DE908046C

DE908046C - Magnetfeldroehre

Info

Publication number: DE908046C
Application number: DEA8011D
Authority: DE
Inventors: John P Blewett; Simon Ramo
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1940-07-27
Filing date: 1941-07-12
Publication date: 1954-04-01
Also published as: BE446912A; US2247077A; GB550081A; FR875398A

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetfeldgenerator für hohe Frequenzen, bei dem die Eigenschaften der unter der Zusammenwirkung eines gleichförmigen magnetischen Feldes und eines radial wirkenden elektrischen Feldes in Rotation versetzten Raumladung ausgenutzt werden.

Es zeigte sich nämlich, daß bei Magnetfeldröhren, welche zur Erzeugung von ultrakurzen Wellen dienen, ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann, wenn ein Anodenstrom benutzt wird, innerhalb dessen eine rotierende Raumladung erzeugt wird. Das Anodensystem besteht aus mehreren, wenigstens sechs voneinander getrennt angeordneten bandförmigen Elementen, welche die Raumladung in der gewünschten Weise beeinflüssen. Mit einer derartigen Anordnung, bei der die verschiedenen Bänder leitend derart miteinander verbunden sind, daß die aneinandergrenzenden Bänder als Elemente eines Systems zur Erzeugung einer stehenden Welle wirken, ist es möglich, ultrahochfrequente Schwingungen zu erzeugen mittels eines Magnetfeldes, welches weitaus schwächer ist als bei den bekannten Magnetfeldröhren.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung gezeigt. Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röhren, während die Fig. 2 einen Schnitt längs der strichpunktierten Linie 2-2

der Fig. ι darstellt. Andere Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Fig. 3 bis 6 dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt ein längliches Vakuumgefäß 10, welches aus Glas oder einem entsprechenden anderen Werkstoff "besteht. Innerhalb des Entladungsgefäßee ist in axialer Richtung eine fadenförmige Kathode 11 angeordnet, die an den Zuführungen 12 und 13, welche durch die beiden Enden des Vakuumgefäß es geführt sind, gehaltert ist. Eine wendeiförmige Feder 14 dient zur Spannung der Fadenkathode 11.

Die Kathode ist koaxial von einem käfigförmigen Anodensystem umgeben, das aus einer Reihe von räumlich getrennt voneinander angeordneten leitenden Elementen 16 besteht, die parallel zur Kathode verlaufen und symmetrisch zu derselben, angeordnet sind. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zumindest sechs Elemente 16 zu verwenden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, acht bis zwanzig derartige Elemente für das Anodensystem zu benutzen. Die Elemente 16, welche aus dünnen Streifen oder Bändern bestehen, sind radial zur Kathode angeordnet.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Bänder 16 an ihren Enden direkt leitend miteinander mit Hilfe der Metallringe 18 und 19 verbunden, so daß die nebeneinanderliegenden EIemente als Teile eines Resonanzsystems wirken. Jedes Paar dieser Elemente bildet zweckmäßig eine Leitung mit einer Länge einer halben Welle. Die Leitung ist an ihren Enden kurzgeschlossen, wobei die Länge der Leitung auf die gewünschte Betriebsfrequenz abgestimmt ist.

Außerhalb des Entladungsgefäßes 10 ist eine Abschirmanordnung vorgesehen, welche das Entladungsgefäß praktisch völlig umgibt. Diese Abschirmanordnung dient einerseits zur Verhinderung einer ungewünschten Abstrahlung und andererseits als Resonator. Dieser Resonator 21 ist wiederum von magnetischen Spulen 24 und 25 dicht umgeben, welche zur Erzeugung eines gleichförmigen Magnetfeldes, das axial zum Entladungsgefäß 10 gerichtet ist, dienen.

Als Gleichstromquelle dient eine Batterie 28, welche einerseits zur Speisung der Kathode 11 dient und deren Hochspannungspole andererseits zwischen der Zuleitung 13 zur Kathode und der Anodenzüleitung 29 liegen. Die Anoden sind über die geerdete Wandung des HoMraumresonators mit der Batterie 28 verbunden.

Zwischen Kathode 11 und dem Anodensystem wird ein radiales elektrisches Feld erzeugt, wobei dieses Feld zusammen mit dem durch die Spulen 24 und 25 erzeugten gleichförmigen magnetischen Feld das Rotieren der Raumladung in dem von dem Anodensystem begrenzten Raum bewirkt. Die Auskopplung der Leistung erfolgt entweder auf induktivem oder kapazitivem Wege. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient zur Auskopplung eine Koppelschleife 32, welche koaxial das Entladungsgefäß 10 umgibt und deren einer Anschluß, nämlich der Anschluß 33, direkt mit der Wandung des Hohlraumresonators 34 den inneren Leiter einer koaxialen Übertragungsleitung bildet, deren äußerer Leiter durch ein Metallrohr 35 gebildet wird, -welches mit der Wandung des Hohlraumresonators verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat, wie bereits erwähnt, den besonderen Vorteil, daß ein weitaus schwächeres Magnetfeld als bei den bekannten Magnetfeldröhren benutzt werden kann. j Beispielsweise genügt bei einer Wellenlänge von 10 cm ein Magnetfeld, welches eine Stärke von weniger als 300 Gauß besitzt.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungeform beschränkt, sondern es können gegebenenfalls auch andere Ausführungsformen benutzt werden. Beispielsweise ist in der Fig. 3 eine Magnetfeldröhre dargestellt; welche aus einem Vakuumgefäß mit einer axial sich erstreckenden Fadenkathode 41 besteht. Die Bänder 43, welche das Anodensystem bilden, sind nicht an ihren Enden kurzgeschlossen, sondern in ihrer Mitte mit Hilfe eines Metallringes 44 miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung bilden die einander abgewandten Hälften der Bänder Teile einer Viertelwellenlängenleitung, die an einem Ende, d. h. durch den Ring 44, kurzgeschlossen ist, während das andere Ende offen bleibt. Die Länge der Bänder ist in geeigneter Weise gewählt.

