DE913186C - Anordnung zur Erzeugung ultrakurzer elektrischer Wellen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. JUNI 1954

6" 14942 VIII aI'21 α⁴

Dr. phil. Karl Siebertz, Wien

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7. 51)

Die Erzeugung ultrakurzer Wellen mit normalen Hochvakuumröhren, bei denen durch ein: Gitter die Intensität des Elektronenstromes gesteuert wird, macht große Schwierigkeiten, weil bei sehr hohen Frequenzen die Laufzeit der Elektronen zwischen den Elektroden mit der Periodendauer der Schwingungen vergleichbar wird, so daß man die Elektrodenabstänide sehr klein machen muß. Aus technologischen Gründen kann man. aber die Abstände nicht beliebig klein machen, so daß dadurch eine untere Grenze für die erreichbare Wellenlänge gegeben ist. Gleichzeitig ist auch die erzielbare Leistung der Röhre aus ähnlichen Gründen Beschränkungen unterworfen.

Man ist nun dazu übergegangen, die endliche Laufzeit der Elektronen bewußt auszunutzen, und hat die Elektronenröhren mit Geschwindigkeitssteuerung, die sogenannten Laufzeitröhren, entwickelt. Bei diesen wird ein von einer geeigneten Vorrichtung erzeugter Elektronenstrahl mit Hilfe eines aus zwei Elektroden bestehenden Steuersystems in seiner Geschwindigkeit moduliert und durch ■ ein weiteres Elektrodensystem aus dem Elektronenstrahl die Hochfrequenzenergie entnommen. Beim sogenannten Klystron z. B. wird ein Elektronenstrahl durch zwei eine elektrische Doppelschicht bildende Elektroden, die mit einem Hohlraumresonator verbunden sind, in seiner

Geschwindigkeit moduliert, durchläuft dann einen feldfreien Raum, in dem die Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtigkeitsmodulation umgewandelt wird, und tritt durch eine zweite elektrische Doppelschicht hindurch, die gleichfalls von zwei mit einem Hohlraumresonator verbundenen Elektroden gebildet wird. Durch Auskoppeln eines Teiles der erzeugten Schwingungsenergie aus dem zweiten Hohlraumresonator und ίο Übertragung auf das Steuersystem, also durch Rückkoppeln, wird die Anordnung zur selbständigen Schwingungserzeugung befähigt. Bei dieser bekannten Anordnung besteht jedoch die Schwierigkeit, daß einerseits die Laufzeit der Elektronen durch den Abstand zwischen den beiden elektrischen Doppelschichten geometrisch festgelegt und nicht mehr unabhängig von der Elektronengeschwindigkeit veränderbar ist und daß andererseits die beiden Hohlraumresonatoren sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen., was erhebliche technische Schwierigkeiten bringt. Diese Schwierigkeiten zu beseitigen ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß ist bei einer Anordnung zur Erzeugung ultrakurzer elektrischer Wellen ein aus mindestens zwei Elektroden bestehendes, mit einem Schwingungskreis gekoppeltes Steuer- bzw. Modulationssystem vorgesehen, welches ein von einer geeigneten Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl durchsetzt, außerdem ist ein Magnetfeld angebracht, das eine solche Richtung hat, daß es die Elektronen nach dem Durchfliegen des Steuerbzw. Modulationssystems annähernd auf Kreisbahnen wieder zu dem System zurückführt, an das sie wenigstens einen Teil ihrer Energie abgeben. Es hat sich gezeigt, daß man mit einer solchen Anordnung ultrahochfrequente elektrische Schwingungen erzeugen kann.

