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Abstimmbarer Hochfrequenzgenerator für sehr kurze elektrische Wellen
Mit der Entwicklung von Scheibenröhren, bei denen das Gitter zwischen einer ebenen
Kathode und einer ebenen Anode angeordnet ist und diese Elektroden die Stirnflächen
von zueinander axial liegenden zylindrischen Körpern bilden, war es möglich, einen
Hochfrequenzgenerator mit koaxial zueinander liegenden Resonanzkreisen zu bauen,
bei dem ein mittlerer zylindrischer Leiter für den außenliegenden Kreis, z. B. für
den Gitter-Kathoden-Kreis, den Innenleiter und für den innenliegenden Kreis, z.
B. für den Gitter-Anoden-Kreis, den Außenleiter bildet.
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Eine derartige bekannte Ausführungsform eines Hochfrequenzgenerators
wird im folgenden an Hand der Fig. i beschrieben. Zur Erzeugung elektrischer Schwingungen
dient eine sogenannte Scheibenröhre, die aus der ebenen, runden Kathode i, dem Gitter
a und der ebenen, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Anode 3 besteht.
An den Anodenteil der Röhre schließt sich der Anodenbolzen 4 an, auf dem eine metallische
Hülse 5 gleitend angeordnet ist.
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Das Gitter z ist durch seine Kontaktringfläche mit dem Gitterzylinder
6 leitend verbunden und erhält über die hochfrequenzmäßig abgeschlossene Leitung
7 die notwendige Vorspannung zugeführt. Der von dem Außenmantel g umschlossene Hochfrequenzraum
wird auf der einen Seite durch eine hochfrequenzmäßig mit der Kathode i verbundene
Abschlußscheibe 8, auf der anderen Seite durch eine verstellbare Kurzschlußvorrichtung
io abgeschlossen. Über ein Auskoppelelement i i kann dem Generator die Hochfreqenzenergie
entnommen werden.
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Der in Fig. i gezeigte Hochfrequenzgenerator benutzt eine Gitter-Basis-Schaltung.
Sie besteht zu einem Teil aus dem Gitter-Anoden-Kreis, dargestellt durch die zu
dem in die Röhre hineinragenden
Anodenstift 3 in Serie liegende
Gitter-Anoden-Kapazität und die hierzu parallel liegende, am Ende offene Leitung,
die durch :den Innenmantel des Gitterzylinders 6 als Außenleiter und den Anodenbolzen
4 mit Hülse 5 als Innenleiter gebildet wird, zum anderen Teil aus dem über den Gitter-Anoden-Kreis
geklappten Gitter-Kathoden-Kreis, dargestellt durch die Gitter-Kathoden-Kapazität
in Serie mit dem Kathodenbolzen i und parallel hierzu liegend eine durch die Kurzschlußvorrichtung
io kurzgeschlossene Leitung mit dem Außenleiter g und einem Innenleiter, der durch
den Außenmantel des Gitterzylinders 6 und der Metallhülse 5 gebildet wird. Die Rückkopplung
zwischenGitter-Kathoden-und Gitter-Anoden-Kreis wird bewirkt durch die am Ende des
offenen Gitterzylinders entstehende Feldverteilung, die durch die Stellung der Kurzschlußvorrichtung
io, z. B. eines eine Viertelwellenlänge langen Kurzschlußschiebers, beeinflußt werden
kann.
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Die Frequenz wird bei diesem Hochfrequenzgenerator im wesentlichen
durch den Gitter-Anoden-Raum bestimmt, da er gegenüber dem Gitter-Kathoden-Raum
einen sehr viel kleineren Wellenwiderstand besitzt und dadurch in ihm eine sehr
viel größere Blindenergie schwingt. Die Frequenz wird bei bekannten, derartigen
Hochfrequenzgeneratoren durch einen auf dem Anodenbolzen 4 gleitenden Schieber 5
eingestellt.
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Der durch eine solche Abstimmung erzielbare Frequenzbereich ist- aber
verhältnismäßig klein. Außerdem ist die vom Generator abgegebene Leistung über den
erzielbaren Frequenzbereich hinweg sehr verschieden.
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Maßgebend für die Leistungsabgabe eines solchen Hochfrequenzgenerators
sind die Rückkopplungsbedingungen. Die für die Rückkopplung notwendige, vom Gitter-Anoden-Raum
in den Gitter-Kathoden-Raum laufende Energie wird durch die starken Inhomogenitäten
in der Leitungsführung, insbesondere durch solche, die an Orten maximaler Energie
liegen, beeinflußt. Solche liegen aber an Stellen großer Querschnittsänderung im
Gitter-Anoden-Raum vor. In Fig. 2 ist die zu betrachtende Inhomogenität, nämlich
der Sprung des Innenleiterdurchmessers vom Durchmesser des Anodenbolzens 4 auf den
Durchmesser des auf diesem Bolzen gleitenden Schiebers 5, im Längsschnitt dargestellt.
