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Elektronenröhre zur Frequenzvervielfachung für sehr hohe Frequenzen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre zur Frequenzvervielfachung,
insbesondere im Gebiet der Zentimeter- und Millimeterwellen. Sie beruht auf dem
Prinzip, daBdurch einen S@chwingungskreis geeigneter Bauart im Zusammenwirken mit
einem longitudinalen -Magnetfeld kurzzeitige Elektronenstromimpulse sehr hoher Frequenz
erzeugt werden, deren Leistung an einen Ausgangskreis abgegeben wird.
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Es ist bereits. eine Elektronenröhre zur Frequenzvervielfachung für
sehr hohe Frequenzen bekanntgeworden, bei .der ein Elektronenstrahl mit. der Geschwindigkeit
der Grundfrequenz rotiert.. Der Elektronenstrahl beschreibt dabei einen Kegelmantel
bzw. Zylindermantel und durchtritt eine Blende o-d. dgl. mit einer der Vervielfachungszahl
entspre@chenden Anzahl von Durchbrechungen. Die bekannte Anordnung verwendet als
Ausgangskreis eine sich in Längsrichtung des Elektronenstrahls erstreckende Verzögerungsleitung.
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Demgegenüber hat die Erfindung eine günstigere Bauart. einer Röhre
der vorgenannten Art zum Gegenstand. Während bei ,der bekannten Anordnung eine Drahtwendel
od. dgl. vorgesehen ist, besteht erfindungsgemäß das Ausgangssystem aus einer Vielsichlitzkreisanordnung.
Die Schlitze können dabei radial angeordnet sein.
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An. Hand :der Zeichnung soll das Prinzip -der Erfindung näher erläutert
werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen
Teilen in vereinfachter schernatischer Darstellung. Fig. r zeigt im Schnitt ein
Anwendungsbeispiel für eine Röhre nach der Erfindung. Zur Erzeugung eines Elektronenstrahls
:dient eine Elektronenkanone, die aus der Kathode r; einer Bündelungselektrode 2
und einer Beschleunigungsanode
3 gebildet ist. .Der Elektronenstrahl
ist mit 4 bezeichnet. Er tritt durch einen Hohlrau@rnre:sonator bestimmter Bauart,
der in der Fig. i mit 3 bezeichnet ist, hindurch und befindet sieh innerhalb eines
longitwdinalen üMagnetfeldes. Der Hohlraumres!onatOr 5 ist so gebaut, daß in ihm
durch einen angeschlossenen Generator ein transversales hochfrequentes elektrisches
Feld erzeugt wird, dessen Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators
ist. Zur Erzeugung dieses transversalen, d. h. senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls
stehenden Feldes, besitzt der Kreis zwei Ablenkplatten 6 und 7, zwischen denen dieses
elektrische Feld entsteht. Durch einen Generator, dessen Frequenz vervielfacht werden
soll und der beispielsweise über eine Koppelschleife 8 angekoppelt ist, wird .der
Schwingungskreis erregt. Die Induktion des magnetischen Longitudinalfel.des, die
durch eine geeignete Spule 9 erzeugt wird, wird so eingestellt, daß die Cyclotronf.requenz
der Elektronen im Magnetfeld gleich der zu vervielfachenden Frequenz des angeschlossenen
Generators ist.
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Formelmäßig ausgedrückt bedeutet,dies, .daß die induktion des longitudinalen
Magnetfeldes B angenähert einen Wert haben muß, der durch folgende Beziehung gegeben
ist.-
Dabei bedeutet m die Masse und e die Ladung des Elektrons.
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Die Induktion B in Gauß ist:
Dabei ist A. die Wellenlänge des Generators am Eingang.
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Als Folge -der Existenz des transversalen elektrischen Feldes und
des longitwdinalen Magnetfeldes bewegt sich dann, .d. h. bei Einhaltung dieser Bedingungen,
der Elektronenstrahl auf,der Magnetfläche eines Kegels, auf .der die Elektronen
mit der Cy clotronfrequenz, die gleich der Generatorfreqwenz ist, um die Achse herum
rotieren.
