DE972277C - Elektronenroehrenanordnung zum Anfachen ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen, vorzugsweise des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlaengengebietes - Google Patents

Description

fWiGBl.S.175)

AUSGEGEBEN AM 25. JUNI 1959

P 14635 Villa j 21g

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7.1951)

Die Erfindung betrifft Elektronenröhrenanordnungen zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen, vorzugsweise des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, unter Verwendung von Hohlraumresonatoren als Anfach- oder/und Steuerresonator.

In erster Linie bezieht sich die Erfindung auf Generatoren (zum Senden oder zur Erzeugung von Hilfsschwingungen beim Überlagerungsempfang) und Hochfrequenzverstärker im Sinne der Langwellentechnik (beim Senden oder Empfangen). Im besonderen erstreckt sich die Erfindung auf solche Anordnungen, bei denen die anfachende Elektronenströmung in den Hohlraumresonator hinein- bzw. durch ihn durchgeleitet und dadurch die Anfachung des Anfachresonators bewirkt und Teile der Wandungen des bzw. jedes Hohlraumresonators als zwei Elektroden (z. B. zwei Gitter oder Gitter und Anode) wirken.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Anordnungen mit im Sinne der Normalschaltung positiver Anode bzw. Auffangelektrode, bei denen also nicht — wie bei Bremsfeldschaltungen — ein Gitter, sondern eine vollwandige Anode die »Lastelektrode« (die den Elektronenstrom in der Hauptsache aufnehmen muß) ist.

Gemäß der Erfindung ist zwischen einem vorzugsweise negativ vorgespannten Gitter und der Kathode hochfrequenzmäßig (für die Betriebsfrequenz) wenig-

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stens nahezu ein Kurzschluß vorhanden. Zwischen dem Gitter und einer folgenden Elektrode — meist der Anode — liegt der Anfachresonator. Der Durchgriff durch das Gitter ist außerordentlich hoch, und die Lauf-' Zeitverhältnisse sind so gewählt, daß der Laufwinkel zwischen Gitter und Anode weniger als i8o° beträgt. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Elektronenröhrenanordnung so gestaltet bzw. der Hohlraumresonator in der Weise mit der Röhre zusammengebaut, daß erstens sehr kleine Elektrodenabstände auf einfache Art hergestellt werden können und ihre Einhaltung im Betriebe mit guter Sicherheit gewährleistet sind, daß zweitens die gewünschte Wärmeabfuhr günstig vor sich geht und daß drittens die Betriebswellenlänge in einem vorgeschriebenen, gegebenenfalls verhältnismäßig beträchtlichen Wellenlängenbereich (vorzugsweise kontinuierlich) einstellbar bzw. veränderbar ist und dieses im besonderen auch bei sehr kleinen Wellen (z.B. 30cm oder weniger), beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 12 bis 24 cm, möglich ist, vor allem auch in dem Falle, daß der Hohlraumresonator unmittelbar mit der Elektronenströmung gekoppelt ist und also Wandungsteile des Hohlraumes als Elektroden wirken (bzw. umgekehrt) und die damit verbundenen Vorteile gewahrt bleiben sollen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht erfindungsgemäß darin, daß der Hohlraumresonator aus einem von zwei Elektroden gebildeten Plattenkondensator und einem sich daran anschließenden Stück einer konzentrischen Lecherleitung besteht, dessen rohrförmige Leiter aus dem Vakuum hochvakuumdicht herausgeführt sind und das zur Veränderung bzw. Einstellung der Eigenfrequenz des Hohlraumresonators dient. Ist außer einem Anfachresonator ein Steuerresonator vorhanden, so sind die beiden Hohlraumresonatoren vorteilhaft gleichachsig angeordnet.

Des weiteren werden die Einschmelzungen bzw. hochvakuumdichten Durchführungen der Hohlraumresonatorwandungen so gewählt, daß die zu verschmelzenden Wandungsteile (insbesondere Rohre bzw. Rohrteile) eine geringere Wandstärke als die übrigen Wand- bzw. Rohrteile besitzen, und es werden im besonderen zusätzliche Mittel, vorzugsweise in Form von Spann- und Druckringen, vorgesehen, durch welche an der Verschmelzungsstelle auftretende Zugbzw. Druckkräfte (in Richtung Rohrradius) unschädlich gemacht werden.

