, wobei dieses Ergebnis durch Ablenkung mittels einer Ablenkungsplatte¹ oder durch teilweise Zerstreuung mittels eines Wehnelt-Zylinders erhalten werden kann.

Die Fig. 2 stellt schematisch in vergrößertem Maßstabe den äußersten Teil der Röhre dar. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente wie in der vorausgehenden Abbildung. Außerdem sieht man in 5 das Element, auf welches die Modulationsspannung gelegt wird, und ein Element 4, welches das ausgelenkte Bündel empfängt. Man sieht ferner in 6 eine Fokussierungsanordnung, welche auf das Bündel wirkt, sobald das letztere das Element 4 durchschreitet. Diese Anordnung kann z. B. aus einem leitenden Ring bestehen, der sich in bezug auf das vorausgehende Element auf negativem Potential und in Richtung des Weges des Bündels befindet.

Nach der Erfindung kann man die Beschleunigungsspannung auch stufenweise zur Anwendung bringen. Zum Beispiel kann das System 2 nur auf einem positiven Teilpotential gehalten werden, während das Gesamtpotential auf den Hohlraum am Ausgang 3 der Röhre geschaltet ist. Die Modulation wirkt dann nur auf ein Bündel von schwacher Leistung, selbst in dem Falle, daß Röhren großer Leistung zur Anwendung kommen.

Die Fig. 3, 4, 5 und 6 beziehen sich auf Röhren mit Vielfachhohlräumen und großem Wirkungsgrad, ohne daß hierin eine Beschränkung liegt. Die Erfindung ist vielmehr auf alle Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation anwendbar.

Zur linken Seite jeder der Fig. 3 bis 6 sieht man die Kathode 1 und den Modulatorblock für Hochfrequenz 2, der mit dem Niveau α b abschließt. Die verschiedenen Ausführungsformen dieser Figuren unterscheiden sich untereinander durch die Spannung, an der die Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation vor sich geht, und durch die Leistung des mit Niederfrequenz modulierten Bündels.

In der Fig. 3 sieht man ein entsprechendes Schema für den Fall, daß die Umwandlung durch hohe Spannung vollzogen wird, wobei die Modulation an einem Bündel von schwacher Leistung vollzogen

wird. In diesem Falle sind die Elemente 2 und 4, das heißt bzw. der Blockmodulator und das Element, welches bestimmt ist, das abgelenkte Elektronenbündel aufzufangen, von niederer Spannung in bezug auf die Kathode. Man sieht noch in 7 den Kollektorblock, welcher die Lauf röhre 7' und den Kollektorhohlraum 7" enthält. Diese Gesamtheit ist auf hoher Spannung in bezug auf die Kathode. Man sieht' ferner in 5 das Modulatorelement und in 6 ίο die Fokussierungsanordnung. Diese letztere ermöglicht es dem Bündel, durch den Block 7 hindurchzugehen. Die Abfuhr der Wärmeleistung wird durch Kühlung der Elektrode 4 durch ein festes oder flüssiges Kühlmittel vollzogen.

In der Fig. 4 sieht man, wie in der vorausgehenden, eine Röhre, die einen Blockmodulator mit niederer Spannung und eine Umwandlung in hohe Spannung enthält. Der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 3 besteht darin, daß hier die so Modulation bei hoher Leistung vor sich geht, das Bündel durch den Block 7, der in bezug auf die Kathode auf hoher Spannung liegt, beschleunigt wird, während der Block 2 immer auf niederer Spannung ist. Es ist hier der äußere Polschuh 7"' »5 in 7, welcher das abgelenkte Bündel aufnimmt. 5 stellt auch hier das Modulatorelement dar. Eine Kühlvorrichtung, die nicht dargestellt ist, ist für die Gesamtheit 7 vorgesehen, um die Wärme abzuleiten, die infolge der Ableitung erhalten wird.

Die Fig. 5 und 6 entsprechen denselben Abänderungen wie die Fig. 3 und 4 in dem Falle, wo die Umwandlung bei niederer Spannung stattfindet.

Bei der Fig. 5 sieht man hinter dem Ausgangsniveau α b des Blockes 2 die Lauf röhre 2', längs deren die Umwandlung stattfindet. 4, 5 und 6 stellen noch die Empfangsflächen für das abgelenkte Bündel, das Modulatorelement und die Fokussierungseinrichtung dar. Der Blockmodulator für Hochfrequenz 2, die Röhre 2' und die Fläche 4 sind auf niederer Spannung, der Block 7 auf hoher Spannung. Die Röhre 2' ist getrennt von 2, was gestattet, die beiden Elemente an niedrige aber verschiedene Spannungen zu legen. Man hat so eine Möglichkeit zur getrennten Regelung der Umwandlung und der Arbeitsspannung des Blockes 2.