Die zwischen Innenleiter 4 bzw. 5 und Außenleiter 6 verlaufenden Linien stellen
die statischen elektrischen Feldlinien dar, deren Richtung nach dem räumlichen Koordinatensystem
x, y, z angegeben werden kann. Während in einer gewissen Entfernung von der Inhomogenität
nur eine Ex Komponente der elektrischen Feldstärke vorhanden ist, existiert bei
der Inhomogenität auch eine durch den Innenleitersprung hervorgerufene EZ Komponente,
wobei aber an den Punkten 12 noch eine größere Feldstärke auftritt ,als an anderen
Leitungspunkten. Setzt man für diesen Leitungsabschnitt um Punkt 12 die Maxwellschen
Gleichungen an, so findet man, daß im Gegensatz zum statischen Feld auch noch eine
mit der Frequenz wachsende Komponente der elektrischen Feldstärke senkrecht zu dem
eingezeichneten Feld verlaufende Feldstärke existieren muß. Diese Komponente ist
im allgemeinen nicht in Phase mit der längs des statischen Feldes existierenden
Feldstärke und wird dann zu Null; wenn im statischen Feld die EZ-Komponente Null
wird. Auf Grund dieser Überlegungen läßt sich auf die Ursachen der inkonstanten
Leistungsabgabe bei solchen Hochfrequenzgeneratoren schließen. Der Einfluß der Inhomogenität
wird im unerwünschten Sinne um so geringer sein, je geringer der Durchmesserunterschied
des Anodenbolzens 4 und des Schiebers 5 ist, jedoch würde dann der überstreichbare
Frequenzbereich noch kleiner werden.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, den Generator so aufzubauen,
daß der üherstreichbare Frequenzbereich vergrößert wird und daß die in diesem Frequenzbereich
abgegebene Leistung gut konstant bleibt.
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Dies wird bei einem solchen Hochfrequenzgenerator gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß der mit dem Gitter verbundene Zylinder (Gitterzylinder) in
seiner Länge veränderbar ausgebildet und daß der die Längenänderung bewirkende Teil
dieses Zylinders mit einer auf den Innenleiter oder in dem Außenleiter gleitenden
Hülse mechanisch verbunden ist. Vorteilhafterweise benutzt man einen in oder auf
dem Gitterzylinder gleitenden Zylinder, der über geeignete Mittel, z. B. über eine
Isolierstoffscheihe mit der auf dem innersten, z. B. die Verlängerung der Anode
darstellenden Leiter gleitenden Hülse verbunden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 3 noch näher erläutert. In der
Figur ist der Hochfrequenzgenerator nur so weit schematisch wiedergegeben; wie es
zum Verständnis der Erfindung notwendig ist. Mit der Anode 3 ist der Anodenbolzen
4 verbunden, der die auf ihm verschiebbare metallische Hülse 13 trägt. In
dem mit dem Gitter 2 verbundenen Zylinder 6 ist gleitend der Zylinder 14 angeordnet.
Über eine Scheibe 15 aus Isolierstoff ist die als Bedienungsorgan dienende Hülse
13 mit dem beweglichen Gitterzylinder 14 verbunden. Zur besseren Kontaktgabe sind
die Stellen 16 krallenförmig ausgebildet. Bekanntlich wird bei dieser Generatortype
die Frequenz der erzeugten Hochfre.quenzenergie im wesentlichen durch den Gitter-Anoden-Raum
bestimmt, der aus dem- koaxialen Leitungssystem mit dem Außenleiter 6, 1,4 und aus
dem durch Anode 3, Anodenbolzen 4 und Hülse 13 gebildeten Innenleiter besteht. Die
Frequenz kann infolge der Längenänderung dieses Leitungsstückes um einen größeren
Frequenzbereich geändert werden als bei der Ausführungsform nach Fig. i. Durch geeignete
Formgebung, z. B. durch flach zulaufende Enden der Hülse 13, .der Zylinder 6 und
14, lassen sich die Inhomogenitäten in den Kreisen weitestgehend beseitigen. Besondere
Bedeutung kommt einem günstig gewählten Hülsenübergang auf dem Innenleiter zu, da
das Feld proportional i/r vom Innenleiter abnimmt, d. h. am Innenleiter am stärksten
ist. Die Frequenz. wird darüber hinaus
noch durch Verändern .der
Lage der Wellenwiderstandssprünge im Gitter-Anoden-Raum beeinflußt.
