DE906707C - Durch Mitnahme stabilisierter, selbstschwingender Ultrakurzwellengenerator, bei welchem eine Elektronenstroemung in einer Generatorstrecke (Leistungsstrecke) Energie an ein Schwingungsfeld abgibt - Google Patents

Durch Mitnahme stabilisierter, selbstschwingender Ultrakurzwellengenerator, bei welchem eine Elektronenstroemung in einer Generatorstrecke (Leistungsstrecke) Energie an ein Schwingungsfeld abgibt

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DE906707C
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DET5225D
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Dr Max Geiger
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Telefunken AG
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Telefunken AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/24Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal directly applied to the generator
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B9/00Generation of oscillations using transit-time effects
    • H03B9/01Generation of oscillations using transit-time effects using discharge tubes
    • H03B9/10Generation of oscillations using transit-time effects using discharge tubes using a magnetron

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  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • Durch Mitnahme stabilisierter, selbstschwingender Ultrakurzwellengenerator, bei welchem eine Elektronenströmung in einer Generatorstrecke (Leistungsstrecke) Energie an ein Schwingungsfeld abgibt Die Erfindung betrifft die Stabilisierung der Frequenz eines selbstschwingenden Ultrakurzwellengenerators durch Mitnahme.
  • Die Mitnahme der in einer Entladungsstrecke eines Hochfrequenzgenerators erzeugten Schwingung beruht auf der Herstellung eines Blindleitwertes parallel zu den Klemmen des an die Entladungsstrecke angeschlossenen Schwingkreises des mitzunehmenden Generators. Dieser Blindleitwert stellt sich dabei von selbst auf einen solchen Wert ein, daß die Änderung des Eigenblindleitwertes des Generators kompensiert wird und der resultierende Blindleitwert den Wert Null behält. Die Änderung des Mitnehmerblindleitwertes geschieht im Zusammenhang mit der Phasenbeziehung zwischen der Generatorschwingung und derSteuerschwingung. Diese bekannten physikalischen Zusammenhänge sollen an Hand der Abb. i betrachtet werden. In dieser Abbildung bezeichnet G, den Wirkleitwert der Entladungsstrecke und Y, den Blindleitwert derselben. Der Blindleitwert des an die Entladungsstrecke angeschalteten Schwingungskreises ist mit Yk bezeichnet. Der Wirkleitwert GL umfaßt den vom angekoppelten Verbraucher und von der Kreisdämpfung herrührenden Leitwert. Das mitnehmende System besitzt einen Wirkleitwert G", und einen Blindleitwert Y.. Wenn das Mitnehmersystem nicht vorhanden ist, stellt sich eine Generatorfrequenz ein, für welche die Beziehung gilt: Yk + Y, = o. Die Amplitude schaukelt sich auf einen Wert auf, bei welchem die Beziehung GL + G, = o besteht. Grurndsätzlich sind Ge und auch Y, amplitudenabhängig. Mit der Gesamtleistung, die im System umgesetzt wird, stehen diese Leitwerte in engem Zusammenhang. Dies kommt zum Ausdruck, wenn man die Quotienten 5e : ZC = G, betrachtet. Mit (3#, fassen wir die Wirk- und Blindkomponente in einen komplexen Gesamtleitwert der Elektronenstrecke zusammen. Wenn ein Mitnahmesy stem mit dem komplexen Leitwert e",, der sich aus dem Wirkleitwert G"@ und dem Blindleitwert Y"L zusammensetzt, parallel geschaltet wird, so gilt für den Mitnahmebereich die Beziehung: Yk + Ye + Y," = ö.
  • Auf Grund des Bestehens einer gegenläufigen Aufeinanderfolge der induktiven und der kapazitiven Leitwerte für die beiden um i So' versetzten möglichen Phasenlagen zwischen der Schwingung des mitgenommenen und des Mitnehmersystems stellt sich stets von selbst als stabile Phasenlage diejenige ein, die die Blindleitwertsänderungen des Generatorsystems selbsttätig ausgleicht, solange die Mitnahme stattfindet. Für den komplexen Leitwert des Mitnalimesvsterns gilt die Beziehung Die Mitnahmefähigkeit des Mitnahmesystems wird um so größer, je größer der Blindleitwert Y," ist. Setzt man voraus, daß das Mitnahmesystem an der gleichen Wechselspannung it wie das Generatorsystem liegt, so ergibt sich daraus, daß das Mitnahmesystem einen verhältnismäßig starken Strom führen muß. Man kommt mit einem geringeren Strom 3," aus, wenn es gelingt, die '#NTechselspannung für das Mitnahmesystem heraufzutransformieren.
