DE917382C

DE917382C - Magnetfeldroehre zur Erzeugung kurzer, insbesondere ultrakurzer elektrischer Wellen

Info

Publication number: DE917382C
Application number: DES14903D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Haehnle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-10-27
Filing date: 1940-10-27
Publication date: 1954-09-02

Description

Magnetfeldröhre zur Erzeugung kurzer, insbesondere ultrakurzer elektrischer Wellen Die Erfindung betrifft eine elektrische Magnetfeldröhre zur Erzeugung ultrakurzer Schwingungen. Das Elektrodensystem der Röhre nach der Erfindung besteht aus einer Elektronenquelle (Glühkathode), einer diese umschließenden zylindrischen Außenelektrode und einer zwischen dieser und der Kathode angebrachten zylindrischen Elektrode aus Blech- oder ähnlichen Streifen, die im wesentlichen in Richtung der Zylindererzeugenden verlaufen, zum Zylindermantel schräg gestellt und gekrümmt sind. Zwischen dieser Elektrode und der Glühkathode ist vorzugsweise eine gitterförmige Beschleunigungselektrode angeordnet.
Die Elektrodenanordnung der Röhre nach der Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt. In dieser bedeutet i die Kathode, 2 die zylindrische Gitterelektrode, die zur Beschleunigung der von der Kathode i ausgehenden Elektronen dient, 3 die aus den. Blechschaufeln bestehende Elektrode (Schaufelelektrode), q. die Außenelektrode. Im Betriebe haben die drei Elektroden 2, 3 und q. positive Spannungen gegenüber der Kathode i. In der Achsenrichtung oder wenigstens annähernd in dieser wirkt ein magnetisches Feld. Die Elektroden 1, 2 und q. sind wechselstrommäßig (kapazitiv) miteinander verbunden.
Ein solches Elektrodensystem ist bei Wahl geeigneter Betriebsbedingungen imstande, elektrische Schwingungsenergie an einen Außenkreis abzugeben, d. h. sich selbst zu erregen. Dies läßt sich am besten zeigen, wenn man davon ausgeht, daß die Elektroden 2, 3 und 4 zunächst etwa dasselbe Gleichpotential gegen die Kathode, z. B. von 2ooo V, haben sollen.
Der Vorgang ist dann folgender: Die von der Kathode i ausgehenden Elektronen werden zwischen der Kathode i und der positiven Elektrode 2 beschleunigt und bewegen sich auf einer Zykloidenbahn, die infolge des kleinen Abstandes zwischen i und 2 nur wenig von einem Kreis verschieden ist. Der Raum zwischen dem Gitter 2 und der Elektrode 3 ist feldfrei, so daß in diesem Raum die Elektronenbahnen genau kreisförmig sind. Wenn die Schaufeln der Elektrode 3 Kreiszylinder sind, die mit den Kreisen der Elektronenbahnen genau übereinstimmen, so fliegen die Elektronen bei 5 nahezu vollzählig durch die Schaufelelektrode 3 hindurch, fliegen an der Außenelektrode 4 vorbei und treffen an der Stelle 6 in einem steilen Winkel wieder auf das Schaufelrad auf und werden vollzählig vom Schaufelrad eingefangen.
Will man nun mit einem solchen Elektrodensystem kurze Wellen erzeugen, so muß man die Gleichspannung von 3 und 4 kleiner wählen, d. h. so, daß der Bahnhalbmesser kleiner wird und die Elektronen bei der vorgegebenen Krümmung der Schaufeln und Beschleunigungsspannung an der Elektrode 2 nicht mehr vollzählig durch die Schaufelelektrode hindurchfliegen, sondern vielmehr etwa die Hälfte der Elektronen an den konvexen Seiten der Schaufeln bei 5 kurz nach ihrem Eintritt in die Zwischenräume der Schaufeln von diesen aufgefangen werden. Der übrige Teil der Elektronen fliegt durch die Schaufelelektrode hindurch und trifft nach dem Vorbeifliegen an der Außenelektrode und vollständiger Richtungsumkehr auf die Schaufeln der Elektrode 3. Ein Teil der Elektronen legt somit kurze, der übrige Teil etwa um die Hälfte längere Wege zurück. Die Zeit für den Weg der Elektronen von 5 nach 6 ist gleich der halben Periodendauer der zu erzeugenden Schwingungen zu wählen. Wenn der Weg von 5 nach 6 z. B. genau ein Halbkreis ist, dann ist die Frequenz gleich der sogenannten Rollkreisfrequenz und die Wellenlänge @o in cm: Es sei nun der Vorgang bei Anlegen einer Wechselspannung an die Schaufelelektrode betrachtet. Wenn die Schaufelelektrode positiv ist, so