DE969845C - Elektronenroehrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstaerken oder Empfangen) ultrakurzer elektrischer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhrenanordnungen zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken oder Empfangen) ultrakurzer elektrischer Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, mittels eines zur Anfachung eines Resonators (»Anfachresonator«), insbesondere eines Hohlraumresonators, dienenden Elektronenstrahles, der auf seinem Wege von einer Elektronenquelle (Glühkathode) zu einer Anode oder Auffangelektrode (oder Bremselektrode) mehrere von einer einzigen Hochfrequenzspannungsquelle herrührende und in Richtung des Elektronenstrahles verlaufende Hochfrequenzfelder (»Steuer- bzw. Anfachstellen) durchsetzt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Elektronenröhrenanordnungen dieser Art die gegenseitigen Abstände der aufeinanderfolgenden Anfach- bzw. Steuerstellen monoton zunehmend bzw. abnehmend so zu wählen, daß für die an der ersten Steuer- bzw. Anfachstelle zusätzlich beschleunigte bzw. zusätzlich verzögerte Elektronengruppe die Laufzeit zwischen den einzelnen Steuer- bzw. Anfachstufen konstant und gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Halbperiode der Hochfrequenzspannungsquelle ist. Die unterschiedlichen Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle

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bzw. von Anfachstelle zu Anfachstelle sind bei den erwähnten vorgeschlagenen Anordnungen so bemessen, daß nur eine Elektronengruppe bestimmter Eintrittsphase (bezüglich des Eintritts in das, in Richtung des Elektronenstrahles gesehen, erste ultrahochfrequente Wechselfeld) durch die Wirkung der aufeinanderfolgenden hochfrequenten Wechselfelder von Stufe zu Stufe beschleunigt bzw. verzögert wird, sämtliche Elektronengruppen von anderer Eintrittsphase dagegen durch die aufeinanderfolgenden Hochfrequenzfelder bald beschleunigt, bald verzögert werden. Diejenige Elektronengruppe, die von Stufe zu Stufe beschleunigt bzw. verzögert wird, wird im folgenden kurz als die »in Phase befindliche Elektronengruppe«· bezeichnet; die übrigen Elektronengruppen werden als »nicht in Phase befindliche Elektronen« bezeichnet. Durch die erwähnte vorgeschlagene Bemessungsvorschrift für die beschleunigende Gleichspannung und für die Abstände zwischen den einzelnen Steuer- bzw. Anfachstellen wird erreicht, daßdieinPhasebefindliche Elektronengruppe die letzte Steuerstufe (Anfachstufe) mit sehr viel größerer (kleinerer) Geschwindigkeit verläßt, als der angelegten Gleichspannung entspricht. Die in Phase befindlichen Elektronengruppen folgen im zeitlichen Abstand der Periode der Hochfrequenzspannung oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Hochfrequenzspannung aufeinander. (Die räumlichen Abstände der aufeinanderfolgenden, in Phase befindlichen Elektronengruppen sind von der Größe der angelegten Gleichspannung abhängig.) Der Elektronenstrom weist demnach unmittelbar nach Verlassen des letzten Hochfrequenzfeldes eine Dichtemodulation auf. Wird nun noch, wie ebenfalls bereits vorgeschlagen worden ist, im Wege des Elektronen-Strahles eine elektronenoptische Blende vorgesehen, welche die nicht in Phase befindlichen Elektronen, die im Mittel eine der angelegten Gleichspannung entsprechende Geschwindigkeit aufweisen, aussiebt, so erhält man einen im Rhythmus der Hochfreuqenzspannung unterbrochenen Elektronenstrahl, d. h. einen Elektronenstrahl, der aus kurzen, im Rhythmus der Hochfrequenzspannung aufeinanderfolgenden Impulsen besteht. Für die Anfachung von Resonatoren, insbesondere von Hohlraumresonatoren, ist ein derartiger Elektronenstrahl vorzüglich geeignet.

