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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein besonderer Vorzug der Ausführung gemäß der Erfindung ist der,
:daß die im Betrieb nahezu unvermeidlichen Wärmeausde'h.nungen keine unerwünschten
Mikrofoneffekte hervorrufen.
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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.
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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. .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.