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Zweigitterröhre in einer Bremsfeldschaltung zum Verstärken ultrahochfrequenter
elektromagnetischer Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf Z:weigitterröhren
in einer Bremsfeldschaltung zum Verstärken ultrahochfrequenter elektromagnetischer
Schwingungen, vorzugsweise des Dezimeter- und Zentimeterwellen längengebiets, bei
denen sowohl zwischen der Kathode und dem ersten Gitter als auch zwischen der außenliegenden
Bremselektrode und dem zweiten Gitter Schwingkreise in Form von Parallelleitersystemen
liegen.
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Zweigitterröhren in Bremsfeldschaltung sind an sich bekannt. Bei einer
dieser bekannten, zum Erzeugen ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen
dienenden Anordnungen, bei welcher die beiden Gitter gleich große positive Spannungen
aufweisen, ist je ein Resonanzsystem zwischen der Kathode und dem ersten Gitter
und zwischen dem zweiten Gitter und der Bremselektrode angeordnet. Die Anfachung
soll hierbei dadurch zustande kommen, daß die Elektronen um die beiden Gitter herumpendeln.
Eine Verstärkerschaltung im Sinne der bei längeren Wellen üblichen Ausdrucksweise
liegt hier nicht vor.
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Bei einer anderen bekannten Zweigitterröhrenanordnung, bei der ebenfalls
keine Verstärkerschaltung, sondern auch eine zum Erzeugen von Schwingungen, dienende
Schaltung vorliegt, ist, für den Fall, daß nur eine Röhre in Anwendung kommt, ein
einziger Resonanzkreis vorgesehen, welcher zwischen dem ersten Gitter und der Bremselektrode
angeordnet ist. Das erste, der Kathode
am nächsten gelegene Gitter
soll hierbei als Fanggitter wirken, und es soll dieses Fanggitter eine Wechselspannung
führen, die um r8o° gegenüber der von der Bremselektrode geführten Wechselspannung
abweicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Zweigitterröhrenanordnungein
unterscheiden sich demnach von den erwähnten bekannten, Zweigitterröhren allein
schon dadurch grundsätzlich, daß bei ersteren eine Hochfrequenzverstärkung im Sinne
der bei längeren Wellen üblichen Weise durchgeführt ist, was bei den bekannten Anordnungen
nicht der Fall ist. Gemäß der Erfindung wird inun bei Zwei;gitterröhren in einer
Bremsfeldschaltung, die zum Verstärken: ultrahochfrequenter elektromagnetischer
Schwingungen dienen, und bei .denen sowohl zwischen der Kathode und dem ersten Gitter
als auch zwischen dem zweiten Gitter und der Bremselektrode je ein in Form eines
Parallelleitersystems ausgebildeter Schwingkreis geschaltet ist, für einen hohen
Verstärkungsgrad dadurch Sorge getragen, daß die Parallelleiter auf einem Teil ihrer
Länge Elektroden darstellen, daß als Elektronenquelle eiine band'fÖrmige Kathode
dient und daß zur Bündelung der Elektronenströmung auf die -gi:tterförmigen Elektroden
elektrische und/oder magnetische Felder anigewendet werden.
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Die beim Erfindungsgegenstand in Anwendung kommenden Parallelleitersysteme
können. aus ebenen parallelen Bändern aufgebaut sein. Um .den Austritt von Verluststrahlung
nach außen sowie eine Strahlungskopplung zwischen dem Steuerraum, dem die zu verstärkenden
Schwingungen zugeführt werden, und dem Anfachraum, dem die verstärkten Schwingungen
entnommen werden., zu vermeiden, werden die beiden Schwingungskreise (Res onatoren)
jedoch vorteilhaft als zwei ineinander geschachtelte konzentrische Lechersysteme
ausgebildet, deren Länge auf die Wellenlänge der ulkr:ahochfrequenteqn Schwingungen
avbge@stimmt ist und die an ihren Enden durch kapaz,itiven. Kurzschluß abgeschlossen
sind. Für die die Elektronenströmung auf die gitterförmigen Elektroden bündelnden
Felder kommen hauptsächlich in Richtung der Elektronenbewegung verlaufende Magnetfelder
und/oder durch seitlich von der Kathodie angeordnete, negativ vorgespannte Hilfselektroden
erzeugte elektrische Felder ;in Frage.