  • Es sind bereits Schaltungen bekannt, bei denen die Schwingung eines Generators dadurch mitgenommen und mit der Frequenz eines Steuersystems in Übereinstimmung gebracht wird, daß dem Generator von außen eine Mitnahmespannung aufgedrückt wird. Diese bekannten Anordnungen haben aber den Nachteil, daß die volle Mitnahmeleistung als Steuerleistung aufgebracht werden muß.
  • Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieses , Nachteils und die Stabilisierung der Frequenz der im Generator erzeugten Schwingung durch Mit- j nahrne ohne Belastung des Mitnehmersystems.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einem durch Mitnahme stabilisierten, selbstschw-ingernden Ultrakurzwellengenerator, bei welchem eine Elektronen Strömung in einer Generatorstrecke (Leistungsstrecke (Energie an ein Schwingungsfeld abgibt, dadurch erreicht, daß die in der Generatorstrecke fließende Elektronenströmung oder ein Teil derselben zuerst eine vorzugsweise fremdgesteuerte Steuerstrecke (Mitnehmcrstrecke) durchläuft, welche von der Generatorschwingung praktisch unabhängig ist, derart, daß die Elektronenströmung oder ein Teil derselben anschließend in die Generatorstrecke in Form von periodischen Impulsen aus Ladungsträgergruppen eintritt. Als durch Mitnahme zu stabilisierende Generatorsysteme kommen in erster Linie Bremsfeldsysteme, Magnetron Systeme und selbstschwingende Dioden in Frage. ' wobei die Impulsfrequenz der Ladungsträger und die Generatorfrequenz insbesondere in einem rationalen Verhältnis zueinander stehen sollen. Die Steuerung der Elektronenströmung kann beispielsweise durch Dichte- oder durch Geschwindigkeitsmodulation erfolgen.
  • Zur Erklärung der Wirkungsweise einer solchen Anordnung sei vorausgeschickt, däß man bei allen Ultrakurzwellengeneratoren davon ausgehen kann, daß der die Schwingungsleistung liefernde Teil der Elektronenströmung aus mehr oder weniger ausgeprägten Ladungsscheiben, d. h. aus Impulsen in Form von Ladungsträgergruppen, besteht: Die Phasenbeziehung zwischen der am Generatorsystem auftretenden Wechselspannung I C und den von diesem Generatorsystem hervorgebrachten Ladungsscheiben ist durch die an den Generator angekoppelte Last gegeben. Hingegen wird die Mitnahme durch Beeinflussung der Phase zwischen der Wechselspannung 2C und den vom Steuersystem gelieferten Ladungsscheiben erzielt. Es besteht dabei die Möglichkeit, für das Steuersystem eine besondere Elektronenquelle vorzusehen oder die die Mitnahme bewirkenden Ladungsscheiben der Kathode des Generatorsystems zu entnehmen. Auch im zweiten Fall ist es berechtigt, von zwei Arten von Ladungsscheiben zu sprechen, indem die die Mitnahme bewirkenden Ladungsscheiben diejenigen sind, welche unmittelbar aus dem Steuersystem in die Kammer bzw. den Hohlraumresonator des Generatorsystems eintreten, während sie als Ladungsscheiben des Generators im Fall einer Bremsfeld-oder Magnetronröhre sich nach mehrmaligem Hinundlierpendeln formen und in die Generatörphase legen. Da nun Y," von der Eintrittsphase der Ladungsscheiben, die aus dem Steuersystem kommen, gegenüber der Generatorwechselspannung abhängt, ist diese Phasenstellung der ausgleichende Faktor zur selbsttätigen Herstellung der Beziehung Yk + Yi + Y," = o für die Mitnehmerfrequenz.
