DE975093C - Anordnung mit einer Bremsfeldroehre zur Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Bremsfeldröhre zur Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen, bei der die aus Kathode und Blende bestehende Elektronenquelle am einen Röhrenende, die Bremselektrode am anderen Röhrenende und ein zugleich als Beschleunigungselektrode dienender hohler Metallteil etwa in der Mitte zwischen Elektronenquelle und Bremselektrode angeordnet ist, so daß die gebündelte

ίο Elektronenströmung drei unmittelbar aneinander grenzende Laufräume durchsetzt, von denen der mittlere einen feldfreien Laufraum darstellt, bei der des weiteren sowohl der zwischen Elektronenquelle und Beschleunigungselektrode liegende Laufraum als auch der zwischen Beschleunigungselektrode und Bremselektrode liegende Laufraum an je einen Schwingkreis angeschlossen ist und die beiden Schwingkreise ihrerseits miteinander gekoppelt sind und bei der schließlich von den Elektronen beim Durchlaufen der an die Schwingkreise angeschlossenen Lauf räume Energie an den jeweils zugehörigen Schwingkreis abgegeben wird. Die Erfindung betrifft somit eine Anordnung, wie sie in der deutschen Patentschrift 972681 bereits vorgeschlagen worden ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Elektroden derart ausgebildet und bemessen und die Betriebsspannungen so gewählt sind, daß die Elektronen die drei Laufräume nach Art einer Pendelschwingung mehrmals durchlaufen.

An sich sind bereits Anordnungen mit einer Bremsfeldröhre zur Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen bekannt, bei denen die Elektronen die Laufräume der Röhre nach Art einer Pendelschwingung mehrmals durchlaufen (vgl. zum Beispiel die französische Patentschrift 875215). Die bekannten Anordnungen unterscheiden sich jedoch sowohl hinsichtlich der Elektrodenausbildung, -anordnung und -bemessung als auch hinsichtlich des Vorsehens der Schwingkreise ganz wesentlich vom Erfindungsgegenstand.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Der prinzipielle Aufbau einer Bremsfeldtetrode ist schematisch in Abb. 1 dargestellt. Ordnet man eine ebene Kathode K₁ eine diese bis auf eine Durchlaßöffnung umschließende Blende B, die vorzugsweise auf negativem Potential liegen möge, und eine hochpositive Beschleunigungselektrode G, deren Durchtrittsöffnung der Öffnung der Blende gegenüberliegen soll, in der in der Abb. 1 angegebenen Art in kleinen Abständen voneinander an, so entsteht bekanntlich ein elektrisches Immersionsobjekt, dessen Sammelwirkung nahe der Kathode K die Zerstreuungswirkung nach dem Durchgang durch die hochpositive Beschleunigungselektrode G überwiegt. Das Elektronenstrahlbündel, das, von der Kathode ausgehend, unter dem Einfluß des beschleunigenden Feldes die Öffnungen der Blende und der Beschleunigungselektrode durchsetzt, wird bei günstigen Spannungsverhältnissen an den Elektroden weitgehend in der Achsennähe des Systems konzentriert. Ordnet man ferner diesem System noch eine ebene, vorzugsweise auf negativem oder Nullpotential befindliche Bremselektrode/⁵ zu, so haben wir die vier wesentlichen Elektroden der Bremsfeldtetrode vor uns.

Unter dem Einfluß der angegebenen Spannungsverteilung werden die Elektronen bei ihrem Flug durch das Elektrodensystem etwa folgende Bahn verfolgen. Sie werden, von der Kathode /C ausgehend, nicht direkt auf die Beschleunigungselektrode G auftreffen, sondern infolge ihrer annähernd axialen Konzentration die Öffnung in der positiven Beschleunigungselektrode G annähernd zentral durchfliegen, an der Nullpotentialebene im Bremsraum umkehren, um schließlich nach der Umkehr auf die Elektrode G aufzutreffen. In Einzelheiten, wie z. B. der Lage der Umkehr- und der Auf treffpunkte, wird der Weg, den sie beschreiben, natürlich von den verwendeten Potentialdifferenzen abhängen. In der Abb. 1 ist mit I der Anlaufraum und mit II der Bremsraum bezeichnet. Mit ι und 2 sind die an diese Räume angeschlossenen Schwingkreise bezeichnet.

