DE966270C - Elektronenentladungseinrichtung zur Erzeugung von ultrahochfrequenten Schwingungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. JULI 1957

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Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhren der Klystronbauart, d. h. auf Elektronenentladungseinrichtungen mit zwei für Elektronen durchlässigen, mit je einem Hohlraumresonator verbundenen Bereichen, die durch einen gegen die in den Resonatoren auftretenden Hochfrequenzfelder abgeschirmten Laufraum getrennt sind. Dabei wird im Betrieb ein Elektronenstrahl durch den ersten Bereich geschickt, so daß die Strahlelektronen durch ein dort erzeugtes Hochfrequenzfeld eine Geschwindigkeitsmodulation erfahren. Der Strahl geht dann durch den Laufraum, in welchem die

,Elektronen in der Dichte moduliert werden, indem die schnelleren Elektronen die langsameren überholen. Schließlich durchsetzt der Strahl den zweiten Bereich, in welchem Energie von den Elektronengruppen zur Aufrechterhaltung eines Feldes abgegeben wird.

Es ist schon eine Elektronenentladungseinrichtung vorgeschlagen worden (deutsches Patent 908 743), bei welcher ein von einer Glühkathode ausgehender Elektronenstrahl einen nicht in Resonanz befindlichen, gegen die Kathode abgeschirmten Raum durchsetzt, in welchem das Potential

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einer Elektrode in solchem Takt verändert wird, daß die einzelnen, den Raum durchlaufenden Elektronen in ihrer Geschwindigkeit bei Annäherung bzw. beim Entfernen von der Elektrode in gleicher Weise beeinflußt werden, um eine Geschwindigkeitsmodulation zu bewirken, wobei aus dem Elektronenstrahl nach seinem Durchgang durch diesen Modulationsraum Energie entzogen wird. Bei einer Ausführungsform dieses Vorschlages sind drei

ίο Modulationsräume vorgesehen, welche von dem Strahl nacheinander durchlaufen werden, wobei die drei Elektroden in diesen Räumen auf demselben Potential gehalten und von einer gemeinsamen Eingangsspannung" gespeist werden.

Die Erfindung bezweckt die Ausbildung einer Klystronröhre, welche dadurch verbessert ist, daß aus einem gegebenen Elektronenstrahl mehr Energie erhalten werden kann als bei der obenerwähnten Klystronröhre der üblichen Bauart und daß das Gerät sich entweder zur Amplituden-, Phasenoder Frequenzmodulation von Schwingungen eignet, die von der Einrichtung erzeugt oder verstärkt werden sollen.
Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich eine Röhre der erwähnten Art durch einen dritten für Elektronen durchlässigen Bereich, welcher mit einem dritten Hohlraumresonator verbunden und von dem zweiten Bereich durch einen zweiten Laufraum getrennt ist, der gegen die in den Resonatoren ausgebildeten Hochfrequenzfelder abgeschirmt ist, so daß die Strahlelektronen, welche durch das in dem zweiten Resonator ausgebildete Feld in einem höheren Grade geschwindigkeitsmoduliert werden, in dem zweiten Laufraum in einem höheren Grade dichtemoduliert werden, bevor sie in den dritten Bereich eintreten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß von den Elektronen Energie zur Ausbildung und/oder Aufrechterhaltung eines Hochfrequenzfeldes in dem dritten Resonator abgegeben wird.

Im Gegensatz zu der bereits vorgeschlagenen Einrichtung findet demnach gemäß der Erfindung die weitere Geschwindigkeitsmodulation des Strahles statt, nachdem der Strahl einen Laufraum durchsetzt und in gewissem Maße eine Dichtemodulation erfahren hat. Die Energie für die weitere Geschwindigkeitsmodulation wird dabei aus dem Feld genommen, welches von dem dichtemodulierten Strahl aufrechterhalten wird und im wesentliehen unabhängig sein kann von dem Feld, welches die erste Geschwindigkeitsmodulation hervorbringt und eine größere Amplitude haben wird. In den Fällen, wo mehr als zwei geschwindigkeitsmodulierende Felder vorgesehen sind, die durch einen Lauf raum getrennt sind, wird jedes nachfolgende Feld jeweils stärker sein als das vorhergehende.

Die Anwendung von rotationssymmetrischen

Hohlraumresonatoren, die in Achsrichtung von einer Elektronenströmung durchsetzt werden und mit Mitteln zur Nachstimmung versehen sind, war an sich in Verbindung mit Dreielektrodenröhren zur Erzeugung, Verstärkung oder für Empfang von ultrahochfrequenten Schwingungen, insbesondere in Bremsfeldschaltung, bekannt (französische Patentschrift 808567).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung wird eine allgemeine Schaltungsanordnung für eine Einrichtung gemäß der Erfindung gezeigt.

In der Figur ist 1 eine Elektronenquelle (Kathode), die als Oxyd-Kathode dargestellt und innerhalb eines evakuierten Gehäuses 2 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Die von der Kathode 1 ausgehenden Elektronen werden durch ein positiv vorgespanntes Gitter 3 beschleunigt, wobei zwischen dem Gitter und der Kathode 1 eine Spannungsquelle 4 vorgesehen ist. Die Elektronen werden in Form eines Strahls oder Bündels durch das Gitter 3 und eine Mehrzahl von »Hohlraum-Resonanzkreisen« 5, 6, 7 und 8 hindurchgeschickt, von denen alle einzeln einstellbar in bezug auf die Frequenz sind und die von den Rohrstücken 10, 11, 12, 13 und 14 in solcher Weise gehalten werden, daß sie in einer geraden Linie ausgerichtet sind. Diese Hohlraumresonatoren werden »Rhumbatrons« genannt und haben je zwei einander benachbarte Gitter 15, 16, 17 und 18. Die vier Gehäuse der »Rhumbatrons« S bis 8 liegen alle auf Erdpotential, da sie mit der positiven geerdeten Klemme der Batterie 4 in Verbindung stehen. Sie stehen mit der Außenatmosphäre in Verbindung und sitzen außerdem an den Rohrstücken 10 bis 14, welche in diesem Falle aus stromleitendem Werkstoff bestehen. Der die Gitterpaare 15, 16 enthaltende Raum innerhalb der Rohrstücke 10 bis 14 ist evakuiert. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums sind kreisförmige Verschluß ringe 21, 22, 23 und 24 aus Isoliermaterial, z. B. Glas, innerhalb der »Rhumbatrons« vorgesehen und mit den Rohrstücken 10 bis 14 über ringförmige Anschlüsse 25, 26, 27 und 28 verbunden.

Jedes der »Rhumbatrons« 5 bis 8 besitzt Mittel für die Einzelabstimmung seiner Frequenz, wie sie bei 36 bis 41, 37 bis 42, 38 bis 43 und 39 bis 44 dargestellt sind.

Die vier »Rhumbatrons« 5 bis 8 können auch gleichzeitig abgestimmt werden, indem sie mit entsprechenden Abstimmitteln, wie sie z. B. bei 40, 45, 46, 47, 48 dargestellt sind, versehen und diese in no beliebiger Weise miteinander gekuppelt werden.

Die Gruppe der vier »Rhumbatrons« 5 bis 8 mit dem angeschalteten Zubehör stellt einen dreistufigen Hochfrequenzverstärker dar. Durch die Antenne 49 wird Energie empfangen und dem »Rhumbatron« 5 mittels der Schleife 51 übermittelt. Diese Energie erregt das Gitter 15 und damit den durch die Gitter von der Kathode 1 her sich bewegenden Elektronenstrahl, dessen Elektronen dadurch in der Geschwindigkeit moduliert werden. Der leicht modulierte Elektronenstrahl erregt das »Rhumbatron« 6 und sein Gitter 16 stärker, als das »Rhumbatron« 5 durch das einfallende Signal von der Antenne 49 her erregt wurde, so daß der Elektronenstrahl durch die Gitter 16 stärker moduliert wird. Der gleiche Vorgang mit entsprechend weiteren Zu-

nahmen des Modulations-Effekts wiederholt sich in den »Rhumbatrons« 7 und 8. Die »Dichtemodulation« in den »Rhumbatrons« nimmt von einer Stufe zur nächsten so stark zu, daß die Phasenbeziehung der »Modulationss-Komponenten in den auf einanderfolgenden Stufen keine große Bedeutung hat. Beispielsweise ist der Charakter des Elektronenstrahls beim Verlassen der Gitter 18 praktisch der gleiche, welchen der Strahl haben würde, wenn er überhaupt nicht durch die Gitter 15, 16 und 17, sondern nur durch ein Signal im »Rhumbatron« 8 »moduliert« worden wäre, dessen Intensität gleich derjenigen des verstärkten Signals ist.

