DE908743C - Verfahren zum Betrieb von Laufzeitroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren, bei denen ein Elektronenstrahl durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, zur Erzeugung, Verstärkung oder Gleichrichtung hochfrequenter, insbesondere ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen.

Zum Gegenstand der Erfindung gehören ferner besonders vorteilhaft beschaffene Entladungsgefäße für die Durchführung dieses Verfahrens.

Vor der Beschreibung und einer näheren Erläuterung des Erfmdungsgegenstandes erscheint es zweckmäßig, einige Bezeichnungen, die im folgenden oft wiederkehren, zu verabreden.

Wir verstehen unter Elektronenstrom, wie üblich, einen Strom bewegter Elektronen, wie z. B.

einen Elektronenstrahl in einem evakuierten oder gasgefüllten Entladungsgefäß. Die folgenden Ausführungen sind indes nicht auf Elektronenströme beschränkt, sondern sie lassen sich mit sinn- ao gemäßen Abänderungen auch auf Ströme anderer Ladungsträger, wie z. B. Ionen, übertragen.

Unter Modulation eines Elektronenstroms bezeichnen wir eine gesteuerte Erzeugung von Unregelmäßigkeiten im Elektronenstrom; z. B. ist unter einem modulierten Elektronenstrahl ein Strahl zu verstehen, in welchem zu jeder gegebenen Zeit systematische Unregelmäßigkeiten der Elektronengeschwindigkeit oder der Raumladungsdichte von Punkt zu Punkt längs des Strahls bestehen.

Unter Modulation der Raumladungsdichte eines Elektronenstroms verstehen wir die gesteuerte

Erzeugung von Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der Ladungsträger eines solchen Stroms. So ist ein in seine Dichte gesteuerter Elektronenstrahl ein Strahl, in welchem zu jeder gegebenen Zeit die Elektronendichte von Punkt zu Punkt entlang des Strahls in Übereinstimmung mit einem Modulationsschema variiert.

Unter Geschwindigkeitsmodulation verstehen wir die gesteuerte Erzeugung von Unregelmäßigkeiten

ίο in der Geschwindigkeit der Ladungsträger eines Elektronenstroms. Ein geschwindigkeitsmodulierter Elektronenstrahl ist demnach ein Strahl, in welchem zu jeder gegebenen Zeit die Elektronen in verschiedenen Punkten des Strahls verschiedene Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem bestimmten Schema der Modulation haben.

In quantitativer Hinsicht kann jede Art der Modulation durch das Verhältnis gemessen werden, in dem die maximale Abweichung der modulierten Größe von ihrem Mittelwert zu diesem Durchschnittswert steht. Wenn also bei einem in seiner Ladungsdichte modulierten Elektronenstrahl die Dichte zwischen Null und dem doppelten Wert der Durchschnittsdichte verliert, beträgt die Dichtemodulation 100%.

In gewöhnlichen Elektronenröhren ist die Steuerelektrode oder das Steuergitter meist so gebaut und angeordnet, daß durch sie die Elektronenemission der Kathode in dem oben beschriebenen Sinne eine Dichtemodulation erfährt. Es läßt sich zeigen, daß diese durch das Gitter hervorgerufene Dichteschwankung die Entstehung eines entsprechend schwankenden Stroms im Gitterkreis bewirkt. Unter gewöhnlichen Bedingungen und bei niedrigen Frequenzen der Steuerspannung ist dieser durch dem Gitter sich nähernde oder sich von ihm entfernende Elektronenwolken induzierte Strom verhältnismäßig klein und um nahezu 90⁰ in der Phase gegen die Gitterspannung verschoben, so daß die Steuerung praktisch leistungslos erfolgt. Wenn jedoch die Wellenlänge der am Gitter liegenden Schwingung so klein wird, daß die Laufzeit eines Elektrons mit der reziproken Frequenz dieser Schwingung vergleichbar wird, wächst nicht nur der induzierte Strom, sondern er kommt auch mehr und mehr in Phase mit der Steuerspannung. Diese beiden Effekte bewirken eine Veränderung des scheinbaren Querwiderstandes des Gitterkreises, itnd zwar ändert sich dieser mit der zweiten Potenz der Steuerfrequenz, jedoch in dem dazu entgegengesetzten Sinne. Es sind deshalb Entladungsgefäße mit gewöhnlicher Gittersteuerung beim Arbeiten mit Schwingungen hoher Frequenz unvorteilhaft, da die Ouerimpedanz des Gitters gering ist und somit beträchtliche Energiemengen durch den Steuerkreis verlorengehen. Übrigens läßt sich der dargelegte Sachverhalt hinsichtlich der Änderung des Gitterwiderstandes auch so beschreiben, daß der Gitterleitwert bei höheren Frequenzen der Gitterspannung eine Ohmsche Komponente erhält.

Gemäß der Erfindung wird die dem Elektronenstrahl innerhalb der Steuereinrichtung aufgedrückte Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umgewandelt.

Hierdurch wird eine Modulation der Dichte an der Stelle und in der Nähe der Steuerelektrode verhindert, so daß der Steuerkreis selbst bei hochfrequenten Schwingungen eine hohe Ouerimpedanz besitzt. Damit wird also der große Vorteil erreicht, daß hohe Energieverluste im Steuerkreis nicht mehr auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat noch den weiteren Vorteil, daß eine geringe Geschwindigkeitsmodulation unter geeigneten Bedingungen in eine wesentlich größere Dichtemodulation übergeführt werden kann. Man kann sogar eine Dichtemodulation von nahezu 100% erzielen. Man kann daher vorteilhaft eine ganz schwache Steuerspannung zur Geschwindigkeitsmodulation eines Elektronenstrahls benutzen und durch Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten Strahls in einen hochgradig dichtemodülierten eine große Verstärkung der Steuerspannung erreichen.

Die Erfindung sei näher an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. ι bis 3 zeigen Grundelemente der Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Entladungsgefäß, welches eine Steuereinrichtung für das Verfahren nach der Erfindung enthält;

Fig. 4a, 4b, 4c sind schematische Veranschaulichungen zur Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 4;

Fig. 5 stellt eine Kennlinie der Einrichtung nach Fig. 4 dar;

Fig. 6 bietet eine Ansicht einer Modifikation des Entladungsgefäßes nach Fig. 4; in

Fig. 7, 8 und 9 sind schematisch weitere Ab- too Wandlungen der Einrichtung nach Fig. 4 gezeigt, und zwar hauptsächlich wegen der in ihnen dargestellten verschiedenen Mittel zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation;

Fig. 10 beschreibt ein weiteres Mittel zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation; zur Veranschaulichung dieser Umwandlung dienen die Fig. 10a und iob; in

Fig. 11 ist eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 10 wiedergegeben, während

Fig. 12 und 13 weitere Mittel zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in Dichtemodulation bringen; in

Fig. 14, 15 und 16 sind verschiedene Entladungsgefäße, in denen die Erfindung mit Vorteil zur Umwandlung kinetischer Energie eines in seiner Dichte modulierten Elektronenstrahls in elektrische Energie in einem äußeren Stromkreis des Gefäßes angewendet wird, gezeigt;

Fig. 17 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Gleichrichter,

Fig. 17 a die Stromspannungscharakteristik dieser Einrichtung,

Fig. 18 ein Entladungsgefäß zur Schwingungserzeugung;

Fig. 19 zeigt eine Möglichkeit der Anwendung der Erfindung auf Mischröhren, und

Fig. 20 und 21 stellen verschiedene Ansichten einer besonderen Elektrodenanordnung dar.
In den genannten Figuren sind gewisse Spannungen, die an einigen Elektroden liegen sollen, ihrer Größe nach angegeben. Es soll jedoch bemerkt werden, daß diese Spannungen nur beispielsweise genannt sind; in der Tat können diese Spannungen sich in so weiten Grenzen ändern, daß sogar ihre Größenordnung eine Änderung erfahren kann.

Eines der wichtigsten Grundelemente der Erfindung besteht in einer Modulationskammer zur Geschwindigkeitsmodulation eines Elektronenstrahls.

Der Raum, in dem die Modulation stattfindet, soll dabei vorzugsweise gegen die Elektronenstromquelle, etwa eine Glühkathode, abgeschirmt sein. Hierdurch wird erreicht, daß Potentialänderungen in der Modulationskammer die Emission der Elektronenquelle und den Strom nicht schon vor seinem Eintritt in die Kammer so beeinflussen, daß dieser in seiner Dichte moduliert wird.

Ein solcher Modulationsraum kann beispielsweise so beschaffen sein, daß die Ein- und Austrittssteile eines in ihm zu modulierenden Elektronenstrahls auf in fester Beziehung zueinander stehenden Potentialen liegen. In Fig. 1 ist beispielsweise eine Modulationskammer gezeigt, die von zwei mit öffnungen versehenen Elektroden begrenzt wird. Beide Elektroden sind elektrisch leitend verbunden und auf ein bestimmtes Potential gegen Erde gelegt. Ein Elektronenstrahl 13, der in dieser Kammer moduliert werden soll, tritt durch die öffnung 15 der Elektrode 10 in die Kammer ein und verläßt sie durch die öffnung 16 der Elektrode 11.

Um nun eine hohe Geschwindigkeitsmodulation des Strahls zu erreichen, wird das Potential einer mittleren Zone des Modulationsraumes periodisch erhöht und erniedrigt gegenüber dem Potential der die Kammer begrenzenden Elektroden, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die Geschwindigkeit irgendeines Elektrons des Strahls in gleicher Weise beeinflußt wird, wenn es sich dieser mittleren Zone nähert oder sich von ihr entfernt. In dem Beispiel nach Fig. 1 dient zur Änderung des Potentials einer mittleren Zone der Kammer eine Steuerelektrode 19, die als Zylinder ausgebildet ist und in ihrer Länge fast den ganzen Raum zwischen den Elektroden 10 und 11 einnimmt. Wenn das Potential dieser Elektrode mit einer bestimmten Frequenz periodisch größer und kleiner als das Potential der Elektroden 10 und 11 wird, was z.B. durch eine Wechselspannungsquelle 21 bewirkt werden kann, so findet eine beträchtliche Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls statt. Die bestimmte Frequenz der Wechselspannung hierbei ergibt sich aus den folgenden Bemerkungen.