Ein anderer Erfindungsgedanke besteht darin, eine flächenhafte, vorzugsweise indirekte beheizte Kathode in die Metallflächen, insbesondere in einen rohrförmigen Wandungsteil eines Hohlraumresonators in der Weise einzuverleiben, daß die Wärmeabfuhr von der Kathode tunlichst herabgedrückt, gleichwohl aber für den über die Kathode und den betreffenden Wandungsteil des Hohlraumresonators fließende Hochfrequenzstrom ein Weg mit tunlichst geringen ohmschen Leitungsverlusten geschaffen ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindungsgedanken mögen die in den Abbildungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele dienen.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar für den Fall, daß nur ein Gitter und nur ein auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Hohlraumresonator (als Anfachresonator) vorhanden ist und die Anordnung insbesondere in Eigenerregung arbeitet. Eine Röhre nach der Abb. 1 kann als Sender z. B. direkt auf einer Antenne arbeiten oder aber z. B. bei mehrstufigen Anordnungen als Steuersender bzw. Oszillator dienen.

Die Kathode ist in der Abb. 1 eine indirekt geheizte Oxydkathode. Sie besteht aus einer Blechdose 101 (aus Nickel), deren eine Deckfläche 101' mit der emittierenden Schicht bedeckt ist. Die emittierende Schichtwird durch einen in derBlechdose angeordneten, zweckmäßig spiralförmigen Heizdraht beheizt, dessen Stromzuleitungen mit 105 und 106 bezeichnet sind. Von der eigentlichen Kathode, der emittierenden Schicht 101', kann der Anodenstrom über einen oder zwei Stromzuführungsdrähte 104 und 107 abfließen. Gegenüber der Kathode 101' ist das Gitter 102 und wiederum diesem gegenüber die Anode 103 angeordnet. Die Anode 103 wird von einem dünnwandigen Rohr 110 (aus Kupfer) getragen, während das Gitter 102 über Metallteile 113,114,115,112 mit einem dünnwandigen Rohr in (aus Kupfer) in Verbindung steht. In dem gekennzeichneten Ausführungsbeispiel wird das Gitter insbesondere von einem bandförmigen Drahtgewebe gebildet. Dieses Drahtgewebeband ist an seinem einen (linken) Ende auf dem Teil 114 befestigt. Es wird in go der Weise hergestellt, daß das auf dem Teil 114 befestigte Band über den federnden Winkel 115, 112 (Spannwinkel) gezogen, nach unten abgewinkelt und auf dem Teil 112 des Winkels befestigt wird. Der federnde Winkel 112, 115 hat wiederum den Zweck, das Gitter bei Temperaturänderungen selbsttätig straff gespannt zu halten. Die beiden Kupferrohre 110, in sind durch die Keramikscheibe 130 mit Hilfe je eines Glasflußringes 131, 132 hochvakuumdicht miteinander verbunden. Auf der einen Seite hat der Keramikring 30 die dargestellte Form, die mit der eines Kegelstumpfes zu vergleichen ist. Er bildet mit den Rohren 110, in Rillen, in denen sich der Glasfluß befindet und bei der Herstellung der Verschmelzung in Form je eines Glasringes eingelegt wird.

Auf den Metallteil 113 ist eine Kappe oder Haube 124 aus Metall (Kupfer) aufgesetzt, die in ihrer Mitte einen Ausschnitt besitzt, in welchem unter Freilassung eines kreisringförmigen Zwischenraumes (zwecks thermischer Isolation) die Blechdose 1 der Kathode angeordnet ist. Die Stromzuführungsdrähte 104, 105, 106, 107 sind ebenso wie zwei Metallstützen 108 und 109 in eine Glasbrücke 144 eingeschmolzen. Diese ist durch die auf dem Metallteil 124 befestigten Metallstützen 108, 109 getragen und auf diese Weise die Halterung der Kathode bewirkt. Bei Fortfall der Haube 124 kann z. B. die Glasbrücke mittels Stützstreben auf dem Metallteil 113 gelagert sein. An das Rohr in schließt sich an einer Verdickung über den flanschförmigen Metallteil 119 dn Metallzylinder 120 (z. B. aus Eisen) an, der an seinem anderen Ende durch eine metallische Deckplatte 121 abgeschlossen ist und den übrigen Teil des hochvakuumdichten Abschlusses bildet. An der Deckplatte 121 ist der aus Metall bestehende Pumpstutzen 122 vorgesehen. Im Anschluß an die Glas- iss brücke 144 sind die Stromzuleitungen 104, 105, 106,

