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Vorrichtung zur Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von hochfrequenten
Schwingungen., insbesondere im Ultra kurzwellengebiet, bzw. zur Steuerung von elektrischen
Strömen durch solche hochfrequenten Schwingungen. Bei den bisherigen Verfahren zur
Erzeugung von Schwingungen mit Hilfe der Elektronenbewegungen in, elektrischen und
magnetischen, Feldern, werden die Schwingungen. im wesentlichen an Elektroden abgenommen.,
welche gleichzeitig zur Energiezuführung dienen. Wird also die erzeugte Schwingung
einem Schwingsystem zugeführt, so ist dies Schwingsystem leitend, mit mindestens
einer Energiezuführungsle tung verhunden, und zwar so, daß der zugeführte Gleichstrom
den Weg über das. Schwingsystem nehmen muß, wenn er nicht durch eine elektrische
Weiche davon getrennt ist. Die Einrichtung einer elektrischen Weiche hat insbesondere
für Ultrakurzwellen; mancherlei Nachteile. Außerdem ist die metallische Verbindung
mit der Energiequelle stets mindestens eine kapazitive Belastung, welche die Eigenfrequenz
nach oben begrenzt.
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Die Erfindung ermöglicht es, das Schwingsystem metallisch von der
Energiezuführumgsleitung vollkommen zu trennen, so da,ß es beispielsweise möglich
wird, nichtmetallische Schwingungskreise mit Hilfe eines: solchen Oszillators direkt
anzustoßen.
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Erfindungsgemäß ist die Anordnung so getroffen, daß in einem Elektronenwanderungen
erzeugenden
System, z. B. bestehend, aus Kathode und Anode, mindestens,
ein Elektrod.enpaar Vorgesehen, ist, dessen: Einzelelektruden über einen Serienschwingkreis
miteinander verbunden sind und zu dem System unter Berücksichtigung der Systemkonstanten,
wie beispielsweise Anodenspannung und, elektromagnetische Feldstärke, so, angeordnet
sind, daß die Zeit, die. ein Elektron. braucht, um vorm einer Elektrode des Elektrodenpaares
zur anderen zu gelangen:, in einem ganzzahligen Verhältnis zu der Schwingungsdauer
des angeschlossenen Schwingkreises steht. Sowohl bei der Erzeugung von Schwingungen
als auch bei der Steuerung von Strömungen durch solche Schwingungen:, insbesondere
aber im ersteren Fall, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein elektromagnetisches,
insbesondere konstantes Feld vorgesehen, dessen Feldlinien im wesentlichen senkrecht
zu der Ebene gerichtet sind, in welcher sich die Elektroneu bewegen:. Ein derartiges
magnetisches Feld wirkt auf die wandernden Elektronen in der Weise ein:, daß diese
bestrebt sind, die Anode in Kreisbahnen zu umwandern. Unter dem Ein,fluß der von.
der Anode dauernd ausgeübten Anziehungskraft wird, diese Kreisbahn der Elektronen,
-welche an den beiden: Elektroden, des genannten Elektrodenpaares vorbeiführt, zu
einer Spirale verformt, deren Mittelpunkt die Anode ist. Je nach der Stärke des
Magnetfeldes, der Anodenspannurig, den Kathodenverhältnissen und. der räumlichen:
Zueinan:derordn:uug der Elemente in Verbindung mit dem angeschlossenen Schwingungskreis
führt nun jedes. Elektron eine oder mehrere Umkreisungen der Anode aus, bevor es
zur Anode selbst gelangt. Man kann nun zur Erzeugung von Schwingungen einen Schwingungskreis,
beispielsweise bestehend, aus einer Selbstinduktion und einer Kapazität, an die
beiden Elektroden des Elektrodenpaaxes: anschließen. Bei jedem Vorbeiwandern eines
Elektrons an einer der beiden Elektroden: des Elektrod.enpaares wird eine Influenzladung
auf der Elektrode erzeugt, so, daß der Schwingungskreis angestoßen wird. - Passiert
nun das, betreffende Elektron die andere Elektrode. des Elektrodenpa:ares in einem
solchen Zeitabstand, daß der dadurch erzeugte Influenzimpuls im gleichen Sinne,
anstoßend auf den Schwingungskreis wirkt wie der erste Impuls, so wird die erzeugte
Schwingung aufrechterhalten. Der Schwingungskreis wirkt nun: seinerseits auf die
genannten! Elektroden zurück in der Weise, d.aß diese wiederum die Elektronenwanderung
beeinflussen. Es gelingt auf diese Weise, Resonanzerscheinungen zu erzielen, welche
eine Aufschaukelung der Schwingungen: und die Erzeugung erheblicher Schwingungsenergie
gestatten. Die Elektronen ihrerseits werden durch die den genannten Elektroden:
überlagerten Wechselspannungen verzögert, wodurch: die Energie dem System entnommen
wird..
