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Einrichtung zur Verstärkung oder Erzeugung von Ultrakurzwellen unter
Verwendung einer phasenfokussierten Elektronenströmung Gegenstand der Erfindung
ist einerseits ein Verfahren zur Verstärkung oder Erzeugung von Ultrakurzwellen,
bei -dem eine phasenfokussierte Elektronenströznung verwendet wird, und andererseits
die konstruktive Ausgestaltung der hierbei verwendeten Röhren.
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Es sind zwei Arten von sogen.annten Laufzeitröhren zu unterscheiden,
nämlich eine erste Art, bei welcher der von der Kathode austretende El.elctronenstrom
dich.temäßig ;gesteuert und ihm .die Ausgangsleistung durch Wechselwirkung mit einem
Schwingungsfeld entzogen wird, und eine zweite Art, bei der die Geschwindigkeitsmodulation
zur ErzQugung einer phasenfokussierten Elektronenströmung benutzt wird. Bei der
"ersten Art findet eine schlechte Ausnutzung des von der Kathode gelieferter Stromes
statt, weil die Stromentnahme nur während eines Teiles einer Schwingungsperiode
erfolgt. Eine Ausführungsform der zweiten Art, das sogenannte Klystron, enthält
drei von- der hochfrequent modulierten Elektronenströmung durchsetzte Räume, nämlich
eine von zwei Gitterelektroden begrenzte Modulationskammer, einen zwischen dem zweiten
und einem weiteren Gitter liegenden feldfreien od@°-r wenigstens wechselfeldfrei,en
Kompressionsraum und eine darauffolgende Leistungskammer, in welcher der Leistungsumsatz
mit einem Wechs,elfelid erfolgt. Im Klystron findet im Idealfall eile bessere Kathadenstrom.ausnutzung
statt als bei der dichtegesteuerten Röhre, jedoch besitzt es in der bekannten Form
folgende Mängel i. Was die statischen Entladungsverhältnisse anlangt, so übernehmen
die Gitter, insbesondere das
hintere Kompressionsraumgitter, einen
Teil des K ,athodenstromes. Weil ein großer Zwischenraum zwischen,dem ersten und
dein letztenKompressionsraumgitter liegt, führt die Elektronenablenkung am ersten
Laufraumgitter zu einerDispersion,der Elektronenströmung. Die Bemessung .dieser
Gitter soll folgenden Forderunbge-n gerecht werden: a) gute Wärmeableitung, b) gutefHochfrequenzle
itfähigkeit und c) kleiner Bedeckungsfaktor (große Stromdurchläss:igkeit). Die Punkte
a) und b) verlarfgen dicke Gittendrähte, während Punkt c) im Gegenteil dünne Gitterdrähte
vorschreibt. Der Mittelweg, der hinsichtlich der Gitterabmessungen beschritten werden
muß, führt z. B. zu Verhältnissen, bei denen die Stromübernahme der drei auf die
Kathode folgenden Gitter zusammen die Hälfte des Kathodenstromes und mehr ausmacht.
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a. Ungünstige dynamische Stromübernahme. Die Wechselfelider in Modua,ations-
und Leistungskammer haben eine solche Phase, @daß einerseits in der Modizlationskammer
gerade diejenigen Elektronen, welche. später in den Schwerpunkt der fokussierten
Ladung kommen sollen, ungünstige Eintrittsbedingungen vorfinden, @d. h. in einem
Zeitpunkt eintreten, indem die Wechselspannung an der Modulationskammer ihren bremsenden
Höchstwert hat. Andererseits wirkt die Wechselspannung in,der Leistungskammer infolge
ihr-er Phasenlage dem Eintritt der fokussierten Ladungen-entgegen. Bei einer hinsichtlich
der Impedanz günstigen Bemessung der Leistungskammerlänge (Wegwinkel 0 zwischen
n/q. und W2) liegt nämlich die Phase der sehr hohen Wechselspannung in der Leistungskammer
gegenüber den eintretenden fokussierten Ladungen so, daßdiese Ladungen gebremst
werden. Unter :dem Wegwinkel 0 versteht man ein Maß, durch das die Kammerlänge mit
einer an sich willkürlich wählbaren Bezugsspannung und der Frequenz des Wechselfeldes
in Beziehung gesetzt wird. Im vorliegenden Fall gilt:
wobei L :die Kammerlänge, co,die Kreisfrequenz des Wechselfeldes, Ü 1 die Gleichspannung
zwischen Kathode und Leistungskammer, k eine Konstante, q,die Ladung und m die Maße
eines Ladu.ngaträgers und Vers -,die konstante Geschwindigkeit des Ladungsdurchgangs
durch die Kammer bedeuten.
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3. Bei großer Stromdichte machen sich im wechselfeldfreicen KompressionsreumRaum.ladungswirkungen
stark geltend, die defokussieren.d wirken.
