DE872074C - Magnetfeldroehre fuer ultrakurze elektromagnetische Schwingungen, deren Kathode innerhalb von Hohlraumresonatoren verlaeuft - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 30. MÄRZ 1953

p 28946VIIIaJ2Ia* D

ist als Erfinder genannt worden

Glarus (Schweiz)

Zur Erzeugung von Schwingungen mit Wellenlängen im Zentimetergebiet ist es bekannt, Magnetfeldröhren zu verwenden. Bei einer bekannten Ausführungsform wird als Schwingkreis ein Hohlraumresonator verwendet, welcher die Kathode umschließt. Das im Innern des Hohlraumresonators vorhandene hochfrequente Magnetfeld umschließt somit ebenfalls die Kathode und induziert in dieser hochfrequente Ströme, welche über die Kathodenzuleitung abfließen können. Dadurch ergibt sich eine unerwünschte Kopplung des an und für sich b Eklf

praktisch völlig
raumes mit der

pp

abgeschlossenen
Umgebung der

Elektronenlauf-Röhre, was zu unangenehmen Störungen, wie Handempfindlichkeit, Koppelwellen, Frequenzbeeinflussung usw., führen kann.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfeldröhre für ultrakurze, elektromagnetische Schwingungen, deren Kathode innerhalb von Hohlraumresonatoren verläuft, die durch den Elektronenmechanismus angeregt werden. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei die Kathode umfassende zylinderförmige Hohlraumresonatoren vorgesehen, deren innere Zylinderflächen aus ineinandergreifenden Segmenten bestehen, wobei Mittel vorgesehen sind zur gegenseitigen elektrischen Kopplung der

Hohlraumresonatoren, so daß die Summe der-die 'Kathode umfassenden magnetischen Flüsse der Hohlraumresonatorschwingungen Null ist.

Die Erfindung besitzt demnach den Vorteil, daß durch die Kathodenleiter keine Hochfrequenzenergie nach außen abgegeben wird. In der Wahl der Kathode ist man vollständig frei. Es lassen sich auch ohne weiteres Großfiächenkathoden verwenden, was deshalb von Bedeutung sein kann, weil für einen guten Wirkungsgrad der Röhre das Verhältnis von Anoden- und Kathodendurchmesser von wesentlicher Bedeutung ist.

Die vorliegende Erfindung sei nun an Hand der Zeichnung und der nachfolgenden Ausführungs- *5 beispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. ι eine erfindungsgemäße Röhre in perspektivischer Darstellung und Fig. 2 einen Schnitt durch eine gegenüber Fig. ι leicht modifizierte Röhre; Fig. 3 zeigt ein Prinzipschema und Fig. 4 eine Perspektive einer speziellen Resonatorausführung; Fig. 5 zeigt eine speziell einfache Resonatorkopplung, und in Fig. 6 sind drei Hohlraumresonatoren dargestellt, deren Schwingungen Phasenverschiebungen von i2o° aufweisen.

In Fig. ι und 2 ist mit 1 eine Großflächenkathode, mit 2 der eine und mit 3 der andere Hohlraumresonator bezeichnet. Mit 4 sind die Anodensegmente und mit 5, 6, 7 die Leitungen zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie bezeichnet. Über die Leitungen 8 wird die Kathode geheizt, und 9 dient als Stütze für die Resonatoren. Der Glaskolben 10 schließt die ganze Anordnung unter Vakuum ab. Parallel zur Achse der Kathode 1 verläuft ein konstantes Magnetfeld, das nicht eingezeichnet ist. Die kleinen Kreise 11 (nur in Fig. 2) zeigen den Verlauf des hochfrequenten Magnetfeldes, und 12, 13, 14 sind die seitlichen Begrenzungswände der Resonatoren 2 und 3.

