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Elektrische Entladungsröhre Zusatz zum Patent 908 743 Die Erfindung
betrifft elektrische Entladungsröhren zur Ausübung eines Verfahrens gemäß Patent
9o8 743. Die erfindungsgemäßen Entladungsröhren sind insbesondere zum Verstärken,
Empfangen, Erzeugen oder Gleichrichten von elektrischen Schwingungen, deren Wellenlänge
in der Größenordnung von i m hiss 5 cm und geringer liegt, bestimmt.
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Da in der Beschreibung verschiedene Ausdrücke häufig angewendet worden,
isst es zweckmäßig, diese Ausdrücke zunächst näher zu erläutern..
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Unter Elektroneastrom wird allgemein ein Strom bewegter Elektronen,
wie z. B. ein Elektronenstrahl in einem evakuierten oder gasgefüllten Entladungsgefäß,
verstanden. Die folgenden Ausführungen sind jedoch nicht auf Elektronenströme beschränkt,
sondern lassen sich mit sinngemäßen Änderungen auch auf Ströme anderer Ladungsträger,
beispieil3-weise Ionen, übertragen.
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Unter Modulatibn eines Elektronenstromes ist die Erzeugung von Unregelmäßigkeiten
durch eine Steuereinrichtung zu verstehen.. Ein modulierter Elektronenstrahl #st
also ein Strahl, in dem zu jeder gegebenen Zeit systematische Unregelmäßigkeiten
der Elektronengeschwindigkeit oder der Ladungsdichte von Punkt zu Punkt des Strahles
bestehen.
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Unter Modulation, der Raumladungsdichte eines Elektronenstromes ist
die Erzeugung von Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der Ladungen
in
einem derartigen Strom durch eine Steuervorrichtung zu verstehen. Ein in :sein.er
Dichte modulierter Elektronenstrahl ist demnach einStrahl, in dem zu jeder gegebenen
Zeit sich die Elektronendichte, von Punkt zu Punkt entlang des. Elektronenstrahleis
gemäß einem Modulationsschema ändert.
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Unter Geschwindigkeitsmodulation ist die Erzeugung von Unregelmäßigkeiten
in der Geschwindigkeit der Ladungsträger durch eine! Steuervorrichtung zu verstehen.
Ein. in seiner Geschwindigkeit modulierter Elektronenstrom ist also ein Strahl,
in dem zu jeder gegebenen Zeit dien Elektronen verschiedene Geschwindigkeiten in
Übereinstimmung mit einem bestimmten Modula.tionsschema, besitzen.
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Rein quantitativ kann jede Modulationsart durch das Verhältnis der
maximalen Abweichung der modulierten Menge von ihrem Durchschnittswert zu diesem
Durchschnittswert gemessen: werden. Bei einem in seiner Ladungsdichte modulierten
Elektronenstrahl, -in dem die Elektronendichte längs der Strahlachse zwischen Null
und dem doppelten Wert der Durchschnittsdichte variiert, beträgt also die Dichtemodulation
ioo olo,.
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Bei den. üblichen Elektronenröhren ist die: Steuerelektrode meist
so; gebaut und angeordnet, daß durch sie die Elektronenemission der Kathode in dem
oben beschriebenen Sinn eine Dichtemo@dulation erfährt. Es läßt sich zeigen, daß
diese durch das Gitter bewirkten Elektroneinstromänderungen einen entsprechend schwankenden.
Strom im Gitterkreis hervorrufen. Unter gewöhnlichen Bedingungen und bei niedrigen
Frequenzen der Steuerspannung ist dieser durch dem Gitter sich nähernde oder sieh
von ihm entfernende Ladungsträger induzierte Strom verhältnismäßig klein und ungefähr
um 9o° 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 mi't der reziproken Frequenz dieser
Schwingung (Il f) vergleichbar wird, wächst nicht nur der induzierte Strom,
sondern er kommt auch mehr und mehr in Phase mit der Steuerspannung. Diese beiden
Effekte zusammen bewirken eine Veränderung des scheinbaren Nebenschlußwiderstandes
des' Gitterkreises mit der zweiten Potenz der Steuerfrequenz, jedoch in dem dazu
entgegengesetzten Sinn. Aus diesem Grunde sind bei Entladungsgefäßen mit der üblichen
Gittersteuerung beim Arbeiten. mit sehr hohen Frequenzen die @Tebenschlußimpedanz
des Gitters so niedrig und der Leistungsverlust durch den Steuerkreis so groß, daß
diese, Entladungsgefäße hei .sehr hohen Frequenzen unvorteilhaft sind.