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q.. Sämtliche genannten Stromverluste wirken auf den Gesämtwirku,ngsgradäußerst
ungünstig dadurch, @daß sämtliche Gitter auf. einer einheitlich hohen Anodenspannung
liegen. Der üblicherweise angegebene theoretische Wirkungsgrad von 57 °/o enthält
die genannten Verluste nicht; er ist ein sogenannter reiner Anodenwirkungsgrad.
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Die Erfindung bezweckt, eine Laufzeitröhre zu schaffen, bei welcher
die vorerwähnten Mängel soweit wie möglich beseitigt werden. Erfindungs,ggemäß erfolgt
die Verstärkung oder Erzeugung von Ultrakurzwellen unter Verwendung einer phasenfokussierten
Elektronenströmung in der Weise, @daß eine Elektronenströmung vorzugsweise mit einer
gegenüber der Elektronenaustrittsgeschwindigkeit aus einer reellen Kathode großen
Anfangsgeschwindigkeit in eine Diodenstrecke eintritt, in dieser Diodenstrecke einer
Feldfokussierung unterliegt und unmittelbar anschließend in einer besonderen Leistungskammer,
deren (von: der Kathode aus gesehen) hintere Begrenzungselektrode eine gegenüber
der Austrittselektrode der Diodenstrecke hohe positive Gleichspannung führt, einen
Leistungsumsatz mit einem Wechselfeld herbeiführt. Der Ausdruck Feldfokussierung
wird .hierbei als Gegensatz zur Laufraumfokuss.ierung gebraucht, bei welcher die
Kompression der ElektronenstrÖmu.ng in leiinem wechselfeldfreien Raum im Anschluß
an eine geschwindigkeitsmodulierende Schicht erfolgt. Die Erfindung macht von der
Tatsache Gebrauch, daß eine solche Kompressionswirkung nicht nur, wie bei .den bekannten
Anordnungen, in einem feldfreien Laufraum, sondern auch in einem räumlich beliebig
ausgedehnten Wechselfeld zustande kommt. Die letztgenannte Art der Kompressionswirkung
wird als Feldfokussierung bezeichnet. Die gesamte innerhalb einer Schwingungsperiode
in die Diodenstrecke eintretende Elektronenströmung wird in dem Wechselfeld Üerart
komprimiert, daß sie :den Austrittsquerschnitt der Diodenstrecke in einer gegen
die Periodendauer kurzen Zeit passiert.
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Durch dieses Arbeitssahem@a werden folgende Vorteile erzielt: r. Der
Elektronenströmung wird @diar Hauptteil der Energie erst in dem Teil des Entladungsraumes
zugeführt, in welchem die Leistungsabgabe an das Wechselfeld erfolgt. Dadurch wird
vermieden, d'aß die Stromverluste, die am Eintritts- und Austrittsgitter der Diodenstrecke
entstehen, mit hohen Wattverlusten verknüpft sind, z. Die zwischen den Begrenzungselektroden
der Leistungskammer liegende hohe Gleichspannung ergibt ,günstige Verhältnisse bezüglich
der Eintrittsphase der fokussierten Ladungen gegenüber dem Wechselfeld, d.'h. es
gelingt, idie gleichen Impedanzverhältnisse wie bei der Leistungskammer eines Klystrons
vorausgesetzt, eine überhaupt oder mehr beschleunigende Phasenlage der.Wechselspannung
zu erzielen (die innere Impedanz ider Elektronenströmung nimmt in beiden Fällen
mit ider Kammerlänge zu). Um diese Verhältnisse übersehen zu können, ist in Abb.
r für .dien Fall der vollkommenen Spannungsaussteuerung der Leistungskammer (optimaler
Wirkungsgrad) die Abhängigkeit der Eintrittsphase y) einer theoretischen scheibenförmigen
Ladung und des Spannungs-aus.steuerungsverhältnisses a von der elektrischen Kammerlänge
(Wegwinkel) 0 aufgetragen. Die voll ausgezogenen Kurven gelten für eine sogenannte
Äquipotentialkammer, bei. welcher die Eintritts- und die Endfläche wie beim Klystron
das gleiche Ruhepotential haben, während sich die gestrichelten Kurven auf eine
sogenannte Beschleunigungskammer beziehen;
deren Eintrittsflüche
auf c:neiu niedrigen .und deren Endfläche auf einem hohen Gleichpotential liegt.
Das Spannu.ngsaussteu,erungsverhältnis a ist .definiert als Verhältnis der ,in der
Kammer wirkenden Wechselspannung zu der höchsten an -der Kammer liegenden Gleichspannung.
a ist proportional l'Ri, wobei die innere Impedanz der Elektronenströmung
(L' = Spannung zwischen Eintritts- und Endfläche der Eeistungskammer:
11 = elektronischer Wechselstrom in der Leistungskammer). y wird gegen das
beschleunigende Maximum der Wechselspannung gemessen. 1Timmt man erstens in beiden
Fällen gleiche Werte von a an (gleiche Impedanz und gleiche Aussteuerung), so zeigt,die
Abh. i, daß im Fall,der Beschleunigungskammer der Winkel y wesentlich kleiner ist,
d. h. die Wechselspannung die eintretenden Ladungen mehrbeschleunigt, also sie durch,das
Eintrittsgitter der Leistungskammer kräftiger hindurchzieht als im Fall der Äquipotential:kam:mer.