Im Betrieb werden von der Kathode 1 Elektronen emittiert, welche in den Raum zwischen dieser und den Anodensegmenten 4 gelangen. Als Folge der Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode sowie des Magnetfeldes beschreiben die Elektronen in bekannter Weise im Anoden-Kathoden-Raum Zykloidenbahnen, wobei sie ähnlich wie im Klystron eine Paketierung erleiden, und diese Elektronenpakete regen in bekannter Weise den Magnetfeldgenerator zu hochfrequenten Schwingungen an. Der kapazitive Teil des Hohlraumresonators 2 besteht im wesentlichen aus den Segmenten 4, so daß in eitiem Zeitmoment beispielsweise die an der Seitenwand 13 befestigten Segmente positiv, die an der Seitenwand 12 befestigten negativ sind. Diese Ladungen gleichen sich aus bzw. vertauschen ihre Plätze,, indem sie über die "Seitenwände und den äußeren Zylindermantel fließen. Bei diesem Schwingungsvorgang ist ein hochfrequentes Magnetfeld im Innern des Hohlraumresonators 2 vorhanden, das die Kathode 1 umschließt. Wird nun dafür gesorgt, . daß das Magnetfeld im Hohlraumresonator 3, das genau so entsteht wie dasjenige im Resonator 2, entgegengesetztidemjenigen im Hohlraumresonator 2 verläuft, so -wird in der Kathode 1 kein hochfrequenter Strom entstehen, da sich die induzierenden Wirkungen der beiden gegenphasigen hochfrequenten Magnetfelder aufheben. Dadurch wird die Energieabgabe über die Kathode vermieden, und der Innenraum der Hohlraumresonatoren bleibt gegen außen abgeschlossen.

Bedingung für richtiges Funktionieren ist aber, daß die hochfrequenten Magnetfelder in den beiden Resonatoren 2 und 3 gegenphasig schwingen, so daß in jedem Zeitpunkt, wenn das hochfrequente Magnetfeld im einen Resonator beispielsweise rechtsläufig ist, es im andern Resonator linksherum verläuft. In Fig. 2 ist der Verlauf der beiden hochfrequenten Magnetfelder durch die kleinen Kreise 11 dargestellt.

Diese Gegenphasigkeit läßt sich durch die geeignete Kopplung der beiden, Schwingkreise verkörpernden Hohlraumresonatoren erzielen. Fig, 3 zeigt zwei parallel geschaltete Schwingkreise, die gegenphasig schwingen. Der ,Schwingkreis 30 entsprich^ beispielsweise dem Resonator 2 und der Schwingkreis 31 dem Resonator 3 der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Röhre. Die Kapazität 32 entspricht im wesentlichen der Kapazität der Segmente 4 des Resonators 2, und die Kapazität 33 entspricht demnach der Kapazität der Segmente 4 des Resonators 3. Die Selbstinduktion 34 bzw. 35 entspricht dann im wesentlichen der Selbstinduktion der beiden Seitenwände und der. zylindrischen Außenfläche des Resonators 2 bzw. 3. Die Kopplung zwischen den Punkten 36 und 37 ist realisiert durch die leitend aneinanderstoßenden Resonatoren also durch die Trennwand 12 in Fig. r und 2. Die Kopplung zwischen den Punkten 38 und 39 kann nun in verschiedener Weise erfolgen. In Fig. 1 ist die Kopplung durch direkte Verbindung der Leiter 5 und 7 vorzunehmen, wobei diese Leiter genau so an den Resonatoren a und 3 angeschlossen sein können, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Vorteilhaft erfolgt die Verbindung der Leiter 5 und 7 im Innern des Glaskolbens 10, so daß nur zwei Leitungen zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie durch den Glaskolben geführt werden müssen. Die beiden Heizleitungen 8 werden dann zweckdienlich auf der gleichen Seite wie die Hochfrequenzleiturigen durch den Glaskolben 10 geführt, wobei diese insgesamt vier Leitungen in der für Röhren üblichen Art kreuzförmig zu einem Sockel angeordnet werden können. Die Stütze 9 kann in den meisten Fällen weggelassen werden.

In-Fig. 2 erfolgt die Kopplung (Verbindung von 38 und: 39 in Fig. 3) dadurch, daß je die gleichliegenden Segmente 4, welche an den beiden Außenwänden 13 und 14 der Resonatoren 2 und 3 befestigt sind, miteinander durchgehend verbunden sind, wie dies in Fig. 2 im Schnitt gezeigt ist, wobei natürlich darauf zu achten ist, daß diese verbundenen Segmente nichf die gemeinsame Mittelwand 12 der Resonatoren 2 und 3 berühren. Fig. 4 zeigt in einer Perspektive nur diese beiden Resonatoren, deren Segmente" entsprechend verbunden sind. 2 ist der eine und 3 der andere Resonator, 40 sind die ßegmente, welche an der Mittelwand 12 befestigt sind,

und 41 sind die miteinander verbundenen, also durchgehenden Segmente der beiden Außenwände 13 und 14.

