DE863390C - Elektronenentladungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenentladungsvorrichtuiigen, bei denen von einer periodischen Ablenkung des 'Elektronenstrahls Gebrauch gemacht wird und die insbesondere für Ultrahochfrequenzen von Vorteil sind.

Bei den gebräuchlichen Elektronenentladungsvorrichtungen der hier betrachteten Art wird ein Elektronenstrahl zwischen zwei Ablerikelektroden hindurch auf eine mit einer Öffnung versehene Elektrode gerichtet, hinter welcher gewöhnlich ein Kollektor angebracht ist. Den Ablenkelektroden werden Hochfrequenzwechselspannungen zugeführt, um eine Ablenkung des Elektronenstrahls über die erwähnte Öffnung hinweg zu bewirken und auf diese Weise den Augenblickswert des den Kollektor treffenden Elektronenstroms zu steuern, wobei der Kollektor als Ausgangselektrode dient. Bei den bekannten Röhren dieser Art nimmt die Ablenkempfindlichkeit infolge der Laufzeiteffekte der Elektronen mit zunehmender Ablenkfrequenz ab. Es sind Versuche unternommen worden, um die Ablenkempfindlichkeit oder die Transkonduktanz der Röhre zu erhöhen; jedoch sind diese Versuche ohne großen Erfolg geblieben. Die gebräuchlichen Röhren dieser Art unterliegen auch insofern einer Begrenzung, als beim Betrieb mit Ultrahochfrequenzen der Eingangskreis einen geringen Resonanzwiderstand annimmt, so d'aß eine große Leistung zum Betrieb der Röhre erforderlich wird. Hierdurch wird die Leistungsverstärkung der Röhre, wenn sie als Verstärker betrieben wird, herabgesetzt. Die hauptsächlichen Gründe für den geringen Resonanzwiderstand liegen unter anderem in Strahlungsverlu'Sten und Wid'erstandsverlusten

■ infolge "höher zirkulierender -Ströme in den Elektroden und Zuleitungen. Aus der gegenseitigen Einwirkung des Elektronenstroms und der mit der Röhre verbundenen Stromkreise und Elektroden resultiert auch eine Elektronenlast, welche unerwünschte degenerative und regenerative Wirkungen ''. ausüben'ka'nn·,/ die durch den Zuleitungswiderstand der mehr als einem Stromkreis gemeinsamen Zuleitungen hervorgerufen werden können.
ίο Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Querablenkung des Elektronenstrahls, welche sich besonders für die Benutzung bei Ultrahochfrequenzen eignet und welche eine verhältnismäßig hohe Transkonduktanz besitzt.

Außerdem bezweckt die Erfindung die Schaffung einer solchen Vorrichtung mit einem Eingangskreis hohen Resonanzwiderstandes, so daß die Steuerleistung besser ausgenutzt wird.

ao Ein weiterer Zweck der Erfindung liegt darin, in einer solchen Vorrichtung die unerwünschte Kopplung durch gemeinsame Zuleitungen und die unvollkommene Abschirmung zwischen den einzelnen 'Kreisen auf ein Minimum zu vermindern.
Ferner soll insbesondere bei einer Elektronen- -■■- entladungsvorrichtung mit Querablenkung eine - mehrfache additiv wirkende Ablenkung geschaffen werden, um der Röhre eine hohe Transkonduktanz zu verleihen.

Ein anderer Zweck der Erfindung ist der, bei einer Elektronenentladungsvorrichtung mit Querablenkung eine mehrfache additiv wirkende Ablenkung und eine Sekundäremissionsverstärkung zu benutzen, um zu einer Röhre mit sehr hoher Transkonduktanz zu kommen.

Schließlich bat die Erfindung noch den Zweck, bei einer Elektronenentladungsvorric'htung mit Querablenkung eine neue Art eines kombinierten Elektrodensystems und eines Stromkreises für die Benutzung bei Ultrahochfrequenzen und bei einer hohen Transkonduktanz zu verwenden.