  • In den Abb.2 bis 12 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
  • Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Elektrodensystem: welches von einem Glasgefäß G umschlossen ist. Das Elektrodensystem soll eine im Vergleich zu seinen Querschnittsabmessungen große Längsausdehnung senkrecht zur Zeichenebene besitzen. Kennzeichnend für die Anordnung sind zwei innerhalb bzw. außerhalb des Vakuumgefäßes liegende Resonanzhohlräume. Das Elektrodensystem besteht aus einer langgestreckten mittelbar geheizten Glühkathode k, der ein Tastgitter T vorgelagert sein kann. In der Richtung der Elektronenströmung folgt hierauf ein betriebsmäßig auf positivem Potential gehaltenes Beschleunigungsgitter Bt, eine erste Verzögerungselektrode VJ, ein zweites Beschleunigungsgitter B2 und eine zweite Verzögerungs- oder Bremselektrode h2. Die Verzögerungselektrode V1 ist als Steggitter ausgebildet, welches in eine das Vakuumgefäß durchsetzende Wand W eingearbeitet ist. Das zweite Beschleunigungsgitter B2 ist mit Fortsätzen W2 versehen, welche zusammen mit der Wand W einen auf die zu erzeugende Frequenz abgestimmten Resonanzhohlraum II umschließen und mit der Wand W kapazitiv kurzgeschlossen sind. An die erste Beschleunigungselektrode Bi sind Metallflächen W1 ausgesetzt, welche zusammen mit der Wand W einen zweiten Resonanzhohlraum 1 umschließen, welcher auf die Mitnehmerfrequenz abgestimmt ist. Diese Mitnehmerfrequenz kann mit der Betriebsfrequenz übereinstimmen oder einen ganzzahligen Bruchteil derselben darstellen. Die Entladungsstrecke wird der Länge nach von einem konstanten Magnetfelddurchsetzt, welches beispielsweise von einem permanenten Magneten erzeugt werden kann. Der magnetische Widerstand kann dadurch herabgesetzt werden, daß an die Bremselektroden bzw. an die Beschleunigungselektroden oder an die Kathode ferromagnetische Körper angesetzt werden. Die Anfachung des Mitnehmersystems erfolgt durch eine Kopplungsschleife S1, welcher die Steuerspannung zugeführt wird. Die Auskopplung der Schwingleistung erfolgt zweckmäßig mittels einer zweiten Kopplungsschleife S2, die in der Nähe der Stirnseite des Resonanzhohlraumes II angeordnet ist. Die von der Kathode ausgehenden Elektronen, deren Zahl durch das Tast- oder Modulationsgitter T beeinflußt werden kann, werden durch das erste Beschleunigungsgitter Bi beschleunigt und dann vor dem ersten Verzögerungsgitter V1, welches zu diesem Zweck vorzugsweise eine gegen das Beschleunigungsgitter Bi negative Vorspannung erhält, wieder abgebremst und treten mit geringeren Geschwindigkeiten in das aus den Elektroden VJ, B2, h2 bestehende Bremselektrodensystem ein, wo sie in an sich bekannter Weise Pendelungen um das Beschl,eunigungsgitter B2 ausführen. Der zwischen den Elektroden B2 und V2 liegende Umkehrraum ist hierbei frei vom Wechselfeld. Die Bremselektrode h2 kann mit einer die Abgabe von Sekundärelektronen erleichternden Oberfläche versehen werden, so daß durch die an der Bremselektrode auftreffenden falschphasigen Elektronen Sekundärelektronen ausgelöst werden. Der Zweck der Elektronenbeeinflussung in der Wechselfeldstrecke I ist der, aus der ursprünglich aus der Kathode kontinuierlich herauskommenden Strömung mehr oder weniger ausgeprägte Konvektionsstromimpulse am Eintrittsgitter in die Bremsfeldstrecke herzustellen. Dies geschieht vorzugsweise durch den Vorgang der sogenannten Feldfokussierung oder aber durch eine Elektronenausscheidung durch dias Wechselfeld. Der die Schwingleistung liefernde Generator besteht in diesem Fall aus dem Bremselektrodensystem V1, B2, Tlz, während das die Mitnahme bewirkende Steuersystem aus der Kathode K, dem Beschleunigungsgitter Bi und der an diese anschließenden, vom Wechselfeld erfüllten Strecke zwischen den Elektroden Bi und h1 besteht. Für beide Entladungsstrecken ist somit eine gemeinsame Kathode vorhanden.
  • Eine Abwandlung der in Abb. a beschriebenen Röhre zeigt die Abb.3, in welcher dieselben Bezugszeichen verwendet sind, sofern es sich um gleiche Teile handelt. Wesentlich ist die Verwendung der Elektroden B2, h2 als Begrenzungselektroden des Resonanzhohlraumes II und die Einschaltung eines praktisch wechselfeldfreien Umkehrraumes U zwischen den beiden Resonanzhohlräumen I und II. Der Unterschied zwischen den Abb. z und 3 besteht somit in folgendem: Im Fall der Abb. a folgt auf den mit der Elektrode V1 endigenden Vorsteuerraum die Leistungskammer II, d. h. das Generatorsystem und dann der wechselfeldfreie Umkehrraum zwischen den Elektroden Bz und h2; wenn h2 als sekundäremissionsfähige Prallelektrode ausgebildet ist, geht die Sekundärelektronenentladung im wechselfeldfreien Raum vor sich. Demgegenüber folgt bei der Anordnung nach Abb. 3 auf den wieder mit V1 abschließenden Vorsteuerraum zuerst der Umkehrraum U und dann erst die Leistungskammer bzw. -strecke I1. Dadurch wird eine bessere Trennung der beiden Kreise I und II erzielt, während die Rückwirkung des mitgenommenen Systems auf das Mitnehmersystem geringer wird. Eine Sekundäremission der Elektrode h2 steht bei einer Anordnung nach Abb. 3 unter dem Einfluß des Wechselfeldes, eine Sekundäremission von V1 hingegen nicht.