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Im Hauptpatent wurde zur Vermeidung der obenerwähnten. Schwierigkeiten
und Nachteile bei Entladungsröhren ein Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren,
bei denen ein Elektronenstrahl durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer)
in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, in der Weise vorgeschlagen, daß die dem
Elektronenstrahl inncrhalb der Steuereinrichtung aufgedrückte Geschwindigkeitsmodulation
erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation
umgewandelt wird. Des weiteren sind im Hauptpatent Einrichtungen zur Ausübung dieses
Verfahrens angegeben, bei denen die Auskopplung der erzeugten., verstärkten, empfangenen
oder gleichgerichteten Hochfrequenzenergie entweder aus der Steuereinrichtung selbst
oder aus einer besonderen. Auskoppelvorrichtung erfolgt.
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Zweck der Erfindung ist die vorteilhafte Ausbildung der Steuereinrichtung
b:zw. auch der Auskoppelvorriehtung von elektrischen Entladungsröhren für diel Ausübung
eines Verfahrens nach dem Hauptpatent und wie sie beispielsweise im Hauptpatent
angegeben sind.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Steuereinrichtung und gegebenenfalls
auch die Auskoppelvorrichtung als in Resonanz befindliche Hochfrequenzleitung auszubilden.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert: Beim Arbeiten mit Ultrakurzwellenanordnungen entstehen beträchtliche
Schwierigkeiten beim Übertragen der Energie, von kurzen Wellen. von einem Antennensystem
zu einer Steuergitteranordnung oder umgekehrt von einer Ausgangselektrode zu einer
Antenne oder einer anderen Ene:rgieumformungsanordnung. Dfe Erfindung ist nun darauf
gerichtet, die Übertragung sehr zu erleichtern. Nach der Erfindung wird dieses durch
die, Verwendung einer in Resonanz befindlichen. Zuleitung erzielt, deren einzelne
Leitungen physikalisch und elektrisch mit den Elektrodenelementen des Entladungsgefäßes
verbunden sind, von dem oder zu dem Energie übertragen werden soll.
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In der Abt. i ist teilweise im Schnitt eine Kurzwellenröhre nach dar
Erfindung dargestellt. Abb. i a ist ein. Oueirschnitt durch einen Teil der A11.
i. In den ebb,. 2, 3 und q. si'n.d Teile von anderen Ausführungsbeispielen nach
der Erfindung dargestellt: Die in Abb. 5 dargestellte Röhre dient für Empfangszwecke,
während die, in Ab:b.6 dargestellte Röhre als Verstärker verwendet wird.
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Die in der Zeichnung beispielsweise angegebenen Spannungen für die
verschiedenen Elektroden kömien selbstverständlich innerhalb, weiter Grenzen geändert
werden.; es können sogar die, Größenordnungen innerhalb weiter Grenzen geändert
werden.
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In Ab:h. i ist eine Entladungsröhre dargestellt. «-elche aus einem
vakuumdicht verschmolzenen Glasgefäß io besteht. Diese Entladungsröhre endet an
einer Seite an der Quetschstelle i i und an der anderen Seite an einem Quetschfuß
12. Innerhalb der Entladungsröhre ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Elektronenstrahles
von nahezu konstanter Durchschnittsi'.ntensität und -geschw indigkeit vorgesehen.
Diese Anordnung besteht aus der soge@na:nnten elektrischen Kanone. Die dort dargestellte
Anordnung ist nur ein Ausführungsbeispiel von. den vielen Ausführungsmöglichkeiten.
