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Elektronenröhre zum .Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) von
ultrahochfrequenten elektromagnetischen Schwingungen Es ist eine Elektronenröhre
zum Anfachen, d. h. Erzeugen, Verstärken und Empfangen von ultrahochfrequenten Schwingungen
vorgeschlagen,bei welcher sich der Anfachraum (zwischen Gitter und Anode) im Spannungsbauch
eines als geschlossenen Hohlraum ausgebildeten Anfachresonators befindet. Der benutzte
Resonator zeichnet sich durch geringe Strahlungsverluste und durch geringe Ohmsche
Verluste aus und eignet sich besonders gut zur Anfachung von Schwingungen nach dem
Brems.feld-bzw. Magnetronprinzip. Die Erfindung stellt eine weitere Ausgestaltung
'dieses Gedankens insbesondere in Anwendung auf eine Elektronenröhre mit positiver
Anode und Raumladesteuerung dar. Die Erfindung besteht darin, daß der Anfachraum
der Röhre zwischen Gitter und Anode sich im Spannungsbauch eines als geschlossenen
Hohlraum ausgebildeten Anfachresonators von geringer Eigendämpfung befindet und
der zwischen Gitter und Kathode gelegene Steuerraum an den Anfachresonator in umgekehrtem
Sinn als infolge des Durchgriffes zusätzlich
gekoppelt ist. Wird
diese Kopplung von ge= ei:gneter Größe gewählt, so entsteht in dem Steuerraum zwischen
Gitter und Kathode ein Wechselfeld, durch das der in den Anfachraum eintretende
Elektronenwechselstrom gesteuert wird.
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Da der Steuerraum und die zur zusätzlichen Kopplung benutzten Kopplungskanäle
ebenfalls ganz innerhalb eines durch Metallwände geschlossenen Hohlraumes und in
besonders einfacher Weise innerhalb des auch den Anfachraum. bzw. Anfachresonator
umschließenden "Metallkörpers untergebracht -werden können, ergibt sich auch bei
solchen Röhren der Vorteil, daß keine Strahlungsverluste an .den zur Kopplung und
Steuerung benutzten Leitern auftreten können. Wie aus den Ausführungsbeispielen
noch näher hervorgeht, können auch die Ohmschen Verluste innerhalb einer solchen
Hohlraumröhre sehr klein gehalten werden. Ferner lassen sich die Speisezuleitungen
zu den Elektroden der Röhre entweder außerhalb der elektrischen Wechselfelder oder
in Spannungsknoten derselben zuführen, so. daß ein,M'inixnum an Schwingungsenergie
durch Ableitung verlorengeht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kopplung zwischen
Anfachresonator und Steuerraum über das elektrische Wlechselfeid des Anfachresonators
und vermittels Leiter, deren Länge kurz im Vergleich zur Wellenlänge ist. Diese
Kopplung kann als eine elektrische, aperiodische bezeichnet werden. Da die zur Anfachung
benutzten Elektroden (Kathode, Gitter, Anode) in der Umgebung von Spannungsbäuchen
der mit ihnen gekoppelten Resonatoren angeordnet sein müssen, kann die elektrische
Ankopplung des Steuerraumes an den Anfachresonator in der Weise erfolgen, daß die
Kathode mit Leiterteilen verbunden ist, welche mit dem Anfachresonator in der Umgebung
der Anode kapazitiv gekoppelt sind. Die Größe dieser Kopplungskapazität ist dabei
so bemessen, daß die Steuerspannung genügend, groß wird, um die Raumladupg der Kathode
ganz auszusteuern. Erhält das iGitter eine hohe negative Vorspannung, welche den
Elektronenübertritt zur Anode vollständig abdrosselt, so muß die Ankopplungdes Steuerraumes
an den Anfachraum stärker gewählt werden. Der Elektronenübertritt zurAnode erfolgt
dann nur während eines Bruchteiles der Periodendauer, -während die Anode eine hohe
negative Wechselspannung hat, wodurch der Wirkungsgrad der Röhre in bekannter Weise
stark verbessert wird. Bei der im vorausgehenden geschilderten Ankopplung der Kathode
an den Anfachresonator wird der Steuerraum zweckmäßig relativ zur-Eigenfrequenz
desAnfachresonators verstimmt, insbesondere auf eine höhere Eigenfrequenz abgestimmt..
Um ein Abfließen von Schwingungsenergie über die Kathodenzuleitung zu vermeiden,
muß diese. jedoch mit einem Drosselorgan versehen sein. -Nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann auch die zusätzliche Ankopplung des Steuerraumes an den Anfachresonator
über Resonanzelemente erfolgeir. Dies bietet vor allen Dingen dann Vorteile, wenn
auch der Steuerraum im Spannungsbauch eines Steuerresonators angeordnet ist, der
insbesondere den Zweok hat, Schwingungsenergie von den Speiseleitungen der Kathode
fernzuhalten. Die phasenrichtige Ankopplung des Steuerraumes an den Anfachresonator
erfolgt dann zweckmäßig überkonzentrische Energieleitungen von geeignetem Wellenwiderstand.