  • Während die Vorsteuerung der in das Bremselektrodensystem eintretenden Elektronen im Fall der Anordnung nach Abb. 2 und 3 durch Feldfokussierung oder durch hochfrequente Tastung der am Tastgitter T liegenden Sperrspannung erfolgt, vollzieht sich in der Anordnung gemäß Abb. q. die Fokussierung in einem Laufraum, der von einer zylindrischen Elektrode Z umschlossen wird. Der Resonanzraum I wird in diesem Fall durch zwei Beschleunigungselektroden Bi und Bi' begrenzt. Gegenüber dem bekannten Klystron weist diese Anordnung folgende Unterschiede auf: Die Leistungskammer II ist galvanisch unterteilt und von Elektroden mit verschiedenen Potentialen begrenzt. Ferner ist das Potential der Endelektrode h2 so niedrig, daß zumindest ein großer Teil der Elektronen, welche die Leistungskammer durchlaufen haben und sich in Richtung nach h2 bewegen, vor der Verzögerungselektrode T'2 zur Umkehr gezwungen werden (die Entladungsstrecke zwischen B2 und V, ist der Umkehrraum) und die Pendelurigen um B2 ausführt. Die Elektrode V2 nimmt. lediglich die falschphasigen Elektronen auf, während beim bekannten Klystron möglichst die gesamte Elektronenströmung von der Endelektrode aufgenommen wird. An Stelle von VQ kann auch, wie in den Anordnungen nach Abb. 2 und 3, eine emittierende Elektrode treten.
  • Bezüglich der Potentiallage der Kathode gegenüber dem Eintrittsgitter der Leistungskammer ist folgendes zu sagen: Befindet sich die Kathode auf ungefähr demselben Potential, so treten die Elektronen mit kleiner Geschwindigkeit in die Leistungskammer ein und nehmen am Bremsfeldentladungsvorgang teil. Wenn das Kathodenpotential sehr viel tiefer ist, so fliegen die Ladungsscheiben durch die Leistungskammer glatt hindurch und nehmen am Bremsfeldentladungsvorgang nicht teil, sondern verursachen nur einen gewissen Mitnehmerleitwert. Die Elektronen für den Bremsfeldentladungsvorgang stammen dann aus der Sekundäremission, die entweder an h2 oder an T11 oder an diesen beiden Elektroden ausgelöst wird. Eine hohe Elektronengeschwindigkeit begünstigt daher die Sekundärelektronenauslösung. Wie schon erwähnt, kann die Verzögerungselektrode V2 entweder eine nicht emittierende Elektrode oder eine emissionsaktive Elektrode (Sekundärkathode, Glühkathode, Photokathode) sein. Die Elektrode T12 ist in jedem Fall so anzuordnen, daß die von ihr ausgehenden oder von ihr abgebremsten Elektronen zur Beschleunigungselektrode B2 zurückfliegen und nicht etwa zu anderen Auffangelektroden wegreflektiert werden. Die Elektroden Vi, B2, T12, die das Bremselektrodensystem bilden, sind in solchen Abständen anzuordnen und an solche Spannungen zu legen, daß eine Bremsfeldschwingung zustande kommt. Ein Nachweis dafür, :daß die Röhre in dieser Weise arbeitet, kann dadurch erbracht werden, daß die Steuerschwingung abgestellt wird; der die Leistungskammer enthaltende Teil der Röhre schwingt dann allein als Bremsfeldsystem weiter.
  • Abb. 5 zeigt einen Quer- und Längsschnitt durch eine Anordnung, welche ähnlich der Abb. a aufgebaut ist. Die die Verzögerungselektrode T12 enthaltende Wand unterteilt das Vakuumgefäß G der Länge nach und hat Flansche W, welche zur kapazitiven Kurzschlußkopplung mit parallel laufenden Flächen der die Leistungskammer II begrenzenden Wand W2 und der außerhalb des Vakuumgefäßes befindlichen Wand W1 der Steuerkammer I dienen. Eine. Abstimmung der Steuerkammer ist nunmehr durch Verformung der Wand W1 leicht möglich. Das Längsmagnetfeld wird durch die Pole N und S erzeugt. Zur Verringerung des: magnetischen Widerstandes ist an die Endelektrode ein Eisenkörper F von beispielsweise T-förmigem Querschnitt angesetzt, der bis an die Gefäßwand heranreicht. Aus demselben Grund können auch die mit Wi bezeichneten, an die Beschleunigungselektrode Bi angesetzten Flächen, insbesondere der Körper F', aus ferromagnetischen Stoffen hergestellt werden. Die Kathode K ist für das Steuersystem, welches mit Feldfokussierung arbeitet, und das Bremselektrodensystem gemeinsam; das Steuersystem ist als impulsgetastete Kathode für das Bremselektrodensystem aufzufassen. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle der Bremselektrode V, eine zweite Glühkathode bzw. eine Glühkathode mit vorgelagertem Tastgitter zu setzen, welche den Hauptteil der Elektronen für das Bremselektrodensystem liefert.
