DE972760C - Anordnung zum Verstaerken, Erzeugen oder zur Frequenzumformung von ultrahochfrequenten Schwingungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 17. SEPTEMBER 1959

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Zusatz zum Patent 970

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verstärken, Erzeugen oder zur Frequenzumformung von ultrahochfrequenten Schwingungen mit Hilfe einer Elektronenröhre nach Patent 970 164, in der eine zunächst gleichförmig vorbeschleunigte Elektronenströmung nacheinander einen Steuerraum, in dem die Elektronen in der Geschwindigkeit moduliert werden, einen feldfreien Laufraum, in dem durch Zusammenballung der Elektronen verschiedener Geschwindigkeit eine Dichtemodulation der

Elektronenströmung erreicht wird, und einen Auskoppelraum durchsetzt.

Gegenstand des Hauptpatentes ist eine solche Ausbildung einer derartigen Elektronenröhre, bei der sowohl der Steuerraum als auch der Auskoppelraum von zwei einander gegenüberstehenden Elektroden begrenzt sind, die Oberflächenbestandteil je eines gleichspannungsmäßig nicht unterbrochenen geschlossenen Resonanzsystems sind, derart, daß sie an einer Stelle elektrischer Feldkonzentration

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dieser Resonanzsysteme liegen, wie sie z. B. durch toroidförmige Ausbildung der Resonanzsysteme erreicht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine derartige Elektronenröhre so ausgebildet, daß die beiden abgestimmten Resonanzsysteme als Hohlraumresonatoren mit biegsamer Wand ausgebildet und an entgegengesetzten Enden eines starren, den Laufraum umgrenzenden Rohres befestigt sind, mit ίο dessen Enden sie je einen von der Elektronenströmung durchsetzten Spalt bilden, wobei beide Resonatoren zusammen mit dem Laufraum völlig in dem evakuierten Kolben eingeschlossen sind, dessen Enden in bezug auf den mittleren Kolbenteil in Richtung der Elektronenströmung beweglich und an den dem Lauf raumrolir abgewendeten Enden der Hohlraumresonatoren befestigt sind, wobei das Lauf raumrohr mit "dem mittleren Kolbenteil starr verbunden ist, so daß die Spaltweite an jeder Seite getrennt eingestellt werden kann, indem man das eine oder andere Kolbenende in bezug auf den Kolbenmittelteil verschiebt und dadurch den betreffenden Resonator verformt.

Resonatorröhren mit biegsamen Wänden auszurüsten und den gesamten Resonator in einen" evakuierten Raum einzuschließen, ist an sich für andere Zwecke aus der französischen Patentschrift 47 472, Zusatz zu Patentschrift 789 141, bereits bekannt. In Fig. 4 dieser Patentschrift ist eine konzentrisch aufgebaute Bremsfeldröhre mit einem die in der Achse liegende Kathode und das konzentrisch angeordnete Gitter umschließenden konzentrischen Anodenzylinder gezeigt, der von einem weiteren konzentrischen Zylinder umgeben ist und mit diesem einen Resonator bildet. Der äußere Resonatorzylinder ist senkrecht zur Zylinderachse in zwei Zylinderhälften geteilt, die durch ein biegsames metallisches Teil miteinander verbunden sind. Jede der beiden Zylinderhälften ist mit dem entsprechenden Teil der äußeren Vakuumgefäßwandung verbunden, die ebenfalls aus zwei in der Mitte mittels eines biegsamen, vakuumdicht schließenden Teils verbundenen Teilen besteht. Durch Verschiebung dieser Teile der äußeren Gefäßwandung in Längsrichtung der Systemachse werden gleichzeitig die mit ihnen verbundenen Teile des äußeren Resonatorzylinders in Längsrichtung der Systemachse gegeneinander verschoben, wodurch der Resonator abgestimmt werden soll. Bei der bekannten Vorrichtung ändern sich bei der Abstimmverstellung die Abstände von Kathode, Gitter und Anode nicht; mit anderen Worten: Bei der bekannten Vorrichtung bleibt bei der Abstimmung des Resonators die Spaltweite unverändert. Eine derartige Abstimmvorrichtung ist jedoch bei einer Laufzeitröhre nach Patent 970 164 nicht anwendbar. Ferner werden bei der bekannten Vorrichtung durch Verstellung der Teile des Vakuumkolbens in Längsrichtung der Systemachse die beiden Resonatorteile als Ganzes gleichfalls in Längsrichtung gegeneinander verschoben; bei der Abstimmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Bewegung der Enden des Vakuumkolbens nicht einfach die Resonatoren, sondern die Resonatorspalte verstellt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung.