Bei der Anordnung besteht die Elektronenquelle
aus einem Heizdraht
15 und einem Elektronen emittierenden Kathodenkörper 16. Die Kathode als Ganzes
ist von einer fokussierenden Elektrode unter Zwischenfügung von Isoliermaisse- i9
sowie von einem zweiten zylinderförmigen Teil 20 umgeben.
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Der Heizdrahi 15 wird durch eine geeignete Energiequelle, beispielsweise
durch eine Batterie 22, gespeist, welche durch geeignete Zuleitungen 23 mit dem
Heizdraht verbunden ist. Die fokussierende Elektrode 18 liegt an Kathodenspannung
oder ist schwach negativ oder positiv gegen die Kathode vorgespannt, um die emittierten
Elektronen zu einem Strahl von im allgemeinen zylindrischer Begrenzung zu konzentrieren.
Dieser Strahl erhält durch Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen Kathode und
einem transverisal sich erstreckenden zylindrischen Leiter 25 die gewünschte Geschwindigkeit.
Der Teil 25 ist an dem Teil 2o befestigt und wird durch die Zuleitung 28 mit der
Spannung gespeist. Die Größe der zu verwendenden Spannung wird innerhalb weiter
Grenzen je- nach den Betriebsbedingungen variieren. Beispielsweise hat sie die Größenordnung
von 200 blis 400 V. Zur Speisung wird eine Batterie 27 verwendet, welche zwischen
Kathode und Zuleitung 28 liegt.
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Der röhrenförmige Leiter #.:5 ist mit in einer Linie liegenden Öffnungen
29 versehen, durch die der Elektronenstrom fließt. Dieser T#üil 25 hat zwei Funktionen
zu erfüllen. Zunächst wird seine Wirkung als Elektrode erläutert. Als Elektrode
begrenzt er einen Modula,tionsra,um. dessen Eingangs-und Ausgangsbegrenzungen an
einer festen Spannung zueinander liegen. Bei den in der Abbildung dargestellten
Verbindungen können diese Begrenzungen auch auf ein bestimmtes Potential gegen Erde
gelegt werden.
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Innerhalb des Modulationsraumes ist konzentrisch ein anderer Leiter
3o angeordnet, welcher eine Öffnung 31 besitzt, die in einer Linie mit den Öffnungen
29 liegt. Das ob"@re- Ende des Leiters 30, welcheir ebenfalls eine Funktion als
Elektrode ausübt, ist von dem Leiter 25 elektrisch getrennt und kann an einer variablen
Spannung liegen.
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Die Spannung an der inneren Elektrode, d. h. das obere Ende des Leiters
30, wird derart verändert, daß sie abwechselnd über dieienige des äußeren Elementes,
d. h. das obere Ende des Leiters 25, steigt bzw. darunter fällt. Wenn dieses in
einem solchen Betrag erfolgt, da,ß die Laufzeit des Elektrons durch die Öffnung
31 einer halben Periode oder einer ungeraden Anzahl von hallen Perioden der Spannungsänderungen
entspricht, wird die Geschwindigkeit jedes einzelnen Elektrons in ähnlicher Weise
beinflußt, wenn ein derartiges Elektron in die innere Elektrode eintritt bzw. aus
derselben austritt, d. h. ein Elektron, welches beschleunigt wird, wenn es in die
Llel;tre@de 30 eintritt, wird, wenn seine Laufzeit durch die Elektrode, geeignet
gewählt ist, abermals 1;.eschleunigt, wenn es sich von der Elektrode entfernt, nachdem
es die Öffnung 31 verlassen hat. Da die Elektronenlaufzeit von der Durchschnittsgeschwindigkeit
des Strahles abhängig ist, kann sie durch Veränderung der Beschleunigungsspannungen,
denen der Strahl unterworfen ist, beeinflußt werden. Selbstverständlich kann unter
den obengenannten Bedingungen ein Elektron, welches sich der Elektrode in einem
Augenblick nähert, in dem eis durch das Feld verzögert wird, bei dem Verlassen der
Elektrode nochma,ls verzögert werden. Dieses beruht auf der Spannungsumkehrung,
welche während der Laufzeit des Elektrons durch den elektrostatisch abgeschirmten
Teil innerhalb der Elektrode erfolgt.
