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Drei-Elektroden-Röhre, insbesondere für Rückkopplungsschaltungen im
Dezimeterwellengebiet Beim Betrieb von Drei-Elektroden-Röhren in Rückkopplungsschaltungen
zur Erzeugung kurzer und sehr kurzer Wellenlängen treten mit steigenden Frequenzen
Schwierigkeiten auf, die der Frequenzerhöhung eine Grenze setzen. Die Gründe hierfür
sind die Endlichkeit der Elektronenlaufzeit in der Röhre und die mit steigenden
Frequenzen ungünstiger werdenden A.npassungsverhältni:sse derRöhre an den Belastungskreis.
Die Erweiterung dieser Grenze in Richtung höherer Frequenzen verlangt dIe Anwendung
extrem kleiner Elektrodenabstän.de und hoher Anodenspannungen, um die Elektronenlaufzeit
klein zu halten. Ferner ist eine gute Steilheit erforderlich, also praktisch haheEmission.
Das Produkt aus Anodenspannung und Emissionsstrom bestimmt -die von der Anode aufzunehmende
Verlust!leiistung, die als Wärme auftritt und von der Anode aufzunehmen und abzustrahlen
ist. Aus Gründen der Kleinhaltung der Elektrodenkapazität sind die Elektroden räumlich
sehr klein, so d.aß die Anode im Betrieb auf so hohe Temperaturen kommt, daß Gefahr
der Kathodenrückheizung und der Gitteremission vorliegt und ferner die Berücksichtigung
der thermischen Ausdehnung der Elektroden und Konstruktionsteile erforderlich wird.
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Der Schwingungskreis in Rückkopplungsschaltungen besteht im Bereich
der dcm-Wellen nicht mehr aus einer Zusammenschaltung einer konzentrierten
Selibstinduktion
mit einer konzentrierten Kapazität, sondern; ,läßt sich nur noch aufbauen als ParalMdraht-
oder konzentrische Rohrdrahtlecherleitung mit verteilter Kapazität und Selbstinduktion.
Diese etwa an Anode und Gitter der Röhre geschaltete Absti.mmlecherleitung #sst.durch
,die Elektrodenkapazität belastet. Eine solche Rückkopplungsschaltung ist in Abb.
i dargestellt: Anode i, Gitter z, Kathode 3. Das S.chwinglechersystem besteht aus
den Drähten 4 und 5 mit Abstimmbrücke 6. Die Kathodenzuleitung ist ebenfalls als
Lecherleitung aus. den Drähten? und 8 aufgebaut, abstimmbar vermittels :der Brücke
7.
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io, 1i, 12 und 13 deuten die Anschlußleitung-en an für Anoden- und
Gittergleichspannung und den Heizstrom. Die Spannungsverteilung auf dem Oszillatorkreis
4; 5, '6 ist bei 12 gestrichelt eingezeichnet unter Vernachlässigung der Elektrodenkapazität.
Die Röhre bestimmt den Spannungsbauch, die Abstimmbrücke 6 den Spannungsknoten:
Die Länge Z bestimmt also die Wellenlänge Z zu A, Fzz, 4 - Z. Diese Relation 2,
,@ 4 - L gilt exakt nur bei längen Wellen, wo die Elektrodenkapäzität vernachlässigt
werden kann. Die Abstimmlänge L wird bei dcm-WeJlen.geg@enüb,er A
wesentlich verkürzt infolge 4 des die Absf nmlänige der Lecherleitung verkürzendenKapazitatseMusses
derElektrodenkapazität. Diese Tatsachegewinnt für -die Röhrenkonstruktion erhöhte
Bedeutung, wenn man auf kürzeren Wellen arbeiten will,: da schließlich die Abstimmbrücke
6 so- nahe an die Elektroden i, a gebracht werden muß, daß daraus die maximale äußere
Röhrenabmessung in Richtung der Lecherleitung bestimmt wird. An rdie Stelle .der
Relation # ,-. 4 - Z tritt dann größenordnungsmäßig -diefrequenza:bhängige Beziehüng
@ -- 7 ... i o - l bei wirksamen Elektrodenkapazitäten vorn etwa i pF. Bei
A. ., 30 cm erfordert diese Relation einen Abstand l sv 3 cm. Hierbei ist
vorausgesetzt, daß die Elektrodenzuleitung:en in der Röhre selber derart angeordnet
sind, daß schädliche Selbstinduktionen und zusätzliche Kapazitäten an 'diesen: Stellen
vermieden sind.