Beim Aufbau von Elektronenröhrenanordnungen, welche die genannte Bemessungsvorschrift aufweisen, ist es notwendig, eine der Anzahl der Steuer- bzw. der Anfachstellen entsprechende Zahl verschieden großer Abstände genau einzuhalten. Es sind somit beim Zusammenbau derartiger Röhren mehrere Maßhaltevorrichtungen notwendig, bzw. eine Maßhaltevomchtung muß mehrmals neu eingestellt werden. Die Herstellung der Elektronenröhrenanordnungen wird dadurch umständlich. Weiter ist es bei diesen Elektronenröhrenanordnüngen nicht möglich, die Laufzeiten der Elektronen innerhalb größerer Grenzen in beliebiger Weise verändern zu können. Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Mangel.

Die erfindungsgemäßen Elektronenröhrenanordnungen sind dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitigen Abstände der aufeinanderfolgenden Anfachbzw. Steuerstellen gleich groß gewählt sind und daß an den einzelnen Steuer- bzw. Anfachelektroden verschieden große Gleichspannungen in solcher Abstufung liegen, daß für eine Elektronengruppe bestimmter Eintrittsphase in den ersten Steuer- bzw. Anfachraum die Geschwindigkeit längs des gesamten Weges von der ersten bis zur letzten Steuer- bzw. Anfachstelle konstant bleibt und die Laufzeit dieser bestimmten Elektronengruppe zwischen je zwei Steuerbzw. Anfachstellen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Halbperiode der Hochfrequenzspannungsquelle ist. Wird mit einer Elektronenröhrenanordnung gearbeitet, bei der ein Steuerkreis und ein Anfachkreis vorgesehen sind, dann wird in bevorzugter Weise die Einrichtung so getroffen, daß der Abstand von Steuerstelle zu Steuerstelle gleich ist dem Abstand von Anfachstelle zu Anfachstelle. Die Geschwindigkeit der in Phase befindlichen Elektronengruppe ist dann von der ersten Steuerstelle bis zur letzten Anfachstelle konstant.

Im Gegensatz zu den Elektronenröhrenanordnungen nach dem erwähnten älteren Vorschlag, bei denen zur Erzielung einer konstanten Laufzeit für eine Elektronengruppe bestimmter Eintrittsphase den verschiedenen Steuer- bzw. Anfachelektroden gleichstrommäßig gleiches Potential aufgedrückt wird und die Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle bzw. von Anfachstelle zu Anfachstelle verschieden groß gewählt werden, sind bei den Elektronenröhrenanordnungen nach der Erfindung die Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle bzw. von Anfachstelle zu Anfachstelle gleich groß gewählt, und es sind die den Steuer- bzw. den Anfachelektroden erteilten Gleichspannungen verschieden groß gewählt. Durch die Erfindung wird der Aufbau von Elektronenröhrenanordnungen, bei denen ein Elektronenstrahl mehrere von einer einzigen Hochfrequenzspannungsquelle herrührende Hochfrequenzfelder durchsetzt, vereinfacht. Zur Einhaltung der genauen Abstände der Elemente der Steuer- bzw. Anfachstufen ist beim Zusammenbau der Röhre nur eine einzige Maßhaltevomchtung erforderlich. Für die Fabrikation, insbesondere die Serienfabrikation, ist dieses von Vorteil. Es ist auch möglich, die Laufzeiten der Elektronen in weiten Grenzen beliebig feinstufig zu ändern. Insbesondere können ferner beim Aufbau und im Betrieb der Röhre sich ergebende Abweichungen der Elektronenlaufzeiten in den einzelnen Steuerbzw. Anfachstellen auf einfache Weise ausgeglichen bzw. beseitigt werden.

Zur Ausbildung der Hochfrequenzfelder können beispielsweise Gitterpaare oder von den Elektronen in axialer Richtung durchsetzte Hohlzylinderelektroden verwendet werden. Die einzelnen Gitter können auch in Form von Lochblenden ausgeführt sein. Je nachdem, ob der Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuer- bzw. Anfachstellen gleich einem ungeradzahligen oder ganzzahligen Vielfachen der Halbperiode der Hocbirequenzspannungsquelle ist, sind die Steuer- bzw. Anfachelektroden wechselsinnig oder gleichsinnig an die Hochfrequenzspannungsquelle anzuschließen. Es sind an sich bereits Anordnungen zur Schwingungsanfachung durch mehrstufige lineare Resonanzbeschleunigung bzw. -verzögerung von Elektronen bekannt, bei welchen die gegenseitigen Abstände der