107 fü^r die Kathode zweckmäßig flexibel ausgebildet und im übrigen durch je ein an seinem Ende durch eine Glasplatte 136 abgeschlossenes Metallröhrchen 125 hochvakuumdicht nach außen geführt (gezeichnet ist ein solches Röhrchen). Auf die Deckplatte 121 ist ein haubenartiger Teil 123 aufgesetzt, der ebenfalls aus Metall besteht und den Pumpstutzen 122 und die Röhrchen 125 umschließt und einen mechanischen Schutz für diese Teile nach außen hin bildet.

Der Hohlraumresonator wird von einem von dem Gitter 102 und der Stirnfläche der Anode 3 gebildeten Plattenkondensator und einem Stück einer konzentrischen Lecherleitung gebildet, dessen Leiter (Innenleiter und Außenleiter) an ihrem einen Ende über Metallflächen in die genannten Elektroden übergehen und das an seinem anderen Ende hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen ist. Um die Wärmeableitung von der Anode besonders günstig zu gestalten, ist das Rohr 117 mit einem Fortsatz 118 versehen, der in eine Ausdrehung der Anode hineinführt und dort mit der Anode in gutem thermischem Kontakt steht. Durch den Fortsatz 118 kann dann — außer durch das Rohr 110 — die Wärme von der Anode 103 auf das dickwandige Rohr 117 und von dort aus weiter nach außen hin abgeleitet werden. Die Rohre 117 und 116 sind an ihrem den Rohren 110, in abgewandten Ende durch eine Metallfolie (Kupferfolie 138) miteinander verbunden. Die Kupferfolie 138 ist auf das Ende des Rohres 117 mittels des Teiles 145 aufgeschraubt oder aufgeschweißt. An ihrem äußeren Umfange ist die Kupferfolie 138 unter Zwischenlage von Isoliermaterial, z.B. Glimmerringen, mit Hilfe des Metallringes (Kupferringes 146) auf dem Ende des Rohres 116 befestigt. Die Membran- oder Metallfolie 138 erhöht die Wärmeabstrahlung von dem mit der Anode verbundenen Rohr 117 und bewirkt ferner die Ableitung der Wärme von dem Rohr 117 auf das außenliegende Rohr 116. Indem die Kupferfolie 138 an ihrem Umfange unter Zwischenfügung von Isoliermaterial mit dem Rohr 116 verbunden ist, ist ferner sichergestellt, daß die beiden Rohre 117 und 116 und damit Anode und Gitter gleichspannungsmäßig voneinander isoliert sind. Das erwähnte Isoliermaterial (Glimmerscheiben) ist so gewählt, daß zwischen der Metallfolie 138 und dem Ende des Rohres 116 eine Verbindung in Form eines kapazitiven Kurzschlusses für die Betriebsfrequenz besteht. Um die Wärmeabstrahlung von dem Rohr 116 zu erhöhen, kann dieses an seinem (unteren) Ende mit einem z. B. aus Kupfer bestehenden Wulst 147 versehen sein, in dem längs seines Umfanges Eindrehungen (wie im linken Teil der Zeichnung angedeutet) vorgesehen sind, so daß längs des Umfanges des Wulstes eine größere Anzahl von etwa radial nach außen gerichteten Kühlfahnen entstehen. Der Anschluß für die Anode ist durch einen isoliert verlegten Draht mit dem Ende des Rohres 117 oder mit dem Teil 145 oder mit der Metallfolie 138 verbunden.

