DE930887C - Anordnung zur Ausuebung eines Verfahrens zum Betrieb von Laufzeitroehren - Google Patents

Description

Erfeilt auf Grund des Ersten Oberleitungsgesetzes vom 8. Juli 194-9

(WiGBl. S. 175)

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 28. JULI 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 13i7

A 9167 VIIIc/2i g

John P. Blewett, Long Island, N. Y. (V. St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

Allgemeine Elektricitäts-Gesellsdiaft, Berlin-Grunewald

Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens zum Betrieb von Laufzeitröhren

Zusatz zum Patent 908

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 26. April 1941 an Der Zeitraum vom 8. Mai 1945 bis einschließlich 7. Mai 195O¹ wird auf die Patentdauer nicht angerechnet

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Das Hauptpatent hat angefangen am 8. Juli 1938 Patentanmeldung bekanntgemacht am 30. Dezember 1954

Patenterteilung bekanntgemacht am 30. Juni 1955 Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 24. Mai 1940 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach dem Patent 908 743. Gegenstand des Hauptpatents ist im Prinzip ein Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren, und zwar in der Weise, daß eine Elektronenströmung durch eine Steuereinrichtung derart in ihrer Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt. Im Hauptpatent sind ferner bereits. Anordnungen zur Ausübung des Verfahrens angegeben, die jedoch durchwegs eine geradlinig verlaufende Elektronenströmung benutzen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, eine Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach dem Hauptpatent in ihren

räumlichen Abmessungen wesentlich zu verringern. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein die Elektronenströmung durchsetzendes Magnetfeld vorzu sehen, das so bemessen und dessen Verlauf so ge-S wählt ist, daß die Elektronenströmung auf einer praktisch zykloidenförmigen Bahn verläuft.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
ίο Fig. ι zeigt einen Längsschnitt durch eine Laufzeitröhre nach der Erfindung, während in

Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 und in

Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 und 5 enthalten schematische Darstellungen, die zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung dienen.

In der Fig. 1 ist ein verhältnismäßig langes Entladungsgefäß 10 dargestellt, welches einen ovalen Querschnitt hat, wie es in der F.ig, 2 im Querschnitt angedeutet ist. Innerhalb des Entladungsgefäßes befindet sich eine Reihe von leitenden Teilen 11 bis 14, welche zusammen, einen Hohlraum begrenzen. Diese leistenden Teile sind gegeneinander isoliert angeordnet, indem sich zwischen diesen Teilen Zwischenräume 16 und 17 erstrecken (vgl. Fig. 2 und 3), wobei diese Zwischenräume parallel zur Längsachse des Entladungsgefäßes verlaufen. Die Enden dieser leitenden Teile sind durch senkrechte Wandungsteile (nicht dargestellt) abgeschlossen·, so daß die Kammer durch die leitenden Teile fast völlig umgeben ist.

An dem einen Ende des Entladungsgefäßes ist ein Strahlerzeugungssystem 20 angeordnet. Die einzelnen Teile des Strahlerzeugiungssystems sind nicht näher dargestellt, jedoch besteht es in bekannter Weise beispielsweise aus einer Kathode und einer oder mehreren Fokussierungs- und. Beschleu-4Q nigungselektroden. Die Kathode liegt durch Verbindung mit der Batterie 21 an einer geeigneten negativen Spannung, und die Achse des Strahlerzeugungssystems ist so gerichtet, daß der aus dem Strahlerzeugungssystem heraustretende Strahl zunächt senkrecht zur Hauptachse des Entladungsgefäßes verläuft.

Der Elektronenstrom wird dann erfindungsgemäß so beeinflußt, daß derselbe sieh longitudinal durch die von den Elektroden 11 bis 14 begrenzte Kammer auf einer praktisch zykloidenförmigen Bahn bewegt. Zu diesem Zweck ist ein Magnetfeld vorhanden, welches zwischen den Polschuhen 22 verläuft. Durch dieses Magnetfeld wird erreicht, daß die geradlinige Bewegung der Elektronen im eine zykloidenförmige Bewegung umgewandelt wird. Das Magnetsystem wird durch eine Spule 23 erregt.