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Günstiger als die Anordnung nach Abb. i mit in Viertelwellenlänge
!schwingendem Lecherkreds ist eine symmetrische Anordnu:n,g nach Abbildung 2 mit
in halberWellenlänge schwingendem Oszillator- -kreis. 4, 4' und 5, 5' sind die Drähte
des. Oszillatorlecherkreises mit den Abstimmbrücken 6 und 6', 14 gibt die Spannungsverteilung
an, :die übrigen Ziffern entsprechen -denselben der Abb. z. Einer -Wellenlänge von
35 cm entsprach bei ausgeführten Versuchen in dieser Anordnung ein gegenseitiger
Abstand der Abstimmlecherbrücke 6, 6' von 2--1 - 9 cm bei einer wirksamen Elektrodenkapazität
von etwa i pF.
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-Die-Verfahren zur Schwingungserzeugung mittels Elektronenschwingungsmethoden
(Magnetion und Brernsfeld-Rühren) liefern ohne Schwierigkeit Wellenlängen von iocm
und kürzer. Demgegenüber haben Generatoren in Rückkop'plungs@schaltung nach wie
vor Interesse und technische Bedeutung wegen ihres Vorteiles, -:de Schwingfrequenz
durch Ab-Stimmung eines äußeren Schwinägungskreises variieren zu können, während
die Frequenz in Bremsfed-d- und Magnetronanordnungen praktisch nicht beeinflußt
werden kann und,durch die verwendeten Röhren und -deren feste Betriebsdaten festgelegt
ist.
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Gegenstand derErfindung ist eineDrei-Elektroden-Röhre, durch die den
geschilderten Verhältnissen und Erfordernissen im ;besonderen Maße Rechnung getragen
wird. Kathode, Gitter und Anode bilden ein. Halbzylindersystem und sind auf durchlaufenden,
parallelen Anoden- und Gitterleitungen angeordnet, die, nach einer Seite oder beidseitig
verlängert, das Schwinglechersystem vonAnordnungen nach Abb. i und 2 realisieren,
und zwar unter Vermeidung von Querschnitts- und Abstandsstoßstellen, d. h. von Kapazitäts-
und Induktiv itätsunstetigkeiten, also auch von Wellenwvderstand!sstoß,stellen,
deren Auftreten Mehrdeutigkeiten der Abstimmung und Verluste verursachen können.
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Kennzeichnend! für die Erfindung sind besonders konstruktive. Merkmale
dieser Röhre, deren Elektroden und Konstruktionsteile ohne den Röhrenkolben in Abb.
3 in einer möglichen Ausführungsform dargestellt sind. 4 und 5 sind die Halte- und
Zuleitungsdrähte von Anode i und Gitter 2 und sind" als parallel laufende Drähte
einseitig aus dem Röhrenkolben herausgeführt. Die Kathode 3 wird zweckmäßig in der
Ebene der Gitter- und Anodenhaltedr"ahte angeordnet. Die Kathodenhalte- und Zuführungsdrähte
7 und 8 sind zweckmäßig ebenfalls als Paralleldrahtleitung am - gegenüberliegenden
Ende der Röhre herausgeführt.
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Diese Anordnung der Elektrodenzuführungsdrähte läßt in günstiger Form
eine Schaltung nach Anspruch i mit in Viertelwellenlänge schwinge ndem Oszillatorkreis:
verwirklichen. Irgendwelche Querschnitts- und Abstands;stoßstellen der Lecherleitung
4, 5, also auch Wellemwi@derstandsstoßstellen, sind bei dieser Anordnung vermieden.