In der Zeichnung ist

Fig. ι eine Außenansicht des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Längsschnitt im vergrößerten Maßstab durch die Anordnung nach Fig. i, wobei die elektrischen Verbindungen angegeben sind.

Für gleiche oder gleichartige Teile werden die gleichen Bezugszeichen benutzt.

Wie aus der Gesamtdarstellung gemäß Fig. 3 hervorgeht, sitzt das Gerät in einem mittleren Metallgehäuse 1. An den Enden des Gehäuses 1 sind nachgiebige Verbindungsstücke 2 und 3 aus Metall vorgesehen, die balgförmig ausgebildet sind und an denen je ein Ring 4 bzw. 5 befestigt ist. An dieser Anordnung ist durch Klemmringe 6, 7 und durch in den Ringen 4, 5 eingreifende Schrauben je eine Abschlußkappe 8 bzw. 9 befestigt, die aus Glas bestehen und durch Dichtungsringe 63 und 64 abgeschlossen sind. Die Bleidichtungen 63 und 64 können bei einer einem Erhitzungsprozeß unterwürfenen Röhre auch durch Glas-auf-Metall-Dichtungen ersetzt werden. Das aus der Hülle 1 und den Abschlußkappen 8, 9 bestehende Gehäuse ist in geeignetem Grade evakuiert. Die linke Abschlußkappe 8 enthält eine Vorrichtung zur Elektronenabgabe (Kathode) 11, bei welcher eine Seite des Heizfadens 66 über die Durchführung 13 mit der einen Klemme der Batterie 67 verbunden ist, während die andere Seite des Heizfadens 66 über einen Schraubenbolzen 12 mit der Batterie 67 in Verbindung steht. Die Kathode 11 wird durch die Schraube 12 von hoher Wärmeleitfähigkeit gehalten, die aus der Kappe 8 hervorsteht. Die rechte Kappe 9 enthält Elektroden, die mit den Anschlüssen 14, 15 und 16 verbunden sind. Einzelheiten der Verstellvorrichtungen sind aus Fig. 1 besser erkennbar.

An der Außenseite der Hülle 1 sind drei Mikrometerschrauben 17, i8, 19 für die Einstellung von Teilen des Gerätes vorgesehen. Schraube 17 wird von einem Lagerstück 21 gehalten, das seinerseits von einem Klemmring 22 getragen wird, welcher auf einem Haltering 23 sitzt. Dieser besitzt ein mit Gewinde versehenes Rohrstück, das in die Hülle 1 eingeschraubt ist. Durch Schraube 17 erfolgt die Einstellung der Kopplung innerhalb des Geräts. ¹¹S Die Schrauben 18 und 19 werden von einer Klemme 24 gehalten, die an einem Ring 25 befestigt ist, welcher an der Hülle 1 einen radialen Flansch bildet. Die Schrauben 18 und 19 wirken auf radiale Ansätze 26 und 27 ein, welche an auf der Hülle 1 gut drehbar sitzenden Ringen 28 und 29 befestigt sind. Die Ringe 28 und 29 werden gegen die Schrauben 18 und 19 durch Federn 31 angedrückt. Die Ringe 28 und 29 haben je drei Einsenkungen oder Aussparungen, die beim Ring 28 mit 33 und beim Ring 29 mit 34 bezeichnet sind und in welche

die Innenenden von einstellbaren Druckschraubverbindungen 35 und 36 eingreifen. Die Verbindungen 35 und 36 nehmen normalerweise Stellungen in einer konzentrisch zur Hülle 1 verlaufenden zylindrischen Zone ein, wobei jedoch ihre Achsen etwas schräg zu der Hüllenachse verlaufen. Die Außenenden der Verbindungen 35 und 36 gegenüber den Ringen 28 und 29 greifen in entsprechende Aussenkungen oder Aussparungen in den Ringen 4 bzw. 5. Eine Drehung der Ringe 28 und 29 durch Verdrehen der Schrauben 18 und 19 ändert die Neigungen der Verbindungen 35 und 36 und bewirkt so die axiale Verschiebung der Ringe 4 und 5 durch Kniehebelwirkung. Diese Verschiebung wird durch die Nachgiebigkeit der Verbindungen 2 und 3 ermöglicht.