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Wenn die Bedingungen für die. Elektronen-Laufzeit erfüllt sind, wird
ein Elektronenstrahl, welcher durch den Modula,tionsra,um fließt, in. seiner Geschwindigkeit
moduliert, und zwar in Ab.-hängigkeit von der Amplitudenänderung der Spannung, welche
an die innere Elektrode angelegt ist. Das heißt, längs des Elektronenstrahles werden
von Punkt zu Punkt bestimmte Änderungen der Elektronengeschwindigkeit eintreten.
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Falls die! Räume zwischen den Leitern 25 und 3o klein sind, wird die,
hervorgebrachte Geschwindigkeitsmodulation unwirksam sein, um wirkliche, Veränderungen
der Ladungsdichte innerhalb des Modulationsraumes zu bewirken. Das heißt, es werden
nur kleine Umgruppierungen von beschleunigten und verzögerten Elektronen in der
Nähe dieser Elektroden erfolgen. Da die! Geschwindigkeitsvariationen. selbst nur
von relativ kleiner Größenordnung sind, ist der in dem Steuerkreis, d. h. in den
Steuerkreiselementen, welche mit den Elektroden 25 und 30 verbunden sind,
als Folge der Ungleichheit der Ladungen, welche sich einer derartigen Elektrode
nähern bzw. sich von dieser entfernen, induzierte Strom im wesentlichen zu vernachlässigen.
Folglich wird der Leistungsverlust in dem Steuerkreis äußerst gering sein.
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Im folgenden werden die Vorrichtungen beschrieben, durch die die gewünschten
Spannungsänderungen an der inneren Elektrode hervorgebracht werden, sowie das Verfahren,
nach dem die relativ geringen Geschwindigkeitsänderungen, welche in dem Modulationisraum
erzeugt werden; in Änderungen der Raumladungsdichte von geeigneter Größenordnung
umgeformt «erden.
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In Ahb. i ist an der rechten Seite des Modula,tionsraumes eine Zusatzelektrode
35 vorgesehen, welche den, Elektronenstrahl auffängt. Ein Hohlzylinder 3q., welcher
elektrisch mit dem Leiter 25 verbunden ist, dient dazu, den Strahl abzuschirmen
und ihn gegen diese Elektrode hin zu lenken.
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Durch eine Batterien 36 wird die Elektrode' 35 mit niedriger Spannung
gespeist; beispielsweise wenige Volt negativer oder positiver als die Kathode 16,
so daß die Elektrode 35 den ganzen oder einen Teil des sich nähernden Elektronenstrahls
ablenken bzw. reflektieren wird. In jedem Fall, wie, es schon bei den im Hauptpatent
vorgeschlagenen Einrichtungen beschrieben ist, wird die abgelenkte Komponente einer
Modulation der Ra.umladedichte in einem Betrage unterworfen, welcher abhängig ist,
jedoch von. einer höheren Größenordnung, von der Geschwindigkeitsmodulation, welche
dem Strahl in dem Modulationsraum
aufgedrückt wird. Das heißt,
die verhältnismäßig geringen Geschwindigkeitsänderungen, welche der Strahl besitzt,
wenn er sich der Elektrode' 35 nähert, werden in weit größere Änderungen der Raumladedichte
in dem abgelenkten Teil des Strahles umgeformt.
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Bei Sendebetrieb wird die Strahlkomponente, welche stark in ihrer
Raumladedichte moduliert ist, direkt in den Modulationsraum geleitet, d. h. der
Raum innerhalb des Leiters- 25, in den der Strahl durch eine der öffnungen 29 eintritt.
Dort bewirkt das Sichnähern bzw. Ablenken, des Strahles von der inneren Elektrode
30 Schwingungen in dem Stromkreis, an den die Elektrode gekoppelt ist. Wenn die
verschiedenen. Teile des Schwingungssystems genau abgestimmt sind, können diese
Schwingungen eine solche, Frequenz und Phase besitzen, daß das ganze System selbst
weiterschwingt.
