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Elektronenröhrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen)
ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen Die Erfindung bezieht sich
auf Elektronenröhrenanordnungen zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) ultrahochfrequenter
elektromagnetischer Schwingungen, insbesondere des Dezimeter-oder Zen timeterwellenlängengebietes,
mit einem von elektrisch leitenden Flächen praktisch allseitig begrenzten Hohlraum
als Resonator (Hohlraumresonator), der von der Elektronenströmung durchsetzt wird.
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Derartige Elektronenröhrenanordnungen sind bereits vorgeschlagen worden.
Bei den vorgeschlagenen Anordnungen kann die Einrichtung so getroffen sein, daß
der Hohlraumresonator an der Stelle, an der die Elektronenströmung übergeht, einen
L-erinL-eren Wellenwiderstand als an den sich daran anschließenden Stellen besitzt.
An der der Elektronenströmung abgewandten Seite ist der Hohlraumresonator durch
Spannungsknoten abgeschlossen, die von seinen Metallflächen gebildet werden. In
den Spannungsknoten können die Metallflächen einen galvanischen oder kapazitiven
Kurzschluß bilden. Vorgeschlagen worden sind auch Anordnungen, bei denen zur Bildung
des Hohlraumes ein Gehäuse dient, das zusammen mit einem innerhalb des Gehäuses
angeordneten Körper (Innenleiter) den Hohlraumresonator in der Weise bildet, daß
er nur eine Durchtrittsstelle für die Hochfrequenz besitzt und diese einen Kondensator
oder eine Energieleitung bildende Durchtrittsstelle zur Verbindung des Hohlraumes
mit dem Strahler
dient. Dieser Kondensator bzw. diese Energieleitung
stellt wenigstens riahezu--eine Kürzschlußkapazität dar. Es ist ferner bereits vorgeschlagen
worden, innerhalb eines Hohlkörpers einen flächenförmigen, als Elektrode dienenden.Körper
vorzusehen, der mit einem Teil der Innenflächen des Hohlkörpers eine Kurzschlußkapazität
bildet und mit den übrigen Teilen der Innenflächen des Hohlkörpers den Hohlraumresonator
bildet. Zur Anfachung des Hohlraumresonators können konzentrische Elektroden in
der Weise verwendet Werden, daß die Achse des Elektrodensystems senkrecht auf der
Achse der Elektronenströmung steht. Dabei kann der Hohlraumresonator von konzentrischen
Rohren nach Art einer konzentrischen Lecherleitung gebildet werden. Die beideriköhre
sind dann an ihren beiden Enden durch Spannungsknoten abgeschlossen, welche von
angesetzten Metallflächen in galvanischem oder kapazitivem Kurzschluß- erzeugt werden.
Anordnungen, bei denen der Resonator aus einer konzentrischen Lecherleitung besteht
und die anfachenden Elektroden (Gitter, Anode) von Teilen des Lechersystems in einem
Spannungsbauch gebildet werden und beide Enden des Resonators durch Kondensatoren
angeschlossen sind (so daß sich an beiden Enden der konzentrischen Lecherleitung
Spannungsknoten befinden), sind auch bereits bekanntgeworden.
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Bei den bereits erwähnten älteren Vorschlägen verläuft die Symmetrieachse
des Hohlraumresonators senkrecht zur Elektronenströmung. Statt dessen kann nach
anderen älteren Vorschlägen auch die Anordnung so getroffen werden, daß die als
Elektroden dienenden Wandteile des Hohlraumresonators einen Plattenkondensator bilden,
dessen Achsenrichtung mit der Richtung der Achse der Elektronenströmung zusammenfällt.
Die sich an die genannten Elektroden anschließenden Wandteile des Hohlraumresonators
können so gewählt sein, daß sie zusammen mit den Elektroden einen Plattenkondensator
bilden. -Eine der Elektroden ist zweckmäßig gitterartig ausgebildet, so daß von
-einer -außerhalb des Hohlraumresonators bzw:. Plattenkondensators angeordneten
Kathode her die Elektronenströmung in Richtung der Ächse 'in den Feldraum des Plattenkondensators
eintreten bann, -_ der die anfachenden Elektroden bildet. Anordnungen dieser Art
können insbesondere auch in Rückkopplungsschaltung betrieben werden, indem zwischen
dein im Hohlrautnresonator enthaltenen Anfachraum (Steuergitter, Anode) und dem
Steuerraum (Kathode, Steuergitter) eine geeignete Kopplung vorhanden ist.