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Es hat sich gezeigt, daß Hochfrequenzgeneratoren für sehr kurze Wellen
über einen größeren Frequenzbereich zwar Hochfrequenzenergie erzeugen können, daß
aber die Leistungsabgabe über diesen Frequenzbereich hinweg sehr schwankend ist.
Die Erfindung ermöglicht es, den Frequenzbereich zu erweitern und den Generator
so auszubilden, daß er über diesen Frequenzbereich hinweg eine fast gleichmäßige
Leistungscharakteristik aufweist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei einer solchen
Ausbildung darin, daß die als Bedienungsorgan dienende Hülse 13 um einen größeren
Weg bewegt werden muß als bei der Ausführungsform nach Fig. i, um eine bestimmte
Wellenlängenänderung zu erzielen; an den Antrieb werden somit geringere Forderungen,
z. B. in bezug auf toten Gang und Genauigkeit, gestellt.
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Wird ein Sender für sehr kurze Wellen nicht mit seinem Wellenwiderstand
abgeschlossen, so können Frequenzgebiete vorhanden sein, bei denen der Generator
nicht mehr schwingt (Schwinglöcher). Diese Schwinglöcher können meist durch eine
Verstellung der in Fig. i dargestellten Kurzschlußvorrichtung io beseitigt werden.
Dies erfordert aber eine zusätzliche Bedienung bei der Abstimmung. Es wird daher
weiterhin vorgeschlagen, bei Generatoren, die bei stark schwankender Belastung zu
arbeiten haben, die Gitterzuführungsleitung 7 mit Hochfrequenzeisen zu umgeben,
so daß der Generator dauernd belastet ist. Derartige Ausführungsformen sind beispielsweise
in Fig. 4 angegeben. Unter a ist die Verblockung der Leitung 7 durch ein 44 langes
Leitungsstück 17 und durch einen Stoff 18 aus ferromagnetischem Werkstoff angegeben.
Bei Generatoren, bei denen das Gitter auf Kathodenpotential liegt, kann der ferromagnetische
Stoff i9 nach Fig. q.b angeordnet werden.
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Eine Frequenznachstellung bei einem Generator für sehr kurze elektrische
Wellen kann durch Annäherung eines Metallstückes an das Ende des Gitterzylinders
erreicht werden. Die Frequenz nimmt durch Annäherung eines solchen Stückes ab, da
die Leitung durch das Metallstück an ihrem Ende mit einer Kapazität belastet wird,
was einer Verlängerung der offenen Leitung gleichkommt. Eine solche Frequenzänderungseinrichtung
kann als Frequenznachstelleinrichtung benutzt werden. Ein Ausführungsbeispiel für
eine solche Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt, in der vor dem Leitungsende des
Gitterzylinderteiles 14 ein geeignet ausgebildetes Metallstück 2o schwenkbar angeordnet
ist. Ein solches Metallstück kann an einem Arm 21 gelagert durch einen Nachstellmotor
betätigt werden.
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Eine weitere Verbesserung bei einem Generator kann durch einen zusätzlichen
Rückkopplungsregler erzielt werden, der in der Nähe des offenen Endes des Gitterzylinders
angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, wird die Rückkopplungsgröße im wesentlichen
durch die in Fig. i dargestellte Kurzschlußvorrichtung io bestimmt, die durch die
als Schieber ausgebildete Hülse 5 bewegt werden kann. Ein zusätzlicher Rückkopplungsregler
ist in Fig. 6 dargestellt und besteht vorzugsweise aus zwei ineinanderschiaubbaren
Metallstiften 22. Man kann entweder die kleine Schraube allein oder beide Schrauben
zusammen verstellen. Durch verschieden tiefes Eintauchen der Stifte in den Gitterraum
kann die optimale Einstellung der Rückkopplung erzielt werden; diese Einstellmöglichkeit
wirkt sich besonders vorteilhaft bei impulsgetasteten Generatoren aus, da die Einschwingzeit
eines Hochfrequenzgenerators wesentlich von der günstig eingestellten Rückkopplung
abhängt. Die Einschwingzeit kann dadurch wesentlich herabgesetzt werden. In bekannter
Weise kann auch noch ein sogenannter Hilfssender vorgesehen werden, der einem getasteten
Sender dauernd eine geringe Energie zuführt. Auf diese Weise werden außerordentlich
kurze, kaum mehr meßbare Einschwingzeiten erreicht.