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Elektronenröhre zur Erzeugung, Verstärkung und Modulation elektrischer
Schwingungen Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit Geschwindigkeitssteuerung
zur Erzeugung, Verstärkung und Modulation elektrischer `Fellen, insbesondere ulfrakurzer
Wellen. Bei Elektronenröhren mit Geschwindigkeitssteuerung werden die Elektronen
zum Unterschied von den -üblichen Elektronenröhren, bei welchen eine Dichtemodulation
des Elektronenstroms vorgenommen wird, in ihrer Geschwindigkeit gesteuert, so daß
die zu verschiedenen Zeiten in das Steuersystem. eintretenden Elektronen verschiedene
Fluggeschwindigkeiten erhalten. Die Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstromes
wird - vorzugsweise durch ein Steuersystem bewirkt, das ein oder zwei elektrischen,
Doppelschichten entspricht, an. die die steuernde Hochfrequenzspannung angelegt
ist und zwischen denen sich ein wechselfeldfreier Raum befindet. Ein solches Gittersystem
wurde z. B. von Heil angegeben und, wird im folgenden stets als Heilsches Gitter
bezeichnet.
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Bei der Röhre nach der Erfindung wird von. der Geschwindigkeitssteuerung
der Elektronen in Verhindung mit anderen besonders wirksamen Maßnahmen Gebrauch
gemacht. Erfindungsgemäß werden die von einer Elektronenquelle gelieferten Elektronen
durch ein Steuersystem (Heilsches Gitter) in ihrer Geschwindigkeit modul-ie.rt und
treffen nach dem. Verlassen des Heilscheu. Gitters auf eine Sekundäremissionselektrode
auf, die so: nahe hinter dem Steuersystem angebracht ist, daß der Elektronenstrahl
an. der Auftreffstelle praktisch noch nicht oder nur in geringem Maße in seiner
Dichte
moduliert ist. DieAmplitude der Geschwindigkeitsmodulation,
ist dabei so groß zu wählen, daß eine merkliche Änderung des Verviebfachung@faktors
der Sekundäremissionselektrode, der, wie bekannt, sich muit der Geschwindigkeit
der auftreffenden Elektronen ändert, stattfindet.
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Die Röhre nach der Erfindung .kann für verschiedene Zwecke, und zwar
als Verstärker, als Schwingungserzeuger sowie zur Modulation. und Demodulation,
z. B. für Sende- :und Emphfangszwecke, verwendet werden. Eine Anordnung nach der
Erfindung, die ;zur Verstärkung elektrischer Wellen vorteilhaft verwendbar ist,
zeigt Fig. i. In dieser Figur bedeutet i eine Elektronenquelle, 2 eine Konzentrierungselektrode,
3 das Steuersystem für die Geschwindigkeitsmodulation des von der Eldctronenquelle
i ausgehenden Elektronenstrahles 4. Das Heilsche Gitter 3 ist gleichzeitig als Schwingkreis,
z. B. in Gestalt einer A/4-Leitung, ausgebildet und liegt gegenüber der Elektronenquelle
auf einem positiven Potential. Der Elektronenstrahl, 4 durchsetzt das Heilfische
Gitter 3 und wird dabei in seiner Geschwindigkeit moduliert. Die Energie zur Modulierung
wird dem Steuersystem durch eine Leitung 5 zugeführt. Nach dem Durchfliegen des
Heilscheu Gitters trifft der Elektronenstrahl 4 auf die Sekundärem,is@sionsele'ktrode
6, die sich gegenüber der Kathode auf einem positiven Potential befindet. Die Praflelektrode
6 ist von hdem Ausgang des Heilscheu Gitters nur so weit entfernt, daß der Elektronensträhht
beim Auftreffen auf sie praktisch noch nicht dichtemodbliiert ist. Die Elektronen
lösen an der Prallelektrode 6 Sekundärelektronen aus, die durch eine stärker positive
Elektrode 7 abgeführt werden und in das Heilsche Gitter 8 (gelangen, an welches
der nunmehr in seiner Dichte modulierte, Elektrönens,trom seine Energie durch Influenzwirkung
abgibt. Die Elektronen. verlieren .beim Durchfliegen des Heilschen Gitters einen
Teil. der Geschwindigkeit und treffen auf einen Auffänger 9 auf, der sich auf einem,
Potential befindet; das .gerade so hoch isst, daß noch sämtliche Elektronen von
ihm aufgenommen werden. Wesentlich für die Wirksamkeit der Röhre nach der Erfindung
ist die Umwandlung des geschwindigkeitsmiodulierten Elektronenstrahles in einen
solchen mit reiner Dichtemodulation, welche an der Sekundäremissionselektrode 6
stattfindet. Diese kommt in folgender Weise zustande: Infolge der Geschwindigkeitsmodulation
treffen die Elektronen mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf die Ele'ktrolle 6
auf. Je nach der Geschwindigkeit der auf die Prallelektrode auftreffenden Elektronen
ist die Ausbeute an Sekundärelektronen verschieden groß, so daß sich bei Wahl einer
geeigneten Vorspannüng der Prallelektrode 6- sowie der anderen für die mittlere
Elektronengeschwindigkeit maßgebenden Elektronenspannungen eine optimale Dichtemodulation
des von der Prallelektrode ausgehenden Sekundärelektronenstrahles im Takte der durch
die Steuerspannung hervorgerufenen Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahles
an dem, Heilscheu Gitter 3 erzielen läßt. Anstatt die Energie in der in Figg. i
dargestellten Weise aus dem dichtemodulierten El,ektronenstra'hl zu entnehmen, kann
man auch eine Anordnung nach Fig.2 verwenden. Bei dieser ist außer der Prallelektrode
6 noch eine weitere Sekundäremissionselektrode ro angeordnet, die den dichtemodulierten
Elektronenstrahl i i weiterverstärkt. Natürlich können auch mehrere derartige- Verstärkerstufen
angeordnet werden. Zur Entnahme der Energie aus dem dichtemadulierten Strahl bedient
man sich dabei mit Vorteil eines Elektrodensystems, das aus einem für die hochfrequente
Wechselspannung geerdeten Schirmgitter 12 und einer nahe an dem Schirmgitter angeordneten
Anode i3 besteht. Infolge der durch die Sekundärelektrode erzielten höhen Steilheit
und verkleinertem Innenwiderstand ist man nicht mehr genötigt, dämpfungsärmste HohIraumresonatoren
zu verwenden, sondern kann aus konzentrierter Induktivität und Kapazität bestechende
Schwingungskreise verwenden. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, die Bandbreite beliebig
einzustellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Schwingungskreis
aus einer Induktivität 14 und einem Kondensator 15 sowie einem zur Einstellung der
Bandbreite dienenden: Widerstand 16.
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In Fig. 3 ist veranschaulicht, in welcher Weise die Erfindung fürdieErzeugung
elektrischer Wellen nutzbar gemacht werden kann. Die Anordnung entspricht zu-nächst
im wesentlichen der nach Fig. i. Auch hier findet eine Geschwindigkeitsmodulation
der von der Elektronenquelle i kommenden Elektronen durch das Heilsche Gitter 3
und, eine Umwandlung der geschwindigkeitsmodulierten Elektronenstrahlen in dichtemodulierte
an der Prallelektrode 6 statt. Der dichtemodulierte Elektronenstrahl 17 wird in
das Heilsche Gitter 8 geführt, an das er seine Energie abgibt. Das Heilsche Gitter
8 ist -gleichzeitig als schwingungsfähiges .System ausgebildet. Über eine Rückkopplungsleitung
18 wird ein Teil der Schwingungsenergie an das Steuersystem 3 abgegeben, so daß
-die Schwingungen durch Rückkopplung aufrechterhalten werden. Die Nutzenergie wird
dem schwingungsfähigen System z. B. durch eine Koppelschleife i9 entnommen und dem
Verbraucher zugeführt.