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Während bei den erwähnten älteren Vorschlägen und auch bei der bereits
bekanntgewordenen Anordnung der Hohlraumresonator ein starres, d_ h. in seiner Eigenfrequenz
unveränderliches Gebilde ist, bezieht sich ein älterer Vorschlag bereits darauf,
derartige Anordnungen in der Weise auszubilden, daß die Eigenfrequenz des Hohlraumresonators
eingestellt bzw. verändert -werden kann. Dieses ist schon deshalb wünschenswert,
weil es Schwierigkeiten bereitet, bei der Serienfabrikation mit solcher Genauigkeit
zu arbeiten, daß sie eine vorgegebene Eigenfrequenz besitzen, was aber notwendig
ist, wenn z. B. verschiedene Stationen mit gleichen Anordnungen -ausgerüstet und
mit der _gleichen_ Sendefrequenz betrieben werden sollen. Andererseits ist es auch
wünschenswert, ein und dieselbe Anordnung in einem bestimmten Wellenlängenbereich
benutzen zu können.
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Nach dem letztgenannten Vorschlag werden mechanische Mittel zur Veränderung
bzw. Einstellung der Eigenfrequenz des Hohlraumresonators vorgesehen und in einem
zweckmäßig zylindrischen Gehäuse, dessen Innenflächen zur Bildung des Hohlraumresonators
dienen und auf einem Teil ihrer Ausdehnung als Elektroden wirken bzw. mit Flektröderi
in hochfrequenzmäßigem Kurzschluß stehen und nach außen hin von 1Vletallflächen
in galvanischem oder kapazitivem Kurzschluß angeschlossen sind, die .Elektroden
und die übrigen, den Hohlraumresonator begrenzenden Metallflächen derart angeordnet,
daß die Eigenfrequenz des Hohlraumresonators lediglich durch die Verstellung des
Gehäuses und gegebenenfalls unter selbsttätiger Mitverstellung eines in dem Gehäuse
befindlichen Innenleiters erfolgt.
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Ein anderer Weg zur Erzielung der genannten Vorteile besteht erfindungsgemäß
darin, daß außer dem von der Elektronenströmung durchsetzten, bis auf eine Hochfrequenzdurchtrittsstelle
zur Ankopplung des Strahlers allseitig von Metallflächen begrenzten Hohlraum ein
nicht von der Elektronenströmung durchsetzter, von Metallflächen begrenzter Raum
(Abstimmraum) vorgesehen ist und dessen Begrenzungsflächen(Wandungsteile) gegeneinander,
vorzugsweise durch eine Mikrometereinrichtung verstellbar sind und derart mit Wandungsteilen
des von der Elektronenströmung durchsetzten Hohlraumes in Verbindung stehen, däß
durch ihre Verstellung die Eigenfrequenz des von der Elektronenströmung durchsetzten
Hohlraumes veränderbar bzw. einstellbar ist. Dadurch kann in günstiger Weise die
Eigenfrequenz des Hohlraumresonators und damit die Betriebsfrequenz. eingestellt
werden. Insbesondere ist eine Feineinstellung der Betriebsfrequenz durchführbar.
Zweckmäßig wird die Ein-. richtung so getroffen, daß der von der Elektronenströmung
durchsetzte Hohlraumresonator in einem Vakuumgefäß aus Metall angeordnet ist und
Wandungsteile desselben zur Begrenzung des Abstimmraumes dienen.. Dabei können die
Wandungsteile des Hohlraumresonators aus einem Metall von guter Leitfähigkeit für
Strom und Wärine, insbesondere aus Kupfer oder Silber, hergestellt werden, während
man in der Wahl des Materials für das Vakuumgefäß freie Hand hat. Man kann das Vakuumgefäß
aus einem Metall von geringer Gasabgabe, vorzugsweise aus Eisen, Nickeleisen, Chromeisen
oder Chromnickel herstellen. Ferner kann man die mit den Stromdurchführungen versehenen
Wandteile aus einem mit Glas gut verschmelzbaren Metall, z. B. den besonders hierfür
geeigneten Nickeleisen-, Chromeisen-, Chromnickellegierungen, herstellen. -Bei einer
Magnetronröhre
kann man ferner das Vakuumgefäß aus einem urimagnetischen
Metall oder aus urimagnetischen Metallegierungen, z. B. Chromnickel, herstellen.