  • Während bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine einzige Kathode vorgesehen war, zeigt die Abb:6 einen Quer- und Längsschnitt durch ein Elektrodensystem, bei welchem für das die Schwingleistung liefernde Bremselektrodensystem und für das Steuersystem getrennte Kathoden vorgesehen sind, während die beiden Elektronenströme parallel arbeiten. Das Bremselek-, trodensystem besteht wieder aus einer Kathode K1, dem ein Tastgitter T1 vorgelagert ist, einer Beschleunigungselektrode Bi und einer Verzögerungs-oder Bremselektrode A12. Zwischen Tastgitter T1 und Beschleunigungselektrode Bi wird zweckmäßig E ein Verzögerungsgitter h1 eingefügt. Die an die beiden letztgenannten Elektroden anschließenden Metallflächen definieren einen auf die Betriebswelle abgestimmten Resonanzhohlraum, dem die Schwingleistung durch eine Auskoppelschleife S2 entnommen wird. Die Elektronen pendeln um die Beschleunigungselektrode Bi, wobei zwischen den Elektroden Bi und A.1/2 ein Wechselfeld vorhanden ist. Zur Stabilisierung der Frequenz dient ein Mitnehmersystem, welches, ähnlich wie in Abb. 5, nach Art eines Klystrons aufgebaut ist. Es enthält eine Kathode K2 mit einem. Tastgitter T2 und dahinter einen auf die Steuerfrequenz abgestimmten Resonanzhohlraum I mit zwei vorzugsweise auf gleichen Beschleunigungselektrodenpotentialen gehaltenen Gittern B2, B3. Hieran schließt sich ein Lauf-' raum L, der bis an die durchgehende Beschleunigungselektrode Bi reicht. Die von der Kathode K2 ausgehende Entladung wird in dem Mitnehmersystem in der vom Klystron her bekannten Weise phasenfokussiert und tritt in diesem Zustand in den Raum zwischen den Elektroden Bi und A1;2 ein. Um eine durchaus einseitig gerichtete Elektronenströmung in dem Mitnehmersystem sicherzustellen, kann man der Kathode K2 ein gegen die Elektrode K1 stark negatives Potential geben oder auch den der Kathode K2 gegenüberliegenden Teil der Elektrode 42 galvanisch isolieren und auf ein höheres Potential legen. Die Kopplungsschleife S1 dient zur Einkopplung der Steuerschwingung für den Mitnehmer, während die Auskopplung der Leistung durch die Kopplungsschleife S2 erfolgt. Während im Fall der Abb. 6 die beiden Elektronenströmungen von der gleichen Seite in den Entladungsraum eintreten, zeigt Abb. 7 einen Längsschnitt durch ein Elektrodensystem, bei welchem die Kathoden K, und K2 auf verschiedenen Seiten der Beschleunigungselektrode Bi angeordnet sind. In diesem Fall wird von der sogenannten Feldfokussierung Gebrauch gemacht, bei welcher die Elektronen des Mitnehmersystems an der Austrittselektrode des Kreises I zu Ladungsscheiben zusammengefaßt sind und in dieser Form in die Bremselektrodenanordnung eintreten. In diesem Fall besteht auch die Möglichkeit, daß diese Elektronen an dem Elektronentanz um die Beschleunigungselektrode Bi teilnehmen. Man kann ferner die Kathode K1 samt ihrem Tastgitter T1 nach unten so weit verlängern, daß sie auch den der Kathode K2 gegenüberliegenden Teil des Bremselektrodensystems einnimmt. Im Fall der Abb.6 und 7 besteht die Möglichkeit, die Kathode K1 nicht als Glühkathode, sondern als Sekundärkathode auszubilden, da die Entladung durch die von der Kathode K2 gelieferten Elektronen eingeleitet und aufrechterhalten wird.