Eine Erweiterung dieser Anordnung "führt zu der in der Abb. 6 dargestellten Ausführungsform,
bei der die Anodeu- und Gitterhaltedrähte 4 und` 5 als durch ,die ganze Röhre hindurchlaufende,
Paralleldrahtleitung ausgeführt sind entsprechend einer Schaltungsanordnung nach
Abb. a. Es hat sich als günstig herausgestellt, bei dieser -Anordnung die Katho:denzuführungsdrähte,
die wiederum selber als Paralleldrahtleitung ausgeführt werden, so anzuordnen, daß
sie in der zur Ebene der Anoden-und Gitterhaltedrähte senkrechten Mittelebene liegen..
Darüber hinaus ist es zur günstigsten Entkopplung des Heizkreises vom Schwingkreis
vorteilhaft, !die Katho:denzuführungs,drähte in :der in Abb. 6 dargestellten Weise
anzubringen, und zwar derart, daß sie auf der Ebene der Gitter- und -Anodenhaltedrähte
senkrecht stehen.
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Eine für !höchste Frequenzen günstige Ausführungsform. der Elektroden-
und ihrer Lage zu den Haltedrähten ist in Abb.7 dargestellt. Die Kathode und das
koaxial zu dieser angeordnete halbzylindrische Entladungssystem stehen senkrecht
zur Ebene der Anoden- und Gitterhaltestäbe< -Die Kathodenzuleitungen: umgreifen
die Anode und
sind ähnlich der Abb. 6 als Paralleldrah tleitung
aus der Röhre herausgeführt. Der wesentliche Vorteil dieser Elektrodenanordnung
liegt in dem Gewinn an: Kürze der Röhrenlänge in Richtung der durchlaufenden Lecherdrähte.
Die, auf den Lecherd',rähten laufenden Abstimmbrücken lassen sich sehr nahe an die
Röhre. und an die Elektroden (Anode und! Gitter) heranbringen. Erst hierdurch läßt
sich eine Abstimmung. auf kürzeste Wellen etwa unter 35 bis' 30 cm erreichen.
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Die Anode der beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Drei-Elektroden-Röhre wird zweckmäßig aus einem massiven !oder zusammengesetzten
flachkastenförmigen Stück hergestellt, zweckmäßig aus hochschmelzendem und gut wärmeleitendem
Material, z: B. aus Kohle, Tantal, Wolfram und insbesondere 'Molybdän. Abb. q. zeigt
den Schnitt durch die Elektrodenanordnung bei Verwendung einer solchen Anode. i
stellt die Anodie dar mit dem Halterungsdralit q.. An der einen Schmalfläche dieses
Anodenkörpers ist die wirksame Anodenfläche als an der Schmalfläche entlanglaufende
Hohlkehle 18 eingeschnitten. Die Kathode 3, ,z. B. ein Glühfaden, liegt in der Achse
dieser Hohlkehle und das Gitter :2 koaxial hierzu.
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Man hat bereits vorgeschlagen, eine Massivanode mit dreieckigem Querschnitt
zu verwenden:, die einer ausgedehnten Gitterelektrode gegenübersteht. Bei diesem
Vorschlag -ist ,außer acht gelassen, d.aß die dreieckige Anodenquerschnittsform
eine schädliche Vergrößerung der Gitter-Anoden-Kapazität verursachen muß. Bei der
erfindungsgemäßen Anodenform dagegen ist eine Kapazitätsvergrößerung in Bereichen
außerhalb des Entladungasystems vermieden und trotzdem der bei Verwendung einer
Massivanode auftretende Vorteil erhalten; daß durch den großen Anodenquerschnitt
ein schneller Wärmeabtransport der an der wirksamen Anodenfläche auftretenden Leistung
stattfindet.
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Das Gitter ist nach Abb, q., die ein Ausführungsbeispiel zeigt, zweckmäßig
als Flachgitter auszuführen, dessen Wickelquerschnitt an der einen Schmalfläche
halbzylindrisch abgerundet ist und später als wirksamer Bereich des Gitters die
Kathode als Achse dieser Rundung enthält. Dass Gitter wird zweckmäßig als Draht
aus hochschmelzendem Material, z. B. Tantal, Molybdän oder vorzugsweise Wolfram,
gewickelt. Eine besonders ;günstige Konstruktion dieses Gitters ist in Abb. 8 dargestellt.
