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Magnetfeldröhre zur Verstärkung oder Frequenztransformation sehr kurzer
Wellen Die Erfindung bezieht sich auf Magnetfeldröhren zur Verstärkung oder Frequenztransformation
sehr kurzer Wellen und betrifft eine neuartige Abwandlung der Radbauart, die dadurch
gekennzeichnet ist, däß die - z. B. durch radial auf die Kathode gerichtete Segmente
oder Stege (oder auch durch geschlitzte Bohrungen im Anodenkörper) gebildeten -
Hohlraumresonatoren nicht wie üblich über den ganzen Umfang des Anodenzylinders
gleichmäßig oder, wie schon vorgeschlagen, nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit
urgleichmäßig verteilt sind, sondern nur längs zweier einander im wesentlichen gegenüberliegenden
Flächen (Sektoren) des Anodenzylinders angeordnet sind und so zwei als Verzögerungsleitungen
wirkende Räume von Schwingkreiselementen bilden, wobei für eine vollständige Reflexion
an den Enden dieser Leitungen Sorge getragen ist. Zwischen diesen beiden Räumen
ist einerseits auf der Oberfläche des Anodenzylinders wie auf der gegenüberliegenden
Oberfläche der Kathode eine Widerstandsschicht aufgebraucht und liegt andererseits,
also im wesent-. lichen diesen Widerstandsschichten gegenüber, ein neutrales, nicht
abgestimmtes Anodensegment, das
Teil des Anodenzylinders oder, gemäß
einer besonderen Ausbildung der Erfindung, von diesem isoliert ist und als Auffangelektrode
für die nach einem Umlauf abgearbeiteten Elektronen dient.
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Ein Teil dieser Maßnahmen ist bereits angewendet worden. So sind als
Verstärker wirkende Magnetfeldröhren und deren Abarten bekannt, deren Anodenzylinder
nur auf einem Teil seines Umfanges mit Schwingkreiselementen ausgestattet ist. Auch
die vollständige Reflexion an den Enden dieses Raumes ist ausgenutzt worden, ebenso
wie die Anordnung einer Auffangelektrode (oder eines Schirmes) zwischen diesen Enden
in dem mit Schwingkreiselarn:enten unbesetzten. Raum des Anodenzylinders. Die Erfindung
besteht in der neuartigen Kombination solcher bekannter Maßnahmen mit anderen, die
bei Mägnetfeldröhren noch nicht angewendet wurden, um die Empfindlichkeit und den
Wirkungsgrad der als Verstärker oder Frequenztransformator arbeitenden Magnetfeldröhre
zu verbessern.
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Zur Erläuterung des Wesens der Erfindung sei -dävon ausgegangen, daß
es bereits aus der Technik der Wanderfeldröhren bekannt ist, daß ein modulierter
Elektronenstrahl, der sich an einem dämpfenden Leiter vorbeibewegt, durch Influenzwirkung
eine Verstärkung seiner Modulation erfährt dadurch, daß sich die Elektronenpakete
schärfer ausprägen. Bei der Röhre nach der Erfindung handelt es sich jedoch um eine
Magnetfeldröhre, bei der zudem im Gegensatz zur Wanderfeldröhre (mit nur in einer
Richtung fortschreitendem @elektromagnetischen Feld) zwei -in entgegengesetzter
Richtung umlaufende Felder eine stehende Welle im Entladungsraum hervorrufen. Für
die Zwecke der Erfindung laufen diese beiden Felder nicht über den ganzen Umfang
des Anodenzylinders, sondern werden -an-den Grenzen der erwähnten Schwingräume (Sektoren)
reflektiert. Ein weiterer Unterschied gegenüber der Wanderfeldröhre besteht darin,
daß durch Nachlieferung von Elektronen aus der Kathode an allen Stellen des Entladungsraumes
und durch die Beeinflussung ihrer Geschwindigkeit eine - Stromverstärkung vorliegt
wie bei der bekannten Magnetfeldröhre mit über den ganzen Umfang des Anodenzylinders
verteilten Schwingräumen. Durch die erfindungsgemäße Anodenraumunterteilung werden
ein Steuerraum, ein Zwischenverstärkerraum (ohne Schwingkreiselemente), ein Ausgangsverstärkerraum
und - mit dem erwähnten neutralen Segment - eine Auffangelektrode geschaffen, auf
der die abgearbeiteten Elektronen landen. Das Magnetfeld hat eine solche Orientierung,
daß die Elektronen aus dem Steuerraum über die beiden Verstärkerräume zur Auffangelektrode
laufen.
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Die erfindungsgemäße Röhre eignet sich besonders zur Verstärkung von
Hochfrequenzschwingungen, die in den Steuerraum eingekoppelt und aus dem Ausgangsraum
ausgekoppelt werden, sowie zur -Frequenztransformation. In letzterem Falle sind
die Hohlraumresonatoren des Ausgangsraumes auf die verlangte Frequenz abgestimmt.
Sie können auch von dem Anodenkörper isoliert und an ein zur Ausbildung der gewünschten
Frequenz geeignetes Gleichpotential gelegt sein. Die Räume werden jeder für sich
zweckmäßig die optimale Unterteilung in Hohlraumschwingkreise aufweisen. Wie bereits
vorgeschlagen, kann die Unterteilung auch veränderlich sein, um eine in einem größeren
Frequenzbereich abstimmbare Röhre zu erhalten. Die Röhre nach der Erfindung erreicht
eine hohe Empfindlichkeit, wenn die Dämpfung ihres Systems durch eine -an sich bekannte
Einstellung ihrer Betriebsdaten auf Werte kurz vor dem Einsatzpunkt der Selbsterregung
verringert wird.
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Gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist das als Auffangelektrode
wirkende Anodensegment vom Anodenkörper isoliert, so daß von außen eine veränderbare
Spannung angelegt werden kann. Durch geeignete Wahl dieser Spannung im Verhältnis
zur gewählten Winkelbreite des Segments läßt sich bekanntlich das Hindurchtreten
von Elektronenpaketen aus dem Ausgangsraum zurück in den Steuerraum der Röhre beeinflussen.
Dies ist gleichbedeutend mit einer von außen steuerbaren Entdämpfung durch Rückkopplung.
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Das neutrale, nicht abgestimmte und nicht am Schwingungsvorgang beteiligte,
als Auffangelektrode dienende Anodensegment bietet einen weiteren, bisher nicht
erkannten baulichen Vorteil, da es als Träger für die Kathodenhalterung herangezogen
werden kann, deren Haltearme in vorteilhafter Weise kurz werden.
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In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben,
an dem ihre Besonderheiten und Vorteile näher erläutert werden sollen.
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Fig. i stellt einen Querschnitt durch die Röhre senkrecht zur Systemachse,
Fig. 2 eine Ansicht von der Seite bei aufgeschnittenem Deckel und Fig. 3 einen Längsschnitt
durch die Röhre längs der Linie A-A in Fig. 2 dar.
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Mit i ist der Anodenkörper einer Magnetfeldröhre in Metallausführung
und mit 2 ihre Kathode mit den Flanschscheiben 3 bezeichnet. Der Entladungsraum
ist durch zwei Gruppen von Stegen oder Segmenten q. bzw. q, derart unterteilt, daß
sich auf gegenüberliegenden Flächen (Sektoren) des Anodenzylinders Hohlraumschwingkreise
5 bzw. 6 bilden. Die Resonatoren 5 bilden mit den Segmenten q. den Steuerraum, die
Resonatoren 6 mit den Segmenten 4" den Ausgangsraum der Röhre. Äußere Energieleitungen
7 und 8 sind im Ausführungsbeispiel der Fig. i an je einen Steg angekoppelt. Das
Magnetfeld steht senkrecht zur Zeichenebene und hat eine solche Orientierung, daß
der Ablauf der von der Kathode emittierten Elektronen im Uhrzeigersinn erfolgt.
Im Bereich der Resonatoren 5 werden die Elektronen unter dem Einfluß der bei 7 eingespeisten
Hochfrequenzenergie in bekannter Weise moduliert.
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Zwischen dem Steuer- und Ausgangsraum ist eine Widerstandsschicht
9 auf dem Anodenzylinder aufgebracht. Ebenso ist der gegenüberliegende Teil der
Kathodenoberfläche mit einer= Widerstands-
Schicht io versehen.
Hinter der Widerstandsschicht g ist der Anodenkörper ausgearbeitet, so daß sich
ein nicht abgestimmter Hohlraum i i bildet, damit kapazitive Kurzschlüsse zwischen
den der Widerstandsschicht benachbarten Resonatoren auf der Rückseite des Belages
g verhindert werden. Wenn die modulierten Elektronen den zwischen den Belegungen
g und io gebildeten Raum durchlaufen, wird bei geeigneter Wahl der Widerstandswerte
und der Winkelbreite die Paketierung der Elektronen erhöht und @so eine Verstärkerwirkung
erzielt.
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Anschließend treten die Elektronen in den von den Resonatoren 6 gebildeten
Ausgangsraum ein, an dessen letztes Segment die Auskoppelleitung 8 angeschlossen
ist. Die abgearbeiteten Elektronen landen auf dem breiten, nicht abgestimmten Anodensegment
12 (Auffangelektrode). Der Radius der Stirnseite dieses Segments kann gleich dem
Stirnradius der Stege 4 bzw. q." öder vorzugsweise etwas größer sein. In Fig. i
ist die Auffangelektrode ein Teil des Anodenkörpers i. Sie braucht aber nicht massiv
zu sein und kann auch von dem Segment i2 isoliert eingebaut sein, so daß die Möglichkeit
besteht, sie an eine von außen regelbare Spannung zu legen. Mittels dieser Spannung
kann der Durchtritt der Elektronenpakete aus dem Ausgangsraum wieder in den Steuerraum,
je nach Bedarf, gesperrt oder auch im Sinne einer Rückkopplung zur Entdämpfung des
Systems begünstigt, also gesteuert werden.
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Die Grenzflächen der Endstege 13 sowie der Auffangelektrode 12 liegen
in der elektrischen Mitte der benachbarten Hohlraumschwingkreise 5. bzw. 6, so daß
an ihnen eine nahezu vollständige Reflexion der elektromagnetischen Wellen, die
in den beiden als Verzögerungsleitungen wirkenden Hohlraumresonatorketten auftreten,
bewirkt wird.
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Für Zwecke der Frequenztransformation kann die Konstruktion nach Fig.
i in der Weise abgewandelt werden, daß. die Unterteilung des Ausgangsraumes entsprechend
der gewünschten Frequenz vorgenommen wird. Die Segmente 4" können auch, ähnlich
wie bereits für die Auffangelektrode 12 beschrieben, vom Anodenkörper i isoliert
eingebaut sein und an ein besonderes, für die gewünschte Frequenz geeignetes Gleichpotential
angeschlossen werden.
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In den Fig. 2 und,3 ist dargestellt, wie das verbreiterte Anodensegment
12 in sehr vorteilhafter Weise als Träger für die Kathodenhalterung dienen kann.
In den Stirnräumen des Vakuumgefäßes sind beiderseits -des Anodenzylinders i auf
dem Segment 12 je eine Brücke 15 zwischen Isolierbacken 16 durch Preßdruck mittels
Schrauben 17 gehalten. Diese Brücken besitzen konzentrisch zur Achse des Anodenzylinders
eine Lochung, in der die Kathode?, an den Flanschscheiben 3 befestigt ist, und zwar
zur Verringerung der Wärmeableitung zweckmäßig nur an drei Auflagepunkten, die durch
Krampen 18 gebildet werden. Der Kathodenheizer ist über die flexiblen Zuleitungen
ig angeschlossen. Die Justierung der Kathode beim Einbau geschieht in folgender
Weise: Die Schrauben 17 sind zunächst nur locker angezogen, so daß die Kathode 2
durch Hinundherschieben der Brücken 15 in ihre Sollage gebracht werden kann. Dann
werden die Schrauben angezogen und die Brücken durch Klemmung festgelegt. Diese
sehr kurze Halterung" hat sich auch bei robustem Betrieb außerordentlich bewährt.
Sie kann sinngemäß auch bei einer in üblicher Weise ausgebildeten Magnetfeidröh_renanode
angewendet werden. Hierbei werden die Brücken außerhalb der Anodensegmente, z. B.
in einer Ecke des vierkantigen Anodenkörpers, befestigt und zweckmäßig noch bis
zur gegenüberliegenden Seite des Anodenkörpers verlängert, wo sie wegen der Wärmeausdehnung
in isolierten Gleitlagern ruhen.