DE967231C

DE967231C - Einrichtung zum Anfachen (Erzeugen, Verstaerken oder Empfangen) ultrakurzer elektrischer Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellengebietes

Info

Publication number: DE967231C
Application number: DEP10874D
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Gundlach
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1940-10-22
Filing date: 1940-10-22
Publication date: 1957-10-24

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. OKTOBER 1957

P 108/4 Villa

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Unter dem Namen »Geschwindigkeitsmodulation« sind Verfahren zur Steuerung der Intensität eines Elektronenstrahles im Rhythmus von ultrahochfrequenten Schwingungen bekannt; die Wirkung beruht darauf, daß ein Elektronenstrahl von konstanter Dichte und konstanter Geschwindigkeit ein seiner Längsrichtung paralleles hochfrequentes Steuerfeld durchläuft, wodurch die Elektronen je nach ihrer Eintrittsphase eine verschiedene Zusatzgeschwindigkeit erhalten; nach Austritt des Strahles aus dem Hochfrequenzfeld treten dann infolge der verschiedenen Zusatzgeschwindigkeiten im Strahl nach längerer Laufzeit Dichteschwankungen im Strahl auf. Durchläuft dann dieser Strahl ein zweites Hochfrequenzfeld (Anfachfeld), so kann er an dieses Feld' Hochfreqisenzenergie abgeben, d. h. einen mit dem Anfachfeld verbundenen Resonator zu Schwingungen anregen. Anordnungen dieser Art haben folgende Nachteile:

Die Voltgeschwindigkeit des Elektronenstrahles muß zur Erzielung genügend kleiner Laufzeiten im Steuer- und Anfachfeld hoch sein; um Steuerung und Anfachung mit gutem Wirkungsgrad durchführen zu können, müssen deshalb auch die Hoch-

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frequenzspannungen im Steuer- und Anfachraum hohe Werte haben. Da sich andererseits die Stromdichte des Elektronenstrahles mit Rücksicht auf die elektronenoptische Strahlkonzentration nicht beliebig steigern läßt, erfordert diese Tatsache Hochfrequenzresonatoren von außerordentlich hohen Resonanzwiderständen.

Es sind Laufzeitröhrenanordnungen bekannt, bei denen der Elektronenstrahl an der Steuerungsoder/und Anfachstelle nacheinander mehrere Hochfrequenzfelder durchläuft, die sämtlich von einer Hochfrequenzspannungsquelle herrühren. Dabei müssen die Laufzeitverhältnisse derart bemessen werden, daß die nacheinander durchlaufenen Hochfrequenzfelder gleichartige Wirkungen (d. h. gleichsinnige Kräfte) auf den Strahl ausüben.

An Stelle von Gittern werden als Elektroden für das Hochfrequenzfeld auch Hohlzylinder angewandt, durch deren Mitte der Elektronenstrahl verläuft. In jedem Hohlzylinder muß die Laufzeit eine halbe Hochfrequenzperiode oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen.

Bekannt ist auch eine Folge von Gittern, die abwechselnd an die beiden Pole einer Hochfrequenz-Spannungsquelle angeschlossen sind. Die einzelnen Hochfrequenzfelder haben entgegengesetzte Richtung; die Laufzeit muß eine halbe Hochfrequenzperiode oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen.