Ist eine solche Energieleitung im Spannungsknoten sowohl mit dem Anfachresonator
als auch mit dem Steuerresonator gekoppelt, so kann die Länge der Energieleitung
zu 2/2 gewählt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Abb. i bis 8 a.
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Die Abb. i bis 4 a zeigen Elektronenröhren im Längs- und Querschnitt
mit zylindrischen und konzentrischen Elektroden und einem aus konzentrischen Leitern
bestehenden Anfachresonator der Länge R/4.
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Die Abb. 5 bis 6a zeigen ebenfalls im Längs-und Querschnitt Elektronenröhren
mit zylindrischen und konzentrischen Elektroden und mit eineng Anfachresonator der
Länge A/2.
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In den Abb. 7 und 8 sind schließlich noch Röhren mit ebenen Elektroden
und scheibenförmigen Resonanzräumen dargestellt.
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Bei dem Beispiel in Abb. i besteht das zur Anfachung benutzte Elektrodensystem
aus der haarnadelförmigen Kathode.i, dem zylindrischen, die Kathode konzentrisch
umgebenden Gitter 2# und der zu Kathode und Gitter konzentrischen und zylindrischen
Anode 3. Gitter und Anode sind nach einer Seite .durch konzentrische Leiter 4 und
5 zu einem Resonator der Länge 44 verlängert. Das obere Ende dieses Resonators wird
durch eine konzentrische Energieleitung der Länge A/4 fortgesetzt. An den Innenleiter
des 7,/4-Resonators schließt sich mit gleichbleibendem Querschnitt der Innenleiter
4' der Energieleitung 4 , 8 an, der am oberen Ende in eine 7/4-Anteine 6 übergeht.
Der Außenleiter 5 des Resonators ist über den flanschförmigen Teil? galvanisch mit
dem Außenleiter 8 der Energieleitung verbunden. An das obere Ende des Außenleiters
8 schließt sich eine zur Achse der Röhre senkrechte Metallplatte 9 an. Die untere
Stirnfläche der Anode 3 ist durch eine Platte iio nahezu vollständig abgeschlossen.
Durch diese Platte io sind in der Symmetrieachse der Röhre die Heizzuleitungen geführt,
-welche außerhalb der Röhre als konzentrische Leiter m und 12 ausgebildet sind.
Der rohrförmige Außenleiterifidurchsetzt isoliert die mit der Anode verbundene Metallplatte
io und bildet mit dem zylindrischen Ansatz 13 einen Kondensator von endlieher'Größe.
Die rohrförmige Heizzuleitung i i ist ferner von einem Metallzylinder 14 der Länge
7/4 umgeben, der an dem der Röhre abgewandten Ende durch den scheibenförmigen Boden
,i-5 mit dem Leiter.i i galvanisch verbunden ist. Zum vakuumdichten Abschluß des
Röhreninnern dient die Glasverschmelzung 16 an der Eintrittsstelle der Heizzuleitung
i i in die Röhre, ferner die Glasverschmelzung 17 an dem Ende der Energieleitung
4', B. Der Zwischenraum
zwischen den konzentrischen Heizzuleitungen
11 und 12 ist durch ein Isoliermaterial ausgefüllt, das das Röhreitirlnere ebenfalls
vakuumdicht abschließt. Zur Befestigung des Innenleiters :l' bzw. .4 ist an der
Übergangsstelle von Resonator und Eliergieleitung ein Isolierring 18 vorgesehen.
Um der Gitterelektrode eine geeignete Vorspannung erteilen zu können, ist an der
Übergangsstelle des Resonators in die Energieleitung im Spannungsknoten eine den
Außenleiter S durchsetzende Zuleitung i9 an den Leiter ' angeschlossen. Diese durchsetzt
den Außenleiter vermittels der vakuumdichten Glasverschmelzung 2o.
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Die Wirhungs"veise der Röhre ist die folgende: Nimmt man an, daß zwischen
dem Gitter 2 und der Anode 3 ein -`Techselfeld besteht, so zeigt sich, daP bei der
vorliegenden Kopplung zwischen der Anode und der Kathode im Steuerraum ein Feld
entsteht, was zu dem Feld, das infolge Durchgriffs entsteht, entgegengesetzt gerichtet
ist, wodurch also die Vorbedingungen für eine phasenrichtige Steuerspannung gegeben
sind. Da die Leiterteile zwischen der Kathode i und dem Kondensator v3 kurz im Vergleich
zur Wellenlänge sind, erhält die Kathode eine gleichphasige Wechselspannung zur
Anode. Die Amplitude dieser Wechselspannung ist durch die Größe des Kondensators
13 bestimmt. Besteht also beispielsweise zwischen Anode und Gitter ein von außen
nach innen gerichtetes Feld, so ist das Steuerfeld zwischen Kathode und Gitter von
innen nach außen, also entgegengesetzt gerichtet und liebt die schädliche Wirkung
des Durchgriffes auf bzw. erzeugt auf der Kathode eine die Raumladung steuernde
Flächenladung von geeigneter Größe. Die Länge des Steuerraumes ist in diesem Beispiel
kurz im Vergleich zur Wellenlänge gewählt. Die an den Resonator im Spannungsknoten
anschließende Energieleitung .1.', 8 dient zur losen Ankopplung der @/.IAntenne
6 und der als Gegengewicht dienenden Platte 9.