Es sei ein Elektron betrachtet, welches gerade in dem Augenblick durch die Elektrode 10 eintritt, in dem die Spannung an 19 ihr positives Maximum gegenüber dieser Elektrode annimmt. Ein solches Elektron erfährt eine Beschleunigung, während es sich der einen öffnung von 19 nähert. In der Elektrode 19 selbst fliegt es dann, da der Raum, den diese Elektrode begrenzt, im wesentlichen feldfrei ist, mit der bei seinem Eintritt in die zylindrische Röhre 19 gewonnenen Geschwindigkeit weiter. Wenn jedoch während der Laufzeit des Elektrons im Zylinder 19 das Potential von 19 sein Minimum gegenüber dem der Elektrode 11 erreicht hat, wird das zu dieser Phase aus der Röhre austretende Elektron eine erneute Beschleunigung in den schmalen Raum zwischen 19 und 11 erfahren. Diese Wirkung tritt dann ein, wenn die Laufzeit des Elektrons in der Röhre 19 einer halben Periode des Steuerpotentials von 19 oder einem ungeraden Vielfachen davon entspricht. Wir haben hierbei die Frequenz der Steuerwechselspannung als unabhängig veränderliche Größe betrachtet. Natürlich kann aber auch die Elektronenlaufzeit selbst so bemessen werden, daß die beschriebene Erscheinung auftritt. Zum Beispiel läßt sich dies durch eine geeignete Bemessung der Länge der Röhre 19 oder durch eine Einstellung der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls erreichen. Entspricht die Laufzeit des Elektrons in der Röhre der genannten Bedingung, so werden Elektronen, die beim oberen Scheitelwert der Steuerwechselspannung in die Röhre eintreten, so beschleunigt werden, daß die gewonnene Voltenergie der Elektronen der doppelten Amplitude der Steuerspannung entspricht. Elektronen, die zu einer anderen Phase in die Röhre 19 eintreten, können um den gleichen Betrag verzögert werden. Das Verhältnis der maximal gewonnenen oder abgegebenen Energie (in Volt ausgedrückt) zur Amplitude der Steuerspannung sei als das Energieverhältnis der Steuerelektrode bezeichnet. Es ist im allgemeinen von der Form und Lage der Steuerelektrode abhängig, besitzt jedoch für die Modulationskammer nach Fig. 1 nahezu den Wert 2.

Es sei bemerkt, daß es zur Erzeugung einer Geschwindigkeitsmodulation keiner wesentlichen Leistung im Steuerkreis bedarf. Dies hängt damit zusammen, daß der in seiner Geschwindigkeit modulierte Strahl an der Stelle und in der Nähe der Steuerelektrode noch nicht wesentlich in seiner Dichte moduliert ist, so daß der in der Steuerelektrode vom Strahl induzierte Strom unerheblich ist. Wie bereits bemerkt wurde, liegt die Bedeutung der erfindungsgemäßen Steuerung nicht zuletzt auch darin, daß bereits eine geringe, praktisch ohne Energieverlust erzielte Geschwindigkeitsmodulation genügt, um aus dem geschwindigkeitsmodulierten Strahl einen Elektronenstrahl vor großer Dichtemodulation zu gewinnen.

Die Ausführungsform einer Modulationskammer, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, läßt sich noch in mannigfacher Weise abändern. Fig. 2 zeigt ein Beispiel, in welchem die beiden netzförmig ausgebildeten Elektroden 25 und 26 dieselbe Rolle wie die Steuerelektrode 19 in Fig. 1 spielen. Die Modulationskammer wird hier von Elektroden 22 und 23 begrenzt. Die beiden Steuerelektroden 25 und 26 sind miteinander elektrisch leitend verbunden, so

daß sie einen im wesentlichen feldfreien Raum einschließen. Wird nun das gemeinsame Potential beider Steuerelektroden periodisch erhöht und erniedrigt in bezug auf die ebenfalls auf gleichem Potential liegenden Elektroden 22 und 23, ähnlich wie dies in der Modulationskammer nach Fig. 1 geschieht, so wird der Elektronenstrahl in seiner Geschwindigkeit moduliert.

Eine weitere Ausführungsform einer Modulationskammer zeigt Fig. 3, in welcher die Steuerelektrode von den bisher beschriebenen Steuerelektroden sich dadurch unterscheidet, daß sie eine geringe Ausdehnung in der Richtung des Strahls besitzt. Sie besteht nach Fig. 3 aus einem Ring 30, an dessen Stelle aber ebensogut eine Lochblende, ein Netz oder eine ähnliche Elektrode treten kann. Die mit dieser Anordnung erzielbare optimale Wirkungsweise verlangt etwas andere Betriebsbedingungen, als sie bei den Modulationskammern nach den Fig. 1 und 2 notwendig sind. So ist es wünschenswert, daß die Elektronenlaufzeit zwischen jeder der die Kammer begrenzenden Elektroden 31 und 32 und der Ebene der Steuerelektrode 30 einer halben Periode der Steuerwechselspannung entspricht. Trifft dies zu, so wird ein Elektron, welches in den Modulationsraum in einem Augenblick positiven Potentials der Steuerelektrode eintritt, auf die Steuerelektrode zu beschleunigt. Findet nun inzwischen eine Umkehr des Potentials an der Steuerelektrode statt, so wird das Elektron auf dem Wege von der Elektrode 30 zur Elektrode 32 erneut beschleunigt. In entsprechender Weise erleidet ein Elektron, das eine halbe Periode später als das erste in die Kammer eintritt, eine Verzögerung, und zwar sowoM auf seinem Wege von 31 nach 30 wie auch von 30 nach 32. Eine ähnliche Wirkung stellt sich ein, wenn die Laufzeit des Elektrons zwischen jeder der den Modulationsraum begrenzenden Elektroden und der Ebene der Steuerelektrode einem ungeraden Vielfachen einer halben Periode der Steuerwechselspannung entspricht.

Nach dieser Erläuterung einiger Grundelemente des Gegenstandes der Erfindung soll im folgenden aufgezeigt werden, wie sich diese vorteilhaft auf verschiedene elektrische Entladungsgefäße anwenden lassen. Der Einfachheit halber sei dies zunächst hinsichtlich einer zur Verstärkung dienenden Röhre ausgeführt. Natürlich ist aber die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann mit gleichem Vorteil auch für Entladungsgefäße, die anderen Zwecken, etwa zur Schwingungserzeugung, zum Gleich- oder Wechselrichten von Schwingungen usw. dienen, nutzbar gemacht werden. In Fig. 4 ist ein Entladungsgefäß mit metallischem Kolben gezeigt, welches aus einem röhrenförmigen Teil 40 und einem damit verbundenen Fuß 41 besteht. Die Röhre enthält zur Erzeugung eines Elektronenstrahls merklich konstanter Intensität und Geschwindigkeit eine sogenannte Elektronenkanone. In der beschriebenen Anordnung besteht diese aus einer Glühkathode 43 und einem um diese angeordneten Zylinder 44. Die Kathode wird von einem fokussierenden Element 46, das beispielsweise die Form eines Zylinders hat, umgeben. Der Zylinder 46 ist an einem zylinderförmigen Teil 49 mittels einer Isoliermasse47 angebracht; der Teil 49 ist stark mit einer Scheidewand 51 verbunden. Zur Heizung der Kathode 43 dient eine Stromquelle 52, deren Strom über Kontakte 54 und 55 zugeführt wird. Die fokussierende Elektrode 46 liegt gewöhnlich auf Kathodenpotential oder ist schwach negativ gegen die Kathode vorgespannt, so daß sie die Elektronenemission von der Kathodenoberfläche zu einem Strahl von im allgemeinen zylindrischem Aussehen konzentriert. Der Strahl erhält seine Geschwindigkeit durch ein von der Kathode und der Blende 51 erzeugtes Beschleunigungsfeld, dessen Stärke in weiten Grenzen abgeändert werden kann. Es kann erzeugt werden von einer Gleichspannungsquelle 57, die zwischen die Kathode und die Elektrode 51 gelegt ist. Die Zuführung zu 51 kann dabei über den Metallkolben der Röhre erfolgen. Die angelegte Spannung kann 200 bis 400 Volt betragen. In einigem Abstand von der Elektrode 51 befindet sich eine Elektrode 59, die über den Metallkolben 40 mit 51 leitend verbunden ist. Sowohl 51 wie 59 sind mit Öffnungen 61 und 62 für den Elektronenstrahl versehen und begrenzen eine Kammer, die gegen die Elektronenstrahlquelle abgeschirmt ist. In dieser Kammer ist eine mittlere Zone vorgesehen, in welcher der durchfallende Elektronenstrahl in gewünschter Weise moduliert wird. Dies kann mit Hilfe einer Steuerelektrode 65 erfolgen, welche räumlich und schaltungsmäßig mit den Elektroden5i und 59 eine Modulationskammer bildet, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Um die beschriebene Röhre zur Verstärkung elektrischer Schwingungen zu benutzen, werden die zu verstärkenden Schwingungen, etwa Radioschwingungen, der Steuerelektrode 65 zugeführt. Dies kann beispielsweise über eine Antenne 66, die in induktiver Kopplung mit einem Schwingungskreis 67, 68 steht, erfolgen. Die Steuerelektrode ist mittels einer Gleichspannungsquelle 70 auf beispielsweise 200 bis 400 Volt gegen die geerdete Kathode vorgespannt. Die Größe der Vorspannung liegt in der Größenordnung der an 51 und 59 liegenden Spannung.