Der endgültig »modulierte« Strahl tritt nach dem Verlassen der Gitter 18 in ein Feld zwischen dem unteren dieser Gitter 18 und der Platte 32 ein. Die Platte 32 erhält durch Anschaltung an ein Potentiometer 52 eine Vorspannung von einer Batterie 4 und einer Batterie 54, die über ein Potentiometer SS angeschaltet ist. Die Platte 32 erhält ihre Vorspannung, indem man sie so weit negativ macht, daß die meisten der Elektronen in dem sich ihr nähernden Strahl so verzögert werden, daß im wesentlichen nur diejenigen auftreffen, welche eine größere als die mittlere Geschwindigkeit haben. Erhält die Antenne 49 kein Signal, so treffen praktisch keine Elektronen auf die Platte 32 auf, da keine »Modulation« erfolgt und alle Elektronen im wesentlichen die mittlere Geschwindigkeit haben. Bei Zunahme der einfallenden Signalstärke nimmt die Geschwindigkeit der Elektronen im Strahl periodisch zu, wobei einige Elektronen eine wesentlich höhere als die mittlere Geschwindigkeit erhalten, so daß eine größere Anzahl von Elektronen auf die Platte 32 auftrifft. Je stärker das einfallende Signal ist, desto größer wird der Prozentsatz der die Platte 32 treffenden Elektronen. Dies ist eine ausreichende Bedingung für die Gleichrichtung bzw. den Empfang von Signalen.

Die Elektronen, die auf die Platte 32 auftreffen, kehren zurück zum Erdpotential, und zwar über einen Widerstand S3. an welchem der Elektronenstrom eine Potentialdifferenz hervorruft. Der Widerstand 53 steht mit einer Vorspannungsbatterie 54 in Verbindung, während Potentiometer 55 an ein Gitter 56 vor der Kathode 1 angeschaltet ist. Durch diese Verbindungen wird das Gitter 56 um einen Betrag negativ vorgespannt, welcher bei zunehmender Stärke des Eingangssignals entsprechend dem zunehmenden Strom im Widerstand S3 größer wird. Das Potentiometer SS ist so eingestellt, daß es dies entsprechend der Art und Weise ausführt, wie die Platte 32 eine Vorspannung erhält. Wenn das negative Potential am Gitter 56 zunimmt, so nimmt die Zahl der Elektronen, die von der Kathode in den Elektronenstrahl geschickt werden, ab, wodurch bei entsprechender Bemessung die Anordnung als Schwundausgleich zu arbeiten vermag, bei welchem die Stärke des gleichgerichteten bzw. empfangenen Signals auf einen vorbestimmten Wert gehalten wird.