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Um ein Abfließen von Schwingungsenergie über die Heizzuleitung zu
vermeiden, sind außerhalb der Röhre die beiden Heizzuleitungen als konzentrische
I-,citer ausgebildet, welche untereinander einen Kurzschlußkondensator bilden. Der
Außenleiter i i bildet ferner mit dem Hohlzylinder 14 einen als Drosselorgan wirkenden
Resonator der Länge /4.
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Ein ganz ähnliches Ausführungsbeispiel wie Abb. i zeigt Abt>. 2 mit
dem Unterschied, daß der als Drosselorgan wirkende Resonator 1.a., 11 unmittelbar
mit der Röhre verbunden ist. Das untere Ende des Anodenzylinders 3 ist mit einem
Flansch 21 versehen, dem eine die Röhre beschließende Metallplatte 22 gegenübersteht.
An die Metallplatte 22 schließt sieh der Hohlzylinder 14 der Länge i/.I an. Im Innern
dieses Hohlzvlinders befinden sich wieder die konzentrischen Iheizzuleitungen i
i und 1-2. Durch die Glasverschmelzung 23 ist das Drosselorgan vakuumdicht mit der
Röhre verbunden. Die zusätzliche Kopplung zwischen Steuerraum und Anfachraum wird
durch den scheibenförmigen Leiter 24 hergestellt, der einerseit: mit der rolirförini-en
Heizzuleitung m galvanisch verbunden und andererseits über den ringförmigen Leiter
25 mit der Anode kapazitiv gekoppelt ist. Die Länge des eigentlichen Steuerraumes
ist auch hier kurz im Vergleich zur Länge des Resonators ausgeführt, so daß sich
dieser nicht zusätzlich erregen kann. Die Kathode ist außerdem mit einer Zugfeder
25 innerhalb des Steuerraumes befestigt. Die Wirkungsweise der Anordnung ist im
Prinzip die gleiche, wie sie im Anschluß an Abb. i geschildert wurde.
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Die Abb. 3 und 3 a zeigen ein ähnliches Ausfiilirungsbeispiel wie
Abb. i bis 2a, mit dem Unterschied, daß der Steuerraum zu einem Resonator der Länge
i/4. verlängert ist, so daß dieser als Drosselorgan für die Heizzuleitungen benutzt
werden kann. Es sind daher die Heizzuleitungen in der Nähe der auftretenden Spannungsknoten
durch den Anfaehresonator und den Steuerresonator geführt, so daß die Schwierigkeiten
der Abdrosselun- der Heizzuleitungen hier in noch einfacherer Weise überwunden sind.
In diesem Beispiel besteht die Anode bzw. der Außenleiter des Anfachresonators aus
einem flaschenförmigen vollständig geschlossenen i1-letalllörper 2,6, der in seinen
Innern den mit der Gitterelektrode verbundenen Innenleiter 27 enthält. Die Zuleitungen
zu der haarnadelförmigen Kathode i bestehen ebenfalls aus konzentrischen Leitern
-28 und (29, welche ebenfalls koaxial zu den übrigen Leitern im Innern des 1dohlzylinders
27 - verlaufen. Im Abstand der Viertelwellenlänge von dem Ende der Gitterelektrode
bzw. der Haarnadelkathode setzt sich der zylindrische Leiter 28 zu einem Leiter
30 fort, der mit dem Innenleiter' der Energieleitung einen Kurzschlußkondensator
der Länge Ä/4 bildet. Durch den Isolierring 31 wird der aus den beiden Leitern 29
und 3o bestehende Leiter der Länge ih im Spannungsknoten isoliert festgehalten.