Ist diese Röhre in Betrieh, so wird der Elektronenstrahl von der Öffnung 62 ab in seiner Geschwindigkeit entsprechend der zu verstärkenden Steuerspannung in seiner Geschwindigkeit moduliert. Da, wie bereits ausgeführt, schon eine geringe Modulation der Geschwindigkeit sich in eine starke Modulation der Dichte umwandeln läßt, können auf diese Weise sehr geringe Steuerspannungen verstärkt werden. Die Mittel zu einer solchen Umwandlung sollen im folgenden näher beschrieben werden. ■

Ein solches Mittel besteht beispielsweise in einer in der Strahlbahn angeordneten Auffanganode 75. Diese Anode ist gegen den Modulationsraum durch das Diaphragma 59 im wesentlichen abgeschirmt und mittels einer Spannungsquelle 76 gering gegen die geerdete Kathode vorgespannt, derart, daß nur

nahezu die eine Hälfte des Elektronenstrahls aufgefangen, die andere dagegen von ihr gespiegelt wird. Die schnelleren Elektronen des geschwindigkeitsmodulierten Strahls gelangen so auf die Auffanganode, die langsameren nicht. Die schnelleren und langsameren Elektronen ordnen sich zu Gruppen, so daß sowohl der aufgefangene wie auch der gespiegelte Strahl in ihrer Dichte moduliert sind. Der Vorgang der Trennung der langsameren und ίο der schnelleren Elektronen des geschwindigkeitsmodulierten Strahls ist in den Fig. 4 a, 4 b, 4 c veranschaulicht. In Fig. 4a bedeuten die Kreise der Gruppen α und b Elektronen des in seiner Geschwindigkeit modulierten Strahls vor der Auffanganode, deren Ebene die Spur d in der Zeitebene besitzt. Es bedeuten insbesondere α die schnelleren und b die langsameren Elektronen des Strahls. In dem Augenblick, in dem die Fig. 4 a zutrifft, sind schnelle und langsame Elektronen im ao Strahl gleichmäßig verteilt, derart, daß der Strahl noch nicht in seiner Dichte moduliert ist. Fig. 4b zeigt einen Strahl, der aus den Wolken schneller Elektronen α besteht; es ist der Strahl, der auf die Auffanganode 75 gelangt. Die langsamen Elektronen, die von der Anode zurückgeworfen werden, bilden den Strahl nach Fig. 4c. Man erkennt, daß beide Strahlen in ihrer Dichte moduliert sind.

Wie die vorstehende Beschreibung der Wirkungsweise einer Modulationskammer gelehrt hat, kann man selbst mit einer ganz geringen Modulation der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls eine Ladungsdichtemodulation von etwa 100% sowohl für die von der Anode gesammelten wie auch von ihr gespiegelten Strahlen erreichen. Daß dies jedoch in Wirklichkeit nicht vollständig zutrifft, liegt zum Teil an dem Umstand, daß der Strahl bereits vor seiner Modulation unvermeidliche und unregelmäßige Geschwindigkeitsänderungen erfährt. Daher trifft die in Fig. 4 a dargestellte ideale Gruppierung nicht ganz zu, sondern es sind notwendig langsame Elektronen in Gruppen schnellerer und umgekehrt vorhanden. Daher werden auch einige Elektronen aus langsamen Gruppen von der Auffanganode gesammelt und Elektronen schneller Gruppen von ihr gespiegelt. Die Folge davon ist eine Verringerung des Modulationsgrades der Dichtemodulation und ferner der Umstand, daß diese Dichtemodulation vom Grad der Geschwindigkeitsmodulation abhängig wird.

Die Beziehung der Dichtemodulation zur Geschwindigkeitsmodulation läßt sich aus der Anodenspannungs - Anodenstrom - Kennlinie der Anode 75 erkennen. In Fig. 5 ist diese Kennlinie dargestellt, wobei i den Anodenstrom und V die Anodenspannung bezeichnet. Die Steilheit des mittleren Teils dieser Kennlinie entspricht der Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls, die sich infolge von Unregelmäßigkeiten im Strahl von selbst vor der der eigentlichen Modulation in der Modulationskammer einstellt. Diese Steilheit ist daher auch ein Maß für die Abhängigkeit der Dichtemodulation von der Modulation der Geschwindigkeit; sie kann praktisch einen hohen Wert annehmen. Wenn daher der Anode eine solche Vorspannung erteilt wird, daß der Arbeitspunkt der Röhre an der Stelle X liegt, so kann die Röhre zur Verstärkung von Schwingungen dienen. Der Verstärkungsgrad ist dabei bedeutend höher, als man ihn bisher beim Verstärken beispielsweise hochfrequenter Schwingungen, deren Wellenlänge von 5 m bis 5 cm und darunter hat erreichen können.

Bei der beschriebenen Einrichtung zur Verstärkung von Schwingungen muß dafür Sorge getragen werden, daß der von der Anode 75 zurückgeworfene Strahl nicht mehr in den Modulationsraum zurücktreten kann, da dieser in seiner Dichte modulierte Strahl sich selbst erregende Schwingungen im Steuerkreis hervorrufen könnte. Man kann dies einfach dadurch erreichen, daß man die Anode 75 leicht gegen den ankommenden Strahl neigt, derart, daß der gespiegelte Strahl in vorgegebener Richtung auf einen festen Teil der Elektrode 59 fällt.

Der Anodenstrom, der von den einzelnen Wolken des gesammelten und des gespiegelten Strahls in der Anode 75 erzeugt wird, kann in Spannungsschwankungen mittels eines aus einer Induktivität 78 und einer Kapazität 79 bestehenden, geeignet abgestimmten Schwingungskreises umgewandelt go werden. Diese Spannung kann an den Ausführungen 80 abgenommen werden. Ein die Spannungsquelle 76 überbrückender Kondensator 81 gestattet die ungehinderte Übertragung eines bestimmten Frequenzbereichs, beispielsweise des Bereichs der Radiofrequenzen zu den Ausführungen 80.

Es sind nicht alle Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 4 wesentliche Merkmale der Erfindung. Zum Beispiel zeigt Fig. 6 eine ähnliche Einrichtung, welche nicht in einem Metallkolben, sondern in einem Glaskolben 85 eingeschlossen ist. Der Einrichtung nach Fig. 4 entsprechen die (nicht gezeichnete) Kathode, die Fokussierungselektrode 87, eine Anode 88 und ein Steuergitter 89. Jedoch ist die Modulationskammer in diesem Fall durch einen leitenden Zylinder 91 -gegeben, welcher an seinen Stirnflächen mit durchlochten Elektroden 93 und 94, die den Elektroden 51 und 59 der Fig. 4 entsprechen, abgeschlossen ist. Die Elektrode 94 trägt einen Flansch 95, welcher ihre öffnung umgibt und no der dazu dient, den Elektronenstrahl auf die Fläche der Anode 88 zu richten.

Die bisher beschriebenen Modulationskammern hatten die Eigenschaft, daß der Raum an der Stelle der Steuerelektrode im wesentlichen feldfrei ist. Im Zusammenhang mit elektrischen Schwingungen größerer Wellenlängen ist es schwierig, innerhalb praktischer Dimensionen des Modulationsraumes und der Steuerelektrode zu bleiben, ohne von der Bedingung abzugehen, daß die Laufzeit des Elektrons einer halben Periode der Steuerspannung entsprechen soll. Denn je größer die Zeitdauer einer Periode ist, um so größer muß die Steuerelektrode bemessen sein. Diese Schwierigkeit könnte dadurch überwunden werden, daß die Elektronengeschwindigkeit durch Anwendung kleinerer Steuer-

spannungen nicht in zu hohem Maße über die mittlere Geschwindigkeit des Elektronenstrahls gesteigert wird. Jedoch ist eine solche Maßnahme insofern nicht einwandfrei, als dadurch auch die Elektronenlaufzeit in den Räumen zwischen den Begrenzungselektroden der Modulationskammer und der Steuerelektrode immer größer wird. Aus Gründen, die genauer darzulegen es sich erübrigt, würde ein Anwachsen dieser Laufzeiten den ίο Modulationsgrad der Steuerelektrode verringern.

In Fig. 7 ist ein Entladungsgefäß mit einer weiteren Äusführungsform für eine Modulationskammer dargestellt, die sich besonders für die Modulation mit einer S teuer spannung verhältnisiS mäßig großer Wellenlänge eignet, und mit der die im vorstehenden beschriebene Schwierigkeit beseitigt ist. Die Steuerelektrode besteht aus einem in drei Teile loo, ιοί, 102 zerfallenden röhrenartigen Stück. Alle Teile umgeben die Bahn des Elektronenstrahls koaxial und erstrecken sich bis auf kurze Entfernung zu den blendenartigen Elektroden 104, 105, die den Modulationsraum begrenzen. In dieser wie auch in den folgenden Figuren sollen die Begrenzungselektroden mit dem Kolben der Röhre verbunden sein, welcher gestrichelt wiedergegeben ist. Die Elektrodenteile 100 und 102 sind elektrisch leitend verbunden und liegen also· auf gleichem Potential. Ihr von einer Gleichspannungsquelle 107 bestimmtes mittleres Potential kann von derselben Größenordnung sein wie das Potential der Elektroden 104 und 105, so daß die Elektronenlaufzeit während der Annäherung der Elektronen an die Steuerelektrode und während ihrer Entfernung verhältnismäßig gering ist. Die Elektronenlaufzeit durch die ganze Steuerelektrode kann ohne Vergrößerung der Länge dieser Elektrode dadurch vergrößert werden, daß der mittlere Teil 101 an ein mittleres Potential gelegt wird, welches wesentlich unterhalb des Potentials der Teile 100 und 102 liegt. Hierzu kann beispielsweise eine Vorspannbatterie 108 dienen, deren Spannung wesentlich geringer ist als die Spannung der Quelle 107. Obwohl der Teil 101 von den anderen Teilen der S teuer elektroden gegen Gleichstrom verriegelt ist, ist er mit ihnen hinsichtlich wechselnder Potentiale und Ströme über einen Kondensator 110 verbunden. Daher kann das Potential der Steuerelektrode als Ganzes periodisch erhöht und erniedrigt werden, beispielsweise in Übereinstimmung mit einer Radioschwingung, die über eine Antenne 114 auf einen abgestimmten Schwingkreis 112,113 einwirkt und auf ihn Energie überträgt. Der Eingangskreis ist gegen die Erde in bezug auf Gleichströme mittels eines Blockkondensator 116 isoliert. Auch sind die Teile 100 und 102 für Schwingungen, die etwa mit Radiofrequenzen erfolgen, mit Hilfe einer Drossel 118 gegen Erde isoliert.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung beruht auf den Umstand, daß durch die Unterteilung der Steuerelektrode ein Zerstreuen des Elektronenstrahls verhindert wird. Infolge der sich im Strahl abstoßenden Ladungsträger besteht die Tendenz, daß der Strahl sich nach Durchlaufen eines größeren Teils seiner Bahn verbreitert. Bei der beschriebenen Steuerelektrode wirken jedoch die Felder zwischen den verschiedenen Teilen als Elektronenlinsen, die eine fokussierende Wirkung auf den Strahl ausüben.