Fig. 2 zeigt in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab einen Geräteteil, der innerhalb der Hülle 1 vorgesehen ist. Diese Figur zeigt zwei in sich abgeschlossene, durch Elektronen erregbare Resonatoren 41 und 42 mit Endscheiben 43 und 44, welche Gitter 45 und 46 enthalten. Im Inneren der Resonatoren 41 und 42 sind vorspringende Ansätze 47 bzw. 48 gebildet, welche in Gittern 49 und 50 endigen. Die Resonatoren 41 und 42 stehen über Röhren 51 und 52 miteinander in Verbindung, welche in eine in der gleichen Flucht liegende Aussparung in ein Lager 53 hineinragen, das innerhalb der Hülle 1 gelagert ist und die Röhren 51 und 52 festhält. Das Lagerstück 53 trägt an seinem oberen Ende ein Lager 54, in welchem sich eine kleine konzentrische elektrische Leitung 55 befindet. Die konzentrische Leitung 55 endigt in dem Resonator 41 in einer Schleife 57 und im Resonator 42 in einer Schleife 58.

Beide Resonatoren oder Abstimmkreise 41 und 42 sind in ihren gekrümmten Teilen wie dargestellt geschlitzt, so daß sie zwecks Änderung der Entfernung zwischen ihren Gittern, beispielsweise zwisehen den Gittern 45 und 49 im Resonator 41 durchgebogen werden können. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung einschließlich der Hülle 1 und der Abschlußkappen 8, 9 ist luftdicht ausgebildet und evakuiert.

Die Ringe 28 und 29 stehen unter atmosphärischem Druck, welcher auf die Abschlußkappen 8 und 9 ausgeübt wird und sich auf die Ringe 28, 29 über die Ringe 4, 5 mittels der Kniehebelverbindungen 35 und 36 überträgt. Dieser Druck wird über eine Kugelreihe 61 und 62 dem Ring 25 übermittelt, wobei die Kugeln in Nuten in den Ringen 25, 28 und 29 gehalten werden. Aus Fig. 3 geht hervor, daß eine Verstellbewegung des Rings 4, z. B. durch Drehen der Schraube 18 zwecks Betätigung der Kniehebelverbindung 35, das Verbindungsstück 2 und Resonator 41 durchbiegt, wodurch die Entfernung zwischen den Gittern 45 und 49 eine Änderung erfährt und eine Frequenzregelung des Resonators 41 erzielt wird. Resonator 42 kann in ähnlicher Weise durch Drehen der Schraube 19 eingestellt werden.

Während des Arbeitens werden die Elektronen von dem Kathodenteil 65 emittiert. Sie werden durch die Potentialdifferenz einer Batterie 86 zwischen dem Kathodenteil 65 und dem Gitter 45 beschleunigt, so daß sie durch das Gitter 45 hindurch in den Raum zwischen Gitter 45 und Gitter 49 gelangen. Im Raum zwischen den Gittern 45 und 49 ist ein elektrisches Wechselfeld vorhanden, dessen Achse in der Bewegungsrichtung der Elektronen, d. h. parallel zur Systemachse, verläuft. Die Elektronen im Feld zwischen den Gittern 45 und 49 werden von diesem beschleunigt oder verzögert, und zwar je nach der augenblicklichen Richtung des Feldes zwischen den Gittern 45 und 49. Ist das Gitter 45 positiv und das Gitter 49 negativ, so werden die dazwischen befindlichen Elektronen verzögert. Ist hingegen das Gitter 45 negativ und Gitter 49 positiv, so werden die dazwischen befindlichen Elektronen beschleunigt. Die Feldrichtung wechselt natürlich gemäß der Arbeitsfrequenz des Systems.