Nimmt man aber zweitens gleiche Kammerlänge an (gleiche Sc:hwingkreiskapazität und
gleiche Wegwinkel 0), so sieht man noch deutlicher die günstigere Eintrittsphase
bei der Beschdeunigungskammer.
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3. Der Laufraum und damit ein den Strom abfangendes Gitter sowie die
Elektronen zerstreuende Verweilzeit der Elektronen im Laufraum fallen w:g.
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.l. Bei der Feldfokussierung sind große Wech:sel-,;pannungen in dem
wegen der niedrigen Gleichspannung kurzen Fok.ussieru.ngsraum vorhanden, so daß
der Einfluß defokussierender Raumladungserscheinungen gemildert wird.
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5. Durch,diese Anordnung wird,die Gesamtlänge der Entladungsbahn von
der Kathode bis zur Anode so kurz.daß sieh statische Fokussierungsmaßnahmen erübrigen.
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6. Die Stromverteilung auf das Eintrittsgitter der Leistungskammer
ist außerdem rein statisch betrachtet günstiger als beim Klystron, weil die hohe
Anodengleichspannung durch dieses Gitter hinclurch.greift und .die Elektronen zur
Anode zieht.
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Zur weiteren Erläuterung des Erfin.dungsgedankens sind in :der Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele @dargestellt. Die Abb.2 zeigt schematisch einen
Längsschnitt .durch eine Elektronenanordnung mit angebauten Resonanzkreisen. K bezeichnet
eine scheibenförmige, entweder aus -einem Netz von Glühdrähten oder einer indirekt
geheizten Äquipotentialfläche bestehende Kathode. G1 und G2 sind zwei zueinander
parallele, vorzugsweis"e ebene Gitterelektroden, und A ist die Anode. Das Gitter
G2 trennt die beiden Resonanz!hohlräume I und Il. Grundsätzlich könnten an Stelle
der Resonanzhohlräume auch andersgeformte Resonanzkreise verwendet werden, jedoch
sind die Resonanzhohlräume die gegebene Form (r. hohe Güteziffer Q, 2. günstige
konstruktive Verbindung mit den Elektroden). Das Gitter G2 ist mit dem Gitter G1
durch -den Schwingungskreis I und mit der Anode A durch den Schwingungskreis II
verbunden. Die obene Ühnte phasenfokussierende Diodenstrecke fieg rw, t zwischen
.den beiden Gittern G1 und G2, die Leistungskammer zwischen G2 und .4. Die Elektronenanfangsgeschwindigkeit
für dieDio@dens.trecke wird durch eine positive Vorspannung des Gitters G1 gegenüber
der Kathode K erzielt. Der Schwingkreis I dient als Modulations'kreis, während der
Schwingkreis II als Leistungskreis zur Entnahme der Schwingleistung verwendet wird.
iUm in der Leistungsstrecke G2 - A eine beschleunigende Gleichspannung von
z. B. rooo Volt einführen zu können, muß der Schwingungskreis II galvanisch unterteilt
sein. Für den Fall einer Selbsterregung von Schwingungen werden -die beiden Schwingungskreise
I unid II auf die gleiche Frequenz abgestimmt und eine Rückkopplung vorgesehen.
Für den Fall einer Fremndsteuerunig wird,die Steuerspannung dem Kreis I aufgedrückt.
Der Schwingungskreis II kann dann auf die gleiche Frequenz oder im Fall einer Frequenzvervielfaeh(ung
auf die gewünschteHarmoni.sche der Steu,e,rfrequenz abgestimmt sein. Der Fortfall
eines besonderen Laufraumes bringt es mit sich, diaß die Gesamtlänge der Entladungsstrecke
von der Kathode bis zur Anode sehr klein sein kann. Im Gebiet von Wellen von iio
bis 2o cm kommt man auf Größenordnungen bis zu 12 mm herunter. Dadurch sind besondere
statische Bürndelungsm.aßnahmen entbehrlich. Eine besonders zweckmäßigeAu@sfivhrunäsform
einer solchenEntladungsstrecke besteht -darin, daß der Wegwinkel zwischen G1 und
G2 so gewählt wird, daß eine entdämpfende Wirkung der Diodenstrecke erzielt wird.
Wenn G1 und G2 gleichesRuhepotentialhaben (Äquipotentialkammer), müßte der auf die
Spannung der Dio.denstrecke gegen die Kathode bezogene Wegwinkel 2,5 n betragen.
In idiesem Fall arbeitet der Fokussierungsrau.m als selbstschwingende Diode, und
dieser Effekt kann im Fall der Fremdsteuerung zur Entd-ämpfung des Steuerkreises
I oder im Fall der Selbsterregung, insbesondere wenn man -die Leistungskammer auf
die doppelte Frequenz abstimmt, als belastungsun.abhängigerSteuergenerator verwertet
werden; im letzteren Fall kann man auf eine innere oder äußere Rückkopplung zwischen
der Leistungskammer und, dem Fokussierungsrau:m überhaupt verzichten.