Der Mechanismus der Geschwindigkeitsmodulation, wie er bisher im Zusammenhang mit den Fig. 4, 6 und 7 beschrieben wurde, kann auch dadurch erhöht werden, daß eine Anzahl von Modulationskammern hintereinander angeordnet wird. Eine solche Einrichtung gibt Fig. 8 wieder, in welcher die Kammern zwischen den Elektroden X20 bis 123 eine Folge von Modulationsräumen bilden. Die röhrenförmigen Elektroden 125, 126, 127 sind die entsprechenden Steuerelektrode^ Wie ersichtlich, arbeiten alle drei Steuergitter auf gleichem Potential, welches ihnen von einem gemeinsamen Kreis, wie er bereits beschrieben wurde, zugeführt wird. Damit nun ein Elektron in jeder Kammer in derselben Weise in seiner Geschwindigkeit beeinflußt wird, müssen die Betriebsdaten etwas anders gewählt werden als bisher. In dem in der Figur dargestellten Fall, daß die Steuerelektroden Röhrenform aufweisen, ist es notwendig, daß die Elektronenlaufzeit durch jede der Elektroden einer geraden Zahl halber Perioden der Steuerwechselspannung entspricht, und daß die Laufzeit zwischen der Grenze einer Elektrode und der ihr am nächsten liegenden Grenzelektrode der Kammer einem ungeraden Vielfachen einer solchen halben Periode entspricht. Der einfachste Fäll wäre der, daß die Laufzeit in jedem Steuergitter einer ganzen Periode und die Laufzeit zwischen einem Steuergitter und der nächsten Begrenzungselektröde einer halben Periode entspricht. Es läßt sich dann zeigen, daß die gewünschte Wirkung eintritt. Ein Elektron also, welches in den ersten Modulationsraum zu einer Phase der S teuer spannung eintritt, in der diese einen positiven Wert besitzt, wird während der ganzen Periode in seinem Lauf von der Elektrode 120 bis zum Eintritt in das Steuergitter 125 beschleunigt. Während seines Laufs durch diese Elektrode bewährt es nahezu konstante Geschwindigkeit und verläßt die Steuerelektrode zu einer Phase der Steuerspannung, in welcher diese negativ ist. Die Laufzeit, die es nun noch bis zum Eintritt in die nächste Modulationskammer braucht, entspricht, wenn die genannten Bedingungen erfüllt sind, einer halben Periode der Steuerspannung. Es tritt daher auch in die nächste Elektrode zu einer Zeit positiver Steuerspannung ein. Hieraus geht hervor, daß das Elektron während seines Laufs durch alle Modulationskammern immer wieder beschleunigt wird. Ein Elektron, welches zu einer um i8o° verschobenen Phase in die erste Modulationskammer eintritt, wird in entsprechender Weise während seines Laufs durch alle Kammern immer wieder verzögert.

Eine zweckmäßige Anordnung von Modulationskammern hintereinander ist auch in dem Fall gegeben, daß das Steuergitter gemäß Fig. 3 so beschaffen ist, daß seine Ausdehnung in Richtung des

Strahls vernachlässigt werden kann. Die optimalen Betriebsbedingungen dieser und der vorher beschriebenen Anordnung lassen sich darin zusammenfassen, daß bei einer Anordnung mehrerer Kammern hintereinander erstens die Laufzeit eines Elektrons durch jedes Steuergitter entweder vernachlässigt werden kann oder einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Periode der Steuerwechselspannung entspricht, und daß zweitens die Laufzeit

ίο in jedem der von einer Begrenzungselektrode und dem äußersten Ort eines Steuergitters begrenzten Räume einem ungeraden Vielfachen einer solchen Halbperiode entspricht.

Es sei bemerkt, daß, wenn die Auffangelektrode gleichzeitig als Spiegel für den Elektronenstrahl und als Elektrode eines Ausgangskreises dient, ihre scheinbare Querimpedanz, ähnlich wie bei den gewöhnlichen Steuergittern, unerwünscht niedrig ist. Diese Schwierigkeit kann mit Hilfe einer Anordnung nach Fig. 9 überwunden werden, in welcher das Spiegeln und das Auffangen der Elektronen von getrennten Elementen ausgeübt werden. Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, daß vor der Anode eine zurückwerfende Elektrode 128 angeordnet ist, welche so vorgespannt ist, daß zumindest die Elektronen langsamer Geschwindigkeit vor ihr reflektiert werden. Der durchgelassene Teil des Strahls ist in seiner Dichte moduliert und ruft, wenn er auf die Anode 129 gelangt, eine Wechselspannung an den Ausführungen des Anodenkreises hervor. Bei der beschriebenen Anordnung kann die Anode 129 auf ein so hohes positives Potential gelegt werden, daß sie alle Elektronen, die durch die Elektrode 128 gelangen, sammelt. Der gespiegelte Teil des Elektronenstrahls wird bei geeigneter Neigung der Elektrode 128 so zurückgeworfen, daß er auf einen Teil der Begrenzungselektrode 130 trifft und somit verhindert wird, in den Modulationsraum zurückzukehren, wo er störende Schwingungen im Steuerkreis hervorrufen könnte. Die Umwandlung eines geschwindigkeitsmodulierten Strahls in einem in seiner Dichte modulierten ist bisher ausschließlich im Zusammenhang mit Einrichtungen zum Auffangen und Spiegeln bestimmter Teile des Strahls beschrieben worden. In Fig. 10 ist nun eine auf einem anderen Prinzip beruhende Einrichtung zu dieser Umwandlung dargestellt. Das Entladungsgefäß enthält einen von den Elektroden 131 und 132 begrenzten Modulationsraum und eine Steuerelektrode 133, die denselben Charakter trägt wie die bisher beschriebenen Steuerelektroden. Auf diese Modulationskammer folgt jedoch eine Lauf kammer, die von den Elektroden 132 und 134 begrenzt wird. In dieser Kammer ist ein zylindrischer Teil oder eine Laufröhre 135 vorgesehen, welche der Steuerelektrode 133 ähnlich, aber vorzugsweise von wesentlich größerer Länge ist. Dieses Element dient zur Schaffung eines feldfreien Raumes oder eines Raumes, in dem nur statische Felder herrschen können.

Wenn das Potential der Steuerelektrode 133 gegenüber dem der Elektroden 131 und 132 in Übereinstimmung mit dem bereits beschriebenen Steuervorgang Änderungen erfährt, besteht der in die Lauf röhre 135 eintretende Elektronenstrom aus einander abwechselnden Gruppen langsamer und schneller Elektronen. Es besteht unter diesen Bedingungen die Tendenz, daß die schnelleren Gruppen die langsameren einholen. Es ist nun der Zweck der Röhre 135, einen Raum zu schaffen, in welchem eine scharfe Bündelung Phasenfokussierung der Elektronen, die sich hieraus ergibt, erfolgen kann. Die Wirkungsweise der Laufröhre soll an Hand der Fig. 10 a und iob, die zwei idealisierte Fälle geschwindigkeitsmodulierter Strahlen darstellen, näher beschrieben werden. In Fig. 10 a ist ein Strahl gezeigt, wie er sich unmittelbar nach der Geschwindigkeitsmodulation ausbildet. Zu dieser Zeit enthält er einander abwechselnde Gruppen langsamer Elektronen α und schneller Elektronen b. In Fig. iob ist gezeigt, welche Struktur dieser Strahl zu einem etwas späteren Zeitpunkt besitzt. Wie die Figur zeigt, haben zu diesem Zeitpunkt die schnellen Elektronen die langsamen eingeholt, so daß definierte Unregelmäßigkeiten in der Dichte des Strahls und somit ein hoher Grad der Dichtemodulation bestehen. Der eingetretene Wechsel in der Struktur des Strahls ist seiner Natur nach im wesentlichen von selbst zustande gekommen, da als Bedingung hierfür lediglich der Ablauf einer gewissen Zeit und die Abwesenheit störender äußerer Einflüsse erfüllt sein muß. Diese Bedingungen jedoch können in praktisch ausreichender Weise dadurch erfüllt werden, daß der Elektronenstrahl in eine Laufkammer geführt wird, die im wesentlichen aus einem langen abgeschirmten Raum besteht, wie ihn z. B. das Innere des Zylinders 135 darstellt. Die Länge dieses Zylinders wird dabei sowohl von dem Grad der Geschwindigkeitsmodulation wie auch von der mittleren Geschwindigkeit des Strahls bestimmt. Allgemein gesprochen ist die zur Herstellung eines dichtemodulierten Strahls benötigte Zeit ungefähr proportional der Dauer einer ganzen Periode der Steuerspannung, dividiert durch die auf die Einheit bezogene Geschwindigkeitsmodulation. Die Länge der Laufröhre, die einer solchen Zeit entspricht, ergibt sich aus der berechneten Laufzeit, multipliziert mit der mittleren Geschwindigkeit des Strahls. Die Strahlgeschwindigkeit und damit auch die Länge der Laufröhre können dadurch etwas verringert werden, daß die Röhre an ein etwas niedrigeres Potential als die Begrenzungselektrode 131 gelegt wird, so daß der Strahl vor seinem Eintritt in die Röhre verzögert wird. Schließlich ist es für praktische Fälle nicht unbedingt nötig, daß sich in der Laufröhre die vollständige Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten Strahls in einen dichtemodulierten vollzieht, so wie es Fig. iob abgibt. Im allgemeinen würde ein wesentlich geringerer Grad der Umwandlungen genügen, um in der Röhre eine hinreichend große Verstärkung der Steuerspannung zu erzielen.