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Durch die Maßinahme, .die die Schwingkreise bildenden Parallelleiter
auf einem Teil ihrer Ausdehnung als Elektroden wirken zu lassen, wird erreicht,
daß Verbindungsleitungen, zwischen den Elektroden und den Elementen der Schwingkreise
in Fortfall- kommen, wodurch einmal das Arbeiten mit ultrahochfrequenten elektromagnetischen
Schwinguingen, insbesondere solchen des Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebiets
ernnöglicht wird, und wodurch zum anderen die Herabsetzung der Strahlungsverluste,
d. h. die Erzielung eines hohen Verstärkungsgrads von sich aus gewährleistet wird.
Die Maßnahme, die als Schwingkreis .dienenden Parallelleitersysteme auf einem Teil
ihrer Ausdehnung als Elektroden wirken. zu lassen, erhöht jedoch in Verbindung mit
.der weiteren ebenfalls der Erzielung eines hohen Verstärkungsgrads dienenden Maßnahme,
die Kathode flächenhaft auszubilden, die, Gefahr, 4a3 ein großer Teil der von der
flächenhaften Kathode ausgehenden Elektronen auf Flächenteile der Parallelleitersysteme
auftrifft, die nicht als Elektrode wirken. Diese Gefahr wird .durch die Wirkung
der die Elekfironenskrönnung bündelnden elektrischen bzw. magnetischen Felder herabgesetzt
bzw. weitgehendst beseitigt. Man erkennt somit, daß die hinsichtlich der Ausbildung
der Elektroden, hinsichtlich der Ausbildung der Elektroneinquelleund hinsichtlich
der Bündelung der Elektronenströmung angegebenen Maßnahmen: in organischem Zusammenhang
miteinander stehen und.' daß diese Maßnahmen in vorteilhafter Weise einen hohen
Verstärkungsgrad für eine Bremsfeldschaltung aufweisende Zweigitterröhrenanordnung
gewährleisten.
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Elektroinenröhren, welche Einzelmerkmale der erfindungsgemäßen Kombination
aufweisen, sind an sich bereits bekanntgeworden. So ist ein Röhrengenerator für
kurze: Wellen mit einem einzigen in der Röhre liegenden frequenzbestimmenden Schwinguingskreis.
bekannt, bei dem zur Bildung der Schwingkreiskapazität und der Schwingkreisinduktanz
lediglich .die Elektroden und deren Verbindungs- und Tragelemente dienen.. Weiter
isst die Verwendung einer flächenhaften Kathode bei einer Dreielektrodenröhre in
Bremsfeldschaltung mit ebenen Elektroden bekannt. Ferner ist ein,: Elektronenröhrenanordnung
iin Bremsfeldschaltung bekannt, bei welcher die schwingungsanfachenden Elektronen
harmonisch gebunden sind, was .durch die besondere Formgebung für die Elektroden
erreicht wird, und bei welcher ein in Richtung der Elektronenschwingungen wirkendes
Magnetfeld vorgesehen ist. Keine dieser letzterwähnten bekannten Elektronenröhrenanord@nun:gen
weist jedoch Verstärkerschaltung auf, und es tritt deshalb be i diesen Anordnungen
weder die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe noch die mit der Erfindung erzielte
vorteilhafte Wirkung in Erscheinung.