In vielen Fällen ist es von außerordentlichem Vorteil, den Betriebswellenlängenbereich möglichst groß zu gestalten, so daß die Betriebswellenlänge z. B. in dem Umfang 1: 2 geändert werden kann, etwa von einer Wellenlänge von 12 cm bis zu einer Wellenlänge von 24 cm. Auch dieses läßt sich mit der in Abb. 1 gezeigten Anordnung erreichen, und zwar auf die folgende, in dieser Abbildung dargestellten Weise:

Innerhalb des von den beiden Rohren 117 und 116 gebildeten, durch die Metallfolie 138 in der geschilderten Weise kurzgeschlossenen Leitungsstückes ist ein sogenannter Abstimmkolben 148 vorgesehen, der von einem Stück einer konzentrischen Lecherleitung gebildet wird, die an ihrem einen der Metallfolie 138 zugewandten Ende metallisch kurzgeschlossen ist und an ihrem anderen Ende offen ist. Zur Bildung dieser konzentrischen Lecherleitung dienen die Rohre 148 und 150. Die Durchmesser dieser Rohre 149, 150 sind so gewählt, daß durch den Abstimmkolben 148 die konzentrische Lecherleitung 117, 116 kapazitiv kurzgeschlossen wird. Um einen möglichst weitgehenden kapazitiven Kurzschluß zu erreichen, ist die axiale Länge des Abstimmkolbens 148 so gewählt, daß sie ein Viertel der mittleren Wellenlänge des Wellenbereiches beträgt, der durch die Anordnung überbrückt werden soll. Zwischen dem Abstimmkolben 148 und der Einschmelzstelle (Keramikscheibe 130) ist ferner ein sogenannter Transformationsring 137 vorgesehen, der zylindrische Form hat und beispielsweise aus Metall besteht. Statt dessen kann er aus einem Isolierstoff, z. B. Keramik, bestehen; in diesem Falle können die Mantelflächen des Ringes mit elektrisch gut leitendem Material wie Kupfer oder Silber überzogen sein. Der innere und äußere Radius des Transformationsringes sind so gewählt, daß seine innere Mantelfläche mit dem Zylinder 110 bzw. 117 und seine äußere Mantelfläche mit dem Zylinder in bzw. 116 je einen Zylinderkondensator bildet, der für die Betriebsfrequenz nahezu einen Kurzschluß darstellt, jedoch andererseits einen gewünschten Energietransport zwischen den zu seinen beiden Seiten gelegenen Teilen der konzentrischen Leitung zuläßt, die von dem Zylinder 110, 117 als Innenleiter und dem Zylinder in, 116 als Außenleiter besteht. In dem Rohr 116 ist nun ein Ausschnitt 139 vorgesehen, der mit Kopplungsschlitz bezeichnet wird und dazu dient, einen Strahler bzw. eine zu einem Strahler oder dem Steuerresonator einer folgenden Verstärkerstufe führende Energieleitung anzukoppeln. Die Energieleitung kann z. B. aus einer konzentrischen Energieleitung bestehen, deren Außenleiter strahlungsdicht auf die Außenfläche des Rohres 116, den Kopplungsschlitz 139 überdeckend, aufgesetzt ist und deren Innenleiter ein mehr oder weniger großes Stück in den Innenraum des Abstimmkolbens 148 hineinragt. Hierbei kann die Stärke der Ankopplung einstellbar sein, indem die Einrichtung so getroffen ist, daß das freie Ende des Innenleiters derart verstellbar ist, daß es mehr oder weniger in den Innenraum des Abstimmkolbens 148 hineinragt.

Um nun die Eigenfrequenz des Hohlraumresonators und damit die Betriebsfrequenz einstellen bzw. verändern zu können, ist der Abstimmkolben 148 zusammen mit dem Transformationsring 137 verstellbar. Zu diesem Zwecke ist der Transformationsring 137 starr mit dem einen Ende des Abstimmkolbens 148 verbunden, und zwar im gezeichneten Beispiel durch einen Keramikring 151. Der Keramikring 151 ist (an seinem unteren Ende) gleichzeitig so ausgebildet (flahschartig erweitert), daß er mit seiner flansch-

