DE884828C

DE884828C - Generator fuer Ultrakurzwellen

Info

Publication number: DE884828C
Application number: DEC2915A
Authority: DE
Inventors: Harry Huber; Werner Kleen
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1947-11-18
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-07-30
Also published as: FR958228A; US2657314A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator für Ultrakurzwellen hoher Leistung, der als Oszillator mit einem relativ breiten Frequenzband zu arbeiten in der Lage ist.

Die bisher bekannten Generatoren für Ultrakurzwellen mit beachtlicher Leistung sind die Magnetrons, die aber mit einer einzigen Arbeitsfrequenz infolge der Resonanzschärfe ihrer dämpfungsarmen Schwingkreise arbeiten.

Diese Magnetrons besitzen eine Anode, die aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren enthält. In der Abb. ι a ist ein Schema für die Arbeitsweise eines derartigen Magnetrons dargestellt. K stellt die Kathode dar, die abgewickelt vorausgesetzt wird. C_A die Kapazität zwischen Anode und Kathode. L, C sind eine Kette von Schwingungskreisen, welche durch die Schlitze und Hohlräume der Anode gebildet werden. Die Schlitze bestimmen die Kapazität C, und die Hohlräume bestimmen die Selbstinduktion L. Ein derartiger Kreis arbeitet praktisch nur für eine einzige Frequenz.

Man hat wohl versucht, abstimmbare Magnetrons zu entwickeln, indem man die Innenwände wechselseitig deformiert, wobei die Deformation durch eine mechanische, außerhalb der Röhre befindliche Vorrichtung hervorgerufen wird. Hierdurch wird eine Abänderung der Elemente L, C, C_A des vorerwähnten Kreises hervorgerufen. Außer der Schwierigkeit, derartige Röhren zu bauen, erhält man nur eine Frequenzänderung von der Größenordnung von io°/o im Maximum.

Die Erfindung hat einen Generator zum Ziel, der über ein viel breiteres Frequenzband arbeitet als das vorbeschriebene Magnetron und dessen Aufbau

.eine wesentliche Vereinfachung besitzt. Die Mittel hierzu bestehen in einer Generatorröhre mit Eingangs- und Ausgangskreis, deren innere zylindrische Kathode völlig oder teilweise emittiert, und einer Verzögerungsleitung als Anode, die koaxial zur Kathode angeordnet ist in Verbindung mit einem kontinuierlichen axialen magnetischen und einem kontinuierlichen radialen elektrischen Feld, wobei durch Zwischenschaltung eines Resonanzkreises von regelbarer Abstimmung der Eingangsmit dem Ausgangskreis rückgekoppelt ist.

Nach der Erfindung sind ferner außen an der Röhre die Vorrichtungen vorgesehen, die es ermöglichen, die Weglänge der Welle zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen unter dem Gesichtspunkt einer Phasenregelung abzuändern und ebenso die Amplitude der Rückkoppelung zu regeln.

Abb. ι b stellt eine Anode gemäß der Erfindung dar mit ihren kapazitiven und induktiven Daten; " Abb. 2 stellt das Prinzipschema des Schwingungserzeugers nach der Erfindung dar;

Abb. 3 a und 3 b stellen zwei Abänderungen der Anode dar;

Abb. 4 zeigt den Ultrakurzwellengenerator mit den Regeleinrichtungen.

In der Abb. ib ist L die Verzögerungsleitung, die als Wendel ausgebildet ist und gleichzeitig als Anode dient. K ist die Kathode, die abgewickelt vorausgesetzt wird. Die verschiedenen Kapazitäten C und Ca, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Leitungselementen der Wendel oder zwischen der Wendel und der Kathode wirksam sind, - sind punktiert dargestellt. Eine derartige Leitung arbeitet mit einem sehr breiten Frequenzband.