In der Nähe des Spannungsknotens durchsetzen auch die beiden Heizzuleitungen 29
und 29' sowohl den Steuerresonator als auch den Anfachresonator. Die zusätzliche
Kopplung zwischen dem Steuerresonator und dem Anfachresonator erfolgt durch den
koaxial in der Röhre vorgesehenen Leiter 32, der an seinem oberen Ende mit der Kathode
und an seinem unteren Ende mit der Kondensatorplatte 33 verbunden ist. Der Isolierkörper
3..I dient zur Befestigung des Kopplungselementes 32, 33 bzw. auch zur Befestigung
der Kathode.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist ganz ähnlich wie bei den vorausgehenden
Röhren. Durch die Verwendung eines besonderen an Kathode und Gitter anschließenden
Steuerresonators ergibt sich außerdem der Vorteil, daß die Kopplung zwischen Anfachresonator
und Steuerraum sehr lose gewählt tverden kann. Außerdem wird der Einfluß der zusätzlichen
Kopplungselemente auf die erzeugte Wellenlänge gering.
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In den vorausgebenden Beispielen war die zusätzliche Ankopplung des
Steuerraumes an den Alifachresonator über das elektrische -Wechselfeld durch aperiodische
Leiter erfolgt.
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Die Abh. 4 und .Ia zeigen im Gegensatz hierzu
ein
Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ankopplung des Steuerraumes an den Anfachresonator
über Leiter von Resonanzlänge erfolgt. Der Anfachresonator besteht -,vie bei dem
Beispiel in Abb.3 aus einem flaschenförmigen Metallhohlkörper 26 und einem zylindrischen
Innenleiter 27. Der Steuerresonator liegt wie bei dem Beispiel in AM. 3 ganz
innerhalb des Anfachresonators und wird von den konzentrischen Leitern 27 und .2i8
begrenzt. Die unteren Enden der Leiter 27, 26, 28 sind wieder mit Anode 3, Gitter
z und Kathode, i versehen. Am oberen Ende im Spannungsknoten des Anfach- und Steuerresonators
schließen sich Kopplungsleitungen der Länge #/4 an. Die beiden zueinander konzentrisch
verlaufenden Kopplungskanäle innerhalb des Innenleiters 4' stehen an ihrem oberen
Ende miteinander in Verbindung. Der gesamte Kopplungskanal umschließt also schleifenförmig
den Hohlzylinder 35, der die Fortsetzung des Leiters 27 bildet. Entsteht also zwischen
der Anode und dem unteren Ende des Anfachresonators ein' Spannungsbauch und am oberen
Ende an der Übergangsstelle in den Kopplungskanal ein Spannungsknoten, so tritt
auch am oberen Ende des schleifenförmigen Kopplungskanals ein Spannungsbauch auf,
über den der Steuerresonator mit dem Anfachresonator gekoppelt ist. An der Übergangsstelle
des Kopplungskanals in den Steuerresonator tritt wieder ein Spannungsknoten und
am unteren Ende des Steuerresonators zwischen Kathode und 'Gitter ein Spannungsbauch
auf. Das zwischen Gitter und Kathode entstehende Wechselfeld; ist,dabei entgegengesetzt,
wie das im Steuerraum infolge Durchgriffs entstehende Feld gerichtet. DieElektronenströmung
kann also phasenrichtig durch dieses Steuerfeld. gesteuert werden. Durch die Wahl
des Wellenwiderstandes von Anfach- und Steuerresonator bzw. des Kopplungskanals
hat man es in der Hand, die richtige Größe der Steueramplitude im Steuerraum einzustellen.
- -Konzentrisch um den an den Anfachresonator im Spannungsknoten anschließenden
Kopplungskanal verläuft die Energieleitung q.', 8, durch welche die Antenne 6 bzw.
das Gegengewicht g an den Anfachresonator lose angekoppelt ist. Dadurch, daß die
beiden Leitungskanäle zur Ankopplung des Steuerraumes und zur Ankopplung der Antenne
an den Anfachresonator im Spannungsknoten parallel an diesen anschließen; ergibt
sich eine Aufteilung der über -diese beiden Kanäle abfließenden Schwingungsenergie.
Die Verteilung der Schwingungsenergie auf die beiden Leitungen kommt in der Weise
zustande, daß der an dem oberen Ende des Anfachresonators in den beidenLeitern 26
und 27 fließende Strom teilweise kapazitiv zwischendenLeitern 4', 8 bzw. 4', 3 5
übergeht und um die untere Kante des Innenleiters 4' fließt. Durch die Wahl der
Wellenwiderstände dieser Leitungen und der an sie anschließenden Resonatoren kann
erreicht werden, daß die optimale M@echselamplitude im Steuerraum des Steuerresonators
entsteht bzw. die Antenne optimal an den Anfachresonator angepaßt ist. Das freie
Ende des Gitters #--ist ferner hier durch eine Metallkappe 36 abgeschlossen, an
die isoliert die Haarnadelkathodei befestigt ist. Das eine Heizfadenende ist mit
dem zylindrischen Leiter 28 verbunden, der ohne Querschnittänderung im Spannungsknoten
des Steuerresonators in den Leiter 4". übergeht, der an seinem oberen Ende im Innern
des Leiters 4' mit diesem galvanisch verbunden ist. Die zweite Heizzuleitung 2g
verläuft isoliert im Innern des Leiters 28 bis zum Spannungsknoten des Steuerresonators
und durchsetzt zusammen mit der Zuleitung 29' isoliert die konzentrischen Leiter
35, 4' und B. Die Glasverschmelzung 2o' dient zur vakuumdichten Einführung der Heizzuleitungen
2g und 2g'. Die Gitterelektrode erhält eine Spannungszuleitung 1g ebenfalls im auftretenden
Spannungsknoten, welche die Leiter #4 und 8 durchsetzt und an den Leiter 35 angeschlossen
ist. Die Glasverschmelzung 2o schließt die Einführung lig vakuumdicht nach außen
hin ab. Es wird also auch hier durch die Anordnung der Strom- bzw. Spannungszuführungen
zu Gitter und Kathode im Spannungsknoten des Resonators erreicht, daß ein Minimum
an Ableitungsverlusten auftritt und besondere Drosselorgane überflüssig werden.
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Röhren von größerer Symmetrie und größerem Schwungradwiderstand erhält
man mit Resonatoren der Länge Z/2. Die in den Abb. i bis 4, insbesondere i bis 3,
dargestellten Röhren lassen sich ohne Schwierigkeiten so ausführen, daß Resonatoren
der Länge h/2, zur Anfachung bzw. zur Steuerung der Elektronenströmung dienen. Es
läßt sich dieses beispielsweise so verwirklichen, daß Anfach- und Steuerresonator
zu einer senkrecht im Spannungsknoten durch die Röhre gelegten Ebene symmetrisch
ergänzt werden. Die Energieleitung zur Ankopplung einer Antenne wäre dann in der
Umgebung des Spannungsknotens zweckmäßig senkrecht an die den Anfachresonator begrenzenden
Leiter anzuschließen.
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Ebenfalls sehr symmetrische Anordnungen mit Resonatoren der Länge
A/2, jedoch nur mit einem Elchtrodensystem, sind in den Abb. 5 bis 6 a dargestellt.
Die Abb. 5 und 5 a zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einer aperiodischen und elektrischen
Kopplung zwischen Anfachresonator und Steuerresonator. Die Abb. 6 und 6 a zeigen
eine ähnliche Röhre wie in Abb.5, jedoch mit einer Kopplung über Leiter von Resonanzlänge.
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Bei dem in Abb. 5 und 5 a dargestellten Beispiel besteht das Elektrodensystem
ebenfalls aus einer fadenförmigen Kathode i, einem dazu konzentrischen, zylindrischen
Gitter :2 und einer ebenfalls hierzu konzentrischen, zylindrischen Anode 3. Alle
drei Elektroden sind nach beiden Seiten durch zylindrische Leiter zu Resonatoren
bzw. zu an diese anschließende Energieleitungen bzw. Kurzschlußkondensatoren von
Resonanzlänge verlängert. Die Anode ist zu dem zylindrischen Metallgehäuse
39
der Länge .?/2 verlängert, an dessen unterem Ende sich das am Ende abgeschlossene
zylindrische Rohr .lo der Länge .?/4 von geringerem Durchmesser als
der
Außenleiter des Resonators anschließt. Das obere Ende des Außenleiters 39 wird durch
den Außenleiter 8 der Energieleitung 8, d' mit ebenfalls geringerem Durchmesser
fortgesetzt. An das Gitter schließen sich zu beiden Enden die Metallrohre 4i und
41' an. Das Rohr 41' ,geht ohne Querschnittsänderung in das am Ende ebenfalls geschlossene
Rohrstück 42 über. Das Rohr 41 wird am Röhrenende durch den Innenleiter 4' der Energieleitung
fortgesetzt. Innerhalb der Rohre q.', 44 41' und 42 liegen konzentrisch .die an
die Kathode anschließenden Leiter 43 und 43'. Der zylindrische Leiter 43 wird nach
oben durch den zylindrischen Leiter 44 und der ebenfalls zylindrische Leiter 43'
nach unten durch den Leiter 44' fortgesetzt. Es entstehen somit zwei Resonanzräume,
die nur durch die Lücken des Gitters -2 miteinander gekoppelt sind. Der als Anfachresonator
dienende Resonanzraum wird von Gitter, Anode und den Leiter 39, 4:1 und 41' begrenzt.