artigen Erweiterung an der Außenfläche des Rohres 116 gerade eben anliegt und er dadurch eine Führung der verschiebbaren Anordnung innerhalb des Rohres 116 bewirkt. In ähnlicher Weise ist am unteren Ende des Abstimmkolbens 148 ein Keramikring 152 vorgesehen der ebenfalls den Abstimmkolben an der Innenfläche des Rohres 116 gleitend führt. Der Abstimmkolben 148 einschließlich des Transformationsringes 137 kann nun in axialer Richtung verschoben und dadurch die gewünschte Betriebswellenlänge eingestellt werden. Ist der Abstimmkolben 148 derart verschoben, daß der Transformationsring mit seiner oberen Stirnfläche an die Keramikscheibe 130 unmittelbar angrenzt, so ist die mit der Anordnung kleinstmögliche Betriebswellenlänge eingestellt. Wird der Abstimmkolben von dieser Stellung aus in axialer Richtung nach unten verschoben, so wird die Betriebswellenlänge größer und größer. Auf diese Weise läßt sich ein sehr großer Betriebswellenlängenbereich überbrücken. Die Einschmelzstelle (Keramikscheibe 130) ist zweckmäßig so gelegt, daß sie sich für die mittlere Betriebswellenlänge an der Stelle eines Spannungsknotens befindet.

Bei der Abb. 1 ist der Anfachresonator ein auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Hohlraumresonator. Ferner ist der Raum zwischen Kathode und Gitter auch Bestandteil eines Hohlraumresonators (der von den Teilen 101 bzw. 101', 102, 114, 115, 113 und 124 gebildet wird). Jedoch ist bei der Abb. 1 der den Gitter-Kathoden-Raum enthaltende Hohlraumresonator nicht auf die Betriebsfrequenz abgestimmt, sondern er ist so gestaltet und bemessen, daß er einewesentlich größere Eigenfrequenz (als die Betriebsfrequenz) besitzt und für die Betriebsfrequenz wenigstens nahezu einen Kurzschluß darstellt. In manchen Fällen kann auch von der Einverleibung des Gitter-Kathoden-Raumes in einen Hohlraumresonator abgesehen werden, so daß z. B. im gezeichneten Ausführungsbeispiel (Abb. 1) die (gleichzeitig zur Halterung der Kathode dienende) Haube 124 fortfallen würde und die Kathode bzw. die Glasbrücke 144 beispielsweise mit Hilfe von den Teilen io8, 109 entsprechenden Stützstreben auf dem Teil 113 abgestützt wäre. Gitter und Kathode stellen dann ein Schwinggebilde in Form eines an seinem Rande offenen Plattenkondensators dar, das eine wesentlich höhere Eigenfrequenz (als die Betriebsfrequenz) besitzt und für die Betriebsfrequenz — in Anbetracht des Ideinen Abstandes zwischen Kathode und Gitter — wenigstens nahezu eine Kurzschlußkapazität darstellt.

Bekannte Anfachungsarten sind die Bremsfeldschaltung und die sogenannte schwingende Diode. In beiden Fällen wird der Durchgriff zweckmäßig klein (z. B. 2%) gewählt, da das elektrische Wechselfeld aus dem Raum zwischen Anode und Gitter tunlichst wenig bzw. praktisch gar nicht durch das Gitter durchgreifen soll und eine Steuerung der Elektronen in dem Raum zwischen Gitter und Kathode unerwünscht ist bzw. vermieden werden soll. Bei der schwingenden Diode dient das zweckmäßig negative Gitter zur Begrenzung des von der Kathode emittierten Stromes.

Im Gegensatz zu diesen beiden Anfachungsarten wird gemäß der Erfindung — bei rein schaltungsmäßiger Übereinstimmung — die Anfachung in der Weise bewirkt, daß durch das durch das Gitter hindurchgreifende Wechselfeld in dem Raum zwischen Kathode und Gitter eine Steuerung der Elektronen (Vorsteuerung) stattfindet und infolgedessen eine gesteuerte Elektronenströmung in den Anfachraum (Gitter—Anode) eintritt und gerade erst hierdurch die Anfachung des Anfachresonators (zwischen Gitter und Anode) hervorgerufen wird. Diese erfindungsgemäße Anfachungsart, die im folgenden als »Durchgriffssteuerung« bezeichnet wird, ist im übrigen unabhängig von dem in Abb. 1 gezeigten Aufbau und ferner grundsätzlich unabhängig davon, ob der Anfachresonator ein Hohlraumresonator ist oder nicht. Der Anfachresonator kann z. B. ein Drahtschwingungskreis oder ein Paralleldrahtsystem sein, wenngleich seine Ausbildung als Hohlraumresonator, insbesondere als mit der Elektronenströmung unmittelbar gekoppelter Hohlraumresonator (Abb. 1) in vielen Fällen besonders vorteilhaft ist.