Die beschleunigten Elektronen verlassen das Feld durch das Gitter 49 hindurch mit höheren Geschwindigkeiten als die verzögerten Elektronen, und da von den die Röhren 47 und 48 durchlaufenden Elektronen die schnelleren die langsameren einholen, kommen die Elektronen in Gruppen beim Gitter 50 an. Diese Gruppen entsprechen der Systemfrequenz. Die Elektronengruppen treten in den Raum zwi- go sehen den Gittern 50 und 46 ein, wobei sie wieder ein Wechselfeld ähnlich demjenigen zwischen den Gittern 45 und 49 durchlaufen. Der Eintritt der Elektronengruppen in das Feld zwischen den Gittern 50 und 46 hat die gleiche Wirkung wie das Aufdrücken eines periodischen Feldes zwischen den Gittern 50 und 46, wodurch sie Schwingungen im Resonator 42 aufrechterhalten.

Aus dem Resonator 42 wird Energie dem Resonator 41 über die Kopplungsschleifen 58, 57 und die konzentrische Leitung 55 zwischen den Schleifen 57 und 58 übermittelt. Die Länge der Röhren 47, 48 zwischen den Gittern 49 und 50 wird durch die Frequenz des Systems und die Spannung der Batterie 86 bestimmt. Diese Faktoren bestimmen die Phase der Ankunft der Elektronengruppen am Gitter 50.

Die Einzelheiten im Aufbau und in den Abmessungen des Ausführungsbeispiels können im Rahmen des Anspruchs 1 von den in der Zeichnung im dargestellten abweichen. Ein Gerät mit den Abmessungen nach Fig. 3 arbeitete zufriedenstellend bei Frequenzen in der Größenordnung von 3 · io⁹ Schwingungen pro Sekunde.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Verstärken, Erzeugen oder zur Frequenzumformung von ultrahochfrequenten Schwingungen mit Hilfe einer Elektronenröhre nach Patent 970 164, in der eine zunächst gleichförmig vorbeschleunigte Elektronenströmung nacheinander einen der Modulation dienenden Steuerraum, einen der Phasenfokussierung dienenden feldfreien Laufraum und einen Auskoppelraum durchsetzt, wobei sowohl der

   Steuerrautn als auch der Auskoppelraum von zwei einander gegenüberstehenden Elektroden begrenzt sind, die Oberflächenbestandteil je eines geschlossenen Resonanzsystems sind und an einer Stelle elektrischer Feldkonzentration dieser Resonanzsysteme liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden abgestimmten Resonanzsysteme als Hohlraumresonatoren (41, 42) mit biegsamer Wand ausgebildet und an entgegengesetzten Enden (51, 52) eines starren, den Laufraum umgrenzenden Rohres befestigt sind, mit dessen Enden sie je einen von der Elektronenströmung durchsetzten Spalt (45-49, 50-46) bilden, wobei beide Resonatoren zusammen mit dem Laufraum völlig in dem evakuierten Kolben eingeschlossen sind, dessen Enden (8, 9) in bezug auf den mittleren Kolbenteil (1) in Richtung der Elektronenströmung beweglich und an den dem Laufraumrohr ab-

   ao gewendeten Enden (43, 44) der Hohlraumresonatoren befestigt sind, wobei das Laufraumrohr mit dem mittleren Kolbenteil (1) starr verbunden ist, so daß die Spaltweite an jeder Seite getrennt eingestellt werden kann, indem man das eine oder andere Kolbenende in bezug auf den Kolbenmittelteil verschiebt und dadurch den betreffenden Resonator verformt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannvorrichtung, durch welche die beiden Kolbenenden zueinander bewegt werden können.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren durch zylindrische leitende Gehäuse gebildet werden, die an einer Seite verrundet und mit einem einspringenden Mittelteil versehen sind, während das andere Ende eben ausgebildet und der verrundete Teil zur Herstellung der Biegsamkeit geschlitzt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschriften Nr. 808 567, 47 472 (Zusatz zur Patentschrift Nr. 789 141);
   britische Patentschrift Nr. 442 326.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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