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Es sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen eine Röhre
mit Kathode, Gitter und Anode verwendet wird und eine Doppeldrahtleitung z. B. an
die beiden Enden des Gitters oder aber mit ihrem einen Ende an das Gitter und mit
ihrem anderen Ende an die Anode angeschlossen wird. Die Röhre einschließlich der
Doppeldrahtleitung kann bei der bekannten Anordnung in einem zy-1indrischen Abschiringehäuse
aus Metall untergebracht sein, das zur Vermeidung von Streuverlusten dient. Das
zylindrische Abschirmgehäuse ist an seinen Stirnflächen durch zwei Metallplatten
abgeschlossen, von denen die eine Metallplatte an der einen Stirnfläche verstellbar
ist, so daß der Abstand zwischen dieser Platte und der Röhre verändert werden kann.
Auf diese Weise soll die Röhre vom Schwingungszustand (Senden) auf Empfangen (Gleichrichtung)
umgeschaltet werden können, indem von der Metallplatte die Energie auf die Röhre
bzw. deren Elektroden phasenrichtig zurückkommt oder nicht. Das Abschirmgehäuse
kann bei der bekannten Anordnung auch in Fortfall kommen -und lediglich die erwähnte
verschiebbare Metallplatte verwendet werden. Es liegt auch bei Verwendung des Abschirmgehäuses
nicht, wie beim' Erfindungsgegenstand, ein Hohlraumresonator vor, bei dem die Innenfläche
eines zur Bildung des Hohlresonators dienenden Gehäuses auf einem Teil ihrer Ausdehnung
als Elektroden wirken bzw. mit Elektroden in hochfrequenzmäßigem Kurzschluß stehen
und Spannungsknoten bilden, durch die der Resondtor nach außen hin in galvanischem
oder kapazitivem Kurzschluß abgeschlossen ist. Gemäß der Erfindung wird gerade bei
derartigen Anordnungen, bei denen sozusagen der Hohlraumresonator unmittelbar mit
der Elektronenströmung gekoppelt ist, auf einfache Weise die Einstellbarkeit der
Eigenfrequenz erzielt. Beim Erfindungsgegenstand wird erreicht, daß ein außerordentlich
stabiler Resonator vorhanden ist und dessen Schwingströme nicht über Drahtleitungen,
sondern ausschließlichüberMetallflächen verlaufen; trotzdem ist die Eigenfrequenz
in einfacher und bequemer Weise einstellbar. Auch ist im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand
bei den bekannten Anordnungen außer dem eigentlichen Resonator, der von der bzw.
den Elektroden und der Doppeldrahtleitung gebildet wird, das Abschirmgehäuse vorhanden,
das naturgemäß eine oder mehrere Eigenschwingungen, insbesondere wenn sein Durchmesser
mit der Wellenlänge vergleichbar ist, besitzt und einen zweiten Resonator darstellt,
der mit dem ersteren, dem eigentlichen Resonator, gekoppelt ist. Es bestehen daher
unübersichtliche Verhältnisse. Verstellt man die Abschlußplatte des Abschirmgehäuses,
so können sich infolge von Rückwirkungen unübersehbare Verhältnisse bezüglich der
Eigenfrequenz des eigentlichen Resonators ergeben und z. B. Frequenzsprünge eintreten.