aufeinanderfolgenden Steuer- bzw. Anfachstellen unter sich gleich groß sind. Bei diesen bekannten Anordnungen wurde aber bisher noch nicht von der erfindungsgemäßen Abstufung einer zusätzlichen Gleichspannung der Hochfrequenz führenden Elektroden Gebrauch gemacht. Es sind vielmehr nur vergleichbare Ausführungsformen bekannt, bei denen die aufeinanderfolgenden Hochfrequenz führenden Elektroden abwechselnd jeweils zu einer Gruppe von auf gleicher ίο Vorspannung liegenden Elektroden gehören oder durch Elektroden, wie Hohlzylinder, Blenden od. ä., welche keine Hochfrequenz führen, sondern auf einem Ruhepotential liegen, getrennt sind.

Andererseits sind Einrichtungen bekannt, bei welchen ein Elektronenstrahl transversal ausgelenkt und synchron zu einer auf mehreren sich parallel zur Vorzugsrichtung des Elektronenstrahles erstreckenden wendeiförmigen Verzögerungsleitungen lauf enden Welle gesteuert wird. Diese wendeiförmigen Verzögerungsleitungen können auch zur zusätzlichen Beschleunigung oder Verzögerung des Elektronenstrahles inhomogen ausgeführt sein und beispielsweise eine von Ort zu Ort unterschiedliche Steigerung aufweisen. Für den Fall der inhomogenen Verzögerungsleitung ist es bekannt, diese mittels Kondensatoren in gleichstrommäßig getrennte Abschnitte aufzuteilen, welche dadurch sich im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahles erstreckende stabförmige Elektroden unterschiedlichen, z. B. monoton kleiner werdenden Abstandes bilden, welche eine in unter sich ungleichen Schlitten abgestufte, immer negativer werdende Gleichspannung erhalten können.

Das Kennzeichen der sowohl zur Hochfrequenzverstärkung als auch zur Schwingungserzeugung geeigneten Elektronenröhrenanordnung nach der Erfindung besteht in der gemeinsamen Anwendung des an sich für mehrstufige Anfachung bekannten Merkmals der Gleichabständigkeit der einzelnen Steuerbzw. Anfachstellen und einer in besonderer Weise abgestuften Gleichspannung an den einzelnen Steuerbzw. Anfachelektroden in der Art, daß die an der ersten Steuerelektrode anliegende Beschleunigungsspannung in unter sich gleichen Schritten an den aufeinanderfolgenden Elektroden des Steuerkreises immer negativer wird und dabei das Kathodenpotential unterschreiten kann, um dann im Anfachkreis in unter sich gleichen Schritten von Elektrode zu Elektrode positiver zu werden und zu einer positiven Spannung anzusteigen, welche höher als die erste Beschleunigungsspannung liegt.

An Hand der in den Abb. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden.