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Für den praktischen Betrieb der Anordnungen müssen verschiedene Anordnungen
vorgesehen werden, um die erzeugte Schwingungsenergie, zu verbrauchen bzw. zu entnehmen.
Bei denn dargestellten Ausführungsbespiel besteht diese Anordnung aus einer Antenne
38, welche, mit dem Leiter 30 ungefähr an seinem unteren Ende verbunden ist.
Vorzugsweise hat diese Antenne eine Länge, welche, einer ungeraden Anzahl von Vierte:lwellenl
ngen der Frequenz entspricht, bei der das System betrieben wird. Die Antenne ist
von der äußeren. Elektrode 25 isoliert, um einen direkten Kontakt zu vermeiden.
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Um ohne große Verluste die Energie von den Elektroden zur Antenne
zu übertragen, ist eine konzentrische Zuleitung vorgesehen, welche aus zwei koaxialen
Leitern 25 und 3o besteht. Damit diese Zuleitung gleichzeitig zum Anpassen der verhältnismäßig
geringe Impedanz der Antenne an die sehr hohe Impedanz des Elektrodensystems dienen
kann, entspricht sie vorzugsweise einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen
und ist an ihrem unteren Ende durch einen leitenden Körper 39 geschlossen, welcher
elektrisch den inneren und äußeren Leiter verbindet. Das so gebildete Schwingungssystem
ist nun geeignet, eine stehende Welle mit einem Spannungsknoten an dem kurzgeschlossenen
Ende und einem Spannungsbauch an dem offenen Ende aufrechtzuerhalten.
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Als Folge dieser Impedanzanpassungseigenschaften dieser Zuleitung
wird also ein niedriger Strom von hoher Spannung an denn Elektrodenende in einen
starken Strom von niedriger Spannung an denn Antennenende umgeformt. Mit dieser
beschriebenen Anordnung kann eine stehende Welle, deren Spannungsbauch an dem äußersten
Ende liegt, an der Antenne aufrechterhalten werden.
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Damit die Energieumformung so wirksam wie möglich ist, ist eis wünschenswert,
daß die wirksame Länge der Zuleitung nahezu einer Viertel--,vellenlänge entspricht.
Trotzdem dieses erzielt werden kann, kann das System in der Resonanz nur dann erhalten
werden, wenn der Wellenwiderstand des Elektrodensystems,welches mit der Zuleiteng
gekoppelt ist, gleich dem Wellenwiderstand der Zuleitung selbst ist. Irgendein Abweichen
von dieser Bedingung wird eine Komplikation durch Verkürzen oder Verlängern der
Zuleitung erfordern, um die Resonanz aufrechtzuerhalten. Dadurch wird jedoch die
Wirksa,inkeit des Systems herabgesetzt. Nach der vorliegenden Erfindung wird die
Erfüllung dieser theoretisch idealen Bedingung wenigstens nahezu erreicht, indem
die Elektrodenelemente physikalisch und elektrisch mit den Zuleitungen, mit denen
sie verbunden sind, ein Ganzes bilden, d. h. wie z. B. in Abb. i dargestellt ist,
bestehen die Elektroden aus den oberen Enden der Leiter 25 und 30. Es sei hinzugefügt,
daß die Gesamtlänge des, Leiters 30 genau einer Viertelwellenlänge entspricht
und däß die öffnung 3 i so, dicht wie möglich an dem oberen Ende angeordnet ist.
Bei dieser Anordnung ist der Elektrodenwellenwiderstand notwendigerweise im wesentlichen
gleich demjenigen der Zuleitung.
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Die in Abb. i dargestellte Zuleitung kann selbstverständlich durch
andere Ausführungsformen ersetzt werden, wie sie beispielsweise in. den Abb. 2 und
3 dargestellt sind. In diesen Abb. 2 und 3 sind die entsprechenden Elemente ebenso
bezeichnet wie in der Abb. i. Die Anordnung in Abb. 2 unterscheidet sich von der
Abb. i nur dadurch, daß der mittlere Leiter 30' hohl ist. Diese Abänderung hat in
einem geringen Maße zwar seinen Einfluß auf die Konstante des Leitungssystems, jedoch
keineswegs auf das Betriebsverfahren. In, Abb. 3 ist die Zuleitung symmetriisch
zu einer Ebene, welche durch die Achse des Elektronenstrahls gezogen wird, angeordnet.