In einem zur Verstärkung elektrischer Schwingungen dienenden Entladungsgefäß, in welchem zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation

eine Lauf röhre verwendet wird, kann der aus dieser Röhre austretende Strahl auf einen äußeren Kreis dadurch einwirken, daß man den ganzen Strahl von einer Anode 137 auffangen läßt. Die Anode ist in diesem Fall mittels einer Gleichspannungsquelle 138 auf ein solches Potential gelegt, daß im wesentlichen kein Teil des Strahls reflektiert wird.

Es wurde bereits bemerkt, daß ein Elektronenstrahl dazu neigt, sich zu zerstreuen, sobald er einen bestimmten Weg zurückgelegt hat. Soweit dies im Zusammenhang mit der Verwendung einer Laufröhre vorkommen kann, kann diese Zerstreuung im wesentlichen mit der in Fig. 11 dargestellten Laufröhre verhindert werden. Die Laufröhre besteht nach dieser Figur aus mehreren elektrisch voneinander getrennten Teilen 140 bis 144, wobei alternierend aufeinanderfolgende Teile auf gleiches Potential gelegt sind. Der erste und der letzte Teil 140 und 144 werden vorzugsweise auf einem verhältnismäßig niedrigen Potential gegenüber den Begrenzungselektroden 145 und 146 betrieben, so daß die mittlere Strahlgeschwindigkeit des Strahls beim Eintritt in die Laufröhre reduziert wird. Indem die mittleren Teile 141 und 143 auf einem etwas höheren Potential gehalten werden, wirkt die ganze Laufröhre wie eine den Strahl fokussierende Linse. Diese Wirkung rührt von den zwischen den einzelnen Teilen der Röhre sich ausbildenden Feldern her und hat zur Folge, daß ein Zerstreuen des Strahls verhindert wird. Demnach kann auch eine verhältnismäßig lange Laufkammer verwendet werden, ohne daß man befürchten muß, daß der Strahl auf die Wand der Röhre gelangt.

Eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation zeigt Fig. 12. Nach dieser Figur wird ein aus der Öffnung der Elektrode 150 austretender geschwindigkeitsmodulierter Strahl durch ein elektrostatisches Feld geführt, zu dessen Erzeugung beispielsweise dieElektroden 151 und 152 dienen. Bekanntlich erfährt der Strahl in diesem Feld eine Ablenkung, welche von der Geschwindigkeit der abgelenkten Ladungsträger abhängt. Demnach kann eine wirksame Trennung der schnelleren und langsameren Elektronen des Strahls in diesem Felde erfolgen. Dabei erfahren die langsamen Elektronen eine größere Ablenkung und werden von einer geeignet aufgestellten Elektrode 154 aufgefangen. Eine gleichermaßen beschaffene Anode 155 dient zum Auffangen der weniger abgelenkten, also der schnelleren Elektronen. Beide Komponenten des Strahls, in die er auf diese Weise zerlegt wird, bestehen aus einzelnen Elektronengruppen und sind daher in ihrer Ladungsdichte moduliert. Diese Dichtemodulation kann in einem äußeren an die Anoden 154 und 155 angeschlossenen Kreise zur Wirkung gebracht werden, in welchem die beiden Anoden, wie ersichtlich, in Gegentakt geschaltet sind.

Das ablenkende Feld kann mit Hilfe einer an die Elektroden 151 und 152 angelegten Gleichspannung 153 erzeugt werden. Auch kann an Stelle des elektrostatischen ein magnetisches Feld zur Ablenkung verwendet werden.

In Fig. 13 ist noch eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation dargestellt. Ihre Konstruktion hat mit der Einrichtung nach Fig. 4 insofern eine gewisse Ähnlichkeit, als sie ein ähnlich beschaffenes Steuergitter 156 zur Geschwindigkeitsmodulation und eine geneigte Anode 157 enthält. Sie unterscheidet sich jedoch von ihr darin, daß die Anode 157 auf ein so niedriges Potential (Null oder einige Volt negativ) gelegt ist, daß alle Elektronen des auf sie gerichteten Strahls gespiegelt werden. Dies soll an Hand der Fig. 13 a erläutert werden. In dieser Figur stellen die kleinen weißen Kreise relativ langsam fliegende Elektronen dar, die sich einem Potentialhügel 158, der einem die Elektronen verzögernden Feld entsprechen soll, nähern. Die schwarzen Kreise bezeichnen die sich ebenfalls diesem Hügel nähernden schnellen Elektronen des Strahls. Der vor dem Hügel gezeichnete Strahl weist eine solche Struktur auf, daß er geschwindigkeitsmoduliert, aber noch nicht in seiner Dichte moduliert ist. Es sei angenommen, daß der Hügel so hoch ist, daß er weder für die schnellen noch für die langsamen Elektronen ersteigbar ist. Die langsamen Elektronen laufen also bis zu einem Punkt α den Hügel hinan und fallen dann wieder zurück, während die schnellen Elektronen die höher gelegene Stelle b erreichen und den Hügel wieder hinunterfallen. Bei geeigneter Wahl der Steilheit des Hügels kann es erreicht werden, daß zwei aufeinanderfolgende Teilchen, welche den Potentialberg mit einer gegebenen Differenz ihrer Geschwindigkeit erreichen, in demselben Augenblick ihre höchste Stelle auf dem Hügel erreichen. Es ist klar, daß sich hieraus eine Gruppierung der zurückfallenden Elektronen ergibt, die dem reflektierten Strahl eine Dichtemodulation aufprägt. Obgleich die Annähme über die Struktur des geschwindigkeitsmodulierten Strahls vor seiner Reflexion nicht genau zutrifft, kann man doch mit einiger Genauigkeit an der Annahme festhalten, daß der sich dem verzögernden Feld nähernde Strahl äquivalent ist einer Gruppe von sich mit verschiedener Geschwindigkeit bewegenden Teilchen. Es läßt sich daher das Potential des verzögernden Feldes im Hinblick auf den Grad der Geschwindigkeitsmodulation und die Entfernung von Stellen maximaler und minimaler Geschwindigkeit im Strahl so bemessen, daß eine ausreichende Dichtemodulation des gespiegelten Strahls eintritt. Indem sich dieser Strahl von der Anode 157 entfernt, werden im Anodenstromkreis Ströme erzeugt, die an den Ausführungen dieses Kreises eine Wechselspannung erzeugen. Es kann dabei das Verhältnis des Grads der Dichtemodulation zu dem der Geschwindigkeitsmodulation so eingestellt werden, daß das Entladungsgefäß eine wesentliche Verstärkung der Steuerspannung bewirkt. E¹S' ist klar, daß die beschriebene Art der Umwandlung der Geschwindigkeitstnodulatio.ni aber auch für Entladiungsgefäße, die etwa zum Erzeugen oder Gleichrichten von Schwingungen dienen, mit Vorteil angewendet werden kann.

Gewöhnlich ist die Feldstärke, die sich vor der zur Spiegelung der Elektronen dienenden negativ aufgeladenen Elektrode einstellt, so hoch, daß die von ihr bewirkte Gruppierung der Elektronen nicht sehr scharf ist. Beim Betrieb jedoch kann die Feldstärke entweder durch Raumladungswirkungen, die auf den gespiegelten Strahl zurückgehen, oder durch bestimmte Raumladungselektroden, die im Raum vor der Spiegelelektrode geeignet angeordnet ίο sind, in für den Betrieb günstiger Weise beeinflußt werden.

In Fig. 14 ist eine weitere Einrichtung dargestellt, bei welcher dem in seiner Dichte modulierten Strahl Energie entzogen wird. Die Modulationskammer enthält hier ein röhrenförmiges Gitter 160 von der Art der bisher beschriebenen Steuerelektroden. Als Mittel zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation dient eine in mehrere Abschnitte unterteilte Lauf röhre 161, wie sie beao reits im Zusammenhang mit Fig. 11 näher beschrieben worden ist. Eine Anode 162 dient zum Auffangen des ganzen Elektronenstrahls, nachdem seine Dichtemodulation zur Verstärkung der Steuerspannung nutzbar gemacht worden ist, was jetzt näher beschrieben werden soll.