Es ist auch eine Anordnung zur mehrstufigen Resonanzverzögerung eines Elektronenstrahles bekannt, wobei der Elektronenstrahl durch ein Paar von Reflektorelektroden mehrfach so umgelenkt wird, daß die Elektronen das gleiche anzufachende ultrahochfrequente Feld mehrfach durchlaufen und die Weglängen der Elektronenbahnabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen durch die jeweilige Feldstrecke immer kürzer werden. Die bekannte Anordnung enthält zwei Paar von ebenen und einander parallelen Steuerelektroden etwa dreieckiger Form, die in einem Vakuumgefäß einen flachen Raum umschließen, welcher nach der Kathodenseite hin einen breiteren Querschnitt aufweist und zu den Auffangelektroden hin spitz zuläuft. In Richtung der Längsachse ist das System der Steuerelektroden geschlitzt. Die Außenkanten der dreieckigen Steuerelektroden werden von Renektorelektroden umfaßt, welche so die Seitenwände des Raumes bilden. Je ein Paar der Steuerelektroden auf einer Seite des Längsschlitzes ist mit einer Auffangelektrode und einem Leiter einer offenen Paralleldraht-Lecherleitung galvanisch verbunden. Der Elektronenstrahl durchsetzt das System in der Weise, daß der Längsbewegung der Elektronen eine Pendelbewegung zwischen den Reflektorelektroden überlagert ist, so daß die resultierende Elektronenbahn etwa zickzackförmig verläuft. Die Elektronen durchqueren daher mehrfach den Längsspalt zwischen den Steuerelektroden und damit das anzufachende Feld.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausbildung derartiger Laufzeitröhren mit Mehrfachbeschleunigung als Reflexgenerator, wobei der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl durch Reflexion zwischen zwei Wänden mehrfach hin und her geworfen wird und dabei das gleiche Hochfrequenzfeld mehrfach durchläuft. Die Laufzeiten müssen derart abgestimmt sein, daß die Kräfte des Hochfrequenzfeldes auf die Elektronen bei jedem Durchtritt durch die Steuerelektrode (Gitter, Hohlzylinder u. dgl.) im richtigen Sinne wirken.

Gemäß der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß mehr als zwei Reflektorelektroden beiderseits der zentral liegenden Steuerelektroden in einem allseitig durch Metallflächen begrenzten sektoirartigen Hohlraumresonator derart angeordnet, der Hohlraum so ausgebildet und die Elektrodenabstände unter Berücksichtigung der Elektronenlaufzeit so gewählt sind, daß Schwingungen der Form einer Hohlraumrohrwelle vom Typ H₄ angeregt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben. In den

Abb. ι und 2 wird schematisch das Prinzip erläutert, während die

Abb. 3 einen konstruktiven Lösungsvorschlag bringt.

Die Abb. 1 zeigt eine Form, bei welcher das hochfrequente Wechselfeld an einem Gitterpaar liegt, das beiderseits von Reflektorelektroden benachbart ist. Der Elektronenstrahl läuft von der (nicht gezeichneten) Kathode schräg in das im Schnitt angedeutete System hinein, durchsetzt infolge der Reflektorwirkung mehrfach das Wechselfeld t/~ zwischen den beiden gitterförmigen Elektroden und verläßt das System in Richtung des Anfachfeldes bzw. der (nicht gezeichneten) Auffangelektrode. Die Strahlgeschwindigkeit (d. h. die Beschleunigungsspannung) und die Länge der Elektronenbahn (d. h. insbesondere die Gleichspannung an den Reflektorelektroden) sind so zu bemessen, daß die Laufzeit zwischen den Durchgängen des Ladungsschwerpunktes einer Elektronengruppe des modulierten Strahles durch das Gitterpaar etwa eine halbe Hochfrequenzperiode oder ein Vielfaches beträgt. Dann sind die Kraftwirkungen auf die Elektronen in allen Teilen des Feldes die gleichen.

Die Abb. 2 stellt ein ähnliches System dar mit nur einem Gitter. In diesem Falle wird die hochfrequente Wechselspannung £/~ an das Gitter und die hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Reflektorelektroden gelegt. Die Elektronen sind daher längere Zeit den beschleunigenden Feldkräften ausgesetzt, als bei der doppelschichtähnlichen Anordnung der ersten Abbildung. Für die Wahl der Strahlgeschwindigkeit und Bahnlänge, d. h. für die Laufzeit der Elektronen, gilt sinngemäß das oben Angeführte, nur können bei dieser Anordnung geringere Beschleunigungsgleichspannungen angewendet werden. Die Hochfrequenzelektroden können gegebenenfalls verschiedene Gleichspannungen erhalten, um durch Elektronenlinsenwirkung den Strahl zu bündeln.