Im Falle der Fig. 6 vollzieht sich die Modulation bei hoher Leistung auf das Bündel, das durch den Block 7 beschleunigt wird, welcher auf hoher Spannung liegt. Die Lauf röhre 2' ist auch hier von 2 getrennt und besitzt wie sie eine niedere Spannung, die aber von derjenigen von 2 verschieden sein kann. Auch hier, wie in der Fig. 4, ist es die Gesamtheit 7, welche das abgelenkte Bündel empfängt und infolgedessen mit einer Kühleinrichtung versehen sein muß.

In allem, was vorausgeht, hat man vorausgesetzt, daß die angewandte positive Spannung bei den verschiedenen Elementen unterteilt ist. Man kann an dieser Stelle bemerken, daß für die verschiedenen Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4 und 6 diese Unterteilung nicht unentl>ehrlich ist, wenn die Modulation über eine Röhre mit hoher Spannung durchgeführt wird. In den Fällen der Fig. 3 und 4 kann der Wirkungsgrad des Blockes 2 infolge dieser Unterteilung herabgesetzt sein, aber, da die durch diesen Block absorbierte Leistung nur ein kleiner Bruchteil der Totalverbrauchsleistung ist, bleibt der Gesamtwirkungsgrad hinreichend.

In den Fig. 3 bis 6 hat man in 5 das Modulatorelement als Kreisring dargestellt. Es kann, wie bereits erwähnt, durch einen Wehnelt-Zylinder ersetzt werden oder durch zwei Platten. In dem ersteren Falle ändert sich die Polarisation der Elektrode in bezug auf den Block 2 der Fig. 3 und 4 oder in bezug auf die Röhre 2' der Fig. 5 und 6 im Rhythmus der Modulation. Im zweiten Falle ist die Modulationsspannung zwischen den beiden Platten angewandt. Mit dieser Anordnung kann der Modulationsgrad 100% erreichen.

Die Fig. 7 zeigt zur Veranschaulichung eine Konstruktionsart des Endteiles einer Ultrafrequenzröhre, die nach dem Schema der Fig. 6 arbeitet, d. h. in dem Falle, wo die Wand des letzten Hohlraumes die Verlustleistung durch das Bündel zerstreuen muß, sobald es abgelenkt ist. Man kann ein eingezeichnetes Muffenstück wählen, dessen Axialschnitt ABCDE ist. Der Kühlweg H ist dargestellt. Die Anode ist aus zwei konzentrischen Stücken F und G geformt. Man sieht in L einen Ring aus einer passenden Legierung, etwa wie Kovar, die geeignet ist, mit Glas zusammengelötet zu werden. Das Ganze ist durch Lötung in b_v b₂, b₃, fe₄ zusammengehalten. Man erhält so einen Abschlußhohlraum und eine Anode, die gekühlt werden können mittels zirkulierender Kühlflüssigkeit, wie die Pfeile andeuten.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenentladungsröhre zur Amplitudenmodulation einer durch Geschwindigkeitsmodulation erzeugten Hochfrequenzschwingung, die eine Kathode, eine Modulatoranordnung für Hochfrequenz, eine Laufröhre und einen abschließenden Hohlraumresonator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieAmplitudenmodulation durch Anwendung einer Modulatorspannung erreicht wird in einer Vorrichtung, die gerade vor dem Endresonator angeordnet ist, wobei diese Vorrichtung eine Ablenkung des Elektronenbündels hervorbringt und der abgelenkte Teil dieses Bündels von einer Leitfläche empfangen wird, die vor dem Eingang des Endresonators angeordnet ist.

2. Elektronenentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- iao fläche, welche das abgelenkte Bündel empfängt, aus einer Hilfselektrode, die evtl. gekühlt wird, oder aus der Fläche am Eingang des Endresonators besteht.

3. Elektronenentladungsröhre nach den An-Sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Modulatorancwdming entweder aus einer Elektrode besteht, welche das Elektronenbündel umhüllt, oder aus ein paar Ablenkungsplatten, die an dem einen oder anderen Ende des Bündels angeordnet sind.

4. ElektronetMtntladungsröhre nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsspannung auf das Bündel unterteilt angewandt wird und sich von einer Elektrode zur folgenden ändert.

5. Elektronenentladungsröhre nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussierungselektrode zwischen die Leitfläche, welche den abgelenkten Teil des Bündels empfängt, und den Abschluß resonator geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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