Eine Rückkopplungsmöglichkeit ist zwischen den »Rhumbatrons« 7 und 8 dargestellt, und zwar über die miteinander verbundenen Kopplungsschleifen 57 und 58. Diese Schleifen stehen vorzugsweise über eine konzentrische Verbindung 59 miteinander in Verbindung, welche um ihre Achse gedreht werden kann und dadurch eine Drehung der Kopplungsschleifen in den Lagern 61 mittels eines Handgriffes od. dgl. hervorruft. Wenn der Grad der Erregung im »Rhumbatron« 7 teilweise durch den Grad der Kopplung zwischen den beiden »Rhumbatrons« bestimmt werden soll, dann befinden sich die Schleifen 57 und 58 vorzugsweise in der gleichen Ebene; soll aber der Grad der Erregung durch das Ver-Stärkungsverhältnis bestimmt werden, wie es bei allen festgekoppelten Übertragern der Fall ist, dann ist die Erregung in den beiden »Rhumbatrons« umgekehrt proportional den Teilen ihrer Flüsse, die durch die entsprechenden Schleifen fließen. Um einen geeigneten Bereich der Verhältnisse dieser Teilflüsse zu erhalten, ist es bei dieser Art von Kopplungen vorteilhaft, daß " die Ebenen der Schleifen im wesentlichen rechte Winkel zueinander bilden. Die Schleifen können gleiche oder auch verschieden große Flächen haben. Sie werden so eingestellt, daß die Rückkopplung der Energie vom »Rhumbatron« 8 zum »Rhumbatron« 7 gerade für die Entdämpfung ausreicht. Für die stabilisierte Entdämpfung (Rückkopplung ohne Selbstschwingung) wird das Schwundausgleichs-Potentiometer 55 so eingestellt, daß die Rückkopplung gerade daran gehindert wird, eine Selbstschwingung der »Rhumbatrons« 7 und 8 hervorzurufen. Nach dem Einsetzen der Schwingung ändert sich die Zahl der auf die Platte 32 auftreffenden Elektronen sehr stark, so daß die Vorspannung am Gitter 56 stärker negativ wird. Das hat zur Folge, daß das System gerade in dem Zustand zu halten ist, bei welchem noch keine Selbstschwingungen auftreten. Eine Rückkopplung kann auch zwischen den übrigen »Rhumbatrons« 5 bis 8 oder einem Teil derselben vorgesehen werden.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf einen mehrstufigen Hochfrequenzverstärker und Gleichrichter, dessen Ausgangsleistung durch die Koppelschleife 87 und Leitung 86 entnommen wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Elektronenentladungseinrichtung zur Erzeugung von ultrahochfrequenten Schwingungen, bei welcher ein erster für Elektronen durchlässiger Bereich mit einem ersten Hohlraumresonator und ein zweiter für Elektronen durchlässiger Bereich mit einem zweiten Hohlraumresonator verbunden ist, der von dem ersten Bereich durch einen gegen die in den Resonatoren auftretenden Hochfrequenzfelder abgeschirmten Laufraum getrennt ist, wobei ein Elektronenstrahl nacheinander den ersten Bereich, den Laufraum und den zweiten Bereich durchsetzt, so daß die Strahlelektronen durch ein in dem ersten Resonator erzeugtes Hochfrequenzfeld eine Geschwindigkeitsmodulation und in dem Laufraum eine Dichtemodulation

   erfahren, und die Einrichtung so eingestellt ist, daß die Elektronen Energie zur Ausbildung und/oder Aufrechterhaltung eines Feldes in dem zweiten Resonator abgeben, gekennzeichnet durch einen dritten für Elektronen durchlässigen Bereich, welcher mit einem dritten Hohlraumresonator verbunden und von dem zweiten Bereich durch einen zweiten Laufraum getrennt ist, welcher gegen die in den Resonatoren ausgebildeten Hochfrequenzfelder abgeschirmt ist, so daß die Elektronen, welche durch das in dem zweiten Resonator ausgebildete Feld in einem höheren Grad geschwindigkeitsmoduliert werden, in dem zweiten Lauf raum in einem höheren Grad dichtemoduliert werden, bevor sie in den dritten Bereich eintreten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß von den Elektronen zur Ausbildung und/oder Aufrechterhaltung eines Hochfrequenzfeldes in dem dritten Resonator Energie abgegeben wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Resonatoren so ausgebildet sind, daß sie durch den Elektronenstrahl bei einer Grundfrequenz erregt werden, während ein weiterer Resonator so ausgebildet ist, daß er von dem Strahl bei einer Frequenz erregt wird, die eine Harmonische der Grundfrequenz ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwischen zwei Resonatoren Kopplungsmittel vorgesehen sind, durch welche ein Energieaustausch zwischen den in ihnen vorhandenen Feldern bewirkt wird.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Resonatoren einzeln oder gemeinsam abzustimmen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Zeitschrift f. Physik, 1937/38, Bd. 108, Heft 8/9, S. 459 bis 482, insbes. S. 478;

   französische Patentschrift Nr. 808 567.

   Entgegengehaltene ältere Rechte:
   Deutsche Patente Nr. 727235, 908743, 921 034.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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