Die, Zuleitung besteht aus einem inneren Leiter 40, welcher symmetrisch innerhalb
eines zylindrischen äußeren Leiters 41 angeordnet ist. Die Leiter 40 und 41 besitzen
eine Länge, welche einer halben Wellenlänge der Frequenz, mit der die beschriebene
Anordnung betrieben werden so,11, .entspricht. Jedes Ende dieser Zuleitung endet
an einem kurzschließenden leitenden. Teil 42, und zwar an einem Punkt, welcher eine
Viertelwellenlänge von der Achse des Elektronenstrahls entfernt ist, d. h. von der
gemeinsamen Mittellinie der Öffnungen 44, durch die der Strahl fließt. In der Nähe
eines dieser kurzschließenden Teile ist eine Viertelwellenantenne 43 vorgesehen,
welche im wesentlichen der Antenne 38 :in Abb. i entspricht.
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In diesem Fall wird die konzentrische Zuleitung so ausgebildet, daß
eine stehende Welle mit Spannungsknoten an den äußersten. Enden. der Zuleitung und
einem Spannungsbauch in ihrer Mitte erhalten wird. Da die Zuleitung an jedem Ende
durch die Körper 42 verschlossen ist, ist sie frei von Randeffekten, welche notwendigerweise
bis zu einem gewissen Grade bei den. Anordnungen nach Abb. i und 2 auftreten. Im
übrigen ist der Betrieb der Anordnung ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispiielen.
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Dais Verfahren zur Kopplung der Antenne, an: die Zuleitung kann sich
ebenfalls von denjenigen, welche in Verbindung mit den Abb. i, 2 und 3 beschrieben
wurden, unterscheiden. Beispielsweise
ist. in Abb.4 eine Anordnung
dargestellt, bei der die Antenne eine einfache Verlängerung des inneren Leiters
der Zuleitung darstellt. In diesem Falle wie auch in den vorher beschriebenen Konstruktionen
sind die Zuleitung und die Antenne innerhalb des Entladungsgefäßes ro eingeschlossen.
Die Zuleitung besteht aus einem inneren. Leiter 45 und einem äußeren Leiter 46,
welche sich auf entgegengesetzten Seiten zur Achse des Elektronenstrahles erstrecken.
Eine Viertelwellenlänge entfernt von der Ele!ktronenstrahlachse ist eine Kurzschlußverbindung
47 zwischen, den beiden, Leitern 45, 46 vorgesehen. Es wird so eine stehende Welle
auf der Zuleitung aufrechterhalten, welche Spannungsknoten bei 47 und bei einem
Punkt x, welcher eine halbe Wellenlänge vom Punkt 47 entfernt ist, besitzt.
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Der hervortretende Teil 45', welcher die Antenne bildet, ist kapazitiv
zu der Zuleitung mittelis eines leitenden Teiles 48 gekoppelt, der sich von dem
äußeren Leiter 46 zu einem Gebiet in der Nähe des inneren Leiters erstreckt. Dieser
Teil ist vorzugsweise von dem Knotenpunkt x so weit entfernt, daß die, Impedanz
der Antenne derjenigen des Elektrodenisystems angepaßt ist. Eine geeignete Länge
für die Antenne ist eine Viertelwellenlänge, gerechnet vom Punkt der kapazitiven
Kopplung.
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In Abb. 5 ist ein, elektrisches Entladungsgefäß für Empfangszwecke
dargestellt. In diesem Fall besteht das Entladungsgefäß aus einem länglichen zylindrischen
Metallkolben 5o, welcher an einem Ende durch eine anliegende, Abschlußplatte 5 i
verschlossen ist. Zur Speisung der im Vakuumgefäß eingeschlossenen Elektroden nach
der vorher in Verbindung mit Abb. z beschriebenen Art dienen Zuleitungen 52, welche
durch die Abschlußpla,tte! führen und mit Bajonettanschlüssen 53 verbunden sind.