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ZZ-#veeks- Steuerung von elektrischen Strömen. wird gemäß einem weiteren.
Merkmal der Erfindung der von dem modulierten Hochfrequenzstrom durchflossene Schwingungskreis
an das Elektrodenpaar angeschlossen, während das Wiedergabegerät im Anodenkreis
liegt. Auch hier erhält man sinngemäß in gleicher bzw. umgekehrter Weise eine Rückwirkung
der Elektroden des Elektrodenpaares auf den Anodenstrom in der Weise, daß dem Schwingungskreis
Energie entnommen wird.
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Statt eines einzigen Elektrodenpaares können gegebenenfalls auch mehrere
voneinander unabhängige oder miteinander verkoppelte Elektrodenpaare vorgesehen
sein. je nasch dem Abstand. der zueinander gehörigen Elektroden des Elektrodenpa,ares
bzw. deren Verkoppelung untereinander ergibt sich die Schsvingungsdaner des Systems,
auf welche der angeschlossene Schwingungskreis ab.-zustimmen ist. Das Schwingsystem
seinerseits kann insbesondere durch Änderung der Stärke des Magnetfeldes in seiner
Schwingungsd uer abgestimmt werden. Die vorerwähnten. Elektroden, des oder der Elektrodenpaaxe
können entweder innerhalb, des Entladungsgefäßes oder aber außerhalb desselben angeordnet
sein. Im letzteren Fall ist durch geeignete Maßnahmen dafür zu sorgen, daß unerwünschte
Aufladungen der Wandungen des Entladungsgefäßes verhindert bzw. unschädlich gemacht
werden. -Das erfin:dungsgernäße Elektrodensteuerungssystem bietet in: vielen Fällen
erhebliche Vorteile gegenüber den bisherigen. Elektrod.ensteuerungssys.temen. Insbesondere
bestehlt die Möglichkeit, ohne galvanische oder metallische Verbindung zwischen
Energiequelle und Schwingungssystem Energie in, den Schwingkreis oder von dem Schwingkreis
zu übertragen, wobei insbesondere Influenzerscheinungen. eine Rolle spielen.
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Das, erfindungsgemäße System eignet sich besonders für Ultrakurzwellen,
beispielsweiseWellenlänge vom. 5o bis $o cm, kann jedoch auch für andere Zwecke
mit Vorteil Anwendung finden.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand einiger Schaltbilder
beispielsweise und. rein schematisch dargestellt. Es bedeutet Fig. i perspektivisches
Schema eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems, Fig. 2 schematische Darstellung
eines Entladungsgefäßes für das erfindungsgemäße: Steuerungssystem mit innenliegenden
Influenzelektroden, Fig. 3 Anordnung gemäß Fig. 2, jedoch mit außenliegenden; Influenzelektroden,
Fig. .4 Schaltbild des Steuerungssystems für Verwendung als Empfänger.
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Gemäß F'ig. i und a werden in einer Kathode K Elektronen, ausgesandt,
die entlang der in Fig. i dargestellten Spirallinie an: den Influenzelektrod.en
El und. E2 vorbeiwaudern und. zu. der stabförmigen Anode A gelangen. Senkrecht zu
der Ebene, in welcher sich die- Elektronen bewegen" sind zwei Pole: N, S eines konstanten
Magnetfeldes vorgesehen, dessen Feldlinien sich zwischen den PolenN und S, also
in -Richtung der sta;bförmigen Anode, erstrecken. Dieses Magnetfeld kann durch Permanentmagnete
erzeugt werden:. Vorzugsweise wird jedoch ein Elektromagnet verwendet, und zwar
in der Weise, daß die Metallmassen des
Magneten möglichst wenig
das ganze System kapazitiv beeinflussen. An die beiden Influenzelektroden Ei und
E2 ist ein Schwingkreis, bestehend aus der Selbstinduktion L und der Kapazität C,
angeschlossen.. Zwischen Anode A und Kathode K liegt die-Anodenspannung.
