DE975348C - Entladungsgefaess zur Erzeugung hochfrequenter elektrischer Schwingungen, insbesondere nach Art des Magnetrons, der Bremsfeldroehre oder einer anderen Art von Laufzeitroehren - Google Patents

Description

Zur Erzeugung hochfrequenter Schwingungen ist eine Vielzahl von Methoden bekannt, von welchen die Schwingungserzeugung nach Art des Magnetrons, der Bremsfeldröhre oder einer anderen Art von Laufzeitröhren besonders für die Erzeugung ultrakurzer Wellen im Zentimeter- oder Dezimetergebiet geeignet ist. Wenngleich es gelungen ist, auf diesen Wegen im Ultrakurzwellenbereich Schwingleistungen von mehreren Kilowatt wenigstens kurzzeitig zu erzeugen, so bereitet die Erzeugung großer Leistungen dennoch wesentliche Schwierigkeiten, weil die mechanischen Abmessungen des Elektrodensystems der Generatorröhre mit Rücksicht auf die Kurzwelligkeit der Schwingungen begrenzt sind.

Es ist bereits bekannt, Gasentladungen als Elektronenquelle zu benutzen. So besitzen z. B. die Kopfstromverstärker eine Ionenentladungsstrecke, die als Gaskathode bezeichnet wird. Diese Elektronenröhren eignen sich jedoch nicht zur Erzeugung von Schwingungen mit sehr hoher Frequenz, und ferner ist es nicht möglich, mit ihnen große Schwingungsleistungen zu erzeugen.

Es ist weiter bekannt, Elektronenröhren mit Kugelelektroden auszustatten, die als gasgefüllte Entladungsröhren unter Einleitung eines Lichtbogens zwischen den Kugelelektroden betrieben werden. Auch mit diesen Röhren ist es nicht gelungen, große Schwingungsleistungen zu erzielen.

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Ferner ist es bereits bekannt, bei Magnetronröhren Gasentladungsstrecken als Elektronenquelle zu verwenden. Bei diesen Röhren brennt die Gasentladungsstrecke ständig, also mit verhältnismäßig niedriger Brennspannung, so daß trotz der Ergiebigkeit der Elektronenquelle die Elektronenausbeute gering ist. Um die Elektronenausbeute zu erhöhen, sind deshalb bei diesen Röhren Hilfselektroden vorgesehen, die die Aufgabe haben, die austretenden Elektronen zu ίο bündeln. Obwohl durch diese Art der Elektronenerzeugung eine größere Stromdichte erzielt wird als bei den sonst gebräuchlichen Kathoden, ist es jedoch auch hier nicht gelungen, die Schwingleistung dieser Röhren wesentlich zu erhöhen.

Es ist auch bereits bekannt, eine in einem engen Entladungsrohr brennende Gasentladung als Elektronenquelle zu benutzen. Dabei gelangen die in dem engen Entladungsrohr vorhandenen Elektronen in einer zur Entladungsrichtung im wesentlichen senkrechten Richtung in das eigentliche Schwingungserzeugungssystem. Es wird also nur ein geringer Prozentsatz der an der Entladung beteiligten Elektronen in das Schwingungserzeugungssystem gelangen können, so daß auch hier die erzeugbaren Schwingleistungen verhältnismäßig klein sind.

Andererseits ist es auch schon bekannt, dem durch eine Gasentladung erzeugten Elektronenstrahl durch einen engen Kanal, der sich an die Anode anschließt, eine bestimmte Richtung zu geben. Die Anzahl der durch den engen Kanal gelangenden Elektronen ist aber auch hier verhältnismäßig gering.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einem Entladungsgefäß zur Erzeugung hochfrequenter elektrischer Schwingungen, insbesondere nach Art des Magnetrons, der Bremsfeldröhre oder einer anderen Art von Laufzeitröhren, mit einer in einem engen Entladungsrohr wenigstens kurzzeitig mit hoher Spannung brennenden, als Elektronenquelle dienenden Gasentladung, die auf der Anodenseite als Elektronenstrahl aus dem engen Entladungsrohr in Richtung der Entladung über die Anode der Entladungsstrecke hinausfliegenden Elektronen in das Elektrodensystem des Schwingungserzeugers einzuführen.

Auf diese Weise gelingt es, auf einem engen Raum Elektronenströme von vielen hundert Ampere Stärke zu erzeugen, wobei die Tatsache eine Rolle spielt, daß in der Entladung die Raumladung wenigstens teil· weise durch positive Ionen aufgehoben ist.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