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In Abb. 3 ist eine Abänderung der Abb. 2. dargestellt, bei welcher
die Leistungskammer II als Äquipotentialkarnmer ausgebildet ist, .d. h. daß die
vordere und die hintere Elektrode der Leistungskammer das gleiche Ruhepotential
führen. Um den fokussierten Elektronen die für,dieLeistungsabga)be erforderliche
hohe Geschwindigkeit zuerteilen, ohne die beim Klystron dabei auftretenden Wattverluste
auf den Gittern in Kauf nehmen zu müssen, wird das Eintrittsgitter G2 der Leistungskammer
unmittelbar hinter dem Austrittsgitter G2 der Fokussierungskammer I auf Deckung
angeordnet. Der Abstand zwischen den Gittern G2 und' G2 ist im wesentlichen nur
durch die Spannungssicherheit (Vermeidung eines überschlages zwischen diesen beiden
Gittern) bedingt. Die Modulationskammer I und damit,das Gitter G2' erhält beispielsweise
eine positive Vorspannung von Zoo Volt, während man an die Leistungskammer (Gitter
G= und Anode <4) -beispielsweise
-I- 2ooo Volt anlegt. Die aus
der unteren Hälfte der Abb. 3 ersichtliche galvanische Aufteilung .der. 1VLodulatiouskammer
ermöglicht es, dien Gittern G1 und G2 verschiedene Vorspannungen zu erteilen.
Insbesondere ist es nunmehr möglich, die Spannung ides Gitters G2 so zu wählen,
:daß das, -durch: den Durchgriff der hohen Anodengleichspannung in .der Ebene von
G2 hervorgerufene Potential mehr oder weniger vollständig kompensiert wird. Um bei
Fremdsteuerung mit oder ohne Frequenzvervielfachung eine Rückwirkung :der hohen
Wechselspannung in,der Leistungskammer dI auf die Fokussierungsstrecke I zu unterdrücken
oder zu schwächen, ist eine Neutralisationsschleife !V vorgesehen, welche der durch
die Gitteräffnunbgen :gegebenen Kopplung entgegenwirkt. Diese Neutralisation durch
eine zusätzliche Kopplung kann auch im Fall einer rückgekoppelten selbstschwingenden
Röhre zur Herstellung eindeutiger Betriebsverhältnisse erwünscht- sein.
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Abb. 4 zeigt eine Anordnung, welche nach :dem gleichen Prinzip arbeitet;
jedoch ist .das Eintrittsgitter G2 .der Leistungskammer II galvanisch von der Anode
A getrennt und an eine höhere Ruhespannung vori beispielsweise -I- 5ooo Volt gelegt
als .die Anode A, .welche etwa- nur -i- ioo;oi Volt erhält. Dias Gitter G2 möge
eine positive Vorspannung von zoo Volt erhalten, während das Gitter G1 geerdet ist.
Durch die gegenüber der Anode positive Spannung der vorderen Elektrode G2,der Leistungskammer,
welche in @diesem Fall eine sogenannte Bremskammer ist, wird erreicht, daß der entdämpfende
Leitwert in,derLeistungskammer größer wird als bei einer niedrigeren Spannung des
Eintrittsgitters. Man kann nämlich die Tatsache der Leistungsabgabe in Form eines
Spannungs-Strom-Verhältnisses mit negativem Vorzeichen als ent-:dämpfen.den Leitwert
bezeichnen. DieVergrößerung des entdümpfen:den Leitwertes -erlaubt es, mit schlechteren
Schwingungskreisen zu arbeiten.
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D:ie Abb. 5 zeigt für,die Fokuss.ierungskamm:er I den Grenzfall, daß
diese eine reine Diode mit verschwindend kleiner A.n.fangsgeschwindig-keit der Elektronen
ist. In gleicher Weise besteht auch im Fall der Abb.4 die Möglichkeit, das Eintrittsgitter
G1 des Fokussierungsraumes I auf eine niedrige Spannung zu bringen und die hohe
Spannung lediglich ,dem Austrittsgitter der Fokus-. sierungskammer zu geben.
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In den .Ab#b. 6, bis 21 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten.
des Erfirndungsgedankens ,dargestellt, und zwar sind sowohl früm@dgesteuerte wie
auch seelbsterregte Anordnungen dargestellt. Ferner werden Elektrodenanordnungen
mit axialsymmetrischem Aufbau sowie lElektrodenanordnungen mit einer langgestreckten,
geradlinigen Kathode und dementsprechend ausgebildeten weiteren Elektroden gezeigt.
In sämtlichen Abbildungen bezeichnen die in Abb.2 verwendeten Bezugszeichen gleichwertige
Teile.