Abb. ι zeigt schematisch die Anwendung der Erfindung auf eine ultrahochfrequente Verstärkeranordnung, bei der Gitterpaare für die Steuer- bzw. Anfachelektroden vorgesehen sind. Mit 1 bis 20 ist eine Folge von Gitterpaaren bezeichnet, die von einem von der Kathode 21 ausgehenden und auf der Anode 22 endenden Elektronenstrahl 23 durchsetzt werden. Die beiden Gitter je eines Gitterpaares 1, 2; 3,4; ... 19, 20 sind so dicht benachbart, daß die Laufzeit der Elektronen zwischen ihnen nur einen sehr kurzen Bruchteil der Periodendauer der zu verstärkenden bzw. der verstärkten Hochfrequenzspannung beträgt. Die ersten fünf Gitterpaare 1, 2; 3, 4; ... 9, 10 sind über die Leitung 25, 26 wechselseitig in entgegengesetztem Sinne an die Hochfrequenzspannung 24 (Steuerspannungsquelle) angeschlossen, deren Größe U₁ betragen möge. Die Kurzschlußkondensatoren 27 dienen zur gleichstrommäßigen Trennung der einzelnen Gitter. Die Steuerspannungsquelle kann von den zu verstärkenden Schwingungen oder von einem Steuersender gebildet werden. Zwischen den Gitterpaaren 1, 2; 3, 4; ... 9,10 bilden sich also hochfrequente Wechselfelder der Größe Ui aus, die wechselseitig in entgegengesetztem Sinne gerichtet sind. Die Abstände zwischen den Gitterpaaren 1, 2; 3, 4; ... 9, 10 sind unter sich gleich groß. Die Gitterpaare 11,12; 13,14; ... 19, 20, die unter sich ebenfalls gleich große Abstände aufweisen, sind über Kurzschlußkondensatoren 27 ebenfalls wechselseitig in entgegengesetztem Sinne an die Leitung 29, 30 angeschlossen. An dieser Leitung tritt die verstärkte Ausgangshochfrequenzspannung 28 auf. Die unter sich gleich großen Abstände zwischen den dem Anfachkreis angehörigen Gitterpaaren 11, 12; 13, 14; ... 19, 20 können gleich den oder verschieden von den unter sich ebenfalls gleich großen Abständen der den; Steuerkreis angehörigen Gitterpaare 1, 2; 3, 4; ... 9, 10 gewählt werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden jedoch, wie es auch in.dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, die Abstände zwischen den Gitterpaaren 11, 12; 13, 14; ... 19, 20 gleich den Abständen zwischen den Gitterpaaren 1,2; 3, 4; ... 9, 10 gewählt. Den einzelnen Gittern 1 bis 20 werden nun, beispielsweise durch Batterien 31 bis 33, verschieden große Gleichspannungen erteilt. U₁ ist die Spannung der zwischen der Kathode 21 und dem Gitter 1 liegenden Batterie 31. Δ U₁ ist die Spannung einer Batterie 32 und Δ U₂ die Spannung einer Batterie 33. Je eine Batterie 32 liegt zwischen je zwei Gitterpaaren des Steuerkreises. Zwischen je zwei Gitterpaaren des Anfachkreises liegt je eine Batterie 33. Die Drosseln 34 dienen zur hochfrequenzmäßigen Trennung der Batterien 31, 32 und 33 bzw. der beiden Gitter je eines Gitterpaares 1, 2; 3, 4; ... 19, 20.

Die an den einzelnen Gittern 1 bis 20 liegenden Gleichspannungen und die entsprechende Potentialverteilung zwischen den Gittern 1 bis 20 sind dem no Diagramm der Abb. 2 zu entnehmen. Das Gitter 1 weist gegen die Kathode 21 die positive Gleichspannung U₁ auf. Innerhalb eines jeden Gitterpaares des Steuer kreises nimmt die Gleichspannung jedesmal um den Betrag Δ U₁ ab, bis am Gitter 10 eine gegen die Kathode negative Gleichspannung erreicht ist. Zwischen den darauffolgenden Anfachgittern nimmt die Gleichspannung stufenweise um den Betrag Δ U₂ zu, bis an der Anode 22 die Gleichspannung U₂ gegen die Kathode 21 erreicht ist. Wählt man die gegenseitigen Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle größer oder kleiner als die gegenseitigen Abstände von Anfachstelle zu Anfachstelle, so hat man zur Aufrechterhaltung der gewünschten Phasenbeziehung zwischen den Elektronenimpulsen und den Wechselspannungen U₁ und U₂ zwischen der letzten Steuerelektrode 10