Hierbei wird der für das Entladungsgebiet nicht wirksame Gitterteil durch ein Hüllblech
2o eingefaßt, das dem Flachgitter von unter Umständen nur sehr geringer Höhe (Bruchteil
eines Millimeters) eine außerordentlich hohe mechanische Stabilität gibt und wärmetechnisch
besonders günstig ist.
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Es ist ferner bei diesen elektrisch und thermisch hoch belasteten
Röhren günstig, den nicht wirksamen Teil des Flachgitters durch ein Füllstück 21
(in Abb. 8) auszufüllen. Bei Verwendung eines solchen Füllstückes werden die. Gitterdrähte
entlang der vorderen- Kante des Füllstückes zweckmäßig mit diesem verschweißt, unter
Umständen unter gleichzeitigem Verschweißen mit dem Hüllblech 2o. Hierdurch wird
ein günstiger Wärmekontakt zwischen den Gitterdrähten und dem der Wärmeableitung
dienenden Füllstück und Hüllblech erreicht. Das äußere des Gitters kann in an sich
bekannter Weise durch Aufrauhen undIoder Schwärzen gut wärmestrahlend gemacht werden.
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Die Anode kann zur Verbesserung der Wärmeabstrahlfähigkeit mit Kühlblechen
versehen sein, die, um eine Kapazitätserhöhung zu - vermeiden, zweckmäßig in de
von der Hohlkehle des Anodenkörpers abgewandte Richtung laufen. -Dabei- ist es besonders
günstig, die Befestigung dies, Anodenkörpers nicht unmittelbar auf dem Anod@enhaltedraht
vorzunehmen, sondern die Anode in der in Abb. 5 als Bei'spi'el gekennzeichneten
Weisse - vermittels der Abstrahlbleche i9 mit dem Haltedraht q zu verbinden. Auf
dieseWeise wird ein ungünstiger zu großer Wärmetransport von dem Anodenkörper auf
den Haltedraht vermieden.
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Für die Ausführung der durchlaufenden Gitter-und Anodenhaltestäbe
nach Abb.6 werden die Haltedrähte zweckmäßig je aus 2 oder mehreren Teilen aufgebaut,
die gegeneinander längs beweglich und z. B. durch Federn elektrisch miteinander
verbunden werden. Diese Federn werden, da sie unter Umständen eine schädliche Selbstinduktion
darstellen können, zweckmäßig durch kurze Draht-oder Litzenenden überbrückt. Besonders
bewährt hat sich eine Verbindung der geteilten durchlaufenden Lecherdrähte durch
die Stoßsitel.len überbrückende übergeschobene Rohre in teleskopartiger Weise. Bei
der letztbeschriebenen Anordnung werden in besonderem Maße Ouersahnitts- und Abstandsstoßatellen,
d. h. schädliche Kapazitäts- und Wellenwiderstandsprünge oder schädliche Induktivitäten
im Zuge der durchlaufenden Lecherleitung vermieden.
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Die Anode und Gitter werden bei Ausführungsformen -der Röhre nach
Abb. 3 und 6 zweckmäßig trapezförmig gestaltet in der sui Abb. io gezeigten Weise
mit der Basis zu den Haltedrähten. Die günstigen Auswirkungen einer solchen Anordnung
sind darauf zurückzuführen, daß die trapezförmige Gestalt von Gitter und Anode eine
Art Anpassung der äußeren L echerleitun g an den Wellenwiderstand des Systems Gitter-Anode
darstellt. Dieser Ausführung entspricht im Falle einer Elektrodenanordnung nach
Abb.7 eine günstigste Anodenform von dreieckigem Querschnitt, die in A'bb. 9 skizziert
ist. Die wirksame Anodenfläche besteht in diesem Falle au!s einer Hohlkehle entlang
einer Kante ,des prismatischen Anodenkörpers.