Bei dieser Durchgriffssteuerung muß der Durchgriff — im Gegensatz zur Bremsfeldanfachung und zur schwingenden Diode — einen verhältnismäßig großen Wert besitzen, der zweckmäßig bei 5 % oder mehr liegt und unter Umständen bis zu 50% betragen kann. Vorzugsweise beträgt der Durchgriff 10 bis 20%. Maßgeblich für die Anfachung ist bei der Durchgriffssteuerung ferner — wiederum im Gegensatz zu den go beiden genannten Anfachungsarten — der Elektronenlaufzeitwinkel zwischen Kathode und Gitter, während der (durch die Vorspannungen und Abstände der Elektroden bestimmte) Laufzeitwinkel zwischen Gitter und Anode kleiner als i8o° ist und eine bevorzugte Ausführung darin liegt, daß er möglichst klein ist.

Die Durchgriffssteuerung wird im folgenden noch näher betrachtet, und zwar für den Fall der Triode mit gegenüber der Kathode negativ vorgespanntem Gitter.

Die Abb. 2 und 3 zeigen zunächst zwei Ausführungsbeispiele, die die Schaltung erkennen lassen und bei denen der Anfachresonator ein Drahtschwingungskreis (Abb. 2) bzw. eine Doppeldrahtleitung (Abb. 3) ist.

In Abb. 2, 3 ist die Röhre mit 160 und deren Anode mit 168, das Gitter mit 169 bezeichnet. Der aus der Spule 161 und dem Kondensator 162 bestehende, auf die Betriebsfrequenz abgestimmte Drahtschwingungskreis (Abb. 2) ist mit der Anode 168 und über die Spannungsquelle 163 (Batterie) mit dem Gitter 169 verbunden. Die Batterie 163 liefert gleichzeitig die negative Gittervorspannung. Die Batterie stellt einen Kurzschluß für die Hochfrequenz dar. Es können entsprechende Parallelkapazitäten vorgesehen sein, so daß die gesamte Spannungsquelle und die Gittervorspannung durch je eine Kurzschlußkapazität (für die Betriebsfrequenz) hochfrequenzmäßig überbrückt sind.Damit sind auchKathodeund Gitter hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen.

In Abb. 3 ist die als Anfachresonator dienende Lecherdrahtleitung mit 164 bezeichnet. Das Paralleldrahtsystem ist durch die verschiebbare Abschlußplatte 165 abstimmbar. Zwischen Gitter und Kathode befinden sich ein oder zwei Kurzschlußkondensatoren für die Hochfrequenz. Von der Spannungsquelle 166

(Batterie) aus erhalten über Drosseln Gitter und Anöde die Vor- bzw. Speisespannungen.

Rein schaltungsmäßig wären beide Anordnungen auch als schwingende Diode und bei Umkehr der Vorzeichen der Spannungsquelle auch in Bremsfeldschaltung benutzbar. Durch entsprechende Bemessung des Durchgriffs und der Elektronenlaufzeiten (durch Wahl der Elektrodenabstände und der Größe der Gleichspannungen) werden sie aber erfindungsgemäß

ίο in Durchgriffssteuerung betrieben. Zur Wirkungsweise hierbei ist folgendes zu sagen:

Der durch die Gittermaschen tretende Elektronenwechselstrom / ist bekanntlich bestimmt durch den Zusammenhang

I = S (U,+ DUJ)

hierin ist U₀ die Gitterwechselspannung, U_a die Anodenwechselspannung und 5 die Steilheit, die im vorliegenden Falle komplex ist, d. h. einen Phasen-

ao winkel von bestimmter Größe besitzt. Der Durchgriff D besitzt keinen Phasenwinkel. Für den hier vorliegenden Betriebsfall ist U„ = C, also / = SD U_a.