Der in seiner Dichte modulierte Strahl tritt, nachdem er die Lauf röhre 161 passiert hat, in einen von den Blenden 163 und 164 begrenzten Raum ein. In diesem Raum befindet sich eine Elektrode 165, die in ihrer Bauart eine Ähnlichkeit zum Steuergitter 164 aufweist, jedoch eine ganz andere Funktion hat. Sie dient nämlich dazu, kinetische Energie des in seiner Dichte modulierten Strahls in elektrische Energie in einem an die Elektrode angeschlossenen äußeren Kreis umzuwandeln. Zur Betrachtung der Wirkungskreise dieser Einrichtung sei angenommen, daß sich eine Gruppe von Elektronen durch die Öffnung der Blende 163 bewegt und sich der Elektrode 165 nähert. Es wird dadurch im Kreis der Elektrode ein Strom erzeugt. Dieser Strom wird jedoch bei einem im wesentlichen konstante Intensität besitzenden, also unmodulierten Strahl dadurch kompensiert, daß eine andere Gruppe von Ladungsträgern, die sich von dieser Elektrode entfernt, eine entgegengesetzte Wirkung auf den Kreis dieser Elektrode ausübt. Wenn jedoch der Strahl dichtemoduliert ist, so daß ein wesentlicher Unterschied zwischen den sich gleichzeitig der Elektrode nähernden und sich von ihr entfernenden Ladungen besteht, wird im Kreis dieser Elektrode ein Strom induziert. Man kann zeigen, daß die Bedingungen zur Energieaufnahme aus dem Strahl besonders günstig sind, wenn die Länge der Elektrode 165 wenigstens dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Stellen maximaler und minimaler Ladungsdichte im Strahl oder einem ungeraden Vielfachen dieser Entfernung entspricht. Wenn dies zutrifft, fällt die Annäherung eines Ladungsmaximums mit der Entfernung eines Ladungsminimums zusammen, so daß eine besonders große Wirkung im Kreis der Elektrode 165 hervorgerufen wird. Der von der Elektrode 165 begrenzte Raum soll sich vorzugsweise bis auf kurze Entfernung an die Elektroden 163 und 164 erstrecken, so daß die Räume, in denen sich die Elektronen der Elektrode nähern oder sich von ihr entfernen, möglichst klein sind. Die im Kreis der Elektrode 165, welcher eine Kapazität 167 und eine Induktivität 168 enthält, entstehenden Schwingungen werden auf einen weiteren Kreis übertragen, an dessen Ausführungen 170 eine Wechselspannung, die verstärkte Steuerspannung, abgenommen werden kann.

Die beschriebene Einrichtung ist auch insofern von Bedeutung, als durch eine an der Elektrode 165 vorbeifliegende Ladung diese zweimal zu Schwingungen angeregt wird, und zwar einmal während der Annäherung, das zweite Mal während der Entfernung von dieser Elektrode. Es wird also dieser Ladung zweimal Energie entzogen. Man kann daher bei diesem Effekt von einer Stromverdoppelung im Kreis der Elektrode 165 sprechen. Es ist daher möglich, durch eine Kaskadenschaltung mehrerer ähnlicher Elektroden hintereinander bedeutende Ströme zu induzieren. Die so gewonnene Energie entstammt natürlich der kinetischen Energie des Elektronenstrahls. Man kann den beschriebenen Prozeß der Energieumwandlung auch so ausdrucken, daß Energie des mit Hochspannung aber geringer Stromstärke betriebenen Elektronen-Strahls in die Energie eines niedergespannten Starkstroms verwandelt wird.

Für die Konstruktion der Elektrode 165 sind Abwandlungen möglich, die den Einrichtungen nach den Fig. 1 bis 3 entsprechen. In jedem Fall sind jedoch für die Energieumwandlung die günstigsten Bedingungen dann erfüllt, wenn die Elektrode und der Raum, in dem der Energieumsatz vor sich geht, so bemessen sind, wie es der Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stellen maximaler und minimaler Dichte im Strahl entspricht, so daß jedes Elektron in gleicher Weise sowohl beim Annähern wie beim Entfernen von der Elektrode 165 beeinflußt wird. Die Bemessung der Elektrode und des Raums sind ähnlich denen bei den Anordnungen nach den Fig. 1 bis 3.

Fig. 15 gibt eine Abänderung der Einrichtung nach Fig. 14 hinsichtlich der Konstruktion der zur Energieumwandlung dienenden Elektrode wieder. Das Steuergitter 175 zur Geschwindigkeitsmodulation, die Lauf röhre 176 und eine sammelnde Anode 177 entsprechen im wesentlichen den bisher beschriebenen Einrichtungen. Die Energie aufnehmende Elektrode dagegen besteht aus einer Mehrzahl von Abschnitten 179, 180 und 181, von denen die Abschnitte 179 und 181 miteinander elektrisch leitend verbunden und mittels einer Gleichspannungsquelle 182 auf gleiches Potential gelegt sind, während der mittlere Teil 180 vorzugsweise auf niedrigerem Potential mittels einer Quelle 183 iao gehalten wird. Auf diese Weise wird die Elektronenlaufzeit durch die Elektrode vergrößert und eine Auflösung des Strahls wegen der konzentrierenden Wirkung der Elektronenanordnung vermieden. Die Vorzüge einer solchen Anordnung, wie sie besonders hinsichtlich niederfrequenter Schwin-

gungen bestehen, sind bereits an Hand der Fig. 7 erläutert worden.

Die verschiedenen Abschnitte der zur Energieumwandlung dienenden Elektrode sind hinsichtlich wechselnder Potentiale mittels eines Kondensators 184 auf gleiches Potential gestellt. Dieser Kondensator verhält sich beispielsweise im Gebiet der Radiofrequenzen wie eine elektrisch leitende Verbindung. Daher werden Potentialschwankungen in einem der Endabschnitte 179 oder 181, die durch vorbeifliegende Ladungen hervorgerufen werden, j auch auf den abgestimmten Schwingkreis 186 und die Ausführungen 187 übertragen.

Die in den Fig. 14 und 15 beschriebenen Vorrichtungen zur Energieumwandlung können auch verwendet werden, wenn zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation andere Mittel als Laufröhren benutzt werden. In Fig. 16 bedeutet 190 eine zur Energieumwandlung dienende Elektrode, während 191 eine Anode darstellt, die den Elektronenstrahl in bereits beschriebener Weise durch Spiegelung in einen in seiner Dichte modulierten Strahl verwandelt. In der dargestellten Anordnung geht ein Elektronenstrahl von einer Kathode 192 aus, wird von einem Gitter 193 geschwindigkeitsmoduliert und nähert sich danach der Anode 191, die auf einem hinreichend niedrigen Potential liegt, um wenigstens die Elektronen geringerer Geschwindigkeit zu spiegeln. Der in seiner Dichte modulierte Strahl, genauer die gespiegelte Komponente, tritt nun in den Raum zwischen den Elektroden 195 und 196 ein, wo die Energieumwandlung stattfindet, ist jedoch wegen einer geringen Neigung der Anode so gerichtet, daß sie auf einen Teil der Elektrode 196 auffällt.

Die Elektrode 190 ist vorzugsweise von einer Länge, die den Abstand zweier aufeinanderfolgenden Stellen maximaler und minimaler Dichte im Strahl oder einem ungeraden Vielfachen dieses Ab-4.0 Standes gleichkommt. Wie die bisherigen Ausführungen zeigen, entsteht dann ein Wechselstrom in der zur Energieaufnahme dienenden Elektrode. Diese Stromschwankungen können mittels eines abgestimmten Kreises 198 in Spannungsschwankungen an den Ausführungen 199 eines mit 19S gekoppelten Kreises abgenommen werden.

Es'ist ersichtlich, daß Schwankungen des Potentials der Elektrode 190, wie sie auf die im vorstehenden beschriebene Weise entstehen, eine Kreuzmodulation des Elektronenstrahls, der die Elektrode auf seinem Wege zur Sammelanode 191 passiert, hervorrufen. Um Schwingungen zu vermeiden, die durch diese Modulation entstehen können, sind Mittel zur Aufhebung dieses Effektes vorgesehen. Sie enthalten eine Neutralisierungselektrode 201 von ähnlichen Abmessungen wie die Elektrode 190, die aber in, einer durch die Elektrode 196 abgeschirmten Kammer angeordnet ist, so daß sie allein mit dem in seiner Geschwindigkeit modulierten Teil des Strahls im Energieaustausch steht. Sie ist ungefähr auf dieselbe Vorspannung gelegt wie die Elektrode 190 und ist mit dieser über einen Kondensator 203 verbunden. Daher sind irgendwelche Schwingungen des Potentials der Elektrode 190 von genau entsprechenden Potentialschwankungen an der Elektrode 201 begleitet, und beide Elektroden verursachen einander ähnliche Modulationen des Strahls. Es sei noch bemerkt, daß, wenn die Zwischenräume zwischen diesen Elektroden und den sie einschließenden Begrenzungselektroden vernachlässigt werden können, die Modulationswirkungen beider Elektroden auf einen gegebenen Teil des Strahls entgegengesetzt gerichtet sind und einander aufheben. Anders ausgedrückt, jede Beschleunigung des Strahls, die von der Elektrode 201 hervorgerufen wird, wird von einer entsprechenden Verzögerung durch die Elektrode 190 aufgehoben.

Bisher ist die Erfindung ausschließlich im Zusammenhang mit zur Verstärkung dienenden elekirischen Entladungsgefäßen beschrieben worden. Es wurde aber bereits oben erwähnt, daß es auch andere Anwendungsgebiete für die Erfindung gibt. In den Fig. 17 bis 19 sind einige Röhrenkonstruktionen, die anderen Zwecken als der Verstärkung dienen, dargestellt. In Fig. 17 ist beispielsweise eine Röhre gezeigt, die in wesentlichen Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 4 entspricht, wobei jedoch Elemente vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Röhre als Detektor betrieben werden kann. Das Gitter 210 zur Geschwindigkeitsmodulation ist mit einem Eingangskreis verbunden, der seine Energie beispielsweise von einer aufgefangenen Schwingung erhält, bei welcher eine Trägerfrequenz mit einer Hörfrequenz moduliert ist. Daher wird beim Betrieb der Röhre der Elektronenstrahl, der den Modulationsraum durch eine Öffnung der Elektrode 214 verläßt, geschwindigkeitsmoduliert, und zwar in Übereinstimmung mit den Änderungen der Trägerspannung, die dem Modulationsgitter zugeführt wird. Um nun eine den gleichgerichteten Schwingungen entsprechende Modulation des Strahls zu erhalten, wird dieser auf eine geneigte Anode 215 geworfen, die so vorgespannt ist, daß sie zumindest die langsameren Elektronen des Strahls spiegelt. Die Anode ist dabei so geneigt, daß die zurückgeworfene Komponente nicht mehr in den Modulationsraum zurückkehrt. Die Arbeitskennlinie dieser Anode ist in Fig. 17 a gezeigt, in welcher V die Anodenspannung und i den Anodenstrom darstellt. Die Anode soll vorzugsweise so vorgespannt sein, daß ihr Arbeitspunkt bei X liegt. Unter dieser Bedingung findet eine Gleichrichtung der am Steuergitter liegenden Schwingung statt, und es entsteht an den Ausführungen 216 des Anodenkreises eine Wechselspannung von der Hörfrequenz. Würde man das Entladungsgefäß auf einem Arbeitspunkt arbeiten lassen, der in der Mitte des geradlinigen Teils der Kennlinie liegt, so würde statt der Gleichrichtung iao eine Verstärkung der empfangenen Schwingungen erfolgen.