Die Abb. 2 stellt eine Prinzipansicht einer Ausführung nach der Erfindung dar, die ein derartiges Leitungssystem benutzt. C ist die zylindrische Kathode, die direkt oder indirekt geheizt wird, L die Verzögerungsleitung, die gleichzeitig als Anode dient und die koaxial zur Kathode angeordnet ist. Zwischen Anode und Kathode liegt eine Gleichspannung, die das radiale elektrische Feld E herstellt. Ein magnetisches Feld B ist parallel zur Achse der Kathode wirksam und in der Abbildung durch Kreuze dargestellt. Unter der Einwirkung dieser beiden Felder bewegt sich der Elektronenstrahl / in dem Raum zwischen Anode und Kathode mit einer Winkelgeschwindigkeit, die gleich ist .

- E

co— —.
B

Die Verzögerungsleitung wird derart konstruiert, - daß die Phasengeschwindigkeit der fortschreitenden Welle gleich ω ist. Unter diesen Bedingungen ist der Energieaustausch zwischen Welle und Elektronen der günstigste.

• Die beiden Enden der Verzögerungsleitung sind durch die beiden Zwischenwege P₁ und P₂ an die Röhre angeschlossen. In dieser Abbildung ist der Kolben der Röhre nicht dargestellt und auch nicht der Schwingungskreis, der zwischen P₁ und P₂ geschaltet werden muß.

Die Abb. 3 a und 3 b zeigen zwei Ansichten für eine andere Ausführung der Verzögerungsleitung L. Nach Abb. 3 a besteht die Leitung L aus einem Blech, das rechtwinklig als Mäanderlinie geführt ist. In L₁ ist ein Stück dargestellt. Mit / ist die Richtung für die Bewegung des Elektronenstrahls bezeichnet.

Nach der Abb. 3 b besteht die Leitung L aus einem Draht oder Blech, das in Form einer abgeplatteten Wendel gebogen ist.

In Abb. 4 sind die Elemente der Röhre perspektivisch dargestellt. C 'ist die Kathode, L die Verzögerungsleitung, B das magnetische axiale und B das elektrische radiale Feld. Die Enden der Leitung L verlassen den Glaskolben T der Röhre bei P₁ und P₂'. Sie sind durch die zwei koaxialen Kabel C₁ und C₂ mit dem Resonanzraum R_x verbunden, dessen Resonanzfrequenz durch Verschieben des massiven Leiterstückes T₁ regelbar ist. Die Regelung erfolgt mittels eines Schraubengewindes, das die Wand des Hohlraumes gegenüber dem Bolzen T₂ durchsetzt. Die Nutzleistung wird in P abgenommen.

Die Arbeitsweise als Generator ist die folgende: Durch einen Spannungsstoß oder eine Stromfluktuation wird eine elektromagnetische Welle in irgendeinem Punkt der Wendel erregt. Die Elektronen, die gegenüber dem Feld dieser Welle ihre Lage ändern, übertragen ihre Energie an diese. Angekommen in P₁', sind die Elektronen dem Einfluß der Welle nicht mehr unterworfen. Sie setzen ihren Lauf fort und angekommen in P₀', sind sie von neuem in dem Feld der Welle, welches von P₁' durch die koaxialen Kabel C₁ und C₂ und den Hohlraumresonator R_x nach P₂' gelangt ist, die. einen sehr selektiven Resonanzkreis bilden. Infolge der Selektivität dieses Kreises kann die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Welle sich nur jenseits von P₂' für eine Frequenz fortsetzen, die in dem Durchgangsband dieses Kreises enthalten ist. Außerdem kann eine Energieübertragung der Elektronen auf die Welle nur eintreten, wenn die Phase der Welle in den Punkten P₁' und P₂' in der Weise eingestellt ist, daß die Elektronen, die sich in P₁' in einem Ultrahochfrequenzverzögerungsfeld befinden, sich gleichfalls in P₂' in einem Verzögerungsfeld befinden. Durch Abstimmung und angepaßte Phasenverschiebung des Außenkreises gibt es also nur eine Welle, für welche die Energieübertragung der Elektronen auf die Welle vor sich geht. Die Abstimmung kann durch wechselseitige Verschiebung der Stücke T₁ und T₂, wie bereits erklärt, abgeändert werden. Die Phasenverschiebung kann dadurch erreicht werden, daß man die Durchgangszeit der Welle zwischen P₁' und P₂' abändert. Zu diesem Zwecke ordnet man in dem Weg der koaxialen Leiter C₁ und C₂ Hilfsleitungen L₁ und L₂ an, deren Länge z. B. mittels zweier koaxialer Schieber M₁ und M₂ veränderlich ist. Normalerweise ist für jede Abänderung der Welle eine neue Einstellung der Phase der Welle notwendig, d.h. die Verstimmung des Hohlraumes R ist an eine Abänderung der Längen von L₁ und L₂