  • In der Einleitung wurde bereits darauf hingewiesen, daß man im Mitnehmersystem mit einem schwächeren Entladungssystem auskommen kann, wenn es gelingt, die in diesem System wirksame Wechselspannung auf einen höheren Wert zu transformieren. Von dieser Möglichkeit wird bei den in den Abb. 8 und 9 im Schnitt dargestellten Elektrodensystemen Gebrauch gemacht. Die Abb. 8 läßt sich sowohl als Meridianschnitt durch ein rotationssymmetrisches System (mit einer Ringkathode K2) als auch als Querschnitt durch ein. lineares langgestrecktes System nach der Art der Abb.6 auffassen. Der auf die Betriebswelle-abgestimmte Resonanzhohlraum II kann als ein Topfkreis mit aufgeschnittener Glocke aufgefaßt werden, wobei zur Vermeidung der Abstrahlung aus dem am Umfang aufgeschnittenen Glockenrand noch ein als Kapazität oder Induktivität wirkender Abschirmring III übergelegt ist. Es entsteht hierbei eine zentrale Kapazitätsstrecke c mit größerem Elektrodenabstand und daher kleinerer Kapazität und eine ringförmige Kapazitätsstrecke c' mit größerer Kapazität. Die letztgenannte Kapazitätsstrecke bildet den Arbeitsraum für die Bremsfeldschwingung. Zu diesem Zweck ist in den Boden ein im Fall rotationssymmetrischer Ausbildung ringförmiges Gitter B2 eingearbeitet, dem eine gleichfalls ringförmige Kathode K2 und gegebenenfalls ein Tastgitter T2 gegenüberstehen. Die mittlere Kapazitätsstrecke bildet die Leistungskammer eines Klystrons, dessen Modulationskammer I wieder mit der Steuerschwingung angefacht wird. Da die Kapazität der mittleren Kapazitätsstrecke c bei dieser Ausbildung kleiner ist als die Kapazität der äußeren Kapazitätsstrecke c', tritt an ersterer eine größere Wechselspannung auf, und daraus folgt die Möglichkeit, das Steuersystem mit einem schwächeren Entladungsstrom zu betreiben als das Generatorsystem.
  • Von der Spannungstransformation wird auch im Fall der Abb. 9 Gebrauch gemacht. Bei dieser ist das Schwingungssystem aber nicht als Bremselektrodensystem, sondern als Magnetron ausgebildet. Das Mitnehmersystem, welches aus der Kathode K1, dem Tastgitter T, den Beschleunigungselektroden Bi, B2 und der Anode A1 besteht, arbeitet ähnlich wie in Abb. 7 mit Feldfokussierung. Man kann es jedoch auch als Klystron ausbilden. Das Magnetron besteht aus zwei symmetrisch zum Mitnehmersystem angeordneten, parallel geschalteten Hälften, deren jede eine Bandkathode K2 und die Anoden A2, As, welche aus nichtferromagnetischem Werkstoff, z. B. Kupfer, bestehen, enthält. Zur Erzeugung des Magnetfeldes, welches die Entladungsstrecken des Magnetrons senkrecht zu den elektrischen Kraftlinien durchsetzt, dienen die Feldspulen M und die das Joch bildenden Eisenteile F,". Die Steuerspannung für den Mitnehmer wird in den Resonanzhohlraum I mittels der Kopplungsschleife S1 eingeführt, während die im Generator erzeugte Schwingleistung aus dem Resonanzhohlraum II mittels der Kopplungsschleife S2 ausgekoppelt wird. Um den Resonanzhohlraum II abstimmen zu können, sind in ihm biegsame Flächen f angebracht, die mittels eines Gestänges g und eines biegsamen Wellrohres w verstellt werden können. Die Elektrodenzuleitungen sind am unteren Gefäß ende eingeschmolzen.
  • In der Abb. io ist ein Querschnitt durch eir Magnetronsystem mit linearen langgestreckter Resonanzkreisen dargestellt. Der eigentliche Magnetrongenerator wird dargestellt durch der Resonanzkreis II, welcher in diesem Ausführungsbeispiel mehrere in Längsrichtung verlaufende Glühfäden K2 als Elektronenquelle enthält. Das Magnetfeld wird wiederum durch eiserne Leite flächen f," in zur Richtung des elektrischen Feldes und der Kathode senkrechten Bahnen gelenkt. Zum Zwecke der Mitnahme wird die Elektronenströmung eines Steuersystems von einer zweiten Kathode K1 erzeugt, welche am Eingang einer Modulationskammer I liegt. Die Strömung, die aus dieser Kathode K1 und dem Tastgitter T hervorgeht, erhält in der Kammer I eine Geschwindigkeitsmodulation, so daß durch die durchbrochene Beschleunigungselektrode A1, welche zugleich die eine Anode des Magnetrons bildet, Konvektionsstromimpulse in das Magnetronsystem eintreten. Um zu verhindern, daß die aus dem Steuersystem kommende Strömung durch das magnetische Feld der Magnetronkammer II vorzeitig abgelenkt oder in die Magnetronkammer überhaupt nicht hineingelassen wird, erteilt man den Elektronen der Steuerströmung eine höhere Voltgeschwindigkeit, als sie den im Magnetronsystem entstehenden Elektronen mitgeteilt wird. Aus diesem Grunde ist die Kathode K1 potentialmäßig tiefer gelegt als die Kathode K2. Die Anode A1 führt dasselbe Gleichpotential wie die Anode A2, welche aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff besteht. Bezüglich der Elektronenquelle für das eigentliche Magnetronsystem sind folgende Varianten möglich: Die Kathode kann an Stelle der in der Mitte des Schwingraumes ausgespannten Fäden auch auf der dem Steuersystem gegenüberliegenden Seite der Magnetronkammer angebracht sein. In :diesem Fall ist die vor dieser letztgenannten Kathode liegende Wandung als Gitter auszubilden und die Magnetronkammer galvanisch aufzutrennen. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, den dem Steuersystem gegenüberliegenden Teil A2 der Innenwand der Magnetronkammer sekundäremissionsfähig auszubilden, wobei auf eine zweite Glühkathode verzichtet werden kann.