Im Betrieb unterscheidet sich die Anordnung nach der Fig. 3 praktisch nicht von der Anordnung nach der Fig. 1, wenn man von den obengenannten Unterschieden absieht. Die Magnetfeldröhre nach Fig. 3 kann daher zur Ersetzung der Magnetfeldröhre nach Fig. 1 in einer bestimmten Anordnung benutzt werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektroden in einem Vakuumgefäß 50 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Kathode an dem einen Ende des Entladungsgefäßes angebracht. Die Kathode besteht aus einem rohrförmigen Körper 51, welche an einem Ende durch die Metallscheibe 52, die mit einem geeigneten Emissionsstoff, beispielsweise eine Erdalkalimetallverbindung, überzogen ist, ab- no geschlossen ist. Der Heizkörper 53 der Kathode ist mit der Heizbatterie 54 verbunden. Das Anodensystem entspricht dem Anodensystem, welches in der Fig. r dargestellt ist. Es sind somit wiederum mehrere bandförmige Elemente, welche hier jedoch mit dem Bezugszeichen 57 versehen sind, vorgesehen. Diese Bänder sind an ihren Enden durch Metailringe 58 und 59 miteinander verbunden. Das Anodensystem liegt durch Verbindung mit einer geeigneten Spannungsquelle 61 auf einem positiven Potential in bezug zur Kathode 51.

Um eine gleichmäßig verteilte Raumladung zu erzielen, sind Mittel zum Regulieren der Feldverteilung des elektrischen Feldes vorgesehen. Diese bestehen beispielsweise aus zwei Paaren von teleskopartig ineinandergeschobenen, horriartig ausge-

bildeten Elektroden 64 und 65, die an den Enden des Anodensystems angeordnet sind. Jeweils einer dieser hornartigen Körper ist direkt mit dem Anodensystem verbunden, so daß diese Körper auf Anodenpotential liegen, während dlie beiden übrigen an Kathodenpotential gelegt sind. Die gegenüberliegenden Oberflächen der Hörner sind so geformt, daß eine derartige Verteilung der elektrischen Kraftlinien gewährleistet ist, daß eine gleichmäßig vertei'lte Raumladung erzielt wird.

In manchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine kompaktere Anordnung für den Gegenstand der Erfindung zu wählen. Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Fig. 5 enthält ein Vakuumgefäß 70 mit einer axial sich erstreckenden fadenförmigen Kathode 71. Die Kathode ist von einem Anodensystem umgeben, welches aus einer Reihe von bandförmigen Elementen 73 (vgl. Fig. 6), die eine verhältnis-

ao mäßig große Ausdehnung in axialer Richtung haben, besteht. Die Ränder der bandförmigen Elemente sind durch Scheiben 74 und 75 miteinander verbunden. Die Bänder 73 sind von einem Metallzylinder ¹Jj umgeben. Dieser Zylinder ist mit einer

*5 axial sich erstreckenden öffnung 78 versehen, die eine der Breite eines Zwischenraumes zwischen zwei bandförmigen Elementen entsprechende Breite hat. Die Kathode 71 liegt durch Verbindung mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle auf einem negativen Potential in bezug zum Anodensystem. Magnetspulen 80 und 81, welche die Enden des Entladungsgefäßes 70 umgeben, dienen zur Erzeugung eines gleichmäßigen, axial gerichteten Magnetfeldes, welches eine Rotation der Raumladung um die Kathode 71 herum bewirkt. Die Bänder 73 entsprechen den Bändern 16 der Fig. 1 insoweit, was die Wirkung auf die Raumladung anbetrifft.

Durch den zylinderförmigen Schirm yy ist das Elektrodensystem bis auf die öffnung 78 gegen Abstrählung abgeschirmt. Folglich erfolgt die Abstrahlung durch diese öffnung und ist daher genau gerichtet. Die Anordnung nach Fig. 5 eignet sich somit als Richtstrahler für ultrahohe Frequenzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 4S

1. Magnetfeldröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die käfigförmig ausgebildete Anode aus mehreren parallelen, radial zur Röhrenachse angeordneten bandförmigen Leitern besteht, welche durch einen oder mehrere Ringe derart miteinander verbunden sind, daß während des Betriebes auf ihnen stehende Wellen ausgebildet werden, und daß Mittel zur Erzeugung einer rotierenden Raumladung in der Anode vorgesehen sind.

2. Magnetfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Leiter in der Mitte durch einen Ring miteinander verbunden sind.

3. Magnetfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Leiter an den beiden Enden durch je einen Ring miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen