DE931600C

DE931600C - Resonatorsystem fuer eine Entladungsroehre

Info

Publication number: DE931600C
Application number: DEN6900A
Authority: DE
Inventors: Frederik Coeterier
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-03-20
Filing date: 1953-03-18
Publication date: 1955-08-11
Also published as: NL168252B; US2838710A; BE518556A; NL90056C; FR1073066A; GB720820A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein. Resonatorsystem für eine Entladungsröhre für Ultrahochfrequenzschwingungen mit einem aus zwei Leitern bestehenden Lechersystem, dessen Länge eine ungerade Anzahl von Viertelbetriebswellenlängen beträgt und dessen Leiter innerhalb eines leitenden Gehäuses angeordnet sowie an einem Ende miteinander und mit dem Gehäuse verbunden sind.

Ein solches Resonatorsystem kann unter anderem in Generatorschaltungen zur Erzeugung von ►Schwingungen verwendet werden, deren Frequenz von der Größenordnung von iooooMHz ist. Eine solche Generatorschaltung ist z. B. in der Philips Technischen Rundschau vom September 1946 beschrieben worden. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen ist hierbei durch die Länge der Leiter des Lechersystems bedingt. Bei der gewünschten Schwingungsform sind die Spannungen auf diesen Leitern zueinander gegenphasig. Man stößt aber auf die Schwierigkeit, daß das Lechersystem auch in einer Weise schwingen kann, bei der die Spannungen der Leiter gleichphasig sind. Die Resonanzfrequenz dieser Schwingungsform ist die gleiche wie im erstgenannten Fall, ,da das System stets aus einer einseitig kurzgeschlossenen Viertelwellenlängenleitung besteht. Es besteht also die Gefahr, daß infolge unvermeidlicher Asymmetrien im Aufbau Energie von der einen Schwingungsform auf die andere übertragen wird, so daß den gegenphasigen Spannungen eine gleichphasige

überlagert wird. Diese Erscheinung gibt zu Unstabilitäten des Generators Veranlassung, und! außerdem wird die Ausbeute beeinträchtigt.

Nach der Erfindung kann dieser Nachteil dadurch beseitigt werden, daß im metallischen Gehäuse ein zweites Lechersystem untergebracht ist, dessen beide Leiter je am entgegengesetzten Ende mit dem Gehäuse verbunden sind. Diese Enden liegen also diametral, d. h. auf verschiedenen Seiten

ίο des Lechersystems. Die freien Enden der Leiter des ersten Lechersystems sind hierbei mit den Mitten der Leiter des zweiten Lechersystems gekoppelt, z. B. galvanisch oder über Kapazitäten verbunden, und die Länge des zweiten Lechersystems ist gemäß

ι = —

2K

gewählt, wobei λ gleich der Betriebswellenlänge ist, C die Kapazität eines jeden Leiters je Längeneinheit in bezug auf das Gehäuse und K die gegenseitige Kapazität der Leiter des zweiten Lechersystems je Längeneinheit darstellt. Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Bemessung der Eingangswiderstand, zwischen den Mitten der Leiter des zweiten Lechersystems gemessen, für ungleichpha'sige Schwingungen sehr groß ist, so daß die gewünschte Schwingungsform auf dem ersten Lechersystem praktisch nicht vom zweiten Lechersystem beeinflußt wird. Andererseits ist die Impedanz zwischen den genannten Mitten und dem Gehäuse für gleichphasige Spannungen niedrig, wodurch störende gleichphasige Schwingungen bei der Betriebsfrequenz nicht auftreten können. Ein Vorteil des dargestellten Verfahrens· besteht darin, daß die Länge des zweiten Lechersystems klein gegenüber der Wellenlänge ist, z. B. ¹A₆ Wellenlänge oder weniger, und daß dieses Lechersystem symmetrisch in bezug auf das andere Lechersystem aufgestellt werden kann, so daß es leicht im Gehäuse unterzubringen ist.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. ι zeigt schematisch im Schnitt eine Seitenansicht einer Generatorröhre zur Erzeugung von Zentimeterwellen. Die Glashülle 1 enthält ein Elektrodensystem, das aus einem rohrförmigen Leiter 2 mit rechteckigem Querschnitt und den Leitern 3, 4, 5 und 6 besteht.

Fig. 2 ist eine Draufsicht dieses Elektrodensystems.

Fig. 3 ist ein Querschnitt dieses Systems längs der Linie ITI-III.

Die Leiter 3 und 4 sind am unteren Ende mit dem Boden des rohrförmigen Leiters 2 verbunden und bilden zusammen ein einseitig kurzgeschlossenes Lechersystem, dessen Länge eine Viertelwellenlänge der vom Generator zu erzeugenden Schwingungen beträgt. Die Generatorf requenz wird im wesentlichen durch dieses Lechersystem bedingt. Zwischen den rohrförmigen Leiter 2 und die Kathode 7 ist eine Stromquelle 13 geschaltet, so daß das Elektrodensystem 2, 3, 4, S und 6 eine hohe positive Spannung gegen Kathode hat. Innerhalb der Hülle 1 ist weiter an der von der Kathode 7 abgewandten Seite des Rohres 2 eine Bremsfeldelektrode 12 angeordnet, die mittels der Spannungsquelle 14 negativ gegen Kathode vorgespannt ist.

Die die Kathode 7 verlassenden Elektronen werden von nicht näher bezeichneten an sich bekannten Mitteln gebündelt und auf eine Anzahl Öffnungen 8, 9, 10 und 11 gerichtet, die in den Elektroden 2, 3 und 4 vorgesehen sind und in Flucht zwischen der Kathode 7 und der Bremsfeldelektrode 12 liegen. Im Elektrodensystem soll nun eine solche Schwingung auftreten, daß die Elektroden 3 und 4 gegenphasii.g zueinander schwingen, und die Elektrode 2 soll ferner ein konstantes Potential haben. Die Elektronen werden beim Passieren des Systems 2, 3 und 4 in der Geschwindigkeit moduliert. Elektronen, welche die öffnung 8 in einem Augenblick erreichen, in dem die Spannung der Elektrode 3 z. B. positiv gegen den Leiter 2 ist, werden im Raum zwischen den Leitern 2 und 3 beschleunigt. Die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen und die Abstände zwischen den Leitern 2, 3 und 4 sind derart gewählt, daß die in dem Raum zwischen den Leitern 2 und 3 beschleunigten Elektronen in solchen Augenblicken den Raum zwischen den Leitern 3 und 4 bzw. zwischen dem Leiter 4 und der Rückwand des Leiters 2 passieren, daß sie dort weiter beschleunigt werden. Ebenso werden Elektronen, welche die Öffnung 8 in einem Augenblick erreichen, in dem die Elektrode 3 negativ gegen das Rohr 2 ist, vom Resonatorsystem verzögert. Nachdem sie die öffnung 11 verlassen haben, werden die Elektronen im Raum zwischen dem Rohr 2 und der Bremstfeldelektrode 12 verzögert, und ihre Richtung wird umgekehrt, so daß sie die öffnungen 11,10, 9 und 8 des Resonatorsystems aufs neue, aber in umgekehrter Richtung passieren. Die beschleunigten Elektronen müssen im Raum zwischen dem Rohr 2 und der Bremsfeldelektrode 12 eine längere Strecke als die verzögerten Elektronen zurücklegen, so daß das von der Elektrode 12 reflektierte Bündel dichtmoduliert ist. Beim Passieren des Resonatorsystems in Richtung von der Elektrode 12 zur Kathode 7 geben die Elektronen an das Resonatorsystem Energie ab, so daß die ursprüngliche Schwingung aufrechterhalten wird und von nicht dargestellten Mitteln diesem System Energie entnommen werden kann.

Bei der hier geschilderten Wirkungsweise der Entladungsröhre ist ein solches Schwingen des Resonatorsystems vorausgesetzt, daß die Leiter 3 und 4 immer gegenphasig zueinander sind. Das Resonatorsystem kann aber auch so schwingen, daß die Leiter 3 und 4 gleichphasig zueinander und zu dem Rohr 2 schwingen. Die Leiter 3 und 4 bilden hierbei sozusagen zusammen den Innenleiter eines koaxialen Kabelstücks, dessen Außenleiter aus dem Rohr 2 besteht und das an einer Seite kurzgeschlossen ist. Die Resonanzfrequenz dieses gleichphasigen Schwingungssystems entspricht der-

jenigen der gewünschten ungleichphasigen Schwingungsform, da in beiden Fällen eine einseitig kurzgeschlossene Viertelwellenlängenleitung vorhanden und in beiden Fällen die elektrische Länge gleich der Länge der Leiter 3 und 4 ist. Es besteht also die Möglichkeit, daß der Resonator von den Elektronen in der unerwünschten Schwingungsform angestoßen oder infolge der gegenseitigen Kopplung Energie von der gewünschten Schwingungsform auf die unerwünschte Form übertragen wird. Den gegenphasigen Spannungen auf den Leitern 3 und 4 wird dann eine gleichphasige Spannung überlagert, wodurch die Elektronen nicht mehr an den richtigen Zeitpunkten die verschiedenen Räume des Resonatorsystems passieren und die Ausbeute der Vorrichtung sich vermindert. Ferner kann das Auftreten der gleichphasigen Schwingungsform zu Unstabilitäten, z. B. Umspringen der Frequenz oder sogar Abreißen der Schwingungen, Veranlassung geben. Um dies zu vermeiden, sind innerhalb des Rohres 2 senkrecht zu den Leitern 3 und 4 zwei weitere Leiter 5 und 6 angeordnet, die parallel zueinander ein zweites Lechersystem bilden. Die Leiter 5 und 6 sind an entgegengesetzten Enden 15 und 16 mit der Innenwand des Rohres 2 verbunden und in der Mitte 17 und 18 kapazitiv mit den freien Enden der Leiter 3 und 4 gekoppelt. Die Länge der Leiter 5 und 6 ist gleich

wobei λ gleich der Wellenlänge der erzeugten Schwingung ist, C die Kapazität eines jeden Leiters je Längeneinheit in bezug auf die Innenwand des Rohres 2 und K die gegenseitige Kapazität je Längeneinheit der Leiter 5 und 6 darstellen.

Wenn die Kapazität C z. B. gleich der gegenseitigen Kapazität K ist, beträgt die Länge der Leiter 5 und 6 je Vo der Wellenlänge. Die Länge der Leiter 5 und 6 kann dadurch verringert werden, daß sie verhältnismäßig dicht aneinandergerückt werden, wodurch die Kapazität K größer als die Kapazität C wird. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es nicht erforderlich ist, die Leiter 5 und 6 fluchtend mit den Leitern 3 und 4 anzuordnen.

Bei der vorgenannten Bemessung der Leiter S und 6 ist der Eingangswiderstand des Lechersystems S, 6, zwischen den Mitten 17 und 18 gemessen, praktisch unendlich groß, wenn die Spannungen den Punkten 17 und 18 gegenphasig zugeführt werden. Die gewünschte gegenphasige Schwingungsform auf dem Lechersystem 3,4 wird demnach durch die vorhandenen Leiter 5 und 6

nicht beeinflußt. Das System 5, 6 weist aber einen 55 niedrigen Eingangs wider stand zwischen den Punkten 17 und 18 einerseits und dem Rohr 2 andererseits bei gleichphasigen Eingangsspannungen auf, so daß das Lechersystem 3,4 vom System 5, 6 stark kapazitiv für gleichphasige Schwingungen 60 belastet wird, und die Resonanzfrequenz für diese Schwingungen wird so weit verschoben, daß eine Wechselwirkung zwischen den beiden Sc'hwingungsformen nicht zu befürchten ist. Obgleich man grundsätzlich die Mitten der Leiter 5 und 6 un- 65 mittelbar galvanisch mit den freien Enden der Leiter 3 und 4 verbinden kann, hat es sich in der Praxis gezeigt, daß eine kapazitive Kopplung zu bevorzugen ist.

Claims

70 PATENTANSPRÜCHE:

i. Resonatorsystem für eine Entladungsröhre für Ultrahochfrequenzschwingungen mit einem aus zwei Leitern bestehenden Lechersystem, dessen Länge eine ungerade Anzahl von Viertelbetriebswellenlängen beträgt und dessen Leiter innerhalb eines leitenden Gehäuses angeordnet sowie an einem Ende miteinander und mit dem Gehäuse verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im metallischen Gehäuse ein zweites Lechersystem untergebracht ist, dessen beide Leiter je am entgegengesetzten Ende mit dem Gehäuse verbunden sind, wobei die freien Enden der Leiter des ersten Lechersystems mit den Mitten der Leiter des zweiten Lechersystems gekoppelt sind und die Länge des zweiten Lechersystems gemäß

I = arctg

C + 2K

gewählt ,ist, wobei λ gleich der Betriebswellenlänge i-st, C die Kapazität eines jeden Leiters je Längeneinheit und K die gegenseitige Kapazität der Leiter je Längeneinheit darstellt.
2. Resonatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuse einen rechteckigen Querschnitt besitzt, die Leiter des ersten Lechersystems parallel zu den Seitenflächen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und die Leiter des zweiten Lechersystems in einer Ebene senkrecht zur Ebene durch die Mitten der Leiter des ersten Lechersystems liegen.
3. Resonatorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter des zweiten Lechersystems je kapazitiv mit dem freien Ende eines der Leiter des ersten Lechersystems gekoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509532 8.55