gebunden, ohne die die Schwingungen sehr schnell abklingen wurden.

Die Koppelung kann auch durch zwischengeschaltete Schleifen b erhalten werden, und die Tiefe, mit der die Schleifen in den Hohlraumresonator eindringen, bestimmt das Verhältnis der Amplitude der Welle in P₁ und P₂, anders ausgedrückt, die Eindringtiefe dieser Schleifen bestimmt die Amplitude der Rückkoppelung.

ίο Die Leistung des Schwingungserzeugers wird durch kapazitive, induktive oder eine gemischte Koppelung am Hohlraum oder an den angeschlossenen Leitungen abgenommen. In der Abb. 4 wird die Abnahme mittels der Schleife P bewerkstelligt.

Die Erfindung umfaßt die Kombination des beanspruchten Generators mit Außenvorrichtungen in Form einer veränderlichen Reaktanz, die mit dem Abstimmkreis des Generators in einer Weise verbunden ist, daß durch Einstellung dieser Vorrichtungen die Abstimmung des Generators und damit seine Wellenlänge veränderlich ist. Eine Vorrichtung mit kapazitiv regelbarer Reaktanz, die durch ein koaxiales Kabel an den Resonanzhohlraum des Generators angeschlossen ist, kann in bezug auf den massiven Teil T₂ nach Abb. 4 derart angeordnet sein, daß sie als Regelkapazität zwischen den ursprünglichen Teilen T₁ und T₂ wirkt und diese letzteren ersetzt.

Die Erfindung erstreckt sich auf jeden Ultrakurzwellengeneraitor, der einen Außenkreis enthält, der sehr selektiv in bezug auf die regelbare Resonanzfrequenz ist, bei dem die Durchgangszeit durch diesen Kreis regelbar ist und bei dem das Verhältnis der Amplituden der Schwingungen am Eingang und am Ausgang dieses Kreises gleichfalls geregelt werden kann.

Ein derartiger Generator ist von bedeutend einfacherer Konstruktion als die bisher bekannten abstimmbaren Magnetrons, da die Variation der Frequenz bei diesem Generator mittels Vorrichtungen erreicht wird, die sich völlig außerhalb des Röhrenkolbens befinden.

Außerdem kann ein derartiger Generator, wie auseinandergesetzt wurde, über ein viel breiteres Frequenzband arbeiten als dasjenige der abstimmbaren Magnetrons. Er erfüllt also gut das doppelte Ziel, welches sich die Erfindung gestellt hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Generator für Ultrakurzwellen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Röhre mit zylindrischer Kathode und eine konzentrisch zur Kathode liegende Anode als Verzögerungsleitung besitzt, zwischen denen ein elektrisches Feld radial zwischen Kathode und Anode zu und in Richtung der Achse des Systems besteht, und daß außerhalb der Röhre ein Hohlraumresonator angeordnet ist, über den der Ausgang zum Eingang rückgekoppelt ist.

2. Generator für Ultrakurzwellen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der rückgekoppelten Schwingungen regelbar ist.

3. Generator für Ultrakurzwellen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum über abstimmbare Leitungen (C₁, C₂) mit der Röhre verbunden ist, welche gestatten, die Laufzeit der Schwingungen zwisehen Eingang und Ausgang zu ändern.

4. Generator für Ultrakurzwellen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Röhre Vorrichtungen vorgesehen sind, welche gestatten, die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators zu ändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen