DE885411C - Anordnung fuer frequenzbestimmende ª™/2-aequivalente Hohlraum-resonatoren fuer Ultrakurzwellenroehren - Google Patents

Anordnung fuer frequenzbestimmende ª™/2-aequivalente Hohlraum-resonatoren fuer Ultrakurzwellenroehren

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DE885411C
DE885411C DEP4023D DEP0004023D DE885411C DE 885411 C DE885411 C DE 885411C DE P4023 D DEP4023 D DE P4023D DE P0004023 D DEP0004023 D DE P0004023D DE 885411 C DE885411 C DE 885411C
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resonator
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/68Tubes specially designed to act as oscillator with positive grid and retarding field, e.g. for Barkhausen-Kurz oscillators
    • H01J25/70Tubes specially designed to act as oscillator with positive grid and retarding field, e.g. for Barkhausen-Kurz oscillators with resonator having distributed inductance with capacitance, e.g. Pintsch tube

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Anordnung für frequenzbestimmende 2/2-äquivalente Hohlraumresonatoren für Ultrakurzwellenröhren Die Erfindung betrifft eine Anordnung für frequenzbestimmende, A/2-äquivalente Hohlraumresonatoren, die die sie der Länge nach durchsetzenden, ultrahochfrequente Schwingungen anfachenden und Teile des Resonators bildenden Elektroden in ihrem gegen Verluststrahlungen durch metallische Abschirmung und Kurzschlußkondensatoren abgeschlossenen Innenraum enthalten.
  • Erfindungsgemäß besteht die .den Hohlraum und die eine Gegenelektrode bildende Außenwandung aus zwei koaxialen, eine relative Einstellung ermöglichenden Teilen, die durch gegenseitige Überlappung zwischen den hochfrequenzmäßigen Kurzschlüssen .in den Spannungsknoten des Resonators einen zusätzlichen kapazitiven, an einem Spannungsbauch liegenden Kurzschluß bilden. Den Ausgangspunkt der Erfindung bildet der Hohlraumresonator nach Abb. i. Es wird hier ein im wesentlichen von den beiden koaxialen Leitern 7 und B gebildeter, am linken Ende durch die Platte 9 galvanisch und am rechten Ende durch die zyli.nd:rischen Leiter 5 und 6 kapazitiv nahezu kurzgeschlossener gehäuseförmiger Hohlkörper benutzt. Innerhalb dieses Hohlkörpers ist ein zylindrischer Leiber io durch Isolatoren ii abgestützt. Der mittlere Teil i des Innenleiters 7 und der mittlere Teil 2 .des isoliert abgestützten zylindrischen Körpers io bilden die gegeneinander isolierten Elektroden, die zur Anfachung des Hohlraumes dienen.
  • Als Resonator dient der im wesentlichen von dem Innenleiter 7 und .dem Hohlkörper io begrenzte zylindrische Raum, der derart angefacht wird, daß zwischen den Elektroden z und 2 ein Spannungshauch und an den Enden Spannungsknoten auftreten. Der bei .den bekannten, symmetrisch ausgebildete n Resonatoren vorhandene Kurzschlußkondensator am linken Ende ist vermieden. Statt dessen dient hier zur kapazitiven Überleitung zum Außenmantel der Energieleitung der auf der Innenfläche des Hohlkörpers ro entstehenden ultrahochfrequenten Ströme der von .den Leitern ro und 8 begrenzte Kurzschlußkorndensator. Die in der Abb. z .dargestellte Ausführung hat aber den. Nachteil, daß @die Frequenz des Hohlraumresonators weder während -des Betriebes noch beim Zusammenbau einstellbar ist.
  • Die Abb. 2 zeigt im Prinzip eine diesen Mangel behebende Anordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die den Anfachraum begrenzenden Elektroden z und 2 sind an ihrem rechten Ende durch anschließende Leiter 3, 4 und 5, 6 zu einem Resonator und einer konzentrischen Energieleitung verlängert. An das linke Ende der Elektrode r schließt nun ein Leiterstück mit U-förmigem Meridianschnitt an, das im vorliegenden Beispiel aus ,dem zylindrischen Teil 14, aus dem scheibenförmigen Teil 15 und aus dem zylindrischen Teil 16 besteht. Der zylindrische Teil 16 bildet mit der Rückseite der zweiten Elektrode 2 einen Kurzschlußkondensator, der an einem Spannungsbauch liegt; seine Streustrahlung ist daher besonders gering. Der Abstand des zvlindrischen Teils 16 von der Elektrode 2 wird zweckmäßig sehr gering, insbesondere einige Zehntelmillimeter gewählt. Die Länge dieses Kurzschlußkondensators wird im günstigsten Fall mindestens nahezu 7/4 gewählt.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung ist im übrigen die gleiche wie bei dem in Abb. z dargestellten Resonator. Die Energieleitung 5, 6 am rechten Ende des Hohlraumes bildet nahezu eine Kurzschlußkapazität, so daß an der Übergangsstelle ein Spannungsknoten der Schwingung entsteht. Der zweite Spannungsknoten wird durch den Kurzschluß zwischen den Leitern 14 und 15 erzielt. In dem Hohlraum bildet sich demnach bei Anregung in der Grundschwingung ebenfalls eine Schwingung mit zwei Spannungsknoten an den Enden bzw. in der Nähe der Enden und einem Spannungsbauch in- der Mitte aus. Die an der spaltförmigen Öffnung zwischen-den Leitern 2 und 16 austretende Streustrahlung kann praktisch vernachlässigt werden.
  • Ein besonderer Vorzug der Ausführung gemäß der Erfindung ist der, :daß die im Betrieb nahezu unvermeidlichen Wärmeausde'h.nungen keine unerwünschten Mikrofoneffekte hervorrufen.
  • Die Einstellung der Eigenfrequenz wird dadurch !i ermöglicht, daß der von den Leitern 15, 16 gebildete Teil auf dem Teil 14 verschiebbar angebracht ist. So kann in sehr einfacher Weise eine Verstellung des Resonators vorgenommen werden. Bei hohler Ausbildung,des Leiters 14 bzw. des anschließenden, aber die Scheibe 15 hervorstehenden Teiles 14' Lzönnen weitere Leiter bzw. Speiseleitungen ins Innere der Elektrode z geführt werden. Wird die Einrichtung beispielsweise zur Verstärkung von ultrakurzwelligen Schwingungen benutzt, so kann von dieser Seite 'her dem Resonator die Steuerenergie zugeführt werden.
  • Der in Abb. 2 dargestellte Resonator eignet sich zur Anfachung durch zwei, drei oder mehr Elektrodenanordnungen nach den verschiedensten Schaltungen. Wird beispielsweise die Elektrode z als Kathode ausgebildet und der Elektrode 2 eine geeignet positive Spannung erteilt, so kann eine Anfachung bei im Vergleich zur Schwingungsdauer geeignet gewählter Laufzeit der Elektronen zwischen .den Elektroden r und 2 erfolgen. Wird die Elektrode z mit Öffnungen versehen, insbesondere als Gitter ausgebildet, und enthält sie im Innern eine Kathode, so kann die Anordnung sowohl nach dem Bremsfeldprinzip als auch .in der Rückkopplungsschaltung zur Schwinagxngsanfachung benutzt werden. Soll die Anordnung als Verstärker dienen, so wird der Raum zwischen der Gitterelektrode F und der koaxial angeordneten Kathode vorteilhaft-,durch einen Steuerresonator verlängert, der von -dem linken Ende 14' des Innenleiters aus gespeist werden kann. .
  • Um die Verluste eines derartigen Resonators klein zu halten, werden die den Resonatorraum begrenzenden Oberfläehen aus gut leitendem Material, z. B. Kupfer oder Silber, hergestellt und vorzugsweise auf Hochglanz poliert. Vorteilhaft wird auch der Wellenwiderstand des von den konzentrischen Leitern 3 und 4 gebildeten Abschnittes bzw. auch der Wellenwiderstand des auf der anderen Seite der Elektroden ungefähr symmetrisch gelegenen Abschnittes größer als der des von den Elektroden gebildeten Abschnittes gemacht. Man erhält auf diese Weise einen großen Sc'hwungradwiderstand und damit eine kleine Eigendämpfung des Resonators.
  • Um den kleinen Rest an Streustrahlung, der durch den Spalt des gebildeten Kurzschlußkonden -Bators noch austreten kann, zu beseitigen, können ,die den Resonätor begrenzenden Leiter von einem auf seiner Innenfläche elektrisch leitenden Gehäuse, vorzugsweise von einem Metallgehäuse, umschlossen sein. Dieses Gehäuse kann vorteilhaft als Vakuumgefäß benutzt werden.
  • Damit sich das Gehäuse mit Isolierkörpern, insbesondere mit Glas, gut verschmelzen läßt, wird es vorteilhaft aus C'hröm- bzw. Nickellegierungen, z. B. aus Nickeleisen oder Chromeisen, hergestellt. Für die den Resonator begrenzenden Leiter ist dagegen zur Vermeidung hoher Temperaturen wiehti:g, daß sie aus einem Material von guter Wärmeleitfähigkeit bestehen. Diese Teile werden vorteilhaft aus Silber oder Kupfer hergestellt.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Erzielung eines Resonators mit extrem kleiner Dämpfung die an die Elektroden anschließenden Abschnitte mit einem relativ großen Wellenwiderstand auszuführen. Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Innenfläche des .den Resonator begrenzenden. Hohlkörpers aus einem gut leitenden und insbesondere auf Hochglanz polierten Material, z. B. aus Kupfer oder Silber, herzustellen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. 3 bis 6 dargestellt.
  • Bei .dem Beispiel in Abb. 3 und d. wird der Anfachraum von zwei Elektroden, einer indirekt beheizten Oxy dkathode 17 und einer konzentrisch diese umgebenden Anode 18, zu Schwingungen angefacht. An die beiden Elektroden schließen sich nach oben Leiterabschnitte ig, 2o an, welche in die plattenförmige und von den Leitern 21 und 22 gebildete Energieleitung übergehen. Der gehäuseförmige Teil 22 der Energieleitung weist in der Achse eine Öffnung 23 auf. Durch diese Öffnung ragt eine koaxial an die Platte 21 anschließende Antenne 24 in den Außenraum. Die Platte 25 dient als Gegengewicht zur Antenne. Das untere Ende der Kathode 17 wird durch den Leiter ig' fortgesetzt. Dieser Leiter ist hohl ausgebildet und enthält im Innern einen Isolierkörper 26 und in diesen eingebettet Heizzuleitungen 27. In der Nähe des unteren Endes des Leiters i9' ist ein scheibenförmiger Leiter 28 galvanisch mit dem Leiter ig' verbunden. An diesen schließt nach aufwärts ein zylindrischer Teil 29 an und an diesen, und zwar mit verringertem Querschnitt, ein zylin@dri:scher Teil 3o. Der "feil 3o bildet mit der Elektrode i8 einen Kurzschlußkondensator. Das obere Ende der Leiter 18, 30 ist durch eine Vakuumverschmelzung 31 abgeschlossen. Länge und Durchmesser der beiden Abschnitte ig', 2g bzw. 1g, 20 sind ungefähr gleich groß gewählt. Der Abstand von Innen- und Außenleiter dieser Abschnitte ist ferner beträchtlich größer als der des Elektrodenabsch:nittes 17, 18, wodurch, wie bereits angedeutet, ein hoher Schwunbradwiderstand und damit eine sehr kleine Dämpfung des Resonators erzielt wird. Wellenwiderstand und Länge der durch die Leiter 21, 22 gebildeten Energieleitung wird so ,gewählt, daß die Antenne optimal an den Generator angekoppelt ist. An Stelle der plattenförmigen Energieleitung kann auch eine von zylindrischen Leitern gebildete Energieleitung benutzt werden. Wird die Öffnung 23 an der Austrittsstelle der Antenne durch eine Vakuumverschmelzung 32 abgeschlossen, so können die den Resonator begrenzenden Leiter selbst das Vakuumgefäß bilden. Da der untere und der obere Abschnitt der Röhre verschiedene Spannung gegeneinander haben, ist -es zweckmäßig, um den Resonator eine Schutzhülle z. B. aus Isoliermaterial anzubringen.
  • Ein Ausführungsbeispiel mit einer Dreielektrodenanordnung .zeigen die Abb. 5 und 6. Der Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Abb. 3 besteht zunächst darin, daß an Stelle der Kathode 17 eine Gitterelektrode 33 vorgesehen ist, welche in ihrem Innern eine indirekt beheizte Oxydkathode 34 aufweist. Resonator, Energieleitung und Antenne sind ebenso wie im vorausgehenden Beispiel ausgeführt. Um die an dem Kurzschlußk ondensator zwischen den Leitern 18 und 30 noch auftretende Streustrahlung zu beseitigen, ist der Resonator in einem Vakuumgefäß 35 aus Metall untergebracht. Zur Abstützung des unteren Abschnittes des Resonators gegen das Gehäuse dienen Isolierkörper 36. Da sich beim Betrieb der Röhre die Elektroden und die unmittelbar anschließenden Leiter stark erwärmen, diese Leiter aber aus Stoffen von großer Wärmeleitfähigkeit bestehen sollen, die häufig auch einen großen Ausdehnungskoeffizienten haben, kann eine Relativbewegung des Resonators bzw. des unteren Teiles desselben gegenüber dem Gehäuse auftreten. Zweckmäßig ist deshalb, das Resonatorende, wenn auch nur um kleine Beträge, in der Längsrichtung beweglich eingerichtet, vorzugsweise so, daß es auch die Möglichkeit 'hat, sich in radialer Richtung um einen kleinen Betrag auszudehnen. Werden Resonator und Röhrenwand starr über den Isolator 36 miteinander verbunden, so kann entweder der Isolator gefährdet oder aber mit der Zeit eine Lockerung der Verbindungen eintreten, -,velc'he zu unangenehmen Mikrofoneffekten Anlaß geben können. Dieses kann durch folgende Konstruktion vermieden werden. In zweckmäßig gleichem Abstand voneinander werden zwischen Resonatorkörper und Röhrenwand vorzugsweise drei Isolatoren 36 mit Spiel angeordnet. Mindestens einer