Bei der in der Abb. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist die Kathode wiederum mit K bezeichnet, an welche sich die Blende B, die Beschleunigungselektrode G und die Bremselektrode P anschließen. Zwischen dem Laufraum I zwischen den Elektroden B und G und dem Laufraum II zwischen den Elektroden G und P befindet sich der mit III bezeichnete feldfreie Laufraum im Innern der Elektrode G. Die Schwingkreise sind in Übereinstimmung mit der Darstellung von Abb. 1 mit ι und 2 bezeichnet. Mit R ist ein Rückkopplungsweg bezeichnet, der die Schwingkreise 1 und 2 miteinander verbindet. Zur Einstellung der richtigen Phasenlage ist die Rückkopplungsleitung posaunenartig verstellbar ausgebildet, wobei in Richtung des Doppelpfeiles α der U-förmig gebogene Teil der Rückkopplungsleitung mehr oder weniger tief in die übrigen Teile eingeschoben werden kann. Im Schwingkreis 2 läßt sich der Abstand der Bremselektrode P von der Elektrode G variieren. Zu diesem Zweck kann mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung W die Bremselektrode gehoben oder gesenkt werden, wie dies durch den Doppelpfeil b angedeutet ist. Zur vakuumdichten Verbindung dient ein geeigneter Federkörper F. In entsprechender Weise kann auch eine Nachstimmung des Schwingkreises 1 vorgenommen werden. Zu diesem Zweck ist ein Schieber S vorgesehen, der in Richtung des Doppelpfeiles c verstellbar ist.

Durch den an der Bremselektrode P achsensymmetrisch angebrachten kurzen zylindrischen Ansatz ändert sich die Verteilung der Potentialflächen in diesem Raum. Der Ansatz befindet sich etwa dort, wo die ankommenden Elektronenpakete nur noch eine tangentiale Geschwindigkeit in bezug auf die Bremselektrode hatten, so daß sie jetzt nach ihrer Abbremsung im Bereich des an der Elektrode P angebrachten zylindrischen Ansatzes, etwa in der Richtung ihrer ankommenden Flugbahn, wieder zurückgeworfen werden, wobei ihre Laufzeiten für den Hin- und Rückweg die gleichen sind. Bei günstiger Wahl der Spannungen und der Elektrodenform durchlaufen die Elektronenpakete den Laufraum III abermals, werden vor der Blende B erneut abgebremst, um von dort aus, von neuem beschleunigt durch die Elektrode G und phasenrichtig gesteuert durch die Wechselspannung und die Laufzeit im Laufraum I, wiederum in den Anfachungsprozeß einzutreten. Zusammenfassend wiederholt, erhält man also hiermit eine Anordnung, in dgr Elektronenpakete, die im Abstand von 2 π im Laufzeitwinkelmaß aufeinanderfolgen, die drei gegebenen Laufräume nach Art einer Pendelschwingung durchlaufen. Die Umkehrpunkte, also die Punkte potentieller Energie, liegen in der Nähe der beiden negativen Elektroden, der Blende und der Bremselektrode. Die Stelle größter kinetischer Energie liegt im mittleren, feldfreien Laufraum III. Die Influenzströme dieser schwingenden Elektronenpakete bewirken, phasenrichtig durch die Länge der Laufräume gesteuert, an den beiden angeschlossenen Schwingsystemen das Auftreten von negativen Wirkwiderständen und fachen sie bei richtiger Abstimmung zu Schwingungen an. An den beiden Umkehrstellen der Elektronenpendelschwingung, an der Blende und an der Bremselektrode ist eine Aussortierung störender Elektronen mit stark abweichender Geschwindigkeit möglich.

Bei einer Ausführungsform, an welcher Untersuchungen vorgenommen wurden, waren die EIektroden zuerst als ebene Platten ausgebildet, die

durch Parallelverschiebung voneinander entfernt oder einander genähert werden konnten. Die Schwingsysteme bestanden aus der Elektrodenkapazität als Schwingkreiskapazität und aus den Elektrodenhaltern, etwa 20 mm breiten Bändern, als Selbstinduktion. Die Eigenwelle der Schwingkreise betrug 30 bis 40 cm. (Die Untersuchungen wurden im Dezimeterbereich ausgeführt, da das Studium der Abstandsgesetze im Gebiet der Zentimeterwellen unnütz erschwert worden wäre.) Die Elektronenpakete durchliefen dabei die Elektrodenanordnung nur einmal.

Es ergab sich auf diese Weise als günstigste Länge des Laufraumes III der Wert von etwa 11 mm bei 50 cm Wellenlänge und einer mittleren Beschleunigungsspannung von 800 bis 1000 Volt an der Elektrode G. Das Maximum des Wirkungsgrades als Funktion der Länge des Lauf raumes III war nicht sehr scharf. Dies ist zum Teil auf die Verknüpfung der Spannungsabhängigkeit mit den Raumladungsverhältnissen an der Kathode zurückzuführen sowie darauf, daß im Laufraum I noch nicht die optimalen Laufzeitverhältnisse erreicht werden konnten. Hinsichtlich der Abhängigkeit des maximalen Schwingeinsatzes von der Länge des Laufraumes II wurden zwei scharfe Optima der Schwingungsanfachung bei etwa ir und 20mm Abstand zwischen der Austrittsfläche der Beschleunigungselektrode und der Bremselektrode beobachtet. Das erste Maximum entspricht offenbar dem ersten optimalen Laufzeitwinkel, das zweite dem um π für den einfachen Weg vergrößerten Laufzeitwinkel.