Fig. ι zeigt einen Längsschnitt einer Ausfüihrungsform der Erfindung mit den^; zugehörigen Stromkreisen;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Ebene 2-2 in Fig. i,

■ Fig. 3 ein Längsschnitt einer anderen Ausfüihrungsform,

Fig. 4 ein Querschnitt längs der Schnittebene 4-4 in Fig. 3,,

- Fig. 5 ein vergrößerter Querschnitt längs der Schnittebene 5-5 in F'ig. 3,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Elek-

- trodensystems und des Hochfrequenzstromkreises, die in der Röhre nach Fig. 3 verwendet werden, und Fig. 7 ein schematisch dargestellter Längsschnitt

durch die in Fig. 3 gezeichnete Röhre mit einem Schaltbild der zugehörigen Stromkreise.

Die Röhre in Fig. 1 besteht aus einem evakuierten Gehäuse 10 mit dem üblichen Preßfuß 11 und dem Sockel Γ2. Auf diesem Preßfuß befindet sich die indirekt geheizte Kathode 1.3 mit den Zuführungen

13', welche als Kathodenzuleitungen und als Heizwicklungszuleitüngen dienen. Am anderen Ende des Röhrengefäßes ist ein Kollektor 14 angebracht, auf welchen der Elektronenstrahl durch die zwischen Kathode und Kollektor gelegenen Elektroden gerichtet wird.

In der Nähe der Kathode befindet sich eine Elektrode zur Begrenzung und Fokussierung des Strahls/ die aus einer Scheibe 15, welche mit der Zuleitung 15' verbunden ist, gebildet wird. Das Ablenkelektrodensystem enthält das Rohr 16, das durch drei transversale leitende Elemente 17, 18 und 19 in Kammern aufgeteilt wird, wobei die in diesen Elementen angebrachten Öffnungen x'f 18' und 19' sich decken, so daß der Strahl von der Katihode aus durch sie hindurchlaufen kann. Der Strahl passiert beim Durchlaufen dieses Elektrodensystems eine weitere Elektrode 20 mit einer öffnung 20', die an eine Leitung 21 angeschlosen ist und von ihr gehalten wird. Zwischen dieser letzteren Elektrode und dem Kollektor liegt ein Elektronenvervielfacher, welcher aus den Elektroden 22, 23, 2,4,, 25, 26 und einem Netz 27 besteht. Das Element 20", dais sich auf Erdpotential befindet und mit der Elektrode 20 verbunden ist, bewirkt, daß der Elektronenstrahl auf die Vervielfacherelektrode 22 auftrifft, auf der Sekundärelektronen entstehen. Die Elektroden dieses Elektronenvervielfachers können mit einem gebräuchlichen Material zur Sicherstellung eines hohen Verhältnisses von Sekundärelektronen zu Primärelektronen überzogen werden.

Zwischen die mit öffnungen versehenen Wände 18 und 19 sind die Ablenkelektrodenelemente 30, 31 und 32 angebracht, die der Reihe nach abwechselnd auf verschiedenen Seiten des Strahls liegen, Der Abstand zwischen den Mittelpunkten dieser Ablenkelemente ist gleich der Entfernung, welche ein Elektron in einer Halbperiode einer diesen Ablenkelektroden zugeführten Wechselspannung zurücklegt. Die Elemente haben in der Flugrichtung der Elektronen vorzugsweise eine solche Erstreckung, die dem von den Elektronen während einer Halbperiode oder π Bogenmaßeinheiten zurückgelegten Weg gleich ist. Die aufeinanderfolgenden Elemente sind miteinander kreuzweise verbunden, so daß die Phasenbeziehung zwischen dem Elektronenstrahl und der den Steuerelekroden zugeführten Spannung eine additive Ablenkung ergibt, d. h. die Ablenkung immer in derselben Richtung stattfindet.

Die Leitungen 34 und 3,5 sind über zwei in der Zeichnung dargestellte;, aber nicht mit Bezugszeichen versehene Kondensatoren an die Signaleingangsquelle angeschlossen und außerdem über die Widerstände 37 .und 38, die mit dem Querkondensator 36 zusammenarbeiten, an eine Spannungsteilereinrichtung, welche die Spannungsquelle 33 enthält. Diese Anordnung erlaubt nicht nur eine Abstimmung der Leitungen 34 und 35, sondern liefert auch die notwendigen Gleichspannungen, um den Ablenkelektroden eine geeignete Vorspannung zu geben, die zur Zentrierung des Elektronenstrahls nötig ist. Die geeignete positive Spannung wird dem Ablenkelektrodensystem to mittels des Leiters 39 zugeführt. Die Spannungs-