Innerhalb des Entladungsgefäßes sind, eine Kathode 55, eine fokussierende Elektrode
56 und konzentrisch angeordnete Leiter 57 und 58 angeordnet. Der äußere von, diesen
Leitern ist direkt mit der Wandung 50 verbunden und an eine genügend hohe
Spannung gelegt, um den Elektronenstrahl in dem gewünschten Betrage zu beschleunilgen.
Dies wird beispielsweise durch eine geeignete Spannungsquelle, wie eine Batterie
6o, erreicht. Die Zuleitungen sind mit in einer Linie liegenden Öffnungen 62 und
63 versehen und dienen gemeinschaftlich zur Modulation der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls
nach den vorher beschriebenen Grundsätzen. Wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen
haben die Zuleitungen 57 und 58 eine Länge, welche einer Viertelwellenlänge entspricht.
An einem Ende sind die Zuleitungen kurzgeschlossen. Eine Empfangsantenne 65 ist
mit der inneren Zuleitung 63 durch einen geeigneten Abstimmkreis, welcher aus einer
Selbstinduktion 66 und einer Kapazität 67 besteht, gekoppelt. Eine Zuleitung 68,
welche von dem Leiter 57 isoliert ist, dient zur Verbindung und wird vorzugsweise
an einem solchen Punkt angezapft, daß die Impedanz des Antennensystems derjenigen
des Elektroden-Systems, welches an dem oberen Ende der Zuleitung vorgesehen ist,
entspricht.
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Die Antenne 65 dient zum Empfang der Eingangssignale und zum Aufdrücken
dieser Signale auf die Zuleitung, um eine Modulation der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls,
welcher durch die Öffnungen 62 und 63 fließt, zu bewirken. Beim Betrieb dieser Anordnung
ist die Modulation eine Funktion des empfangenen Signals.
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Eine Zusatzelektrode 67, welche in dem Weg des Elektronenstrahls angeordnet
ist, wird durch eine Batterie 71 so beeinflußt, daß wenigstens ein Teil des Strahls
abgelenkt wird, so daß seine Geschwindigkeitsmodulation in eine Ladungsdichtemodulation
umgeformt wird.
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Analog wie die Anordnung nach Abb. z wird die Anordnung nach Abb.
5 als Schwingungserzeuger arbeiten, d. h. die eine Komponente des Elektronenstrahls
wird in dem Geschwindigkeitsmodulationsraum, der durch den Leiter 57 begrenzt ist,
stehende Schwingungen am Elektrodensystem und den damit verbundenen Zuleitungen
verursachen. Dieses kann nach Art der Superregenerativempfänger durch Zuleitung
einer Pendelspannung verhindert werden. Eine derartige Pendelspannung wird beispielsweise
von einem abgestimmten Kreis, welcher aus einem Kondensator 72 und einer Selbstinduktion
73 besteht, die in Serie mit der Elektrode 70 und an eine Spannungsquelle
74 gekoppelt sind, deren Frequenz nur ein Bruchteil derjenigen der Empfangsfrequenz
ist, geliefert. Durch die Verwendung eines derartigen Kreises kann die Anordnung
nach Abb. 4 als Gleichrichter ausgebildet werden, wobei die gleichgerichtete Spannung
an dem Widerstand 79 erscheint und zwischen den Anschlüssen 76 und 77 abgenommen
werden kann. Ein Kondensator 78, welcher wie dargestellt verbunden ist, dient zum
Aussieben der Pendelfrequenzschwingungen.