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Die Arbeitsweise der Röhre ist schematisch durch das Prinzipschawbild
in Fig. 2 gezeigt.
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An seinem Ausgang ist der Schwingungskreis 5 mit einer Blende io,
die eine Anzahl von radial angeordneten Schlitzen enthält, versehen. Die Anzahl
der Schlitze richtet sich nach der gewünschten Vervielfachungszahl. Bei der Rotation
um seine Längsachse beschreibt der Elektronenstrahl einen Kreis auf dieser Elende,
der durch die punktierte Linie angedeutet ist. Enthält die Blende n Schlitze, so
treten also in das System, das- sich hinter dem Schwingungskreis befindet, während
eines jeden Umlaufes des Elektronenstrahls. n Elektronenimpulse ein. Dies bedeutet,
daß der Elektronenstrahl nach Austritt aufs der Blende starke Wechselkomponenten
einer Frequenz, die gleich dem n-fachen ider Generatorfrequenz ist, enthält. E.rfindun@gagemäß
werden nun die Ströme dieser vervielfachten Frequenz einem Ausgangskreis bzw. einem
Ausgangssystem zugeführt, das ein Resonanzgebilde für die vervielfachte Frequenz
darstellt.
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j Dieser Ausgangskreis besteht vorzugsweise aus einem mit raidialen
Schlitzen versehenen Zylinder PI. In Fig. 3 ist diese Vielschlitzkreisanordnung
im Schnitt veranschaulicht.
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Die um die Achse und um den Innenleiter i2 rotierenden Elektronen
regen den Vielfachschllitzkreis bei geeigneter Bemessung auf der Frequenz n to an.
Die Elektronen werden dabei durch die aus den Schlitzen herausquellenden elektrischen
Felder jeweils beim Passieren dieser Schlitze abgebremst; sie verlieren ihre Rotationsenergie,
die in Form von elektromagnetischer Energie denn Ausgangskreis zugeführt wird.
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Die Elektronen, die in den Schlitzfeldern ihre Rotationsenergie abgegeben
haben, nähern sich dabei der Achse des Ausgangskreises, d. h. sie werden
von dem Innenleiter TZ des Kreises aufgenornmen. Ein Teil der Elektronen gelangt
zur Auffangelektrode 14. Durch geeignete Koppelelemente 13 wird die Energie der
vervielfachten Frequenz an den Verbraucher, z. B. an eine Antenne, geliefert.
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Die Erfindung ist keineswegs auf die in den Figuren dargestellten,
speziellen Ausführungsformender Kreise und Röhrenelemente beschränkt. Die Schutze
im Ausgangskreis können z. B. auch so gestaltet sein, da@ß sie in verschiedener
Tiefe eine unterschiedliche Breite besitzen. Hierfür ist in Fig. 4. ein Ausführungsbeispiel
veranschaulicht, bei dem die Schlitze sich in ihrem Inneren hohlzvlinidrisch erweitern.
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Eine andere AuMührungaform ist in Fig. 5 dargestellt, wo Schlitze
von paarweise verschiedener Länge verwendet sind, eine Maßnahme, die bei geeigneter
Bemessung der Schlitztiefen zu einer größeren Bandbreite der Röhre führt.
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Die Erfindung beschränkt sich weiterhin nicht auf .die dargestellte
Form der Ein- und Auskoppelelemente von Ein- und Ausgangskreis. An Stelle der dargestellten
induktiven Kopplung .kann man auch !kapazitive Kopplungen und Fensterkopplungen
verwenden, wobei im letztgenannten Fall Ein-und Ausgangskreis oder einer der beiden
über geeignete Transformati@onselemente durch Fenster unmittelbar an Hohlrohrleitungen
angeschlossen werden, .die zur Zuführung der Steuerleistung der Frequenz f bzw.
Abführung der Ausgangsleistung der Frequenz nf dienen.