quelle für die Vervielfacherelektroden ist mit 40 bezeichnet, ihre Spannungen nehmen von der Scheibe 20 nach dem Kollektor 14 in positiver Richtung zu. Durch Nebenschlußkondensatoren, wie die Kondensatoren 41, werden Wege für die Hochfrequenzströme geschaffen. Die Ausgangsenergie wird zwischen dem Kollektor 14 und dem Gitter 27 abgenommen und der Primärwicklung eines Transformators 42 über einen Kondensator 43 zugeführt. Der Kollektor erhält eine geeignete Vorspannung über eine Leitung 43', wobei ein Nebenschlußkondensator 44 den Hochfrequenzkreis vervollständigt und die Versorgung des Rohres 16 und des Kollektors 14 mit verschiedenen positiven Spannungen erlaubt.

Beim Betrieb wind ein Elektronenstrahl von der Kathode 13 durch die strahlerzeugende und Elektronenlinsenanordnung, die aus den Elementen 15, 17 und 18 gebildet wird, hergestellt. Durch eine geeignete Wahl der Lage der Ablenkelemente 30 gegenüber der Blendenscheibe 18 kann eine weitere Elektronenlinse zwischen diesen Elementen !gebildet werden, um den Strahl auf die Öffnung 19' in der Scheibe 19 zu fokussieren. Der Strahl läßt sich außerdem dadurch richten_j daß die drei Ablenkelemente mit einer geeigneten Vorspannung versehen werden. Aus diesem Grund ist eine ungerade Anzahl, von Ablenkelementen vorhanden. Wenn eine Eingangssignalspannung oder eine Steuerspannung den Leitungen 34 und 35 aufgedrückt wird, wird der Strahl über die Öffnung 119' hinweg abgelenkt. Die Laufzeit der Elektronen ist den Ablenkelementen so· angepaßt, daß Elektronen, die durch die Ablenkelemente 30 nach oben abgelenkt werden, eine halbe Periodendauer später zwischen den Ablenkelementen 31 wieder eine Ablenkung nach oben erfahren und gleicherweise zwischen den Ablenkelementen 32 nach oben abgelenkt werden. Da die Ablenkelemente kreuzweise miteinander verbunden sind, und' da ihre Mittelpunkte eine Versetzung von einer Halbperiode haben, sind die Spannungen zwischen den Ablenkelektroden immer in derjenigen Phasenlage, um Elektronen additiv, d. h. in derselben Richtung, abzulenken.

Der Betrag der Ablenkung über die Blende 19, der in einem bestimmten Zeitpunkt auftritt, bestimmt auch den Strom, welcher die Öffnung 19' durchsetzt, so daß die Eingangsspannung wiederhergestellt werden kann und eine vergrößerte Ausgangsspannung wegen der hohen Transkonduktanz der Röhre entsteht. Die Verstärkung wird mittels des Elektronenvervielfachers zwischen der Scheibe 20 und dem Kollektor 14 noch weiter erhöht, wobei die Ausgangsenergie zwischen dem Kollektor 14 und dem Gitter 27 mittels des Ausgangskreises mit Transformator 42 und Kondensator 43 abgenommen wird. Wenn die Röhre als Umformer benutzt werden ,soll, so muß man sowohl das Signal als die örtlich erzeugte Schwingung den Eingangsleitungen 34 und 35 (Lecherleitungen) zuführen.

In Fig. 3 ist eine Abänderung der Erfindung dargestellt, in welcher die Stromversorgung in den Eingangskreis eingebaut ist und in welcher der Eingangskreis gegenüber der Kathode und'ferner gegenüber dem Ausgangselektrodensystem fast völlig abgeschirmt ist. Dieser Eingangskreis stellt eine andere Ausführungsform einer mehrfach wirkenden Ablenkungseinrichtung nach Fig. 1 dar.