  • Eine Abwandlung des in Abb. io dargestellten Elektrodensystems zeigt die Abb. i i. In diesem besteht nur der an die nichtferromagnetische Anode A2 unmittelbar anschließende Teil f. aus Eisen, während der übrige, durch eine Isolierschicht i galvanisch getrennte, aber kapazitiv angeschlossene Teil der die Magnetronkammer II umschließenden Wand nicht ferromagnetisch ist; die Entladungsstrecke der Magnetronkammer wird somit lediglich von dem magnetischen Streufluß durchsetzt. Der Entladungsstrom für die Magnetronschwingung besteht überwiegend aus Sekundärelektronen, welche an der Elektrode A1 oder A2 erzeugt werden, je nachdem das Potential von A2 das positivere ist, oder umgekehrt. _-1,bb. 12 zeigt einen Schnitt durch einElektrodensvstem, bei welchem das Steuer- oder Mitnehmersystein ähnlich wie in Abb.,. nach Art eines Klystrons ausgebildet ist, während das die Schwingleistung abgebende System ein Magnetroh ist. Die von der Kathode K1 ausgehenden und das Tastgitter T durchsetzenden Elektronen treten in den mittels der Kopplungsschleife S1 in der Steuerfrequenz. erregtenResonanzraumI ein und erfahren dadurch eine Geschwindigkeitsmodulation. Die Fokussierung zu Ladungsscheiben findet in dem von der Zwischenelektrode Z begrenzten Laufraum L statt. Die Ladungsscheiben treten durch die durchbrochene Anode A1 in das Magnetronsystem ein, welches beispielsweise ähnlich wie in :ebb. io ausgebildet ist.
  • Bei den Anordnungen nach Abb. io bis 12, kann hinter der Anode A2 auch eine Hilfskathode K3 angeordnet sein, die in Abb, 12 punktiert angedeutet ist: die Anode A., muß in diesem Fall natürlich durchbrochen ausgebildet sein. Auch kann, wie in vorhergehenden Beispielen, die Anode A2 selbst emissionsfähig sein.
  • Die Steuerfrequenz kann in allen Fällen entweder gleich der Frequenz des Leistungssystems sein oder in dem Leistungssystem vervielfacht werden.
  • Das die Schwingleistung abgebende System (das Generatorsystem) kann auch als selbstschwingende Diode ausgebildet und betrieben werden. Hierzu eignet sich z. B. eine Elektrodenanordnung nach Abb. 3. Die Elektrodenabstände und Betriebsspannungen werden zweckmäßig so gewählt, daß der Laufzeitwinkel zwischen den Elektroden Bi und T, gleich 2,5:r und zwischen B2 und Ire gleich -7/2 für die gewünschte Betriebsfrequenz ist. Legt man für das Steuer- und das Leistungssystem eine Wellenlänge von 7. = io cm zugrunde und wählt man als Abstände zwischen Bi und T% 1 einerseits sowie zwischen B2 und L'2 andererseits je 2 mm, so ergeben sich folgende Betriebsmöglichkeiten: Spannung an B1 = 25 V, Spannungen an h1 _= ioo V (I ist eine Beschleunigungskammer). Spannung an B1 = 59 V, Spannungen an V1 = 59 V (I ist eine Äquipotentialkammer), Spannung an Bi = ioo V, Spannungen an V, = 30 V (I ist eine Verzögerungskammer), Spannung an j B2 iooo V, Spannungen an V2 = 2000 V (II ist eine Beschleunigungskammer), Spannung an B2 _ 1440 V, Spannungen an V2 = i4q.o V (II ist eine Äquipotentialkammer), Spannung an B2 = 2ooo V, Spannungen an V2 = iooo V (II ist eine Verzögerungskammer).