und der ersten Anfachelektrode ix eine zusätzliche Beschleunigungs- oder Verzögerungsspannung einzufügen. Die Geschwindigkeit der in Phase befindlichen Elektronengruppe ist dann von der ersten bis zur letzten Steuerstelle konstant; zwischen der letzten Steuerstelle und der ersten Anfachstelle tritt ein Geschwindigkeitssprung auf. Zwischen der ersten und der letztenAnfachstelle behält die in Phase befindliche Elektronengruppe jedoch wieder konstante Geschwindigkeit.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Abb. ι ist nun die folgende: Die von der Kathode 21 ausgehenden Elektronen erhalten durch die Gleichspannung U-der Batterie 31 eine bestimmte Geschwindigkeit. Es gibt nun eine bestimmte Gruppe von Elektronen, die gerade in dem Zeitpunkt in das Gitterpaar 1, 2 eintritt, in dem die Hochfrequenzspannung JI₁ entgegengesetzt gleich dem Gleichspannungssprung Δ U₁ zwischen diesem Gitterpaar ist. Diese Elektronengruppe geht dann also mit unveränderter Geschwindigkeit weiter. Der Abstand zwischen den Gitterpaaren 1, 2 und 3, 4 und die Gleichspannung U₁ sind so bemessen, daß die Laufzeit der in Phase befindlichen Elektronengruppe zwischen diesen beiden Gitterpaaren eine halbe Hochfrequenzperiode von JJ₁ beträgt. Die betrachtete Elektronengruppe wird also am Gitterpaar 3, 4 wieder die gleichen Spannungsbedingungen vorfinden wie am Gitterpaar 1, 2. Diese in Phase befindliche Elektronengruppe wird also auch hier mit unveränderter Geschwindigkeit hindurchtreten. In gleicher Weise erfolgt der Durchtritt dieser in Phase befindlichen Elektronengruppe durch die nächstfolgenden Gitterpaare 5, 6; 7, 8 und 9,10, so daß die betrachtete Elektronengruppe auch hinter dem Gitter 10 die der Spannung U₁ entsprechende Geschwindigkeit besitzt, obwohl das Gleichpotential an dieser Stelle bereits negativ ist. Die Hochfrequenzfelder haben also an diese in Phase befindliche Elektronengruppe Energie abgegeben. Für sämtliche anderen von der Kathode 21 startenden Elektronen sind die Phasenbedingungen nicht erfüllt. Diese nicht in Phase befindlichen Elektronen werden daher durch das abnehmende Gleichpotential im Mittel verzögert und landen schließlich, je nach den Geschwindigkeitsbedingungen, auf den Gittern 1 bis 10. Auf diese Weise wird erreicht, daß durch das Gitter 10 nur ein aus scharf begrenzten Impulsen bestehender Elektronenstrahl tritt. Eine besonders elektronenoptische Blende, welche die nicht in Phase befindlichen Elektronen aussiebt, ist hier nicht mehr erforderlich. Der Wirkungsgrad der Impulssteuerung ist hoch, weil die nicht in Phase befindlichen Elektronen bei geringen Spannungen an den Gittern aussortiert werden und somit der Energieverlust klein bleibt. Ein aus derartigen kurzzeitigen hochfrequenten Elektronenimpulsen gebildeter Strahl eignet sich, wie schon erwähnt, besonders gut zur Anfachung von Resonanzkreisen hoher Eigenfrequenz. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Erfindungsgegenstand nicht auf dieses bevorzugte Anwendungsgebiet beschränkt ist.