Der Elektronenwechselstrom am Gitter wird somit durch das durch die Gittermaschen hindurchgreifende elektrische Feld der Anode gesteuert. Durch die Wahl des Phasenwinkels von S kann man eine Phasenverschiebung von i8o° zwischen / und U_a erzielen. Wenn der Laufwinkel zwischen Gitter und Anode sehr klein ist, so ist der in der Anodenleitung fließende Wechselstrom J₀ gleich dem Elektronenleitungsstrom I am Gitter und unter dieser Bedingung besteht auch zwischen Anodenwechselspannung und Anoden wechselstrom eine Phasenverschiebung von i8o°, und der Resonator wird zu Schwingungen angefacht. Wesentlieh für den Betrieb ist also eine möglichst kurze Laufzeit zwischen Gitter und Anode und eine größere Laufzeit zwischen Kathode und Gitter von solchem Betrage, daß die gewünschte Phasenverschiebung entsteht. Außerdem darf der Durchgriff D des Röhrensystems nicht zu klein gewählt werden, da sonst keine ausreichende Steuerung stattfindet. Ein günstiger Wert für den Durchgriff ist io°/₀.

Der Phasenwinkel zwischen I_a und U_a braucht nicht genau i8o° zu betragen. Bei Abweichungen von diesem Wert wird die anfachende Wirkung geringer, sie erreicht jedoch erst bei 90 bzw. 270° den Wert Null. Bei Phasenverschiebungen, die von i8o° abweichen, treten außerdem gewisse Abweichungen der erzeugten Frequenz von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf.

Es ist nicht erforderlich, den Laufwinkel zwischen Gitter und Anode verschwindend kleinzuhalten. Bei größerem Laufwinkel wächst die Phasenverschiebung zwischen /„ und /, jedoch etwa nur um die Hälfte des Laufwinkels. Um bei größeren Laufwinkeln zwischen Gitter und Anode trotzdem eine Phasenverschiebung zwischen I_a und U_a von genau 180° zu erhalten, kann man den Lauf winkel zwischen Kathode und Gitter etwas vermindern, wodurch auch der Phasenwinkel zwischen / und D U_a herabgesetzt wird. Dieser Betrieb läßt sich bei Raumladungssteuerung mit besonderem Vorteil durchführen. Denn mit kürzerem Laufwinkel zwischen Gitter und Kathode nimmt die Aussteuerungsfähigkeit und mithin die Amplitude der angefachten Schwingungen und der Wirkungsgrad zu. (Beispielsweise ist es zweckmäßig, den Laufwinkel zwischen Kathode und Gitter derart zu bemessen, daß die Phasenverschiebung zwischen I und DU a 120 bis 150⁰ beträgt.)

Wenn / und D U_a um 180° phasenverschoben sein sollen, so bedeutet dies nicht, daß der Laufwinkel zwischen Kathode und Gitter ebenfalls i8o° betragen muß; er ist vielmehr beträchtlich größer, nämlich bei reiner Raumladungssteuerung rund 360⁰.

Ein idealer Kurzschluß zwischen Gitter und Kathode ist im Gebiet der sehr großen Frequenzen nicht möglich. Es ist daher außer der Gitter-Kathoden-Kapazität in Parallelschaltung zu dieser ein Überbrückungswiderstand R_g (Abb. 5) vorhanden zu denken. Infolgedessen entsteht durch Spannungsteilung über die Anoden-Kathoden-Kapazität C_ale, die Gitter-Kathoden-Kapazität C_glc und den Widerstand R_g eine Spannung U_g zwischen Gitter und Kathode. Diese Spannung kann infolge ungeeigneter Phasenlage der gewollten Durchgriffssteuerung entgegenwirken. R_g muß deshalb ein kleiner Widerstand sein. Ist R_g

kapazitiv, so darf er höchstens die Größe

ω CgTt

erreichen, ist er dagegen induktiv, so muß er unterhalb

^r- bleiben. Durch diese Bemessungsvorschrift ist

3 ω Cgic ^G

erreicht, daß die Wirkung der Spannung U_g die Durchgriffssteuerung um höchstens 50% verändert.

Die Durchgriffssteuerung ist besonders vorteilhaft bei Anordnungen nach der Abb. 1 anwendbar. Gegenüber der Anfachung mittels einer äußeren Rückkopplung bietet sie den Vorteil größerer Einfachheit und größerer Unabhängigkeit von der Frequenz in einem zu überbrückenden Wellenlängenbereich, gegenüber der Anfachung als schwingende Diode den Vorteil eines größeren Wirkungsgrades und ferner den Vorteil, daß die Einhaltung der Laufzeitbedingungen weniger kritisch ist.