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In Abb. 6 ist eine Anordnung dargestellt, welche als Verstärker verwendet
wird, bei der die Erfindung sowohl bei dem Eingangs- als auch bei dem Ausgangselektrodensystem
angewandt ist. In diesem Falle dient eine elektrische Kanone, die aus einer Kathode
8o und einem fokussierenden Zylinder 81 besteht, als Elektronenstrahlquelle. Konzentrische
Zuleitungen 83 und 84 bilden sowohl ein Elektrodensystem zur Geschwindigkeitsmodulation
als auch eine Viertelwellenlängenzuleitung. Von einer Empfangsantenne 85 wird die
Steuerspannung dem System geliefert, welches, wie dargestellt ist, mit dem inneren
Leiter 83 in der Nähe seines unteren Endes verbunden ist.
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Während des Durchganges des Elektronenstrahls durch den Modulationsraum,
der durch den hohlen Leiter 84 gebildet wird, wird der Elektronenstrahl in seiner
Geschwindigkeit moduliert, wie in Verbindung mit Abb. 5 beschrieben ist. Damit diese
Geschwindigkeitsmodulation in eine Ladungsdichtemodulation umgeformt wird, wird
der Strahl durch einen Umformungsraum geleitet, der im Ausführungsbeispiel aus einer
Reihe von axial in einer Linie liegenden hohlen leitenden Zylindern 87 besteht.
Um eine übermäßige Streuung des Strahls
infolge der sich gegenseitig
abstoßenden Elektronen zu vermeiden, sind gewisse Zylinder an eine verhältnismäßig
hohe Spannung gelegt und abwechselnd dazu andere Zylinder an eine verhältnismäßig
niedrige Spannung, so daß eine Fokussierung des Elektrodenstrahls erfolgt. Während
des Durchganges durch den Umformungsraum werden die verzögerten Elektronen von den
beschleunigten Elektronen eingeholt, so daß eine Bündelung der Elektronen erfolgt.
Eine derartige Bündelung entspricht einer Ladungsdichtemodulation, wie sie einleitend
definiert wurde.
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Nach dem Durchgang durch den Umformungsraum geht der in seiner Ladungsdichte
modulierte Strahl in ein zweites Elektrodensystem, welches ähnlich demjenigen, welches
durch die Leiter 83 und 84 gebildet ist, ausgebildet ist. Dieses besteht beispielsweise
aus einer konzentrischen Zuleitung von koaxialen Leitern 89 und 9o, deren Länge
ungefähr eine Viertelwellenlänge ist. Bei dem Durchgang des in seiner Ladungsdichte
modulierten Strahls durch diese Elektrodenelemente werden Schwingungen in dem durch
die Leitungen 89 und 9o gebildeten Schwingungskreis verursacht. Die Wirkung ist
am größten, wenn die axiale Länge der Öffnung 92 in dem Leiter 89 wenigstens ungefähr
der Entfernung zwischen aneinander grenzenden Ladungsdichtemaxima und -minima des
in seiner Ladungsdichte modulierten Strahls oder einem ungeraden Vielfachen derartiger
Entfernungen entspricht. Wenn dieses der Fall ist, wird das Eintreten eines Ladungsmaximums
in den Leiter 89 mit dem Austreten eines Ladungsminimums zusammentreffen, und die
Gesamtwirkung in dem äußeren Stromkreis wird ihren größtmöglichen Wert annehmen.
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Die längs der Leiter 89 und 9o übertragene Energie wird durch die
Verbindung der Leiter mit Anschlußleitungen 94 und 95 zu einem geeigneten Belastungskreis
geleitet. Diese Anschlüsse sollen vorzugsweise an solchen Punkten mit der Zuleitung
gekoppelt sein, daß der Wellenwiderstand der Belastung ungefähr demjenigen des Elektrodensystems
angepaßt ist. Nach dem Durchgang durch die verschiedenen Elektrodenelemente wird
der Elektronenstrahl, welcher eines Teiles seiner Energie beraubt ist, zu einer
Sammelanode 97 geleitet. Diese ist vorzugsweise an eine genügend hohe positive Spannung
gelegt, um den ganzen Strahl aufzufangen.
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Das im vorhergehenden beschriebene System ist besonders geeignet für
Verstärker, welche ein verhältnismäßig schwaches Signal, das in der Antenne 85 empfangen
wird, in ein weitaus stärkeres an den Anschlüssen 94 und 95 umformen sollen.