Die betrachtete, in Phase befindliche Elektronengruppe durchläuft dann die zur Anfachung dienenden Gitterpaare ii, 12; 13, 14; ... 19, 20. Ist der an die Gitterpaare 11, 12; 13, 14; ... 19, 20 bzw. an die Leitung 29, 30 angeschlossene anzufachende Resonator in Resonanz mit der Impulsfrequenz, so bildet sich auf der Zweidrahtleitung 29, 30 bzw. in einem beispielsweise bei 28 an die Zweidrahtleitung angeschlossenen Resonator eine Wechselspannung U₂ von solcher Phasenlage aus, daß diese Wechselspannung beim Durchtritt der betrachteten, in Phase befindlichen Elektronengruppe durch die Gitterpaare 11, 12; 13, 14; ... 19, 20 gerade ihren Höchstwert hat und auf die betrachtete Elektronengruppe bremsend wirkt. Nun sind aber die einzelnen Gitter 11 bis 20, wie die Abb. ι erkennen läßt, an verschieden große Gleichspannungen angeschlossen. Diese Gleichspannungen sind derart bemessen, daß die durch die Hochfrequenzfelder bewirkte Herabsetzung der Elektronengeschwindigkeit innerhalb eines Gitterpaares gerade kompensiert wird. Die in Phase befindliche Elektronengruppe fliegt daher auch in den Anfachgittern 11 bis 20 mit unverminderter und der Gleichspannung U₁ entsprechender Geschwindigkeit weiter, um schließlich auf der Anode 22 zu landen. Die Anode 22 kann mit dem letzten Anfachgitter 20 zusammenfallen. Die Anodenspannung U₂, die gleich der Summe der Δ U₂ ist, ist größer als die Gleichspannung CZ₁. Die in Phase befindliche Elektronengruppe trifft also mit geringerer Geschwindigkeit auf der Anode 23 auf, als der Anodengleichspannung U₂ entspricht. Der in Phase befindlichen Elektronengruppe ist also durch die Gitterpaare 11, 12; 13, 14; ... 19, 20 Hochfrequenzenergie entzogen worden. Insbesondere ist der betrachteten, in Phase befindlichen Elektronengruppe innerhalb der dem Anfachkreis angehörigen Gitterpaare mehr Hochfrequenzenergie entzogen worden, als diese in Phase befindliche Elektronengruppe dem Steuerkreis entzogen hat. Man kann diesen Energieentzug bzw. Energiegewinn grundsätzlich beliebig weit durch An-Ordnung beliebig vieler Anfachstufen fortsetzen. Praktische Grenzen dürften einmal durch die Schwierigkeit der Konzentration der Elektronenimpulse bei sehr langen Laufwegen gegeben sein und zum anderen durch die Vorschrift, daß die Gesamtlänge des Steuerkreises und die des Anfachkreises klein sein muß gegen die Wellenlänge auf den Leitungen 25, 26 (Betriebswellenlänge), damit die gewünschten Phasenbeziehungen zwischen der Hochfrequenzwechselspannung und den Elektronenimpulsen eingehalten werden.

Das in Abb. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel kann schaltungsgemäß in der Weise abgeändert werden, daß die aufeinanderfolgenden Gitterpaare gleichsinnig an die Hochfrequenzspannung 3I₁ bzw. U₂ angeschlossen werden und die Gleichspannungen U₁ und JJ₂ so gewählt werden, daß die Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle bzw. von Anfachstelle zu Anfachstelle ein ;eradzahliges Vielfaches der Halbperiode der Hochfrequenzspannung U₁ bzw. H₂ betragen.

Wie schon erwähnt, können an Stelle von Gitterpaaren für die Steuer- bzw. Anfachelektroden auch hohlzylindrische Elektroden, die in axialer Richtung von dem Elektronenstrahl durchsetzt werden, vorgesehen werden. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel ist in Abb. 3 schematisch angedeutet. Die Kathode ist hier wieder mit 21, die Anode mit 22 und

der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl mit 23 bezeichnet. Dem Steuerkreis gehören die Zylinderelektroden 35 bis 39, dem Anfachkreis die Zylinderelektroden 40 bis 43 an. Die axiale Länge der Zylinderelektroden von Steuerkreis und von Anfachkreis, d. h. die gegenseitigen Abstände von Steuerstelle zu Steuerstelle bzw. von Anfachstelle zu Anfachstelle, sind hier verschieden. Wie aus der Abbildung hervorgeht, ist die axiale Länge der dem Anfachkreis angehörigen Zylinderelektroden größer als die axiale Länge der dem Steuerkreis angehörigen Zylinderelektroden. Die hochfrequenten Steuer- bzw. Anfachfelder bilden sich zwischen den einander zugekehrten Enden der einzelnen Zylinderelektroden aus. Für den Fall, daß die Länge der Zylinderelektroden entsprechend einem ungeradzahligen Vielfachen der Halbperiode der Wechselspannung gewählt wird, ist der Anschluß der einzelnen hohlzylindrischen Elektroden an die hochfrequenten Wechselspannungsquellen und an die Gleichspannungsquellen grundsätzlich in der gleichen Weise vorzunehmen, wie es im Ausführungsbeispiel der Abb. 1 im einzelnen dargestellt ist. (Dort sind die zwei einander zugekehrten Gitter zweier aufeinanderfolgender Gitterpaare hochfrequenzmäßig und gleichstrommäßig unmittelbar miteinander verbunden.) Es ist nur zu beachten, daß wegen der unterschiedlichen Länge der Zylinderelektroden von Steuerkreis und von Anfachkreis zwischen dem letzten Steuerzylinder und dem ersten Anfachzylinder eine zusätzliche Gleichspannung einzuschalten ist. Über die Wahl der Gleichpotentiale der übrigen Zylinderelektroden ist folgendes zu bemerken: Ist die Zahl und die Länge der Zylinderelektroden des Steuerkreises gleich der Zahl und der Länge der Zylinderelektroden des Anfachkreises, dann muß A U₂ größer als A U₁, d. h. CJ₁ größer als CZ₂ gewählt werden, um Verstärkung zu erhalten. Wählt man dagegen die Zahl der Zylinderelektroden des Anfachkreises größer als die Zahl der Zylinderelektroden des Steuerkreises, dann kann A CZ₂ gleich oder um einen gewissen Betrag kleiner als A U₁ sein. Es ist nur darauf zu achten, daß die aus der Summierung der A U₁ sich ergebende Spannung CZ₁ kleiner ist als die aus der Summierung der A U₂ resultierende Spannung U₂. Ähnliche Überlegungen gelten natürlich auch für den Fall, daß zur Ausbildung der Hochfrequenzfelder Gitterpaare vorgesehen sind.