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In Abb. 6 bezeichnet i ein metallisches VakuumgefäB, - welches - gleichzeitig
zur teilweisen Abgrenzung der Resonanzräume I und II dient. Das Vakuumgefäß ist
durch eine d'as. Gitter G2 enthaltende und mit ihm leitend verbundene Zwischenwand
in zwei Hälften unterteilt. Die weitere: Begrenzung desHohlraumes I i"st durch einen
von der Gefäßwand isolierten metallischen Bolzen 2 gegeben, der mittels eines an
ihn angesetzten Tellers 3 kapaz.itiv mit der Gefäßwand kurzgeschlossen ist. In die
Stirnseite des Bolzens ist gegenüber dem Gitter G2 das Gitter G1 eingesetzt. Hinter
dem Gitter befindet sich 'die Kathode K, welche als indirekt geheizte Kathode mit
einem Heizkörper H ausgebildet ist. Die Kathode wird zweckmäßig mit einem gegen
sie negativ vorgespannten Wehneltzyl-in:der W umgeben, welcher verhindert, daß Elektronen,
statt durch das Gitter Gl hindurchzugehen, auf :die Wand des Bolzens 2 auftreffen.
Die Zuleitungen für die Kathode, den Heizer und den Wehneltzylinder sind isoliert
durch ,den Boden. des Vakuu.mgefäßles hindurchgeführt. Eine weitere isolierte Durchführung
ist für die Stromzuführung zum Gitter G1 über den Bolzen z vorgesehen. Gewöhnlich
wird das Gitter G1 und,das Gitter G2 auf dasselbe Potential gelegt, so däß die für
G1 sich erübrigt und der Teller 3 leitend auf den Gehäuseboden aufgesetzt werden
kann. Dies ist zulässig, weil die Elektronen in die Diodenstrecke bereits mit einer
durch die Spannung (von z. B. -I- Zoo Volt) des Gitters G1 gegen ,die Kathode K
.gegebenen Geschwindigkeit eintreten. Die zur Anregung des Steuerkreises I erforderliche
Wechselspannung wird einer Kopplungsschleife 4 zugeführt, welche mit der einen Seite
leitend mit :dem Vaku@umgef,äß i verbunden und auf :der anderen Seite isoliert durchdieses
hindurchgeführt ist. Auf der anderen Seite -des Gitters G2 ist die Anode A angeordnet,
welche in -die restliche Begrenzungsfläche 5 dies Schwingraumes II übergeht. Es
ist dabei angenommen, daß eine Frequ:enzvervielfachung stattfindet, und daher ist
der Resonanzraum II entsprechend kleiner als der Schwingraum I. Die Leistungsentnahme
erfolgt über eine Kopplungsschleife -6, welche wieder einpolig mit dem Gehäuse verbunden
und auf der anderen Seite .isoliert durch ,dieses hindurchgeführt ist. Die Anode
A ist gegen das Gehäuse isoliert, da sie auf eine gegen das Gitter G2 stark positive
Spannung gebracht werden muß. Die Anode ist iib,er mehrere staubförmige Zuleitungen
7 isoliert herausgeführt. Die Verwendung mehrerer Zuleitungen empfiehlt sich zur
besseren Wärmeabfuhr. Um,die Albstimmung des Resonanzraumes II verändern zu können,
ist die Anode samt den an ihr befestigten Flächen 5 verschiebbar angeordnet. Zu
diesem Zweck wird ein Teil des Vakuumgefäßes aus einem Tombakschlauch (nachgiebiges
Wehrohr) 8 hergestellt, der eine Verschiehung des Deckels 9 mit :den Herausführungen
gegenüber dem an das Gefäß i angeschlossenen G-häuseteil zuläßt. Die Verstellung
des Deckels erfolgt durch außienl aufgesetzte . Flansche mit Sch.raubbolzen ro.
Der Kreis I kann natürlich auch abstimmbar ausgebildet werden, wie in späteren Ausführungsbeispielen
um eine Anpassung des Generators an eine gegebene äußere Steuerfrequenz zu ermöglichen.
Im praktischen
Betrieb hält man das Metallgehätu.se i auf Erdpotential.
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In AM. 7 ist eine Abänderung des die Kathode und das Gitter
G1 enthaltenden Teiles der Anordnung nach Abb. 6 dargestellt. Zwischen der Kathode
K und dem Gitter G1 ist ein weiteres: Gitter T
eingefügt, welches als
Tastgitter bezeichnet wird und zur Tastung oder zur Modulation der in die Diodenstrecke
eintretenden Elektronenströmung dient. Im Fall der tele.graphiemäßigen Tastung der
mit der Röhre erzeugten Schwingungen erhält das Tast:gitter eine gegen die Kathode
negative Ruhespannung und wird während der Zeichen auf eine positive Spannung, beispielsweise
ioo Volt, gebracht.