Die Zeichnung zeigt schematisch die erste der beiden erwähnten Möglichkeiten zur Erzeugung ultrakurzer Wellen. Ein Elektronenstrahl i,der von einer Elektronenquelle 2 geliefert und beispielsweise durch ein positives Gitter 3 beschleunigt und durch einen Wehneltzylinder 4 konzentriert wird, durchsetzt das Modulatiomssystem 5, das aus zwei Elektroden 6 und 7 besteht, die im Betriebe eine elektrische Doppelschicht bilden und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Hohlraumresonator (Rhumbatron) 8 verbunden sind. In der Umgebung des Modulationssystems wirke nun ein inhomogenes Magnetfeld, dessen Richtung normal zur Zeichenebene zn denken ist und das in Richtung der Pfeile 9, also in Richtung des Radius der beabsichtigten kreisförmigen Elektronenbahnen, zunimmt. Es sei nun zur Erläuterung angenommen, daß sich der Hohlraumresonator bereits in schwingendem Zustande befinde. Zwischen den beiden.Gittern6und7 liege also eine hochfrequente Wechselspannung. Tritt nun der Elektronenstrahl 1 in das Modulationssystem ein, dann werden die Elektronen je nach der gerade zwischen den beiden Gittern 6 und 7 herrschenden Spannung beschleunigt oder verzögert, also in ihrer Geschwindigkeit moduliert. Auf die Elektronen, die das Modulationssystem durchflogen haben, wirkt das erwähnte Magnetfeld ein. Wäre dieses homogen, dann würden die Elektronen verschiedener Geschwindigkeit nach gleichen Laufzeiten auf Kreisbögen von verschiedenem Radius wieder zum Modulationssystem gelangen und dort in der gleichen Reihenfolge und in gleichem zeitlichem Abstand eintreffen, wie sie von ihm ausgegangen waren. Deshalb wird das die Elektronen führende Magnetfeld derart inhomogen gemacht, daß die langsamen Elektronen in einem schwächeren Feld laufen als die schnellen, so daß die ersteren längere Bahnen beschreiben als die letzteren und daher zeitlich hinter ihnen zurückbleiben. Dadurch können die schnellen Elektronen die langsamen aufholen, so daß sich die beim Verlassen des Modulationssystems bestehende Geschwindigkeitsmodulation mehr und mehr in eine Dichtemodulation verwandelt. Bei geeigneter Wahl der Verteilung und Stärke des Magnetfeldes kann man es erreichen, daß der Elektronenstrahl, der nach Ablenkung durch das Magnetfeld wieder in das Modulationselektrodensystem zurückkehrt, im wesentlichen in seiner Dichte moduliert ist und zu einem solchen Zeitpunkt in den Raum zwischen den Elektroden 6 und 7 eintritt, in welchem zwischen diesen eine solche Spannung herrscht, welche die Elektronen abbremst und ihnen ihre Energie entzieht, so daß sie Schwingungen anfachen. Man erhält auf diese Weise eine einfache Vakuumanordnung zur Erzeugung von hochfrequenten elektrischen Wellen, die den besonderen Vorteil hat, daß nur ein Schwingkreis vorhanden ist. Dieser braucht nicht die im Beispiel dargestellte Bauart zu haben, sondern kann auch in anderer Weise, z. B. als Bügel, ausgebildet sein. Man kann an die beiden Elektroden 6 und 7 verschiedene Schwingungskreise ankoppeln und die notwendige Abstimmung durch Änderung des Magnetfeldes vornehmen. Das Magnetfeld zur Führung der Elektronen kann durch Spulen mit Eisenkern oder auch mit Luftspulen erzeugt werden, es kann aber auch bei Verzicht auf seine Veränderlichkeit von Permanentmagneten geliefert werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: ^uo

   ι. Anordnung zur Erzeugung ultrakurzer elektrischer Wellen, gekennzeichnet durch ein aus mindestens zwei Elektroden bestehendes Steuer- oder Modulationssystem, das mit einem Schwingkreis verbunden ist und von einem von einer Elektronenquelle gelieferten Elektronenstrahl durchsetzt wird, sowie durch ein Magnetfeld, das die Elektronen nach dem Durchfliegen des Steuersystems vorzugsweise annähernd auf Kreisbahnen zu dem Steuersystem zurückführt, wo sie mindestens einen Teil ihrer Energie abgeben.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer-bzw. Modulationssystem aus zwei Gitterelektroden besteht,

   die im Betriebe eine elektrische Doppelschicht bilden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem durch zwei mit einem Schwingkreis gekoppelte Kondensatorplatten gebildet wird, zwischen denen der von der Elektronenstrahlquelle erzeugte Elektronenstrahl hindurchfliegt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein derart inhomogenes Magnetfeld zur Führung der Elektronen, daß die aus dem Steuersystem austretenden langsameren Elektronen eine längere Laufzeit bis zu ihrem Wiedereintritt in das Steuersystem haben als die schnelleren Elektronen.
5. 5. Anordnung· nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg der Elektronenstrahlen zur Beschleunigung oder Bremsung der Elektronen dienende Elektroden bzw. Elektrodensysteme eingeschaltet sind.
6. 6. Verfahren zum Betriebe einer Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles und die Stärke des magnetischen Führungsfeldes so gewählt werden, daß die Elektronen, die bei einer Steuerspannung von bestimmtem Vorzeichen durch das Steuer- bzw. Modulationssystem hindurchtreten, zu einem solchen Zeitpunkt wieder in das System zurückkehren, in dem die Steuerspannung das umgekehrte Vorzeichen angenommen hat.

   Angezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 233 779.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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