Sofern dabei Gitter und Kathode nicht als Bestandteil eines Hohlraumresonators anzusehen sind und, wie angedeutet, die Kappe 124 in Fortfall kommt, sind an Kathode und Gitter zweckmäßig Metallteile anzufügen, die wenigstens nahezu eine Kurzschlußkapazität für die Betriebsfrequenz miteinander bilden.

In Abb. 4 ist ferner ein der Abb. 1 ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Haube 124 nicht galvanisch, sondern statt dessen durch kapazitiven Kurzschluß mit dem Rohr in in Verbindung steht. Der flanschartige Ansatz 171 der Haube 124 steht in geringem Abstand einem flanschartigen Ansatz 170 des Rohres in gegenüber. Zwischen den beiden Metallringen 170 und 171 kann als Dielektrikum ein Isoliermaterial wie eine Glimmerscheibe (in Form eines Kreisringes) vorgesehen sein. Die Anode wird von dem metallischen Abschluß 110' des Rohres 110 gebildet. Die Rohre 110 und in sind wiederum durch eine Keramikscheibe 173 hochvakuumdicht miteinander verbunden und über diese hinaus fortgesetzt. Die Haube 124 ist galvanisch auf einem Metallrohr 172 befestigt, das an seinem einen (linken) Ende metallisch

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abgeschlossen ist und an seinem rechten Ende die Kathode ιοί trägt.

Bei Anwendung der Durchgriffssteuerung braucht der Anfachresonator nicht zwischen einem Gitter und der Anode zu liegen, sondern es kann an die Stelle der Anode ein Gitter treten, auf das dann in der Elektronenflugrichtung eine Auffangelektrode folgt. Ferner kann vor der Kathode beispielsweise ein (positiv vorgespanntes) Gitter vorgelagert sein, das zusammen mit ίο der Kathode eine virtuelle Kathode bildet.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektronenröhrenanordnung zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) von ultrahochfrequenten elektrischen Schwingungen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, bei der zur Bildung eines Hohlraumresonators zwei konzentrische Leiter dienen, die mittels ringförmiger Verschmelzungen hochvakuumdicht durch die Röhrenwandung hindurchgeführt sind, und welche außerhalb des Vakuums mit Abstimmitteln versehen ist, in Eigenerregung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfachung des Anfachresonators in Durchgriffssteuerung erfolgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem vorzugsweise negativ vorgespannten Gitter und der Kathode hochfrequenzmäßig (für die Betriebsfrequenz) wenigstens nahezu ein Kurzschluß vorhanden ist und zwischen dem Gitter und einer folgenden Elektrode (z. B. der Anode) der Anfachresonator liegt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgriff durch das Gitter mehr als 5%, vorzugsweise etwa 10%, beträgt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl der Elektrodenabstände und der Betriebsspannungen die Elektronenlaufzeiten so bemessen sind, daß der Elektronenlaufwinkel zwischen Gitter und Anode weniger als i8o° beträgt (vorzugsweise tunlichst klein ist) und der Elektronenlaufwinkel zwischen der Kathode und dem Gitter im wesentlichen die Anfachung bestimmt und z. B. etwa 360⁰ beträgt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine Flächenkathode (101 bzw. 101') vorzugsweise mit indirekter Beheizung (Oxydkathode) ist und unter Herabdrosselung der Wärmeableitung den Metallflächen (124) eines Hohlraumresonators einverleibt ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Kathode eine Blechschachtel (101) aus Nickel mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt dient, deren Deckel die emittierende Schicht trägt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung von Gittern, die aus federnd verspannten Drahtnetzen bestehen (114, 102, 115, 112).
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator und die Abstimmvorrichtung so ausgebildet sind, daß der zu überbrückende Wellenlängenbereich ι: 2 beträgt und sich beispielsweise von 12 bis 24 cm erstreckt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmvorrichtung aus einem Abstimmkolben (148) besteht, der von einem Stück einer konzentrischen Lecherleitung der Länge von etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge gebildet wird, die an ihrem der Elektronenröhrenanordnung zugewandten Ende offen ist und an ihrem anderen Ende metallisch kurzgeschlossen.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abstimmkolben (148) und der Einschmelzstelle (Keramikscheibe 130) ein zylindrischer Transformationsring (137) aus leitendem oder dielektrischem Material angeordnet ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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