Fig. 5 zeigt eine weitere sehr einfache Ausführung der Kopplung entsprechend der Verbindung 38-39 in Fig. 3. Zur Vereinfachung des Bildes sind nur gerade die in der Schnittebene, welche durch die Kathodenachse x-x gelegt ist, liegenden Umrisse der Resonatoren 2 und 3 mit den Seitenwänden 12, 13 und 14 und den Segmenten 4 gezeichnet, wobei die Segmente entsprechend Fig. 1 ausgeführt sind. Ferner ist der Verlauf des hochfrequenten Magnetfeldes durch die Kreise 11 angedeutet.

Die Drahtschleife 50 führt von dem Innern des einen Resonators durch eine öffnung in der Mittelwand 12 ins Innere des andern Resonators. Es ist leicht einzusehen, daß nur ein Schwingungszustand sich ausbilden kann, der in den beiden Leiterstücken, welche die schraffierten Flächen umschließen,

so gleichgerichtete Ströme induziert, beispielsweise so wie die eingezeichneten Pfeile andeuten. Das ist aber nur möglich, wenn die beiden Felder, wie gezeichnet, gegenphasig sind; womit der Zweck der Drahtschleife 50 erfüllt ist.

In Fig. 6 ist in schematischer Darstellungsweise ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches drei Hohlraumresonatoren aufweist, wobei die Kopplung so ausgeführt ist, daß die Schwingung der drei Resonatoren 120⁰ in der Phase verschoben sind. 61, 62, 63 sind die drei Hohlraumresonatoren, welche wiederum nur im Schnitt mit einer in der Kathodenachse x-x liegenden Ebene dargestellt sind. 4 sind die Segmente dieser Resonatoren, und 65, 66, 67 sind die zugehörigen Auskoppelschleifen, welche als konzentrische Wellenleiter 68, 69, 70 zu den sternförmig geschalteten Verbrauchern 71 führen. Damit die drei Resonatoren die verlangte gegenseitige Phasenverschiebung von i2o° aufweisen, müssen die Koppelleitungen 72 und 73 vorgesehen sein, welche einerseits die Leitungen 68 und 69 und anderseits die Leitungen 68 und 70 kapazitiv verbinden. Durch richtige Wahl der Abstände y und s (am einfachsten auf empirischem Weg) kann ohne Mühe die gewünschte Phasenverschiebung der drei Resonatoren erzielt werden, so daß z. B. der Resonator 62 um I2O>° und der Resonator 63 um 240⁰ phasenverschoben gegenüber dem Resonator 61 schwingt. Dadurch wird die Summe der induzierenden Wirkungen der Magnetfelder aller drei Resonatoren auf die Kathode gleich Null und die Abstrahlung von

- Hochfrequenzenergie über die Kathode verunmöglicht.

Ein solches Generatorsystem eignet sich vorzüglieh zur Erzeugung von elektromagnetischen Drehfeldschwingungen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetfeldröhre für ultrakurze, elektromagnetische Schwingungen, deren Kathode innerhalb von Hohlraumresonatoren verläuft, die durch den Elektronenmechanismus angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei die Kathode umfassende zylinderförmige Hohlraumresonatoren vorgesehen sind, deren innere Zylinderflächen aus ineinandergreifenden Segmenten bestehen, und daß Mittel vorgesehen sind zur gegenseitigen elektrischen Kopplung der Hohlraumresonatoren, so daß die Summe der die Kathode umfassenden magnetischen Flüsse der Hohlraumresonatorschwingungen Null ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei in Gegenphase schwingende Hohlraumresonatoren.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumresonatoren mit Hilfe der die Hochfrequenzenergie von diesen Resonatoren wegführenden Leitungen miteinander elektrisch gekoppelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Heizleitungen sowie 'die beiden Hochfrequenzleitungen beim Austritt aus dem Röhrenkolben einen kreuzförmigen iSockel bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände benachbarter Hohlraumresonatoren miteinander durch Segmente verbunden sind, welche abwechslungsweise zwischen den an der Mittelwand befestigten Segmenten verlaufen und von diesen galvanisch getrennt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumresonatoren durch im Innern der Resonatoren angebrachte Mittel elektrisch miteinander gekoppelt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopplungsschleife vorgesehen ist, welche in benachbarte Hohlraumresonatoren eingreift und den magnetischen Fluß in den beiden Hohlraumresonatoren in umgekehrtem Sinne umfaßt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei mit 120⁰ Phasenverschiebung schwingende Hohlraumresonatoren.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Hohlraumresonatoren mit Hilfe von kapazitiven Verbindungen erfolgt, welche die die Hochfrequenzenergie von diesen Resonatoren wegführenden Leitungen in geeigneten Abständen verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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