Die in den Abb. 1 bis 3 dargestellten Elektronenröhrenanordnungen können auch in Rückkopplungsschaltung betrieben werden. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise die die verstärkte Ultrahochfrequenzenergie führende Zweidrahtleitung 29, 30 durch Strahlungskopplung mit der Zweidrahtleitung 25, 26, an welche die Steuerelektroden angeschlossen sind, verbunden sein. Man kann auch die beiden Drahtleitungen 25, 26 und 29, 30 unmittelbar miteinander verbinden. Zweckmäßig wählt man dann die Zahl der Anfachelektroden größer als die Zahl der Steuerelektroden. Schließlich können aber auch der Steuerresonator und der Anfachresonator zum Zwecke der Rückkopplung durch eine besondere Leitung miteinander verbunden sein.

Weiter ist es möglich, den Erfindungsgedanken auf selbsterregte Senderröhren anzuwenden. Man betrachte z. B. den Anfachkreis der Anordnung nach Abb. i. Tritt in diesen Kreis ein homogener Elektronenstrahl hoher Geschwindigkeit ein, dann wird der in Phase befindlichen Elektronengruppe dieses Strahles von Stufe zu Stufe Energie entzogen. Die nicht in Phase befindlichen Elektronen nehmen dagegen im Mittel weder Energie auf noch geben sie Energie ab. Eine derartige Anordnung stellt also einen negativen Widerstand dar, der geeignet ist, einen Resonator anzufachen.

Bei den Anordnungen nach den Abb. 1 und 3 dienen zur wechselstrommäßigen Speisung der Steuer- und Anfachelektroden Zweidrahtleitungen. Beim Übergang zu sehr kurzen Wellen verursachen diese Strahlungsverluste. Zur Vermeidung der Strahlungsverluste ist es zweckmäßig, an Stelle der mit Verluststrahlung behafteten Zweidrahtleitungen verluststrahlungsfreie Hochfrequenzenergieleitungen, insbesondere Hohlraumleitungen, zu verwenden. Die Einrichtung kann dann in vorteilhafter Weise so getroffen werden, daß die Steuer- bzw. Anfachelektroden organisch mit der Hohlraumleitung vereinigt werden. Zweckmäßig werden dann die Steuerelektroden in Form von Hohlzylindern ausgebildet. Die Abb. 4 veranschaulicht die wesentlichen Merkmale eines derartigen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Zylinderelektroden 44 bis 49 sind in die mehrfach U-förmig geknickte Hohlraumleitung 50, die rechteckige Querschnittsform besitzt, eingesetzt. Zur gleichstrommäßigen Trennung der Zylinderelektroden von der Wandung der Hohlraumleitung dienen die aus dielektrischem Material angefertigten Schichten 51. Über die Drähte 52 werden den Zylinderelektroden die erforderlichen Gleichspannungen zugeführt. Der Abstand zwischen entsprechenden Punkten zweier aufeinanderfolgender Zylinderelektroden entspricht einem ungeradzahligen Vielfachen der Halbperiode des steuernden bzw. des anzufachenden hochfrequenten Wechselfeldes. Die Hohlraumleitung 50 ist zweckmäßig so abgestimmt, daß sich an den Durchtrittsstellen 53 bis 57 des Elektronenstrahles 58 durch die Hohlraumleitung Spannungsbäuche ausbilden. Die nicht dargestellten Elektroden, Kathode und Anode können im Innern der Hohlraumleitung isoliert angeordnet werden, so daß in vorteilhafter Weise die Wandung der Hohlraumleitung das Vakuumgefäß bilden kann. Die abgestimmte Hohlraumleitung stellt bei dieser Anordnung gleichzeitig den Steuer- bzw. den Anfachhohlraumresonator dar. Es ist selbstverständlich nicht notwendig, bei Verwendung von Hohlraumresonatoren die Elektronenströmung, die Steuerelektroden und die Anfachelektroden organisch mit dem Hohlraumresonator zu vereinigen.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Elektronenröhrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken oder Empfangen) ultrakurzer elektrischer Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, mittels eines zur Anfachung eines Resonators (»Anfachresonator«), insbesondere eines Hohlraum-