Um eine zur Längsrichtung des Entladungsgefäßes 10 parallele Bewegung der Elektronen zu erhalten, ist zwischen die Elektrode 13 und die Elektroden 11 und 12 eine Gleichspannung gelegt. Diese Spannung wird von einer Batterie 24 geliefert, welche direkt mit der Elektrode 12 und indirekt über eine Drosselspule 25 mit der Elektrode Ii verbunden ist. Die Gleichspannung ist derartig gewählt, daß ein positiver Feldgradient auf die Elektronen einwirkt, wenn sie die Begrenzungen der Elektrode 13 verlassen und den Zwischenraum 16 durchqueren. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Radius der Bahn jedes einzelnen Elektrons wächst, wenn das Elektron die Elektroden 13 verläßt. Andererseits wird das gleiche Elektron im Zwischenraum 16 in dem Augenblick verzögert, wenn es nach Verlassen der Elektrode 11 denselben durchquert. Es wird . somit der Bahnradius wiederum verkleinert. Durch das Zusammenwirken dieser Umstände,, welche sich bei jedem Durchgang des Elektrons durch den Zwischenraum 16 wiederholen, wird die Vergrößerung des Bahnradius stets wieder durch eine Verkleinerung ausgeglichen. Folglich kann das Elektron sich auf einer Kurve bewegen, welche der gestrichelten Linie 26 der Fig. 1 entspricht. Die verschiedenen Elektronen des Elektronenstromes werden auf den Endteilen der Elektrode 12,13 und 14 aufgefangen, nachdem sie den ganzen durch diese Elektroden begrenzten Hohlraum durchquert haben.

Zur Verstärkung von Hochfrequenzschwingungen wird eine periodisch veränderliche Spannung zwischen die Elektroden 11 und 13 gelegt, indem diese beispielsweise mit einer Wechselspannungsquelle 27 verbunden werden. Durch die Wirkung der hochfrequenten Wechselspannung werden die verschiedenen Elektronen beim Durchqueren des Zwischenraumes 16 in verschiedener Weise in ihrer Geschwindigkeit beeinflußt, was von der Phase der hochfrequenten Wechselspannung, mit der die Elektronen in den Zwischenraum eintreten, abhängt. Einige Elektronen werden derart beschleunigt, daß sie eine Geschwindigkeit erhalten, welche über der Durchschnittsgeschwindigkeit des Strahles liegt, während andere in entsprechender Weise verzögert werden. Folglich wird der Elektronenstrahl geschwindigkeitsmoduliert.

Bei der dargestellten Anordnung wird jedes ein- tos zelne Elektron den Zwischenraum 16 wiederholt durchqueren. Wenn also die Laufzeit der Elektronen in geeigneter Weise auf die Frequenz der Hochfrequenzspannungsquelle 27 abgestimmt ist, werden sich die Geschwindigkeitsänderungen bei dem aufeinanderfolgenden Durchqueren des Zwischenraumes addieren. Bei der dargestellten Anordnung, bei der der Laufweg der Elektronen durch ein gleichförmiges Magnetfeld gesteuert wiird, können geringe Schwierigkeiten auftreten, um die gewünschte Beziehung zwischen der Laufzeit der Elektronen und der Potenttaländerung des Eingangssignals zu sichern. Dieses rührt daher, daß die Laufzeit, welche die verschiedenen Elektronen benötigen, um einen einzigen Umlauf zu vollführen, ausschließlich durch die Stärke des Magnetfeldes bestimmt wird und unabhängig von der Elektronengeschwindigkeit ist. Folglich wird bei gegebener Feldstärke, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der ein Elektron den Zwischenraum 16 verläßt, das Elektron innerhalb einer bestimmten

und unveränderlichen Zeit zu dem Zwischenraum zurückkehren. Wenn also die Stärke des Magnetfeldes geeignet gewählt ist, so daß die Laufzeit jedes Elektrons einem ganzen Vielfachen einer Periodendauer der Betriebsfrequenz entspricht, wird das Eingangssystem auf ein derartiges Elektron so wirken, daß bei jedem Durchqueren des Zwischenraumes die Geschwindigkeitsmodulation verstärkt wird.

ίο Zur Erläuterung dieser Tatsache dient die Fig. 4. In dieser Figur stellt die Kurve B den Weg eines kreisförmig sich bewegenden Elektrons dar, dessen Geschwindigkeit der Durchschnittsgeschwindigkeit des Elektronenstrahles entspricht. An dem Punkt 0 durchquert das Elektron ein Gebiet, welches durch die hochfrequente Modulationsspannung beeinflußt wird.

Ein. Elektron, welches das Modulationsgebiet in solcher Phase durchquert, daß es beschleunigt wird, verläuft auf einer Kurve mit einem größeren Radius als die Kurve B. Diese Kurve mit größerem Radius ist durch die gestrichelte Kurve C wiedergegeben. Andererseits werden die verzögerten Elektronen eine Kurve mit kleinerem Radius D zurücklegen. Jedes Elektron wird jedoch zu genau derselben Zeit zu dem Punkt ,0 zurückkehren.