Ähnliches gilt hinsichtlich der bekannten Anordnungen, bei denen sich an den beiden
offenen Enden einer konzentrischen Lecherleitung je ein Elektrodensystem (Gegentaktanordnung)
befindet und diese Anordnung von einem zylindrischen, konzentrisch angeordneten,
an seinen Stirnflächen durch Metallplatten abgeschlossenen Abschirmgehäuse umgeben
ist. Auch hierbei ist außer dem eigentlichen Resonator (Gegentaktanordnung) ein
zweiter Resonator vorhanden, der im wesentlichen von dem Außenleiter der konzentrischen
Energieleitung und dem Abschirmgehäuse gebildet wird und ebenfalls eine konzentrische
Energieleitung darstellt. Diese ist mit der den eigentlichen Resonator bildenden
Energieleitung durch die üffnungen an den Enden derselben gekoppelt. Wollte man,
ähnlich wie bei den bereits erörterten bekannten Anordnungen, das Abschirmgehäuse
bzw. eine Abschlußplatte desselben verschiebbar in axialer Richtung ausbilden, so
würden infolge der Kopplung der beiden Resonatoren ähnliche Verhältnisse vorliegen,
wie sie bereits oben geschildert worden sind. Beim Erfindungsgegenstand ist dagegen
der als Resonator dienende Hohlraum durch seine Begrenzungsflächen allseitig gegen
außerhalb liegende Räume, wie sie durch ein den Resonator umgebendes Metallgehäuse
entstehen, abgeschirmt und dementsprechend eine Kopplung zwischen einem solchen
Raum und dem als Resonator dienenden Raum vermieden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der Zeichnung näher
erläutert: Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. r bestehen das zur Bildung des
Abstimmraumes dienende Vakuumgefäß und das Resonatorgehäuse aus je zwei Abschnitten,
welche durch nachgiebige Wandteile 32 bzw.33 miteinander verbunden sind. Der obere
Abschnitt des Vakuumgefäßes 34 ist über die Metallplatte 7 starr mit dem oberen
Teil 35 des Resonatorgehäuses verbunden. Ebenso ist der untere Abschnitt 34 des
Vakuumgefäßes mit dem unteren Abschnitt 35' des Resonatorgehäuses verbunden. Der
mit der Platte 7 durch die Glasverschmelzung 14 am oberen Ende fest verbundene Innenleiter
q. ist mit einem Posaunenauszug 36 versehen, um eine Relativbewegung der beiden
Abschnitte des Resonatorgehäuses zu gestatten. Zu dem gleichen Zweck ist auch die
von dem Resonatorgehäuse 35, 35' vollständig umschlossene und den Innenleiter 2
mit Gitter 9 umgebende Elektrode z 1 mit Einfräsungen 37 versehen, in welche die
oberen Isolatoren 12 sich in Richtung der Röhrenachse verschieben können. Zur Verstellung
des Resonators dient eine Mikrometereinrichtung, -welche im wesentlichen aus einem
Gewinde 38 auf dem unteren Abschnitt des Vakuumgefäßes und einem mit Gegengewinde
versehenen koaxialen Zylinder39 besteht, welch letzterer mit Führungen q.o an einen
mit dem oberen Abschnitt des Vakuumgefäßes fest verbundenen Ring .a.1 angreift.
Beim Verdrehen des Zylinderteiles 39 führen die beiden Abschnitte des Vakuumgefäßes
34, 34 Relativbewegungen in Richtung der Röhrenachse und wegen der starren Verbindung
der Gehäuseteile 35, 35' mit einem der
Abschnitte des Vakuumgefäßes,
die Gehäuseteile die gleiche Bewegung aus. Das untere Ende des Vakuumgefäßes ist
durch eine Platte 15 aus Nickeleisen, Chromeisen oder Chromnickel abgeschlossen,
welche vom Boden des Resonatorgehäuses um 7/4 entfernt ist und die Durchführungen
der 'Stromzuleitungen 16, 17 zu der umschlossenen Elektrode ii und zur Kathode io
aufweist. Der ringförmige Teil 18 dient auch hier dazu, einen innigen thermischen
Kontakt des Resonatorgehäuses mit dem Vakuumgefäß herzustellen. Er teilt den Raum
zwischen Hohlraumresonator und Vakuumgefäß in die beiden Räume i 9 und 2o.
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Zur Verdampfung von Getterstoffen in dem Raum 2o dient der Heizkörper
42, der mit einem Pol an das Resonatorgehäuse angeschlossen ist, mit demn anderen
Pol den ringförmigen Körper 18 isoliert durchsetzt und durch die Vakuumverschmelzung
43 den verstimmten Hohlraum i9 isoliert verläßt. Wegen der leitenden Verbindung
zwischen dem Resonatorgehäuse und dem Vakuumgefäß kann der Heizkörper auch einpolig
an das Vakuumgefäß angeschlossen sein. Will man nun bei der Herstellung der Röhre
das Getter verdampfen, so wird eine entsprechende Spannung zwischen Vakuumgefäß
und der einen Zuleitung 44 zu dem Heizkörper gelegt. Diese Zuleitung 44 kann dann
später beim Betrieb der Röhre dazu dienen, dem Resonatorgehäuse und damit der Gitterelektrode
9 eine entsprechende Spannung zu erteilen. Wegen der relativ geringen, zum Betrieb
der Röhre erforderlichen Stromstärke spielt der Widerstand der Spirale 42 keine
Rolle, so daß sich der Heizkörper 42 überhaupt nicht erwärmt. Man vermeidet auf
diese Weise besondere Zuführungen für den Heizkörper.