Der als Steuerresonator dienende Resonanzraum wird von Kathode, Gitter und den Leitern
.41, 41', 41 und 43' begrenzt. Die Leiter der Länge @/4 4o und 42 bzw. 42 und 44
bilden Kurzschlußkondensatoren für den Anfach- bzw. Steuerresonator, so daß sich
an der übergangsstelle der Resonatoren in die Kurzschlußkondensatoren Spannungsknoten
der Schwingungen ausbilden. Die gleiche Funktion erfüllen die Leiter .i.', q:4 für
-den Steuerresonator am oberen Ende. Die konzentrischen Leiter q.', 8, die an den
Anfachresonator am oberen Ende anschließen, bilden die Energieleitung zur Ankopplung
der Antenne 6 bzw. ,des Gegengewichtes 9 an den Anfachresonator. Im unteren Spannungsknoten
der Resonatoren sind in gleicher Weise wie in dem Beispiel der Abb.3 die Spannungszuführung
zu dem Gitter i9 und. die Zuleitungen 29, 29' zur Kathode vakuumdicht ins Innere
der Rohre geführt. In den Spannungsknoten sind ferner wieder Ringe aus Isoliermaterial
zur Abstützung der konzentrischen Leiter vorgesehen.
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Die aperiodische Kopplung des Steuerraumes an den Anfachresonator
erfolgt ähnlich wie bei dem Beispiel der Abb. 2 durch mit den Leitern 43 und 43'
verbundene kurze Leiterstücke 45, welche die an das Gitter anschließenden Leiter
41, 41' isoliert durchsetzen und über Platten 46 in der Umgebung der Anode kapazitiv
gekoppelt sind. Die Öffnungen 47, durch die die Leiter hindurchtreten, müssen groß
genug sein, damit keine zusätzliche falsche Kopplung zwischen den Leitern 45 und
4, 41' entsteht. An Stelle der zur zusätzlichen Kopplung benutzten kurzen Leiterstücke
45 mit Kondensatorplatten 46 kann auch ein symmetrisches Gebilde ähnlich wie in
dem Beispiel der Abb. 2 verwendet werden. Die Wirkungsweise der Röhre ist nach dem
vorausgehenden ohne weiteres verständlich.
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Das in den Abb. 6 und '6 a dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht
bis auf die andersartige zusätzliche Kopplung zwischen Anfachresonator und Steuerraum
dem Beispiel in Abb. 5. Die Kopplungselemente .I5 und 46 fehlen hier. Statt dessen
ist der rohrförmige Leiter .42 am unteren Ende des Resonators orten gelassen und
.das Ende des Leiters 40 zusätzlich mit einem Rohr 48 versehen, das mit .dem Leiterende
44' einen Kurzschlußkondensator bildet. Durch -die zylindrischen und rohrförmigen
Leiter 40, 42 und 48 wird ein Kopplungskanal zwischen Anfachresonator und Steuerresonator
gebildet, von der gleichen Wirkung wie der Kopplungskanal in dem Beispiel der Abb.
.4. Der Wellenwiderstand dieses Kopplungskanals kann wieder so gewählt werden, daß
die richtige Amplitude der Wechselspannung im Steuerraum zwischenKathode und Gitter
entsteht.
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Da die in den vorausgebenden Beispielen verwendeten Leiter zur Bildung
der Resonatoren bzw. Kopplungselemente als zylindrische Rohre ausgebildet sind,
lassen sie sich durch Drehen sehr genau herstellen, so daß die errechneten Wellenwiderstände
beim Zusammenhau der Röhre sehr genau eingehalten werden können. Ferner zeichnen
sich diese Röhrenkonstruktionen dadurch aus, daß eine draht- bzw. fadenförmige Kathode
verwendet werden kann. Ähnliche Konstruktionsbeispiele ergeben sich bei ebener Ausbildung
der Elektroden und der an die El°htroden anschließenden Leiter zur Bildung von geeigneten
Resonanzräumen. Gegen Strahlungsverluste geschützte geschlossene Resonanzräume lassen
sich im besonderen mittels scheibenförmiger an den Rändern geschlossener Leiter
erzielen.
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Die Abb. 7 und 7 a stellen eine derartige Röhre mit ebenen Elektroden
und scheibenförmigen Resonanzräumen dar. Die Konstruktionselementedieser Röhre sind
ein dosenförmiges Metallgehäuse 49 mit ebener Grund- und Deckfläche 5o und 5ü und
einem zylindrischen Mantel 52, ferner ein von dem Gehäuse 49 vollständig umschlossenes
zweites Metallgehäuse 53 mit ebener Grund- und Deckfläche 54, 55 und einem Mantel
56 und ferner eine von diesem Gehäuse 53 vollständig umschlossene ebene (Metallplatte
57. Der Durchmesser der Metallplatte 57 ist nur wenig kleiner gewählt als der Innendurchmesser
des Gehäuses 53. Am Rande ist die Metallplatte durch Isolierkörper 58 so gegen das
Gehäuse 53 abgestützt, daß ein scheibenförmiger Raum zwischen den Wänden 54 und
57 von großem Wellenwiderstand und ein scheibenförmiger Raum zwischen den Wänden
55 und 57 von kleinem Wellenwiderstand entsteht, welche durch den Spalt am Rande
miteinander in Verbindung stehen. Der Durchmesser .des Gehäuses 53 ist ebenfalls
nur wenig kleiner als der Durchmesser des Gehäuses 49 gewählt. Das Gehäuse 53 ist
ferner ebenfalls am Rande durch Isolierkörper 59 gegen die Wände des Gehäuses 49
abgestützt, wobei zwischen den Wänden 50 und 54 ein scheibenförmiger Resonanzraum
von großer Höhe und großem Wellenwiderstand und zwischen den Wänden 5ti und 55 ein
solcher von geringer Höhe und kleinem Wellenwiderstand entsteht. In -der Umgebung
der Symmetrieachse trägt die untere Fläche der Platte 57 eine ebene Kathode .6o
und die Wand 54 ein Gitter 61. Die Wand 5o dient in der Umgebung der Achse als Anode
62. Der scheibenförmige Resonanzraum zwischen den Wänden 50 und 54 bildet
demnach
den Anfachresonator und der scheibe-nförmige Resonanzraum
zwischen der Wand 54 und der Platte 57 den Steuerresonator. Die obere Wand
51
des äußeren Gehäuses ist in der Mitte mit einer Öffnung 63 versehen, durch
die eine auf der Wand befestigte Antenne 64 der Länge 2/4 in den Außenraum ragt.