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Die- Erfindung kann bei Elektronenröhren mit ebenen oder mit zylindrischen
Elektroden Anwendung finden. Entsprechend der jeweils vorgegebenen Elektrodenform
wird man für die beiden Schwingungskreise in zweckmäßiger Weise Parallelleitersysteme,
die entweder aus ebenen. oder parallelen Bändern oder aus koaxialen, insbesondere
ineinandergeschachtelten Rohren bestehen., vorsehm In bevorzugter Weise wird die
Erfindung bei Zweigitterelektronenröhren angewendet, bei denen das erste, der Kathode
am nächsten gelegene Gitter, das Steuergitter, negativ vorgespannt ist und das zweite
Gitter, das Beschleunigungsgitter, eine hohe positive Vorspanuung aufweist und bei
.denen demzufolge der im allgemeinen hochfrequenzfeldfreie Raum zwischen den beiden
Gittern. als Beschleunigungsraum für die Elektronen wirkt. Eine .derartige Schaltung,
bei der zweckmäßig der Abstand Glühkathode-Steuergitter klein gewählt ist, zeichnet
sich dadurch aus, daß es keine
Schwier igkeite;n bereitet, unter
Aufrechterhaltung einer hohen Steuerwirkung (Aussteuerung) die für die Anfachung
ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen im Anfachraum erforderlichen
kleinen Elektronenlaufzeiten zu erzielen und daß die durch den Durchgriff bedingte
unerwünschte Rückwirkung des Anfachraums auf den Steuerraum kleingehalten ,ist.
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Bei einem ebenen Elektrodensystembedarf die Anordnung eines iin Richtung
der Elektronenbewegung weisenden und zur Bündelung der Elektronenströmung dienenden
Magnetfeldes keiner weiteren Erläuterungen. Liegt ein zylindrisches Elektrodensystem
vor, so muß die Elektronenströmung auf zwei entgegengesetzt laufende Richtungen
beschränkt werden. In diesem Falle wird die Kathode vorzugsweise als ebeanes Bändchen.
ausgebildet, das vorwiegend auf seinen breiten Flächen Elektronen emittiert, so
daß dadurch zwei entgegengesetzt gerichtete Elektronenströme entstehen. Die Ausbildung
zweier entgegengesetzt gerichteter Elektronenströme kann: außer .durch ein in Richtung
der Elektronenströmung wirkendes Magnetfeld weiterhin dadurch noch begünstigt werden,
daß seitlich von der Kathode negativ vorgespannte u;nd ähnlich wie ein Wehneltzylinder
wirkende Elektroden. angeordnet werden.
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Wird ein zylindrisches Elektrodensystem verwendet, dessen Elektroden
von Teilen ineinander angeordneter konzentrischer Rohrleitungen gebildet werden,
so kann die Ausbildung der Gitterelektroden, in der Weise geschehen, d:aß die diese
Gitter enthaltenden Zylinder des konzentrischen Lechersystems nur an den beiden
diametral gegenüberliegenden: Stellen durchbrochen sind, zu welchen die von der
Bändchenoberfläche der Kathode ausgehenden beiden Elektronenströme hinweisen. Die
Gitteröffnungen brauchein dann infolge der bündelnden Wirkung des elektrischen bzw.
magnetischen Feldes nicht einmal durch Gitterstäbe ausgefüllt zu sein. Durch eine
derartige Anordnung lassen sich Verluste an den Gittern auf ein Minimum herabsetzen.
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Um zu verhüten, daß die einmal in den zwischen dem zweiten, Gitter
und der Bremselektrode liegenden Änfachraum eiangetretenen Elektronen nach Umkehr
vor,der Bremselektrode wieder in den Beschleunigungsraum zurückkehren, was eine
Störung der Wirkung der Röhre zur Folge hätte, kann, im Anfachraum ein weiteres
zur Elektronenbewegung tra:nsversales Magnetfeld vorgesehen werden, welches den
aus, den Lücken des Beschleunigungsgitters austretenden Elektronenstrom etwas seitlich
ablenkt, so daß er nach Umkehr vor dem Anodenzylinder auf die volle Fläche des Beschleunigungsgitters
auffällt und aufgenommen wird.
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Dieselbe Wirkung, wie durch ein. transversales Magnetfeld im Anfachraum
kann durch eine .im Anfachraum vorgesehene elektrostatisch geladene Hilfselektrode
erzielt werden, welche eine zweckmäßig seitliche Ablenkung des Elektronenstrahles
bewirkt. Beispielsweise können gegenüber den Lückendes Beschleunigungsgitters im
Anfachraum Leiter angeordnet werden, welche gegenüber der Kathode schwach negativ
geladen sind.