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In den Abb. 8 bis i i sind veirsrhiedene Ausführungsformen einer ebenfalls
axial symmetrisch aufgebauten, aber mit Rückkopplung arbeitenden Röhre gemäß der
Erfindung dargestellt. Soweit es sich um übereinstimmende Teile handelt, werden
für sie die gleichen Bezugszeichen verwendet. In der äußeren Formgebung liegt ein
Unterschied hinsichtlich der an die Anode A anschließenden Begrenzungsfläche 5 des
Schwingraumes II vor. Diese Begrenzungsfläche ist aus Dämpfungsgründen stärker abgerundet
(kürzere Strombahnen), und die Verstellung der Anode wird dadurch ermöglicht, daß
der Deckel :durch eine ringförmige Membran i i unterteilt ist. Die Rückkopplung
von der 'Leistungskammer II in die Fokussierungs@kammer I erfolgt durch eine Kopplungsschleife
i i, welche frei durch .die das Gitter G2 enthaltende Trennwand hindurchgeht. Die
beiden Enden der Kopplungsschleife i i sind zu beiden Seiten der Trennwände mit
dem Gehäuse verbunden. Hierbei ist folgendes zu beachten: Die natürliche Kopplung
der beiden auf gleiche Frequenz abgestimmten Kreise durch :das Gitter G2 hindurch
bewirkt, daß die Kreise .in G:egenphase und mit gleichen Feldstärkeamp:lituden schwingen.
Mittels der Rückkopplungsschleife mu:ß ,die resultierende Kopplung so eingestellt
werden, daß die Wechselspannung im Fokussieru.ngsraum die erforderliche Größe besitzt.
Um die Rückkopplung einstellen zu können, wird zweckmäßig die in den einen Schwingraum
hineinragende Hälfte der Kopplungsschleife schwenkbar ausgebildet. Zu diesem Zweck
ist beispielsweise in einem rohrförmigen Ansatz 13 .des Valsuumgefäiß@es eine Spindel
i-. aus Isoliermaterial, beispielsweise Keramik, drehbar gelagert. An dem äußeren
Ende der Spindel sitzt ein ferromagnetischer Körper 1q., der von außen mittels eines
Magneten gedreht werden kann. Dadurch wird auch der an dem oberen Ende der Spindel
befestigte Teil der Kopplungsschleife so gedreht, daß ;die Durch.flutung mehr oderweniger
groß wird.
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Um auch den Resonanzraum I abstimmen zu können, kann eine Abstimmvorric'htung
nach Abb.9 vorgesehen werden, welche auf der rechten und auf der linken Bildhälfte
zwei verschiedene:Ausführungsmöglichkeitendarstellt. An der Innenwand :des im Querschnitt
sichtbaren Vakuumgefäßes i ist ein biegsamer Blechstreifen 16 befestigt. Die Durchbiegung
dieses Blechstreifens kann dadurch geändert werden, :daß die in einem Gewinde i7
gelagerte biegsame Spindel i8 mittels des Tombakschlauches rg gedreht wird. Die
Durchbiegung kann aber auch, wie in der rechten Bildhälfte :dargestellt, .durch
Verdrehung einer Schraubenspindel 2io mittels eines Magneten erfolgen.
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Die Abb. io zeigt eine mit Selbsterregung arbeitende- Elektrodenanordnung,
bei welcher Kopplungsschleifen vermieden sind. Die Anode A bildet einen Teil des
Vakuumgefäßes i, so d'aß außer der Kathode auch die beiden Gitter G1 und G2 samt
den mit ihnen verbundenen Begrenzungsflächen der Schwingungskreise vom Gehäuse isoliert
sein müssen. Die mit dem Gitter G1 verbundene Begrenzun:gs.fläche ödes Schwingraumes
I ist mit :dem Gehäuse i für dile: Betriebsfrequenz kapazitiv kurzgeschlossen. Hingegen
darf das Gitter G2 mit dem Gehäuse i nicht :durch einen Kurzschluß, sondern nur
durch einen kapazitiven Widerstand endlicher Größe, welcher den Rückkopplungsfaktor
:definiert, verbunden sein. Die kapa.zitive Kopplung des Gitters G2 mit :dem Gehäuse
erfolgt durch einen zylindrischen Flansch 21, welcher mit dem Gehäuse i parallel
läuft und mit dem Gehäuse zusammen einen Teil einer konzentrischen .Energieleitung
bildet. Um sicherzustellen, .daß die Schwingungsamplitude des Resonanzkreises II
ein Vielf.aches von der Schwingungsamplitude des Resonanzraumes I ist, muß man dieser
Energieleitung eine solche Länge, geben, @daß sie als Spannungstransformator wirkt.
Die für die Rückkopplung richtige Phasenlage zwischen den Schwingungen in den Schwingkreisen
I und II wird mittels ,des Wegwinkels in der Diodenstrecke und in der Leistungskammer
festgelegt, indem man die geometrische Kammerlänge bzw. die Spannungen entsprechend:
wählt. Die Entnahme der Schwingleistung erfolgt wieder über eine einseitig vom Gehäuse
isolierte Kopplungs@sc'hleife 6. Dem Gitter G2 wird die Gleichspannung über eine
Drossel 2:2 zugeführt, welche beispielsweise als dünner Draht ausgebildet ist. Diese
Drossel wird möglichst an einen solchen Punkt des Rohrflansches 21 angeschlossen,
an welchem eine kleine Wechselspannungsamplitude herrscht. Um,diiü Drossel 22 abstimmen
zu können, ist der die isolierte Durchführung tragende Ansatz als ausziehbares Rohr
23 ausgebildet.