fliegen mehr Elektronen durch sie hindurch als im Zeitpunkt des Nulldurchganges des Wechselstromes, da die feste Gleichspannung der Schaufelelektrode ja kleiner gewählt ist, als die Spannung, bei der alle Elektronen durch die Schaufelelektrode hindurchgehen. Diese Elektronen treten gerade eine halbe Periode später von außen wieder in die Elektrode 3 ein, also zu einem Zeitpunkt, in dem diese gerade negativ ist. Außerdem beenden aber bei negativer Schaufelelektrode auf dieser auch mehr von den unmittelbar von der Kathode kommenden Elektronen ihre Bahn als im Nulldurchgangspunkt der Wechselspannung. Ist der in die Schaufelelektrode eintretende Elektronenstrom konstant und werden bei positiver Schaufelelektrode eine Zahl von a Elektronen mehr durch sie hindurchgelassen (an der Stelle 5) als beim Nulldurchgang der Wechselspannung, so beenden bei positiver Schaufelelektrode a Elektronen weniger als beim Nulldurchgang, bei negativer Schaufelelektrode 2 a Elektronen mehr als beim Nulldurchgang der Wechselspannung ihre Bahnen auf der Schaufelelektrode 3. Der Strom, den diese Elektrode aufnimmt, wird also am größten gerade zu dem Zeitpunkt, zu dem die Wechselspannung an der Elektrode 3 ihr negatives Maximum erreicht. Dies entspricht aber einer Leistungsabgabe nach außen an einen zwischen die Elektrode 3 und beispielsweise die, Kathode i geschalteten Schwingkreis.
Der Vorteil der neuen Magnetfeldröhre nach der Erfindung besteht darin, daß man bei sehr hohen Frequenzen (bei der Rollkreisfrequenz) einen hohen Wirkungsgrad erreicht, zum Unterschied von den bekannten Magnetronröhren, die bei hohen Frequenzen, insbesondere bei der Rollkreisfrequenz, einen niedrigen Wirkungsgrad haben. Für eine vorgegebene Wellenlänge braucht man also bei einer Magnetfeldröhre nach der Erfindung ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft, durch die sich die neue Röhre auszeichnet, besteht darin, daß eine Rückheizung der Kathode durch zurückfliegende Elektronen im wesentlichen wegfällt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Magnetfeldröhre zur Erzeugung kurzer, insbesondere ultrakurzer elektrischer Wellen, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise von einem Beschleunigungsgitter umgebene Kathode, eine diese umschließende zylindrische Außenelektrode und eine zwischen der Kathode bzw. Beschleunigungselektrode und der Außenelektrode angeordnete zylindrische Elektrode (3) aus Blech- oder ähnlichen Streifen (Schaufelelektrode), die im wesentlichen in Richtung der Zylindererzeugenden verlaufen, zum Zylindermantel schräg gestellt und vorzugsweise gekrümmt sind.
2. Magnetfeldröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln der zylindrischen Elektrode (3) Teile von Kreiszylindermänteln bilden.
3. Schaltungsanordnung für eine Röhre nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode, die Schaufelelektrode sowie die Außenelektrode positive Vorspannungen gegenüber der Kathode erhalten,- daß die Beschleunigungselektrode eine höhere Vorspannung als die übrigen Elektroden erhält und daß die Richtung des Magnetfeldes so gewählt ist, daß die Krümmung der Elektronenbahnen und die Krümmung der Schaufelelektrode gleichsinnig sind.
4. Schaltungsanordnung für eine Röhrenach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungen an den Elektroden sowie die Stellung und Krümmung der Schaufeln der Schaufelelektrode (3) so gewählt sind, daß beim Nulldurchgang der Wechselspannung an der Schaufelelektrode ein Teil, vorzugsweise die Hälfte der von der Kathode bzw. Beschleunigungselektrode kommenden Elektronen von der Schaufelelektrode (3) aufgefangen wird.
5. Röhre nach Anspruch r bzw. a, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schaufeln der Elektrode (3) nur einen kleinen Teil der Bahn der Elektronen von ihrem Durchtritt durch die Schaufelelektrode bis zu ihrem Wiedereintritt in diese nach Durchlaufen des Raumes zwischen Schaufelelektrode (3) und Außenelektrode beträgt. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 82o o65; deutsche Patentschrift Nr. 639 938.