Die Speisezuleitungen zu Gitter und Anode 65 und 66 durchsetzen das äußere bzw.
beide Gehäuse am Rande. Die Durchführungsstellen sind wie in den vorausgehenden
Beispielen durch Glasverschmelzungen abgeschlossen, so daß auch hier das äußere
Gehäuse als Vakuumgefäß benutzt werden kann. Zur zusätzlichen Kopplung zwischen
Steuerresonator und Anfachresonator dienen die mit der Platte 57 verbundenen, mit
der Platte 50 kapazitiv gekoppelten Leiter 6,7.
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Die Wirkungsweise der Röhren ist ganz ähnlich, wie sie bei den in
Abb. rr, 2 und 3 beschriebenen Beispielen dargestellt wurde. In der Nähe der Symmetrieachse
bildet sich im Anfachresonator ein Spannungsbauch und am Rande eine Spannungsknotenlinie
aus, !da die plattenförmige Energieleitung zwischen den Leitern 511 und 55 den Anfachresonator
am Rande nahezu kapazitiv kurzschließt. Ebenso wird der Steuerresonator am Rande
durch den Resonanzraum zwischen 57 und 55 kurzgeschlossen, so daß auch dieser in
seiner Grundschwingung nur mit einem Spannungsbauch in der Umgebung der Symmetrieachse
und mit einer Knotenlinie der Spannung am Rande schwingen kann. Für die zusätzliche
Ankopplung wird nun hier in gleicher Weise Wie bei den vorausgehenden Beispielen
mit aperiodischer Kopplung nm Steuerraum ein Wechselfeld erzeugt, das die entgegengesetzte
Richtung wie das Wechselfeld im Anfachraum hat. Die Ankopplung des Steuerresonators
über die Leiter 67 kann auch hier lose gewählt werden, daß der Steuerresonator
nur eine geringe Dämpfung aufweist, dieser sich also schon bei schwacher Ankopplung
zu hohen Amplituden aufschaukelt.
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Die Abb. 8 und 8 a zeigen schließlich noch ein ähnliches Beispiel
wie Abb. 7, jedoch mit dem Unterschied, daß die Kopplung zwischen Anfachres.onator
und Steuerraum über zusätzliche Resonanzelemente erfolgt. Die Konstruktionselemente
dieser Röhre bestehen im wesentlichen aus dem scheibenförmigen Metallgehäuse 68,
bestehend aus einer Grund- und Deckwand 69, 70 und einem Mantel 8o. Im Innern
des Metallgehäuses 68 befindet sich, durch Isolatoren 8 1 abgestützt, eine
Metallplatte 82 von etwas,geringerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses.
Zwischen der Plätte 82 und der Wand 7o des Gehäuses befindet sich eine ebenfalls
isoliert abgestützte Metallplatte 83, welche annähernd nur den halben Durchmesser
wie das Gehäuse bzw. die Metallplatte 82 aufweist. In der Umgebung der Symmetrieachse
trägt die Platte 83 eine ebene Kathode 6o und die Platte 82 ein Gitter 611- Die
untere Gehäusewand 69 dient in der Umgebung der Symmetrieachse wieder als Anode
62. Ferner ist noch die Wand 7o des Gehäuses mit einer Öffnung 63 versehen, durch
die eine mit der Platte 83 verbundene Antenne in den Außenraum ragt. Die Spannungs-
und Heizzuleitungen 65 und 66 zu Gitter und Kathode sind in gleichem Abstand von
der Achse senkrecht durch die Resonanzräume und isoliert durch das Gehäuse 68 geführt.