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In Abb. i i ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher,der
Raum I als ein auf eine wesentlich höhere Frequenz fest abgestimmter Resonanzraum
ausgebildet ist, so daß im Fall einer Wellenänderung nur :der Schwingkreis II nachgestimmt
zu. werden braucht. Der Raum I wirkt als Kapazität. Die ,das Gitter G2 enthaltende
Metallplatte ist an Odem Ge-
häuse i durch. Isolierstutzen 24. gehaltert.
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Der Abstand der Gitter G1 und G2 ist @durch die weiter oben angegebenen
Bedingungen für die Länge des Fokussierungsraumes gegeben. Die kapazitive Verbindung-mit
dem Schwingraum IIgeschieht durch ,die zwischen den Rändern der die Gitter G1, G2
enthaltenden Platten liegende Kapazität. Diese Kapazität muß so bemessen sein, daß
die Wechselspannurig
an der Fokussierungsstrecke nur einen Bruchteil
.der Wechselspannung an der Leistungskammer beträgt.
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Falls die R.andk.apazität, welche die Rückkopplung für den Schwingraum
I vermitteln soll, einen vollkommenen Kurzschluß bilden soll, kann die Rückkopplung
durch den Durchgriff der Wechselspannung der Leistungskammer durch das Gitter G2
herbeigeführt werden. Die richtige Pb.asenl:age :der Rückkopplungsspannung wird
durch geeignete Wahl der Wegwinkel in der Fokuosierungsstrecke und -der Leistungskammer
sichergestellt. Wegen des gleichphasigen Zusammenhanges der Rückkopplungsspannung
und der Spannung der Leistungskammer muß die Eintrittsphase in die Leistungskammer
dieselbe sein wie die Austrittsphase aus der Fokussierungskammer. Um den Durchgriff
,der Anodengleichspannung durch. das Gitter G2 ganz oder teilweise aufzuheben, kann
die galvanische Trennung von G1 und G2 dazu 'benutzt werden, dem Gitter G2 eine
niedrigere Spannung zu geben.
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In den Abb. 12 und 13 ist in zwei Projektionen eine Elektrodenanordnungdargestellt,
in welcher die Kathode langgestreckt ausgebildet ist und daher eine große Emissionsfläche
besitzt. Der Schwingungskreis I ist als Topfkreis mit langem Flachbolzen 25 ausgebildet.
An der Stirnseite des Flachbolzens befindet sich das Gitter G1, und innerhalb desselben
ist die Kathode K und gegebenenfalls die Wehneltelektrode W und das Tastgi:tter
T
angeordnet. Die Kathode und :das Gitter G1 befinden sich in einem. Metalltrog
mit U-förmigem Querschnitt, der mit der Seitenwand des Bolzens kapazitiv verbunden
ist, vorzugsweise aber ein Bestandteil der Bolzenwand ist; im ersten Fall ist es
möglich, dem Gitter G1 ein anderes Potential zu geben als dem Gehäuse. In gleicher
Weise wie -der Schwingungskreis I ist auch der Schwingungskreis II als Topfkreis
mit langem Flachbolzen 26 ausgebildet. Die Anode, A befindet sich,dort an der Stirnseite
des Bolzens und ist ebenfalls wieder kapazitiv mit den Seitenwänden des Bolzens
gekoppelt. Der Bolzenhohlraum wird zur.Unterbringung von Wasserkühlung 27 benutzt.
Die Lage der frei schwebenden Bolzentoile ist durch Keramikplatten z8 gesichert,
wie der Längsschnitt zeigt.
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In den Abb. 1q. und 15 ist eine ähnliche Elektrodenanordnung in zwei
Projektionen :dargestellt, welche sich von .der vorhergehenden dadurch unterscheidet,
daß das Gitter G2 von dem Gehäuse isoliert und die Anodei mit :dem Gehäuse leitend
verbunden ist. In diesem Fall wird die Anode gut gekühlt, da sie mit dem Gehäuse
selbst verbunden ist. Die Gehäusewand kann aber auch als Ganzes wassergekühlt werden.
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Eine langgestreckte, für Selbsterregungsbetrieb bestimmte Elektrodenanordnung
zeigen @die.Abb. 16 und 17. Der Raum II ist in diesem Fall wieder, wie in Abb. i
i, so ausgebildet, daß er lediglich als Kondensator wirkt und die Frequenz nur durch
die Abstimmung -des Schwingraumes Il bestimmt ist. Die Anode A ist mit der Gehäusewand
leitend verbänden. Um die Resonanzfrequenz ändern zu können, ist der die Anode tragende
Wandteil biegsam ausgebildet und' kann mittels einer magnetisch drehbaren Spindel
20 verstellt werden.
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Die Abb. 18 und i9 zeigen Einzelheiten einer anderen Ausführungsform.