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Man hat sich nun den Vorgang offenbar, so vorzustellen, daß die von
der Kathode K ausgehenden Elektronen, die an sich infolge der Stabform der Anode
zum größten Teil an dieser seitlich vorbeifliegen würden, unter Wirkung des Magnetfeldes
N, S eine kreislinienartige Bahn beschreiben, und dabei sich infolge der fortdauernden
An -zieh,ungskraft der Anode A in Spiralbahnen. dieser allmählich nähern. Das erste:
ausgesandte Elektron bzw. der erste von der Kathode ausgesandte Elektronenschwarm
ruft nun bei seinem Vorbeiwandern an der Elektrode Ei in. dieser in an sich bekannter
Weise eine Inffluenzla;dung hervor, die sich, dem Schwingkreis L, C im Sinne einer
Anstoßung des Schwingkreises mitteilt. Der Elektronenschwarm gelangt nun auf seiner
Bahn kurze Zeit darauf zu der Influen:zelektrode E2 und erzeugt auf dieser die gleiche
Inflluenzlad.ung wie: vorher auf der Elektrode Ei. Wird nun die Anordnung so gewählt,
daß die Zeit, welche das Elektron braucht, um von der Elektrode Ei zu der Elektrode
E2 zu gelangen, in einem ganzzahligen Verhältnis zu der Schwingungsdauer des Kreises
L, C steht, so wird durch die zweite Influenzwirkung bei E2 der Schwingungskreis
L, C nochmals angestoßen. Offenbar wirkt nun der Schwingungskreis L, C seinerseits,
nach,-dem er einmal angestoßen ist, in, der Weise auf die Wanderung der Elektronen
zurück, da:ß diese immer gerade: dann, sich der betreffenden Elektrode Ei bzw. E2
nähern, wenn diese die entgegengesetzte Ladung besitzt. In diesem Augenblick wird
die Ladung auf der betreffenden, Elektrode durch Influenzwirkung erhöht, während
in dem Augenblick, wo die: betreffende Elektrode in der gleichen Weise polarisiert
ist wie der vorbeiwandernde Elektronenschwarm, sie diesen abstößt und damit eine
Influen@zwirkung kaum eintritt:. Auf alle Fälle: erzielt man, wie die Versuche ergeben
haben, eine erhebliche Leistungsübertragung von dem System K, A auf den. Schwingungskreis
L, C, ohne daß irgendeine metallische Verbindung zwischen K, A Bund Ei, E2
besteht.
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Die: Anordnung nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Anordnung
nach Fig. a, jedoch sind die Elektroden Ei und E2 in diesem Fall außerhalb des Entladungsgefäßes
angeordnet. Eine solche Anordnung außerhalb des Entladungsgefäßes kann in verschiedenen
Fällen. Vorteile bieten.
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Fig. q. zeigt das gleiche Elektronen.steuersystem bei seiner Verwendung
als Empfänger. In diesem Fall ist der hochfrequente. Schwingungskreis L, C, der
beispielsweise induktiv an die Antenne oder den Eingangskreis angekoppelt ist, mit
den Elektroden Ei und E2 verbunden, während das Wiedergabegerät T im Anodenkreis
liegt. In diesem Fall hat man sich offenbar die Wirkung so vorzustellen., daß die
von der Kathode ausgehenden. Elektronen je nach der augenblicklichen Polarität der-
Elektroden El und E2 gebremst oder beschleunigt werden,, in, der Weise; daß sich
die, Modulation des hochfrequenten Trägerstromes in dem, Anodenstrom abbildet und
durch das Wiedergabegerät T wiedergegeben wird. Da der Anodenstrom nur von der Kathode
zur Anode: fließt, wird gleichzeitig eine Gleichrichterwirkung erzielt: Auch hier
m:uß die Bedingung erfüllt sein, daß die Schwingungsdauer des Schwingkreises L,
C in. einem ganzzahligen Verhältnis zu der Zeit steht, welche die Elektronen für,
ihre: Wanderung von, Ei mach, E2 benötigen. In erster Linie: wird das ganzzahlige
Verhältnis i in Frage kommen, bei welchem also Schwingungsdauer und Wanderungszeit
der Elektronen, einander gleich sind. Das Magnetfeld N, S spielt bei der Verwendung
als Empfänger, schein, -bar nicht eine so große Rolle wie bei der Verwemr dung als
Schwingungserzeuger und kann gegebenenfalls ganz fortfallen. , In gewissen, Fällen
kann auch bei bewußtem Verzicht auf eine galvanische: Trennung zwischen Energiequelle
und Schwingsystem an Stelle eines Elektrodenpaares nur eine Influenzelektrode oder
eine ungerade Anzahl von solchen Influenzelektroden Anwendung finden, welche den
einen Pol des Schwingsystems bildet, während der andere Pol geerdet ist. In diesem
Fall ist sinngemäß wie bei paarweiser Anordnung der Elektroden dafür, zu sorgen,
daß ein ganzzahliges Verhältnis der Schwingungszeit und der Zeit besteht, während
welcher ein Elektron, einen Umlauf um, die Anode vollführt und wieder zu der betreffenden
Einzelelektrode zurückgelangt.