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Die Abb. 2 zeigt schließlich noch eine Röhre mit verstellbarem Resonator
für die Anfächung in der Magnetronschaltung. Um die Feinverstellung des Resonators
durchzuführen, bestehen das Vakuumgefäß und das Resonatorgehäuse ebenfalls aus zwei
gegeneinander verschiebbaren Abschnitten. Die beiden Abschnitte des Vakuumgefäßes
sind wieder durch eine nachgiebige Wand 32 vakuumdicht miteinander verbunden. Diese
nachgiebige Wand ist am oberen Ende des Resonators vorgesehen, um den für die Erzeugung
des koaxialen Magnetfeldes notwendigen Magneten bzw. die Magnetfeldspule dicht an
die Röhre legen zu können. Das Resonatorgehäuse besteht aus den beiden Teilen 45
und 46 zur Veränderung der Länge des Resonators. Der zylindrische Teil 45 besteht
im wesentlichen aus dem Außenleiter des Resonators und der Teil 46 aus dem Außenleiter
der Hochfrequenzleitung. Das untere Ende des Teiles 46 endet in dem kolbenförmigen
Teil 47, der in dem Außenleiter 45 in der Längsrichtung verschiebbar ist. Zur Verstellung
des Innenleiters der Hochfrequenzleitung zwischen Hohlraumresonator und Antenne
ist dieser, ebenso wie bei dem Beispiel in Abb. i, in der Umgebung des Spannungsbauches
der Hochfrequenzleitung mit einem Posaunenzug 36 versehen. Die Mikrometereinrichtung
ist ganz entsprechend ausgeführt und mit Rücksicht auf das notwendige Hilfsmagnetfeld
an das obere Ende der Röhre verlegt. Der untere Abschnitt des Vakuumgefäßes trägt
am oberen Ende ein Gewinde 38. Das Rohr 39 mit Gegengewinde greift hier an der unteren
Fläche der Metallplatte 8 an und erlaubt die Relativbewegung der beiden Röhrenabschnitte
in Richtung der Röhrenachse.
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Zur Erzeugung des zu der Röhre koaxialen Hilfsmagnetfeldes dient in
dem dargestellten Beispiel ein rohrförmiger, in der Längsrichtung magnetisierter
Magnet 48. Um unnütze Streufelder zu vermeiden, ist der Abstand zwischen dem Vakuumgefäß
und dem Resonatorgehäuse nur sehr gering gewählt, so daß sich dieser Raum nicht
zum Verdampfen von Getterstoffen eignet. Es ist daher der Heizkörper 42 in einem
besonderen Verdampfungsraum 2o' vorgesehen, der sich an das untere Ende des Resonatorgehäuses
anschließt. Dieser Heizkörper ist wieder einpolig mit dem Resonatorgehäuse verbunden;
der andere Pol ist durch die Vakuumverschmelzung 43' aus dem Verdampfungsraum isoliert
herausgeführt. Wie bei den vorausgehenden Beispielen durchsetzen die übrigen Zuleitungen
zur Elektrode im Innern des Resonatorgehäuses auch hier einen besonderen verstimmten
Hohlraum i9'.
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Zur Ver änderung der Feldstärke des permanenten Hilfsmagneten 48 ist
der untere Teil der Röhre mit einem Trägerkörper 49 versehen, der ein veränderliches
Joch in Form eines Weicheneisenrohres So trägt. Trägerkörper und Joch sind mit Gewinde
versehen. Beim Verdrehen des Joches ,5o verschiebt sich dieses in Richtung der Röhrenachse.
Es kann also mehr oder weniger weit über den Magneten 48 geschoben werden, wodurch
ein zu dem Feld im Innern des rohrförmigen Magneten paralleler Kurzschluß entsteht,
durch den die Feldstärke des Magnetfeldes für die Anfachung der Röhre passend eingestellt
werden kann.
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In beiden Abbildungen kommuniziert der Abstimmraum mit dem von der
Elektronenströmung durchsetzten Hohlraum und ferner mit dem Hohlraum i9 lediglich
durch schmale Spalte, die in Wandungsteilen, welche zwei Räume begrenzen, vorgesehen
sind, um auf diese Weise die Evakuierung zu ermöglichen.