Dort ist die Anode A von der Gehäusewand i isoliert und mit dieser kapazitiv verbunden
durch zur Gehäusewand parallel läufendie4 Kapazitätsflächen 2,9, Die Kühlung der
Anode erfolgt durch ein an ihrer Rückwand befestigtes, im Vakuumgefäß U-förmig herumgeführtes
.doppelläufiges Rohrsystem 30.
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Es ist allgemein vorteilhaft, wenn der Durchgriff durch G2 klein ist.
Es soll daher die unmittelbare Aufeinanderfolge des Fokussierungsraumes und der
Leistungskammer nicht den Fall ausschließen, da.ß,das Gitter G2 aus zwei getrennten
Gitterflächen mit einem kleinen Abstand von wenigen DrahtdUrchmessern zusammengesetzt
ist.
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Bei der Frequenzvervielfachung erweist sich die Fokussierung in ,der
Form, wie sie -durch eine einzige Fokussie=ngskammer erzeugt wird, häufig als ungenügend.
In diesem Fall wird ein brauchbarer Wirkungsgrad in der Leistungskammerdurch folgende
Maßnahmen erzielt: i. Vorsteuerung. Die Elektronenströmung wird vor ihrem Eintritt
in die Fokussierungsstrecke -einer hochfrequentenD.ichtesteuerung unterworfen, welche
nur Elektronen des wichtigen Phasenbereichs durchläßt, in dem sich die Elektronen
befinden, welche später in den Schwerpunkt der fokussierten Strömung kommen sollen.
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2. Wiederholte Anordnung einer Fokussierun:gskammer.
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3. Zusätzliche Fokussierung in der Leistungskammer selbst. In diesem
Fall wird die Länge der als Beschleunigungskammer ausgebilideten Leistungskammer
gleich ungefähr 1,25 n, gemessen im Wegwinkel, gewählt. Die Leistungskammer stellt
,dann eine selbstsch,#vingende Diode dar, deren Wirkungsgrad durch die Vorstenerung
bis auf 12% gesteigert werden kann und bei güristige,r Vo,rfokussierun.g (mehrfache
Vorfokussierung oder Vorfokussierurig mit Vorsteuerung) bis auf 200/0 gebracht werden
kann.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt,» daß die zur Selbsterregung notwendige
Länge der Diodenstrecke bei einer Beschleunigungskammer 1,25 n, bei einer Äquipotentialkammer
2,5 n und' bei einer Bremskammer (hintere Elektrode auf niedrigerem Potential) mehr
als 2,5 ur beträgt.
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In den Abb. zo und 2-1 sind zwei Möglichkeiten der Vorsteuerung dargestellt.
Dabei ist zwischen .dem Eintrittsgitter in die Mddulationskammer und Kathode ein
'Hilfsgitter GH angeordnet, das gleichzeitig als Tast- oder Modulationsgitter benutzt
werden kann. Die Spannung dieses Hilfsgitters sowie die Abstände der Gitter GH und
G1 von der Kathode K sind so gewählt, daß für die wichtigen Elektronen zwischen
Kathode und Gitter G1 'der wahre Laufzeitwinkel z beträgt. Dieser Effekt soll als
n-Effekt bezeichnet werden. Die Spannung des Hilfsgitters GH gegen Kathode ist dabei
vorzugsweise
schwach positiv oder negativ, so daß :die Elektronen
zwischen K und GH eine kleine Geschwindigkeit haben und infol:ge@dess@en durch ,die
durch G1 und GH durchgreifende Wechselspannung der Fokussierungskamm-er beeinflußt
werden. Auf :diese Weise läßt sich erreichen, daß -die wichtigen. Elektronen in
,großer Zahl aus der Kathode herausgeholt und die falschphasigen Elektronen zurückgehalten
«-erden.
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In der Abb. 21 erfolgt die Vorsteuerung durch eine besondere Vorsteuerkammer,
welche von außen mit einer vorzugsweise gegenüber der Fokussierungskammer gegenphasigen
Wechselspannung betrieben wird. Diese Vorkammer ist in der Abb. 21 in Form einer
abstimmbaren konzentrischen Lecherleitung 31, 32 gezeigt, deren Bolzenkopf die Kathode
K trägt. Die Elektronen werden vor ihrem Eintritt in die Fokussierungskammer I dichtemäßig
gesteuert. Zur Durchführung,der Dichtesteuerung ist es notwendig, das Eintrittsgitter
der Modulationskammer I ,auf eine niedrigere Gleichspannung zu bringen. als das
Austrittsgitter. Die Vorste:uerspannung wird mittels einer Kopplungsschleife 33
in die `'orkammer eingeführt.
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Die galvanische Unterteilung eines Hohlraumresonators ist nicht bloß
bei Laufzeitröhren ohne besonderen I.aufrau.m von Vorteil, sondern läß.t sich ganz
allgemein bei allen Hohl.raumresonatoren anwenden, in denen eine Elektronenströmung
abgebremst oder beschleunigt werden soll.