der Isolatoren ist mit einer Bohrung versehen, in die eine kräftige Druckfeder angebracht ist. Die Feder wird zweckmäßig so stark gewählt, daß auch bei den maximal vorkommenden Wärmedehnungen die Feder praktisch nicht vollkommen zusammengedrückt wird. Der R.esonatorkörper kann sich nun sowohl in der Längsrichtung als auch in radialer Richtung um kleine Beträge ausdehnen. Vorteilhaft wird eine solche Druckfeder nur an einem Isolator vorgesehen, die anderen beiden Isolatoren erhalten Madenschrauben 38, welche zur Justierung des Resonatorkörpers in der Röhre .dienen. Damit durch die Verschiebung des Resonatorleörpers die Zuleitungen nicht unzulässig beansprucht werden, können die Teile 39 der Zuleitungen beispielsweise aus flexiblem Material 'hergestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Röhre kann zum Erzeugen (Senden), Verstärken und Empfangen ultrakurzer Wellen, insbesondere Dezimeter- oder Zentimeterwellen, Anwendung finden. Sie kann hierbei im besonderen in der sogenannten Barkhausen-Schaltun.g, Magnetronschaltung oder Rückkopplungsschaltung benutzt werden. In Sonderheit kann die Röhre nach der Erfindung auch fremdgesteuert betrieben werden, z. B. als fremdgesteuerter Sender oder als H.oc'hfrequenzverstärlzer für Empfangszwecke.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung für frequenzbestimmen:de @/2-äquivalente Hohlraumresonatoren, die die sie der Länge nach durchsetzenden ultrahochfrequenten Schwingungen anfachenden undTeile des Resonators bildenden Elektroden in ihrem gegen Verluststrahlungen durch metallische Abschirmung und Kurzschlußkondensatoren abgeschlossenen Innenraum enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlraum und die eine Gegenelektrode bildende Außenwandung aus zwei koaxialen, eine relative Einstellung ermöglichenden Teilen besteht, die durch gegenseitige Überlappung zwischen den hochfrequenzmäßigen Kurzschlüssen nu den Spannungsknoten .des Resonators einen zusätzlichen kapazitiven., an einem Spannungsbauch liegenden Kurzschluß bilden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, daidurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Elektroden bzw. die anschließenden metallischen Flächen nach einer Seite durch einen Abschnitt mit kleinem Wellenwiderstand (5, 6 in Abb. i) fortgesetzt werden, der als Energieleitung dient, und daß an die andere Seite, vorzugsweise an die innere Elektrode (i), ein Leiter mit U-förmigem Meridiansahnitt anschließt (15, 16). 3: Anordnung nach Anspruch i und 2, .dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode (i in Abb. i) die Kathode, vorzugsweise eine indirekt beheizte Oxydkathode ist und die Außenelektrode (2 in Abb: i) als Anode dient. q:. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode mit Öffnungen versehen ist und im Innern eine Kathode enthält. 5. Anordnung nach Anspruch i bis ¢, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem Kurzschlüßkondensator -entstehende Spalt mit einer hochvakuumdichten Verschmelzung versehen ist und die den Resonator begrenzenden Leiter das Vakuumgefäß bilden. 6. Anordnung nach Anspruch, i bis 5, @dadurch gekennzeichnet, @daß die den Resonator begrenzenden Leiter von einem auf seiner Innenfläche elektrisch leitenden Gehäuse, vorzugsweise von einem Metallgehäuse, umschlossen sind. 7. Anordnung nach Anspruch. i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das umschließende Gehäuse -das Vakuumgefäß ,der Röhre bildet und vorzugsweise aus einem mit Glas .gut verschmelzbaren Metall, insbesondere aus Eisen-, Chrom- oder Nickellegierungen besteht. B. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, .dadurch gekennzeichnet, daß -der Resonatorkörper durch Isolatoren mit Spiel in der Röhre abgestützt ist, vorzugsweise derart, däß zur Abstützung drei Isolatoren benutzt werden, von denen zweckmäßig zwei mit Madenschrauben zur Justierung und der dritte mit einer kräftigen Druckfeder versehen ist.
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