Verwenden die erläuternden Abb. 1 und 2 für die einzelnen Teilabschnitte der Mehrfachbeschleu-

nigung gleiche Bahnlängen für gleiche Laufzeiten, so wird bei der Anordnung nach der Abb. 3 die Länge der aufeinanderfolgenden Elektronenbahnabschnitte immer geringer. Durch diese Anordnung wird eine Elektronengruppe von bestimmter Eintrittsphase von Stufe zu Stufe durch die Hochfrequenzspannung stärker gebremst. Trotz dieses Geschwindigkeitsverlustes bleiben diese Elektronen infolge der Verkürzung der Bahnabschnitte stets in

ίο Phase. Den Elektronen wird hierbei fortlaufend Energie entzogen, die an das Hochfrequenzfeld abgegeben wird. Elektronen anderer Eintrittsphase werden bald beschleunigt, bald verzögert; eine nennenswerte Wirkung wird auf sie nicht ausgeübt.

Insgesamt wird deshalb aus dem Elektronenstrahl Energie gewonnen. Die Anordnung stellt, daher einen negativen Widerstand dar, der einen Resonator anfachen kann. Eine derartige Anordnung kann also als selbsterregter Sender verwendet werden. Außerdem ist der Elektronenstrahl bei seinem Austritt auch geschwindigkeitsmoduliert, so daß außerdem noch die Anfachung eines weiteren Resonators möglich ist. Die Anordnung dient also zugleich als selbsterregter Steuersender. Die gleiche Anordnung mit kürzer werdenden Elektronenbahnabschnitten ist auch zweckmäßig bei der Anfachung, insbesondere dann, wenn der anfachende Elektronenstrahl aus kurzen Impulsen besteht.

Infolge der Sektorfo-rm der Reflexionswände wird der Weg immer kürzer. Die Reflexionswände (Elektroden) und die in der Mitte befindlichen, der Strahlkonzentrierung dienenden Gitterstäbe können gegebenenfalls verschiedene Gleichpotentiale erhalten. Der Raum ist metallisch allseitig geschlossen.

Ein solcher Hohlraum ist resonanzfähig. Die Schwingungsfoirm entspricht derjenigen einer Hohlraumrohrwelle vom Typ H₄, wobei zu bedenken ist, daß nur ein Achtelsektor des gesamten Rohres vorhanden ist.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken oder Empfangen) ultrakurzer elektrischer Wellen, insbesondere des Dezimeteroder Zentimeterwellengebietes, mittels Elektronenstrahles, bei dem die Elektronen einer ultrahochfrequenten Geschwindigkeitssteuerung unterworfen werden, die sich in Dichteschwankungen umsetzt, welche ihrerseits zur Anfachung eines Resonators (»Anfachresonator«), insbesondere eines Hohlraumresonators, dienen, und dabei der Elektronenstrahl durch Reflektorelektroden mehrfach umgelenkt wird, so daß die Elektronen das gleiche steuernde oder anzufachende ultrahochfrequente Feld mehrfach durchlaufen und die Weglängen der Elektronenbahnabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Anläufen auf d-ie — gegebenenfalls verschieden positiv vorgespannten — Wechselspannung führenden Elektroden (Steuerelektroden) immer kürzer werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Reflektorelektroden beiderseits der zentral liegenden Steuerelektroden in einem allseitig durch Metallflächen begrenzten sektorartigen Plohlraumresonator derart angeordnet, der Hohlraum so ausgebildet und die Elektrodenabstände unter Berücksichtigung der Elektronenlaufzeit so gewählt sind, daß Schwingungen der Form einer Hohlraumrohrwelle vom Typ H₄ angeregt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen der Elektronen durch die Steuerelektroden etwa eine halbe Hochfrequenzperiode oder ein Vielfaches beträgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung dienende, den Steuerelektroden Steuerspannungen erteilende HochfrequenzspannungsqueHe von einem Steuersender gebildet wird (Fremdsteuerung).
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung dienende, den Steuerelektroden Steuerspannungen erteilende Hochfrequenzspannungsquelle von zu verstärkenden Schwingungen gebildet wird (Hochfrequenzverstärkung).
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung dienende, den Steuerelektroden Steuerspannungen erteilende Hochfrequenzspannung dem Anfachresonator entnommen wird (Eigenerregung).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschriften Nr. 797351, 344, 832 947, 840 676, 852 855;

Journal of applied Physies, 1939, S. 325.

Entgegengehaltene ältere Rechte:

Deutsche Patente Nr. 734083, 744620, 908 743, 919485.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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