Bei dieser Ausführungsform ist ein evakuiertes Gefäß'50 mit dem üblichen Preßfuß 51 und dem Sockel 51' vorhanden. Auf dem Preßfuß ist eine indirekt geheizte Kathode 52 mit einer Kathodenzuführungsleitung 53 vorgesehen. Der Kathode liegt eine Elektrode 54 mit Öffnung 54' zur Herstellung und Fokussierung des Elektronenstrahls benachbart, die an einer mit Glaskügelchen 54 isolierten Konstruktion befestigt ist. Die Elektrode 54 und die Kathode 52 sind, wie in Fig. 5 gezeigt, elektrisch miteinander verbunden. Am anderen Ende des Glasgefäßes befindet sich der Kollektor 55 auf seinen Haltedrähten 55'. Zwischen der Fokussierungselektrode 54 und dem Kollektor 55 liegen die Strahlablenkungselektroden, bestehend aus einem rohrförmigen Körper 56, zu welchem die mit Öffnungen versehenen und scheibenförmigen leitenden Elemente 57, 58 und 59 mit den länglichen Schlitzen 57', 58' und 59' quer ver-' laufen, welche untereinander und mit der Öffnung 54' in Deckung sind. Die Länge dieser Schlitze ist zum Zweck, den Strahl geeignet zu formen, verschieden groß.

Gemäß der Erfindung ist die Strahlablenkeinrichtung und der Eingangskreis zu einem einheitlichen Bauteil vereinigt, was die Konstruktion der Röhre vereinfacht und eine wirksame Abschirmung des Eingangskreises und der Elektroden von dem Ausgangselektrodensystem ermöglicht. Der rdhrförmige Körper 56 ist mit Ansätzen 60 und 61 versehen, innerhalb deren der mit dem Ablenkelektrodensystem vereinigte Stromkreis angebracht ist i_Oo und dort mittels der auf Glaskügelchen befestigten Konstruktion gehalten wird.

Wie am besten aus Fig. 6 zu ersehen, besteht die Ablenkelektrodeneinrichtung aus einem prismatischen, rechtwinkligen Körper von bandartigem Aufbau, welcher in der Mitte zwei nach innen ragende Teile 64 trägt, die mit Schlitzen 65 versehen sind, um die Ablenkelemente 64' zwischen diesen Schlitzen zu bilden. Der Abstand von der Mittellinie, die transversal zum geschlitzten Teil no verläuft, ist gleich einer Viertelwellenlänge der empfangenen oder Steuerspannung, so daß jede Hälfte sich wie ein Lecherdrahtsystem von Viertelwellenlänge verhält und die Spannungsspitzen zwischen den nach innen ragenden Teilen 64, in n₅ denen die Ablenkelektrodenelemente angebracht sind, auftreten. Die Spannung wird dieser Schaltungsanordnung über Leitungen 66 zugeführt, welche an eine Übertragungsleitung, beispielsweise an ein konaxiales Kabel, angeschlossen werden können. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Elemente 64' ist gleich einer ganzen Wellenlänge der zugeführten Steuerspaunung oder gleich der Entfernung, die ein Elektron während einer Periodendauer der zugeführten Steuerspannung durchfliegt. Die Elemente haben einen Abstand in

der Richtung der Elektronenbalin gemessen, der etwa gleich einer Halbperiode oder gleich rc'Bögenmaßeinheiten ist. Diese Anordnung macht es möglich, alle Elemente auf derselben Seite des Strahls elektrisch miteinander zu verbinden und sie an dieselbe .· Seite des Lechersystems anzuschließen, welches durch den Körper 62 gebildet wird.

Um den Strahl zwischen den Ablenkelektroden geeignet zu zentrieren und ihn durch die Öffnung

der Scheibe 59 hindurchzulenken, werden zwei strahlrichtende Elemente 67 in der Kammer zwischen den Scheiben 57 und 58· benutzt, wobei die richtigen Vorspannungen mittels der Leitungen 68 und 69 zugeführt werden.

-Das schematische Schaltbild nach Fig. 7 zeigt die Verbindungen zum Spannungsteiler der Spannungsquelle 71 und zur Spannungsquelle 70 für die Strahlrichtungselektroden 67 und die verschiedenen anderen Elektroden. Die Ausgangsspannung wird zwischen dem Kollektor 55 und dem transversal verlaufenden Körper 59 abgenommen, der durch das Rohr 56 gehalten wird, und tritt an ,der Induktivität 72 auf. Wie zu sehen, ist quer zur Öffnung ein Leiter ^g₁ angebracht, um den Doppel-

öffnungseffekt zu erhalten und dadurch die Ausgangskennlinie entsprechend zu beeinflussen.