Unter den geschilderten Verhältnissen des einmaligen Durchlaufs der Elektronenpakete durch die Elektrodenanordnung wird diejenige Kopplungswelle des angeschlossenen Zweikreisschwingsystems angeregt, die der Eigenwelle des Kreises 1 nahe liegt.

Um zur erfindungsgemäßen Anordnung zu gelangen, wurde nun mit derselben Anordnung der Versuch gemacht, die Elektronenpakete so an der Bremselektrode zurückzuwerfen, daß sie wieder in den Laufraum III zurückfallen, also die Anordnung mindestens zweimal, wenn nicht mehrfach durchlaufen. Zu diesem Zweck wurde der Bremselektrode bei sonst unveränderter Anordnung ein zylindrischer Ring von etwa 8 mm Höhe aufgesetzt. Dadurch mußte ein Verlauf der Potentialflächen eintreten, durch den die an der Bremselektrode umkehrenden Elektronenpakete erneut in den Laufraum III hineingesteuert wurden. Der Durchmesser des Ringes, also auch der Abstand der Umkehrpunkte von der Achse der Elektrodenanordnung, wurde in Stufen variiert. Für jeden Durchmesser wurde der günstigste Abstand der Bremselektrode von der Beschleunigungselektrode fein einreguliert.

Bei der gleichen Beschleunigungsspannung von

1000 Volt an der Elektrode G und der günstigsten Einstellung der negativen Blendenvorspannung ergab sich eine starke Zunahme der abgegebenen Leistung bis auf mehr als das Doppelte, während die aufgenommene Leistung nur etwa die Hälfte derjenigen bei einmaligem Durchlauf betrug. Der Wirkungsgrad stieg also auf etwa den vierfachen Wert.

In diesem Falle der Mehrfachausnutzung der Elektronenpakete wurde die Kopplungswelle angeregt, die der Eigenwelle des Kreises 2 nahe liegt. Offenbar überwog bei Mehrfachdurchlauf der negative Anfachungswiderstand der Elektronenlaufstrecke des Laufraumes II, zumal die Verhältnisse im Lauf raum I noch nicht optimal einreguliert werden konnten.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung mit einer Bremsfeldröhre zur Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen, bei der die aus Kathode und Blende (Wehneltelektrode) bestehende Elektronenquelle am einen Röhrenende, die Bremselektrode am anderen Röhrenende und ein zugleich als Beschleunigungselektrode dienender hohler Metallteil etwa in der Mitte zwischen Elektronenquelle und Bremselektrode angeordnet ist, so daß die gebündelte Elektronenströmung drei unmittelbar aneinander grenzende Laufräume durchsetzt, von denen der mittlere einen feldfreien Laufraum (III) darstellt, bei der des weiteren sowohl der zwischen Elektronenquelle und Beschleunigungselektrode liegende Laufraum (I) als auch der zwischen Beschleunigungselektrode und Bremselektrode liegende Laufraum (II) an je einen Schwingkreis angeschlossen ist und die beiden Schwingkreise ihrerseits miteinander gekoppelt sind und bei der schließlich von den Elektronen beim Durchlaufen der an die Schwingkreise angeschlossenen Lauf räume (I, II) Energie an den jeweils zugehörigen Schwingkreis abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden derart ausgebildet und bemessen und die Betriebsspannungen so gewählt sind, daß die Elektronen die drei Laufräume nach Art einer Pendelschwingung mehrmals durchlaufen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremselektrode eine Platte dient, die mit einem im wesentlichen parallel zur Elektronenströmung gerichteten ringförmigen Ansatz versehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende mit einem im wesentlichen parallel zur Elektronenströmung gerichteten ringförmigen Ansatz versehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände so bemessen sind, daß die Elektronenlaufzeit im Laufraum (I) etwa 5 π/2 beträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände so bemessen sind, daß die Elektronenlaufzeit im Laufraum (II) etwa 5 π/2 beträgt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände so

bemessen sind, daß die Elektronenlaufzeit im feldfreien Laufraum (III) etwa die Größe π besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 727235; österreichische Patentschrift Nr. 144195; französische Patentschriften Nr. 855 153, 861404, 875215, 885404;

britische Patentschrift Nr. 442 326.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 879 425, 893 694, 906 707, 933694. 972681.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 629/120 1.56 (109 634/5 8.61)