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   resonators, dienenden Elektronenstrahles, der auf seinem Wege von einer Elektronenquelle (Glühkathode) zu einer Anode oder Auffangelektrode (oder Bremselektrode) mehrere von einer einzigen Hochfrequenzspannungsquelle herrührende, zwischen je zwei gitter-, blenden- oder zylinderförmigen Elektroden sich ausbildende und in Richtung des Elektronenstrahles verlaufende Hochfrequenzfelder (»Steuer- und Anfachstellen«) durchsetzt,

   dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitigen Abstände der aufeinanderfolgenden Anfach- bzw. Steuerstellen gleich groß gewählt sind und daß an den einzelnen Steuer- bzw. Anfachelektroden verschieden große Gleichspannungen in solcher Ab-

   stufung liegen, daß für eine Elektronengruppe bestimmter Eintrittsphase in den ersten Steuer- bzw. Anfachraum die Geschwindigkeit längs des gesamten Weges von der ersten bis zur letzten Steuerbzw. Anfachstelle konstant bleibt und die Laufzeit dieser bestimmten Elektronengruppe zwischen je zwei Steuer- bzw. Anfachstellen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Halbperiode der Hochfrequenzspannungsquelle ist.
2. 2. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerelektroden zugeführten hochfrequenten Wechselspannungen einem Steuersender oder einer von den zu verstärkenden elektromagnetischen Schwingungen gespeisten Spannungsquelle entnommen werden (Fremdsteuerung, Hochfrequenzverstärkung; Abb. 1).
3. 3. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Kathode und erster Steuerelektrode liegende Gleichspannung (U₁) kleiner ist als die zwischen Kathode und letzter Anfachelektrode bzw. Anode liegende Gleichspannung (U₂ in Abb. 2).
4. 4. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und die Abstände der Steuerstufen und die Größe der beschleunigenden Gleichspannung (U₁) in Abhängigkeit von der Periode der Steuerwechselspannung (U₁) so gewählt sind, daß die letzte Steuerelektrode bzw. die erste Anfachelektrode negative Gleichspannung gegenüber der Kathode aufweist.
5. 5. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Steuerstufen gleich dem Abstand zwischen zwei Anfachstufen ist.
6. 6. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 bis 5 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß für den Steuerresonator und für den Anfachresonator Hohlraumresonatoren verwendet sind.
7. 7. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden bzw. die Anfachelektroden baulich mit dem Steuerhohlraumresonator bzw. dem Anfachhohlraumresonator vereinigt sind (Abb. 4).
8. 8. Elektronenröhrenanordnung nach Anspruch 1 bis 7 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerstufen zugeführten hochfrequenten Wechselspannungen durch Rückkopplung dem Anfachresonator entnommen sind (Rückkopplungsschaltung oder Eigenerregung).

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 708035, 853009; USA.-Patentschrift Nr. 2064469;
   französische Patentschriften Nr. 840676, 820929; Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, Jan. 1941, S. 10 bis 14;
   Journal of Applied Physics, Mai 1939, S. 325.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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