Dabei ist die Generatoranordnung der Übersichtlichkeit halber nur schematisch angedeutet, und es sind die zur Erzeugung des Magnetfeldes nötigen Mittel und die zu den Elektroden gehörenden Schaltelemente der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die Generatoranordnung ist mit ι bezeichnet. Sie enthält die nach Art eines Vierschlitzmagnetrons angeordneten Elektrodenbleche 2 bis 5, die innerhalb des Vakuumgefäßes 6 angeordnet sind. Zur Speisung der Anordnung mit einem Elektronenstrahl dient eine Gas- oder Dampfentladung, die zwischen der Kathode 7 und der zweckmäßig ringförmigen Anode 8 übergeht. Zwischen Kathode 7 und Anode 8 ist die beispielsweise aus Quarz bestehende Kapillare 9 eingeschaltet, welche die Entladung derart einschnürt, daß sie wenigstens in einem kleinen Zeitintervall nach der Zündung mit hoher Brennspannung brennt. Während dieser Zeit treten Elektronen hoher Geschwindigkeit aus der Kapillare aus und in den Vakuumraum 6 ein. Mit Hilfe eines senkrecht zur Zeichenebene stehenden Magnetfeldes werden sie in gekrümmte Bahnen geführt, die an den Elektroden 2 bis 5 vorbeilaufen. Bei richtiger Wahl der Stärke des Magnetfeldes, der Elektronengeschwindigkeit und der geometrischen Abmessung der Elektrodensysteme kommt es dabei zu einer Schwingungsanfachung in an sich bekannter Weise, an deren Verlauf der Elektronenstrom die ihm erteilte Energie in Form von Schwingungen an die Elektrodensysteme abgibt. Da die Geschwindigkeit der Elektronen abnimmt, nimmt auch der Krümmungsradius der Elektronenbahn allmählich ab. Es kann sich empfehlen, eine besondere Auffangelektrode vorzusehen, die schließlich den Elektronenstrom aufnimmt. Diese Elektrode kann am einen Ende des Zylinders angebracht werden, über dessen Mantelfläche die Elektroden 2 bis 5 verteilt sind. Um zu vermeiden, daß der aus dem Rohr 9 austretende Elektronenstrom nach der Umlenkung wieder an seinen Ausgangspunkt zurückkehrt, empfiehlt es sich, die Eintrittsrichtung des Elektronenstroms etwas schräg zu stellen, so daß g₀ der Elektronenstrom durch das Magnetfeld in schraubenlinienförmige Bahnen gelenkt wird.

Da die beschriebene Anordnung thermisch einer dauernden Belastung mit so starken Elektronenströmen, wie sich mit Hilfe von Gasentladungen erzielen lassen, nicht gewachsen wäre, empfiehlt es sich, den Elektronenstrom durch plötzliche Entladung eines Energiespeichers zu erzeugen. Zu diesem Zweck dient bei der in der Abbildung dargestellten Anordnung der über hochohmige Widerstände geladene Kondensator 10. Er ist mit der Funkenstrecke 11 und der Kathode 7 in Reihe geschaltet. Die positive Klemme des Kondensators ist an die Anode 8 angeschlossen. An die gleiche Klemme ist über den Hilfskondensator 12 auch ein Zündstift 13 (Ignitron) angeschlossen, der in die Kathode 7 taucht. Überschreitet nun die Ladespannung des Kondensators 10 die Überschlagsspannung der Funkenstrecke 11, dann wird über diese Funkenstrecke der Kondensator unmittelbar zwischen Kathode 7 und Anode 8 gelegt. Gleichzeitig tritt auch zwischen dem Zündstift 13 und der Quecksilberkathode 7 eine hohe Spannung auf, so daß dort die Entladung eingeleitet wird. Die nun zwischen Kathode 7 und Anode 8 einsetzende Entladung brennt teils wegen der Einschnürung durch das Rohr 9, teils wegen Mangels an Ionen wenigstens vorübergehend mit hoher Brennspannung, so daß Elektronen hoher Geschwindigkeit das Rohr 9 in Richtung nach oben verlassen. Die Stromstärke kann dabei bis zu mehreren tausend Ampere betragen. Die positive Klemme des Kondensators 10 bzw. die mit ihm verbundene Anode 8 kann bei der beschriebenen Anordnung als Bezugspunkt für das Elektrodensystem 2 bis 5 dienen. Zwischen diesem System und der Anode 8 können gegebenenfalls noch weitere Spannungsquellen eingeschaltet sein. Bei der beschriebenen Schaltung sinkt

im Laufe der Entladung des Kondensators io die treibende Spannung allmählich ab. Die Geschwindigkeit der Elektronen durchläuft dabei stets einen Bereich, in welchem die Bedingungen für die Anfachung der Schwingungen in dem System der Elektroden 2 bis 5 gegeben sind.

Es ist nicht erforderlich, den Kondensator mit Hilfe einer Funkenstrecke an die Kathode 7 und die Anode 8 anzuschließen. Man kann auch mit einem dauernd an diese Elektroden angeschlossenen Kondensator arbeiten, wenn man die Entladung z. B. mit Hilfe eines Steuergitters oder eines Zündstiftes bei hoher Anodenspannung freigibt.

Es empfiehlt sich, durch Anwendung von Kühlmitteln dafür zu sorgen, daß der Dampfdruck sowohl unmittelbar oberhalb der Kathode als auch im Vakuumraum 6 möglichst konstant gehalten wird, damit für jeden Entladungsstoß jeweils die gleichen Bedingungen vorliegen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Entladungsgefäß zur Erzeugung hochfrequenter elektrischer Schwingungen, insbesondere nach Art des Magnetrons, der Bremsfeldröhre oder einer anderen Art von Laufzeitröhren, mit einer in einem engen Entladungsrohr wenigstens kurzzeitig mit hoher Spannung brennenden, als Elektronenquelle dienenden Gasentladung, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Anodenseite als Elektronenstrahl aus dem engen Entladungsrohr in Richtung der Entladung über die Anode der Entladungsstrecke hinausfliegenden Elektronen in das Elektrodensystem des Schwingungserzeugers eingeführt werden.
2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anfachung der Schwingungen dienende Elektronenströmung von einer Entladung geliefert wird, die von einer Quecksilberkathode ausgeht, ein enges Rohr, z. B. aus Quarz durchläuft, und an einer vorzugsweise ringförmigen, das Rohr umgebenden Anode endet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 420 706, 615 023, 506, 669 017, 721 910, 738 275;
   französische Patentschriften Nr. 828 981, 852 643,

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   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 898 490.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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