In Fig. 18 ist eine Modifikation der Einrichtung nach Fig. 17 dargestellt, welche zur Schwingungserzeugung dient. Zur Geschwindigkeitsmodulation in der von den Elektroden 220 und 221 begrenzten

Kammer dient die Steuerelektrode 222, welche an einen Schwingkreis gelegt ist, der eine Kapazität 223 und eine Induktivität 224 enthält. Das Gitter führt Potentialschwankungen entsprechend den Schwingungen des Schwingkreises aus. Der Elektronenstrahl wird, nachdem er in seiner Geschwindigkeit moduliert ist, auf eine Anode 225 geworfen, welche entweder einen Teil des Strahls oder den ganzen Strahl zurückwirft, und so eine Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in Dichtemodulation bewirkt. Die in ihrer Dichte modulierte Komponente kehrt in die Modulationskammer zurück und fließt am Gitter 222 vorbei. Wenn dieses Gitter eine solche Länge aufweist, daß die Laufzeit eines Elektrons durch das Gitter einer halben Wellenlänge der Schwingungen des abgestimmten Schwingungskreises entspricht, wird von dem Schwingungskreis Energie aus dem Elektronenstrahl aufgenommen, so daß der Schwingungskreis sich selbst erregende Schwingungen ausführt. Die dadurch im Schwingungskreis entwickelte Energie kann zur Speisung einer Antenne 226 dienen, die mit dem Schwingungskreis an der Stelle 224 geeignet gekoppelt ist. Die beschriebene Einrichtung arbeitet besonders vorteilhaft im Bereich der ultrakurzen Wellen.

Ein Entladungsgefäß, welches als Mischröhre oder zum Superheterodynempfang dient, ist in Fig. 19 wiedergegeben. In diesem Fall wird der Elektronenstrahl von einer Steuerspannung geschwindigkeitsmoduliert, welche einer dem Steuergitter 231 modulierten Trägerschwingung entspricht. Der Strahl fliegt dann durch eine röhrenförmige Elektrode 232, welche mit einem zur Erzeugung von Schwingungen dienenden Oszillatorkreis 233 verbunden ist, der auf einer einstellbaren höheren oder niedrigeren Frequenz als die Trägerfrequenz schwingt. Die Elektrode 232 soll so ausgebildet und angeordnet sein, wie es den Fig. 1 bis 3 und den dazu dargelegten Betriebsbedingungen entspricht, so daß eine zusätzliche Geschwindigkeitsmodulation des Strahls während seines Durchgangs durch den die Elektrode 232 enthaltenden Modulationsraum erfolgt. Ist z. B., wie das auch die Figur zeigt, die Elektrode röhrenförmig ausgebildet, so soll die Laufzeit eines Elektrons durch die Elektrode einem ungeraden Vielfachen einer halben Periode der Oszillatorfrequenz entsprechen. Der Elektronenstrahl erfährt dann eine zusätzliche Modulation, die der ausgewählten Oszillatorfrequenz entspricht. Dieser zweifach modulierte Strahl wird auf eine geneigte Anode 235 gerichtet, welche wenigstens die langsameren Elektronen spiegelt. Diese Anode ist vorzugsweise mittels einer Gleichspannung 236 so vorgespannt, daß ihr Arbeitspunkt dem Punkt X der in Fig. 17 a dargestellten Kennlinie entspricht. Als Folge davon findet, gemäß beiden Modulationsfrequenzen, eine Mischung oder Kreuzmodulation des sich der Anode nähernden Strahls statt, so daß die zurückgeworfene Komponente des Strahls sowohl der Summe beider Frequenzen wie auch ihrer Differenz entsprechend in der Dichte moduliert ist. Wenn daher der den Kondensator 230 und die Induktivität 239 enthaltende Kreis auf die Differenzfrequenz oder eine Zwischenfrequenz abgestimmt ist, finden Potentialschwankungen mit dieser Frequenz an den Ausführungen 240 statt. Der gespiegelte Teil des Strahls entspricht in seiner Dichtemodulation auch der Frequenz der Modulationselektrode 232. Wenn daher dieser zurückgeworfene Teil durch diese Elektrode geht, induziert er in ihr Wechselströme von der Frequenz des abgestimmten Schwingungskreises. Diese Induktionsströme erhalten sich unter bestimmten Bedingungen durch Selbsterregung, so daß es nicht notwendig ist, dem Oszillator von außen Energie zuzuführen. Die Anode 235 ist um einen solchen Winkel geneigt, daß der zurückgeworfene Strahl auf die Begrenzungselektrode 243 trifft, so daß er nicht in den Modulationsraum mit dem Gitter 231 zurückgelangen kann.

Der Einfachheit halber sind bisher solche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beschrieben worden, bei denen sämtliche Elektroden hintereinander angeordnet sind. Indessen ist eine solche Anordnung keineswegs notwendig, und es sind daher in den Fig. 20 und 21 Entladungsgefäße mit anderem Aufbau dargestellt, die zum Gegenstand der Erfindung gehören. go

Das Entladungsgefäß nach Fig. 20 enthält eine Elektronenquelle, die aus einem langen Glühfaden

250 (Haarnadelkathode) besteht. Diese Kathode ist außerhalb eines Gitters 251 und diametral gegenüber einer Anode 252 angeordnet. In dem Gitter

251 befindet sich ein Hilfsgitter 253, welches dieselbe Funktion erfüllt wie die Begrenzungselektroden der oben beschriebenen Modulationskammern. Das heißt, das Gitter 253 bestimmt einen Modulationsraum, welcher eine Steuerelektrode 254, die als Spirale ausgebildet ist, einschließt. Zweckmäßig sind das Gitter 253 und die Steuerelektrode 254 als entsprechende Elemente einer konzentrischen Übertragungsleitung angeordnet, die von einer solchen Ausbildung ist, daß sie genau auf die Frequenz der Steuerspannung abgestimmt werden kann. Beim Betrieb der Einrichtung wird ein Elektronenstrom in die Richtung der Anode

252 mittels eines verhältnismäßig hohen zwischen die Kathode 250 und das Gitter 253 gelegten Potentials (beispielsweise 300 Volt) ausgesandt. Übermäßige Elektronenemission der Kathode wird durch das Gitter 251 verhindert, das auf ein verhältnismäßig niedriges Potential von der Größenordnung einiger Volt positiv oder negativ gegen Kathode aufgeladen ist.

Wenn der Elektronenstrom in den vom Modulationsgitter 253 begrenzten Raum gelangt, wird er mit Hilfe eines der Elektrode 254 über einen Eingangskreis 256 zugeführten Steuerpotentials, wie in Fig. 21 gezeigt, in seiner Geschwindigkeit moduliert. Diese Modulation kann dadurch in eine Dichtemodulation umgewandelt werden, daß die Anode 252 auf ein hinreichend niedriges Potential gelegt wird, damit wenigstens ein Teil des Stroms zurückgeworfen wird. Die reflektierte Komponente

des Elektronenstrahls wird größtenteils von dem Gitter 251 gesammelt und so daran verhindert, in den Modulationsraum zurückzukehren. Dem in seiner Dichte modulierten Strahl kann nunmehr Energie von der Anode 252 in Verbindung mit einem geeigneten Ausgangskreis 258, welcher mit einem Kondensator 259 und einer Induktivität 260 versehen ist, entzogen werden. Ein Vorteil der beschriebenen Konstruktion besteht darin, daß man einen Elektronenstrahl beträchtlichen Querschnitts verwenden kanu.