Beim Betrieb ist der Elektronenstrahl, der durch die Kathode 52 und das Fokussierungselement'54 erzeugt wird, durch die Öffnung 57.' hindurch auf

den Zwischenraum zwischen den Strahlrichtungselementen 67 gerichtet, deren Vorspannung so eingestellt werden kann, daß der Strahl durch die Mitte der Öffnung 58' und durch die Ablenkelektroden 64' hindurchläuft. Wenn der Strahl diese Elemente passiert, wird er für jeweils etwa eine Halbperiode dem Einfluß der .aufeinanderfolgenden Ablenkelektrodenpaare ausgesetzt. Insofern als die Spannung während dieser HaIbperiodenintervalle durch i8o° geht, wirken die Ab-

lenkungen additiv in derselben Richtung, so daß die Transkonduktanz erhöht wird, und zwar im wesentlichen proportional der Anzahl der aufeinanderfolgenden Ablenkelementpaare. In der dargestellten Einrichtung ist der Eingangskreis mit

den Ablenkelementen vereinigt, um die Konstruktion wesentlich vereinfachen zu können und die Ablenkung besser wirksam zu machen. Außerdem ist wegen der Abschirmwirkung des rohrförmigen Körpers 56 mit seinen Ansätzen 60 und 61 der Eingangskreis von dem Ausgangselektrodensystem gut abgeschirmt, so daß wenig gegenseitige Einwirkung vorhanden ist,

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektronenentladungsvorrichtung, bestehend aus der Kombination einer Kathode und aus Einrichtungen, die ihr zugeordnet sind, um einen gerichteten und von ihr ausgehenden Elektronenstrahl zu erzeugen, und aus Einrichtungen, welche eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Paaren von einander gegenüber

   angeordneten Ablenkelementen enthalten, die so beschaffen sind, daß ihnen eine Steuerwechselspannung hoher Frequenz zugeführt werden kann, wobei die Paare von Ablenkelementen beiderseits des Elektronenstrahls hintereinander angeordnet sind, dadurch ge-, kennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten dieser Elemente so gewählt ist, daß nacheinander additive Ablenkungen des Elektronenstrahls hervorgerufen werden und daß eine Mehrzahl· von Sekundäfemissionselektroden vorhanden ist, auf die der Strahl gerichtet werden kann, nachdem er die genannten Ablenkungen erfahren hat, sowie eine Aus-. gangselektrode, um den durch die letzte der " ■genannten Sekunidäremissionselektroden vervielfachten Elektronenstrom aufzunehmen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Elemente aufeinanderfolgender Paare von Ablenkelektroden gleich dem Abstand ist, den ein Elektron während einer Halbperiode der zugeführten Steuerspannung durchläuft, wobei jedes Paar von Ablenkelementen kreuzweise mit dem nächsten Paar verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Elemente aufeinanderfolgender-Paare von Ablenkelektroden gleich dem Abstand ist, den ein Elektron während einer Periode der zugeführten S teuer spannung durchläuft, wobei alle diese Elemente auf derselben Seite des Strahls 'elektrisch miteinander verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß. sie einen mit Öffnungen versehenen leitenden Körper enthält, durch welchen der Strahl hindurchgelenkt wird und quer zu dessen Oberfläche der Strahl eine Ablenkung erfahrt, bevor er die Sekundäremissionselektroden erreicht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4_; dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ablenkelemente in der Elektronenflugrichtung eine Abmessung besitzen, die ein wenig kleiner ist als die Länge, die von einem Elektron während einer Halbperiode. der zugeführten Steuerspannung durchlaufen wind.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen der Kathode und den Sekundäremissionselektroden ein leitfähiges Gehäuse enthält, das mit transversal liegenden Elementen, die mit in Deckung !befindlichen öffnungen versehen sind, ausgerüstet ist, wobei die genannte Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Paaren entgegengesetzt angeordneter Ablenkelemente zwischen zwei (der transversalen Elemente des genannten Gehäuses gelegen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5627 1.