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Da die Raumladurngssteuerung bei sehr hohen Frequenzen beeinträchtigt
wird, wenn nicht äußerst kleine Abstände und Laufzeiten zwischen Kathode und Steuergitter
gewählt werden, empfiehlt es. sich, bei :besonders hohen Frequenzen eine Steuerung
anzuwenden, bei welcher als Elektronenquelle eine zwischen Glühkathode und einer
oder mehreren Hilfsanoden übergehende Elelctrqnenströmung benutzt wird.
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Die Abb. z und z zeigen in einem schematischen Radialschnitt zwei
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ausbildung von. Zweligitterelektronenröhren.
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In der A#bb. i bedeuten K eine bandförmige Kathode und F seitlich
von ihr angeordnete negativ vorgespannte Elektroden, die zur Bündelung der beidem
von den breiten Flächen der Kathode K ausgehenden entgegengesetzt gerichteten Elektronenströme
dienen. Das Steuergitter G1, das Beschleunigungsgitter G2 und die Bremselektrode
A gehören je einem zylindrischen Rohrleiter an., welche ineinander angeordnet sind
und konzentrische ILechersysteme bilden, die als elektromagnetische Resonatoren
dienen. Die beiden von der Kathode K austretenden Elektronenströme werden indem
Steuerraum durch das Steuergitter G1 beeinflußt, gelangen in den Beschleunigungsraum
zwischen den Gittern G1 und G2, wo s.ie eine derart hohe Beschleunigung erhalten,
daß sie den Anfachraum zwischen dem Gitter G2 und der Elektrode A in derart kurzen
Zeiten durchqueren, -die klein oder vergleichbar mit der Periode der angefachten
Schwingungen sind. Um eine seitliche Abweichungder Elektronen; :iin der Ebene des
Steuer-bzw. des Beschleunigungsgitters zu verhindern, und um: die Anzahl der Elektronen,
welche auf den das Beschleunigungsgitter enthaltenden Leiter auftreffen, kleinzuhalten,
ist ein Magnetfeld, erzeugt durch die Spulen H, vorgesehen, das den Elektronenstrom
zusätzlich bündelt.
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Die Abb. z zeigt ein ähnlich :aufgebautes Elektrodensystem mit der
bandförmigen Kathode K, den. wie ein Wehneltzylinder wirkenden negativen Elektroden
F zur Bündelung der beiden Elektronenströme und dem Steuergitter G1, dem Beschleunigungsgitter
G2 und der Bremselektrode A. Die Elektroden K, G1, G2 und A gehören auch hier wieder
den zylindrischen Rohrleitern an, aus denen die beiden Schwingkreise aufgebaut sind.
Um den Austritt der in den Anfachraum gelangten Elektronen in den Beschleunigungsraum
zurück zu verhüten, ist hier ein. zusätzliches elektrisches Feld vorgesehen, welches
mittels -der gegenüber den Öffnungen des Gitters G2 angeordneten st abförmigen Leiter
L erzeugt wird. Durch diese zusätzlichen Elektroden L, welche gegenüber der Kathode
schwach negativ vorgespannt sein können, erfahren die in: den Ainfachraum durch
das Gitter G2 eintretenden Elektronen eine seitliche Ablenkung, so @daß sie auf
der dem Anfachraum zugekehrten
vollen Fläche des das Beschleunigungsgitter
enthaltenden zylindrischen Leiters, auftreffen.
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Es .ist auch möglich, die Erfindung auf zwei im Gegentakt arbeitende
Systeme mit gemeinsamer Kathode anzuwenden. Bei zylindrischer Ausbildung der Elektroden.
bzw. der Parallelleltersysteme kann eine Gegentaktschaltung dadurch erhalten werden,
daß. die die Elektroden Gl, G2 und A enthaltenden zylindrischen Leiter
entsprechend einer Ebene, in welcher die flächenhafte Kathode K liegt, aufgeschnitten
werden. Die zur Bündelung .der Elektronen dienenden elektrischen bzw. magnetischen
Felder sind bei einer solchen Gegentaktschaltung dieselben wie bei den Schaltungen
nach Abb. i und; z.