Claims (41)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren, bei denen ein Elektronenstrahl durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, zur Erzeugung, Verstärkung oder Gleichrichtung hochfrequenter, insbesondere ultrahochfrequenter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Elektronenstrahl innerhalb der Steuereinrichtung aufgedrückte Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umgewandelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgeschwindigkeit bei gegebener Steuerfrequenz so auf die Abmessungen der Steuereinrichtung (Modulationskammer) in der Längsrichtung des Strahls abgestimmt ist, daß der Laufzeitwinkel des Strahls annähernd eine halbe Periode der S teuer frequenz oder ein ungerades Vielfaches davon beträgt.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationskammer von zwei mit Ein- und Austrittsöffnungen für den Elektronenstrom versehenen Elektroden, beispielsweise Lochblenden, begrenzt wird, welche ihrerseits eine oder mehrere Steuerelektroden der Kammer einschließen, vorzugsweise derart, daß sie die Steuerelektroden gegen das Erzeugungssystem des Elektronenstroms, beispielsweise gegen eine einen Elektronenstrahl erzeugende Glühkathode und ein Konzentrationssystem des Elektronenstrahls und das Auffangsystem des Elektronenstroms abschirmen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungselektroden die Stirnflächen eines metallischen Zylinders bilden.
5. 5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch ι oder 2 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Zone der Modulationskammer auf periodisch wechselndem Potential (Steuerpotential) gegenüber der Eintritts- und Austrittsstelle eines Elektronenstroms in die bzw. aus der Kammer liegt, derart, daß die in der Kammer laufenden Elektronen, die sich dieser Zone nähern oder sich von ihr entfernen, Geschwindigkeitsänderungen erfahren.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiale der Ein- und Austrittsstelle des Elektronenstroms in fester Beziehung zueinander stehen, vorzugsweise gleich groß sind.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zone periodisch wechselnden Potentials an einer Steuerwechselspannung liegende Steuerelektroden dienen.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationskammer aus mehreren ineinandergestellten, als Netz oder Wendel ausgebildeten Zylindern besteht, deren innerster als Steuerelektrode dient, und daß der zu modulierende Strom senkrecht zur Achse der Zylinder durch die Kammer fließt.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationskammer aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern nach Anspruch 3 oder 4 besteht, verzugsweise derart, daß zwei aufeinanderfolgende Kammern eine Begrenzungselektrode gemeinsam haben.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden den Elektronenstrom umgeben, daß sie vorzugsweise als Zylinder oder Ringe ausgebildet sind, deren Achse die Richtung des Elektronenstroms hat, und daß sie sich vorzugsweise bis nahe an die nächste Begrenzungselektrode erstrecken.
11. 11. Einrichtung nach Anspruchs oder folgenden, mit mehreren in einer Modulationskammer angeordneten Steuerelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß alternierende aufeinanderfolgende Elektroden elektrisch leitend verbunden sind.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelektroden senkrecht zur Stromrichtung angeordnete, vorzugsweise elektrisch leitend verbundene Netze dienen.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 5 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone veränderlichen Potentials Potentialänderungen von einer derart auf die Geschwindigkeit der Elektronen, mit der diese in die Modulationskammer treten, und die Länge der Zone abgestimmten Frequenz erfährt, daß die Laufzeit der Elektronen in der Zone im Mittel einem ungeraden Vielfachen einer halben Periode des veränderlichen Potentials entspricht.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 5 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone veränderlichen Potentials frei von veränderlichen elektrischen Feldern ist.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden mit mehreren in einer Modulationskammer angeordneten Steuerelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden gegeneinander auf solchem Potential liegen, daß die

    elektrischen Felder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elektroden eine fokussierende Wirkung auf den Elektronenstrom ausüben.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden mit nur einer als Zylinder ausgebildeten Steuerelektrode, die nahezu die ganze Länge der Modulationskammer einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der an diese Steuerelektrode gelegten Spannung so auf die Länge des Steuerzylinders und auf die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen in die Kammer eintreten, abgestimmt ist, daß die mittlere Laufzeit der Elektronen in dem Zylinder genau oder nahezu einem ungeraden Vielfachen einer halben Periode, vorzugsweise genau einer halben Periode, der Steuerspannung entspricht.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden mit nur einer als Ring ausgebildeten, in der Mitte der Kammer angeordneten Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert und die Frequenz der Steuerspannung der Steuerelektrode so auf die Geschwindigkeit der Elektronen, mit der diese in die Kammer eintreten, und auf die Länge der Kammer abgestimmt sind, daß die Laufzeit der Elektronen von ihrer Eintrittsstelle in die Kammer bis zum Ring und die Laufzeit von diesem Ring bis zur Austrittsstelle je einem ungeraden Vielfachen einer halben Periode der Steuerspannung entsprechen.
18. 18. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder nach den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten in einen in seiner Raumladungsdichte modulierten Strom eine oder mehrere Hi If selektroden vorgesehen sind, welche zur Erzeugung eines den Strom verzögernden elektrischen Feldes (Spiegels) dienen, derart, daß in diesem Felde eine Trennung der langsameren und schnelleren Elektronen des geschwindigkeitsmodulierten Stroms erfolgt.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden auf solchem Potential liegen, daß sie ein den Elektronenstrom verzögerndes Feld von solcher Stärke erzeugen, daß die langsameren Elektronen des in seiner Geschwindigkeit modulierten Stroms an dem Feld zurückgeworfen werden.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als einzige Hilfselektrode eine Spiegelelektrode vorgesehen ist, die so vorgespannt ist, daß sie die schnelleren Elektronen auffängt und die langsameren reflektiert.
21. 21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögernde Feld so stark ist, daß es den ganzen Elektronenstrom zurückwirft.
22. 22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektroden als kompakte Scheibe ausgebildet und senkrecht oder nahezu senkrecht zur Richtung des Elektronenstroms angeordnet ist.
23. 23. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode als Zylinder ausgebildet und so angeordnet ist, daß ihre Achse genau oder nahezu die Richtung des Elektronenstroms hat.
24. 24. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode so angeordnet ist, daß die von ihr reflektierte Komponente die nächstgelegene Begrenzungselektrode der Modulationskammer trifft.
25. 25. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten Stroms in einen in seiner Ladungsdichte modulierten eine Laufkammer von solcher Länge vorgesehen ist, daß die schnellen Elektronen des in die Kammer eintretenden Stroms die langsamen einholen können, so daß dann ein in seiner Dichte modulierter Strom entsteht.
26. 26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufkammer von einem oder mehreren hintereinander in der Stromrichtung angeordneten Zylindern, die vorzugsweise den Strom umgeben, gebildet wird.
27. 27. Einrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der Laufkammer kein veränderliches elektrisches Feld herrscht.
28. 28. Einrichtung nach Anspruch 25 oder folgenden mit mehreren eine Laufkammer bildenden Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder an solchen Potentialen gegeneinanderliegen, daß hierdurch eine Sammellinsenwirkung auf den Elektronenstrom ausgeübt wird.
29. 29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der letzte Zylinder an ein niedrigeres Potential als die mittleren Zylinder der Laufkammer gelegt sind.
30. 30. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten Stroms in einen dichtemodulierten Strom ein elektrostatisches Ablenkplattenpaar vorgesehen ist, welches mittels einer daran gelegten Spannung dazu dient, die langsameren Elektronen von den schnelleren so zu trennen, daß sowohl die ausgesiebten langsamen wie die ausgesiebten schnellen Elektronen einen in seiner Ladungsdichte modulierten Elektronenstrom bilden.
31. 31. Elektronenröhre, insbesondere Elektronenstrahlröhre zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder nach den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Dichte modulierte Elektronenstrom auf eine Auffangelektrode fällt, deren Kreis als Ausgangskreis der Röhre dient.
32. 32. Elektronenröhre nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffanganode zugleich als Spiegelelektrode nach Anspruch 20

    bis 24 zur Umwandlung des geschwindigkeitsmodulierten Stroms in einen in seiner Dichte modulierten dient.
33. 33. Elektronenröhre nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die auf höherem Potential befindliche Auffanganode hinter einer Spiegelelektrode nach Anspruch 23 und 24 angeordnet ist.
34. 34. Elektronenröhre nach Anspruch 32 mit einer Steuereinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß für den in seiner Dichte modulierten Strom schneller Elektronen sowie für den in seiner Dichte modulierten Strom langsamer Elektronen je eine Auffanganode vorgesehen ist und daß beide in einem als Ausgangskreis der Röhre dienenden Kreis in Gegentaktschaltung angeordnet sind.
35. 35. Elektronenröhre, insbesondere Elektronenstrahlröhre zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder nach den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Dichte modulierte Strom durch eine vorzugsweise als Zylinder ausgebildete Hilfselektrode geführt wird, deren Kreis, in welchem der vorbeifliegende Elektronenstrom Ströme entsprechend der Steuerspannung induziert, als Ausgangskreis der Röhre dient.
36. 36. Elektronenröhre nach Anspruch 35, bei der der in seiner Dichte modulierte Strom durch Spiegelung des geschwindigkeitsmodulierten, an einer Spiegelelektrode nach Anspruch 22 bis 25 als reflektierte Komponente entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom nach Durchlaufen der Hilfselektrode durch eine Neutralisierungselektrode geführt wird, die derart angeordnet und mit der Hilfselektrode gekoppelt ist, daß die zusätzliche Geschwindigkeitsmodulation, die der Strom durch die Hilfselektrode vor seiner Reflexion erfährt, durch eine zusätzliehe Geschwindigkeitsmodulation durch die Neutralisierungselektrode ausgeglichen wird.
37. 37. Schaltung einer Elektronenröhre nach Anspruch 31 bis 36 zum Verstärken elektrischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verstärkende Schwingung in Form einer Steuerspannung der Steuereinrichtung zugeführt und daß die verstärkte Schwingung dem Ausgangskreis der Röhre entnommen wird.
38. 38. Schaltung einer Elektronenröhre nach Anspruch 31 bis 33 zum Gleichrichten von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzurichtende Schwingung in Form einer S teuer spannung der Steuereinrichtung zugeführt -und die Auffanganode so vorgespannt wird, daß in ihrem Ausgangskreis die gleichgerichteten Schwingungen entstehen.
39. 39. Schaltung einer Elektronenröhre nach Anspruch 35 zum Erzeugen von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfselektrode eine Steuerelektrode einer Modulationskammer der Steuereinrichtung dient, derart, daß die im Hilfselektrodenkreis durch Selbsterregung entstehenden Schwingungen zur Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstroms dienen.
40. 40. Schaltung einer Elektronenröhre nach An-Spruch 31 bis 36 zum Uberlagerungsempf ang elektrischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die primär empfangenen Schwingungen zur Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstroms in einer Modulationskammer dienen, daß der geschwindigkeitsmodulierte Elektronenstrom in einer zweiten Modulationskammer erneut in seiner Geschwindigkeit synchron zu einer Wechselspannung moduliert und alsdann in einen dichtemodulierten Strom umgewandelt wird, welcher in dem vorzugsweise abstimmbaren Ausgangskreis Schwingungen eines bestimmt vorgegebenen Frequenzbereichs hervorruft.
41. 41. Schaltung einer Elektronenröhre nach An-Spruch 39 und 40, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Modulationskammer derart angeordnet ist, daß die zur Modulation dienende Steuerspannung von im Steuerkreis hervorgerufenen, sich selbst erregenden Schwingungen geliefert wird.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

    © 5904 3.54