Um die Erzeugung von Verstärker Wirkungen verständlich zu machen, ist es zweckmäßig, zu diesem Zweck einen kreisförmig sich bewegenden Elektronenstrahl vorauszusetzen, welcher einen Modulationsraum durchquert, in welchem derselbe durch eine periodisch veränderliche hochfrequente Wechselspannung beeinflußt wird. Dieses ist schematisch in' der Fig. 5 dargestellt, in der die verschiedenen Zustände eines Elektronenstrahles dargestellt sind, welcher einen Modulationsraum 0" durchquert. Es sei angenommen, daß die Frequenz der Potentialänderung am Zwischenraum derart gewählt ist, daß acht volle Perioden vergehen, bis ein einziges Elektron zum Zwischenraum zurückkehrt. Die Kreise α stellen die Laufbahnen der einzelnen Elektronen dar. Da die verschiedenen Elektronen sich kreisförmig bewegen, müssen die schnelleren Elektronen einen größeren Kreis als die langsameren Elektronen zurücklegen. Aus diesem Grunde ändert sich die Ladungsdichte an den verschiedenen Stellen sehr beträchtlich mit der Zeit. Dieses rührt daher, daß die Mittelpunkte der einzelnen Kreise nicht zusammenfallen. Die Änderung der Ladungsdichte ist am größten zwischen den Ebenen b und b', welche ungefähr 90⁰ von dem Punkt 0" entfernt sind. Die Ladungsdichte ist sehr groß an dem oberen Ende der Ebenen b und V, während an dem unteren Ende die Ladungsdichte sehr gering ist. 'Die Ladungsdichtemodulation zwischen den Ebenen b und b' hängt ab von der Geschwindigkeitsmodulation, durch die die Ladungsdichtemodulation¹ hervorgerufen wird. In der Praxis ist es möglich, daß die Ladungsdichtemodulation eine sehr viel höhere Größenordnung annehmen kann, als die Geschwindigkeitsmodulation, d. h., durch eine sehr geringe Geschwindigkeitsmodulation an dem Zwischenraum O" kann eine verhältnismäßig starke Ladungsdichtemodulation zwischen den Ebenen b und V hervorgerufen werden. Wenn also an der Stelle b-b' ein geeignetes Auskoppelisystem angebracht wird, kann die Anordnung als Verstärker verwendet werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Ausgangskreis vorgesehen, welcher aus der Induktivität 30 und dem Kondensator 31 besteht. Dieser Ausgangskreis ist mit den Elektroden 13 und 14 verbunden, die durch einen Zwischenraum 17 voneinander getrennt sind. Der Zwischenraum 17 ist derart zu dem Zwischenraum 16 angeordnet, daß durch den Zwischenraum 16 hervorgerufene Geschwindigkeitsänderungen in dem Zwischenraum 17 entsprechende Ladungsdichteänderungen hervorrufen. Diese Ladungsdichteänderungen werden wiederum Ströme in den Elektroden 13 und 14 induzieren und damit den Ausgangskreis 30, 31 erregen. Auch bei dem Auskoppelsystem durchquert der Elektronenstrahl den Zwischenraum 17 zu wiederholten Malen. Folglich kann jedes einzelne Elektron des Elektronenstromesi das Auskoppelsystem wiederholt beeinflussen. Durch geeignete Wahl der Kreisgeschwindigkeit des Elektronenstrahls können somit kummulierende Wirkungen erhalten werden.

Während der Gegenstand der Erfindung an einer Elektronenröhre erläutert wurde, können in gleicher Weise auch statt Elektronen andere Ladungsträger, beispielsweise positiv oder negativ geladene Ionen,- Verwendung finden.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach Patent 908 747, bei dem eine Elektronenströmung durch eine Steuereinrichtung derart in ihrer Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Elektronenströmung durchsetzendes Magnetfeld vorgesehen ist, das so bemessen und dessen Verlauf derart gewählt ist, daß die Elektronenströmung auf einer praktisch zykloidenförmigen Bahn verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs des zykloidenförmigen Elektronenstrahlweges Elektroden zur Modulation und Auskopplung vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Modulation und der Auskopplung dienenden Elektroden derart ausgebildet sind, daß sie einen langgestreckten flachen, jedoch breiten Raum umhüllen, in welchem die Elektronenströmung verläuft.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Entladungsgefäßes eine Ellipse darstellt, deren Hauptachse parallel zur Breitseite des von den

Modulations- und Auskoppelelektroden umgebenen Raumes verläuft.

5. Anordnung nach einem "der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Breitseite des von den Modulations- und Auskoppelelektrodeti umgebenen Raumes die Polschuhe eines Magneten angeordnet sind.

Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 832 947.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 309 529 7.55