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Die Wirkungsweise der Röhre ist die folgende: Der Raum zwischen der
Gehäusewand 69 und der Platte 82 bildet einen Anfachresonator, der in seiner Grundschwingung
so schwingt, d.aß in der Umgebung der Symmetrieachse an der Stelle der angeordneten
Elektroden ein Spannungsbauch oder an der Stelle der angeordneten Isolatoren bzw.
Zuleitungen eine Knotenlinie und am Rande zwischen der Scheibe 82 und dem zylindrischen
Teil 8o wieder ein Spannungsbauch entsteht. Der genaue Abstand der Spannungsknotenlinie
von der Achse und damit die günstigste Lage der Isolatoren und Zuleitungen kann
durch Rechnung leicht festgestellt werden. über den Spannungsbauch am Rande des
scheibenförmigen Anfachresonators ist nun der oberhalb der Platte 82 gelegene scheibenförmige
Raum von zweckmäßig geringerem Wellenwiderstand gekoppelt. Da die beiden durch die
Scheibe 82 getrennten Resonanzräume den gleichen Durchinesser besitzen, haben sie
genau die gleiche Eigenfrequenz. Die Eigenfrequenz des oberhalb der Scheibe 82 gelegenen
Raumes wird auch nicht durch die eingefügte Metallplatte 83 verändert. Durch die
Platte 83 wird jedoch der Teil des oberen Resonanzraumes zwischen der Knotenlinie
und dem Spannungsbauch in der Symmetrieachse in zwei Räume unterteilt. Der Zwischenraum
zwischen den Platten 82 und 83 dient als Steuerresonator, der obere Raum zwischen
83 und 7o als Energieleitung zur Ankopplung der Antenne 6@4 an den Anfachresonator.
Durch die Wahl der Abstände können die einzelnen miteinander in Verbindung stehenden
Resonanzräume einen solchen Wellenwiderstand erhalten, daß optimale Steueramplituden
zwischen Kathode und Gitter auftreten bzw. die optimale Anpassung der Antenne auf
den Anfachresonator hergestellt ist.
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Die in .den Abb. 7 bis 8a dargestellten Röhren zeichnen sich besonders
durch ihren hohen Schwungradwiderstand und durch ihre geringen Ohmschen Verluste
aus.
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Die Ohmschen Verluste werden insbesondere dann sehr 'klein, wenn die
an die Resonanzräume angrenzenden Oberflächen aus gut leitendem Metall gemacht und
auf Hochglanz poliert werden. Der Vorteil geringer Strahlungsverluste und einer
leichten Abführbarkeit der Anodenverlustleistung ist allen in den Ausführungsbeispielen
dargestellten Röhren gemeinsam.
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Die erfindungsgemäße Elektronenröhre eignet sich zum Erzeugen, Verstärken
und Empfangen sowohl von Meterwellen als auch von Dezimeter- und Zentimeterwellen.
Je nach der Wahl der positiven Anodenspannung kann die Röhre so betrieben werden,
daß die Laufzeit der Elektronen in dem Anfachraum klein oder von gleicher Größenordnung
wie die Schwingungsdauer wird. Im Falle kleiner
Laufzeit ist die
Bedingung der phasenrichtigen Anregung ohne weiteres durch die Gegenphasigkeit der
Felder im Steuer- und Anfachraum erfüllt. Wird die Laufzeit der Elektronen im Anfachraum
vergleichbar mit der Schwingungsdauer, dann muß dafür gesorgt werden, daß die Elektronen
mit richtiger Phase in diesen Raum eintreten. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,
daß die Elektronen nach dem Verlassen des Steuerraumes noch einen weiteren Raum
durchlaufen und durch ein zweites Gitter erst in den Anfachrauin eintreten. Auch
kann die Röhre in einem s@ogenannten höheren Schwingbereich betrieben werden, wobei
die Laufzeit der Elektronen in dem Anfachraum in der Nähe eines ganzzahligen Vielfachen
der Schwin-;;ungSdauer liegt, so daß man mit wesentlich geringeren Anodenspannungen
auskommen kann. Die genaue Größe der günstigsten Laufzeit ergibt sich dabei am besten
durch Versuche.
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Der vorliegende Erfindungsgedanke läßt sich ferner auch für das Dezimeter-
und Zentimeter-g Y ei )iet auf Bremsfeldröhren mit einem positiven Gitter
und einer nur schwach positiven oder negativen Anode anwenden. Zwischen dem positiven
Gitter und der Kathode ist dann zweckmäßig ein den Steuerraum begrenzendes negatives
Steuergitter anzubringen. Besonders vorteilhafte Konstruktionen ergeben sich dann
in Verbindung mit einer Anordnung, bei der zwischen Steuer und Anfachraum ein besonderer
und insbesondere aperiodischer Beschleunigungsraum vorgesehen ist. Auch lassen sich
insbesondere bei Verstärker- und Empfangsanordnungen besondere Raumlade- bzw. Schirmgitter
in die Röhre einbauen.