  • Welchen Betriebsfall man einstellt, hängt u. a. von den Stromübernahmeverhältnissen ab.

Claims (5)

  1. PATEN TANSPRÜCFIE: i. Durch Mitnahme stabilisierter, selbstschwingender Ultrakurzwellengenerator, bei welchem eine Elektronenströmung in einer Generatorstrecke (Leistungsstrecke) Energie an ein Schwingungsfeld abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die in der GeneratorstreckE fließende Elektronenströmung oder ein Tei' derselben zuerst eine vorzugsweise fremdgesteuerte Steuerstrecke (Mitnehmerstrecke) durchläuft, welche von der Generatorschwingung praktisch unabhängig ist, derart, daß die Elektronenströmung oder ein Teil derselben anschließend in die Generatorstrecke in Form von periodischen Impulsen aus Ladungsträgergruppen eintritt.
  2. 2. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgergruppen-Impulsfrequenz und die Generatorfrequenz in einem rationalen Verhältnis zueinander stehen.
  3. 3. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Voltgeschwindigkeit der Elektronenströmung in der Steuerstrecke größer ist als in der Generators trecke. .
  4. 4. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen aus der Steuerstrecke parallel mit den unmittelbar in die Leistungsstrecke eintretenden Elektronen eingeschossen werden.
  5. 5. Ultrakurzwellengenerator nach .Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte elektrische Wechselfelder enthaltende Raum der Leistungsstrecke in zwei in Reihe liegende Strecken aufgetrennt ist, wovon die eine eine hohe und die andere eine niedrige Wechselspannung führt, und daß die Mitnahmeströmung in den Feldraum mit der hohen Spannung und die Arbeitsströmung in den Feldraum mit der niedrigen Spannung eingeführt wird. f. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstrecke als Magnetroh, als selbstschwingende Diode oder als Bremsfeldgenerator ausgebildet ist. 7. Bremsfeldröhre oder Magnetronröhre in Verbindung mit einer Steuerstrecke zur Einschießung einer Mitnehmerströmung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil-oder Vollkathode der Leistungsstrecke eine sekundäremittierende Oberflächenschicht dient. B. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen für die Mitnehmerstrecke und die Leistungsstrecke von der gleichen Kathode erzeugt werden. 9. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Elektronen für die Mitnehmerstrecke und für die Leistungsstrecke getrennte Kathoden vorgesehen und auf der gleichen Seite oder auf entgegengesetzten Seiten einer Beschleunigungselektrode angeordnet sind, io. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerstrecke als feldfokussierter Laufzeitgenerator ausgebildet ist. i t. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer strecke als Klystron ausgebildet ist. i:2. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch 6, bei welchem die Leistungsstrecke ein Bremsfeldgenerator ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (II) der Leistungsstrecke an die Eintritts- und die Beschleunigungselektrode des Bremsfeldsystems angeschlossen ist. 13. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (I) der Steuerstrecke an die Eintrittselektrode (hl) der als Bremsfeldgenerator ausgebildeten Leistungsstrecke und eine vorhergehende Beschleunigungselektrode (B1) angeschlossen ist, während der Resonanzhohlraum (II) der Leistungsstrecke zwischen der Beschleunigungselektrode (B2) und der Bremselektrode (h2) liegt (Abb. 3). i.I. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlräume als langgestreckte Hohlraumresonatoren ausgebildet sind. 15. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch 6, bei welchem die Leistungsstrecke ein Bremsfeldgenerator ist, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei der Kathode benachbarte Beschleunigungselektroden (B1) B1') der Resonator der Mitnehmerstrecke angeschlossen ist, daß die Elektronenströmung nach Passieren dieser Beschleunigungselektroden einen Laufraum (Z) durchläuft, in dem sich die der Elektronenströmung aufgedrückte Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation umwandelt, und daß die Elektronenströmung anschließend in die Leistungsstrecke eintritt (Abb. q.). 16. Ultrakurzwellengenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator aus zwei gleichspannungsmäßig voneinander isoliertenTeilen besteht und daß deren Potential so gewählt ist, daß die Elektronen der Elektronenströmung im Raum der Kapazitätsstrecke (V,-B,) des Hohlraumresonators pendeln.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE972681C (de) * 1943-07-01 1959-09-03 Karl Hausser Dr Anordnung mit einer Hochvakuum-Gluehkathodenroehre zur Erzeugung ultrakurzer Wellen
DE975093C (de) * 1944-03-30 1961-08-10 Karl Dr Hausser Anordnung mit einer Bremsfeldroehre zur Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen

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DE972681C (de) * 1943-07-01 1959-09-03 Karl Hausser Dr Anordnung mit einer Hochvakuum-Gluehkathodenroehre zur Erzeugung ultrakurzer Wellen
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