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Magnetronröhre mit magnetischer Steuerung des Elektronenstromes Die
Erfindung betrifft eine Magnetronröhre mit magnetischer Steuerung des Elektronenstromes
durch einen in der Achse des Entladungssystems fließenden Steuerstrom, bei der durch
Zusammenbau mit einem strahlungsfreien Schwingungskreis eine besondere Frequenzstabilität
erzielt wird.
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Magnetronröhren, die mit magnetischer Steuerung des Elektronenstromes
arbeiten, sind an sich bekannt, eigneten sich bisher je-
doch nicht für ultrakurze
Wellen und benötib ten einen großen Aufwand an Steuerleistung. So wurde bei einer
der bekannten. Röhren die Steuerung zum Beispiel durch Veränderung des Heizstromes
herbeigeführt, wodurch sich ein variables magnetisches Feld um den Heizfaden herum
ergab.
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Diesen bekannten Anordnungen gegenüber besteht die Erfindung darin,
das Magnetronsystem konstruktiv unmittelbar mit einem strahlungsarmen Schwingungskreis
zusammenzufassen, und zwar derart, daß innerhalb der elektronenemittierenden Kathode
und durch diese hindurch der Innenleiter eines strahlungsarmen Schwingungskreises
verläuft, welcher das im übrigen normal ausgebildete Elektrodensystem umschließt.
Hierdurch werden die infolge der kleinen Dämpfung großen Schwingkreisströme zur
magnetischen Steuerung ausgenutzt, so daß zur Fremdsteuerung nur noch die Anregungsspannungen
des Schwingungskreises notwendig sind. Es sind an sich verschiedene Arten von strahlungsarmen,
allseitig abgeschirmten Schwingungskreisen bekannt, bei denen das abschirmende Gehäuse
als Teil des Schwingungskreises koaxial zu den übrigen stromführenden Teilen des
Schwingungskreises angeordnet ist. Ein solcher bekannter Kreis bestand zum Beispiel
aus einem geraden Innenleiter und zwei an den Enden dieses Innenleiters aufgesetzten
schalenartigen Außenleitern, deren flanschartig ausgebildete Ränder einander gegenüberstehen.
Diese bekannte Konstruktion eignet sich besonders zur Durchführung des Erfindungsgedankens
und findet bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel-en Verwendung.
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Die Erfindung beruht im wesentlichen auf den folgenden Überlegungen:
Strahlungsarme Schwingkreise «-eisen, wenn sie in bezug auf die Ohmsche Leitfähigkeit,
Skineffekt usw. richtig dimensioniert sind, Resonanzschärfen-Blindstrom von etwa
300 und mehr auf, so Wirkstrom daß man mit einem anregenden Strom von etwa
0,3 Amp. Einen Resonanzstrom von etwa zoo Amp. erhalten kann. Dieser Strom
durchfließt die leiterförmige Induktivität, die zugleich die Rotationsachse des
symmetrisch aufgebauten Schwingkreises darstellt, und erzeugt ein zirkularsymmetrisches
Magnetfeld, welches den von der Kathode ausgehenden Entladungsstrom in seiner Größe
steuert, derart,
daß bei kleinen Werten des Schwingstromes die Elektronen
zur Anode übergehen können, während sie bei großen Werten zu-_ rückgebeugt werden.
Der Zusammenhang zwischen Stromstärke J zur Erzeugung de5* :Magnetfeldes, Anodenspannung
Ua, Durch- ' messer der Anode D und der Kathode d ist durch die Hullsche Formel
gegeben:
UQ ist die Anodenspannung, bei der gerade für das errechnete J der Anodenstrom einsetzt.
Für
= io und 1...s = ioo Amp. errechnet sich die Anodenspannung zu rund Zoo Volt. Durch
Erhöhung der Verweilzeit der Elektronen in der Nähe der InduktivitätL kann man die
erforderliche Größe des Steuerstromes noch wesentlich heruntersetzen. Geeignete
Mittel hierzu sind Magnetfelder konstanter Stärke und Richtung, die außerhalb oder
innerhalb des Schwingkreises erzeugt werden, z. B. dadurch, daß durch die Induktivität,
gegebenenfalls getrennt von den anderen Strömen, ein Gleichstrom geschickt wird.
Man kann die Verweilzeit der Elektronen in der Nähe der stromdurchflossenen Induktivität
aber auch durch die Erzeugung von künstlichen oderechten Raumladeerscheinungen vergrößern.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Stromverteilung in einem
Magnetron mit mehrerenAnoden durch ein zirkularsymmetrisches Wechselmagnetfeld zu
steuern. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch, daß der von der Kathode
zur Anode übergehende Strom in seiner Größe gesteuert wird. Die Anwendung einer
Emissionsstrornsteuerung gewährt den Vorteil, daß die Kathodenoberfläche ohne Schwierigkeiten
relativ groß gemacht werden kann, so daß man mit normalen Kathoden bzw. Kathodenmaterialien
leicht eine gewünschte hohe Leistung erhalten kann. Die Kathode und die Anode weisen
in der erfindungsgemäßen Röhre praktisch dieselbe axiale Ausdehnung auf. Die Emissionsstromdichte
pro mm2 Kathodenfläche kann also in normalen Grenzen gehalten werden.
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Die erfindungsgemäße Röhre kann in Rückkopplungsschaltung (eigenerregt)
oder als Verstärker (fremderregt) betrieben werden. Sie kann auch zur Freqtienzverdopplung
herangezogen werden. In letzterem Falle dürfen natürlich- keine zusätzlichen Magnetfelder
Verwendung finden, da sonst nicht pro Schwingung eines -Wechselstromes zwei Maxima
-des Magnetfeldes und damit zwei Minima des Emissionsstromes auftreten.
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Bei Fremdsteuerschaltungen (Verstärkern und Frequenzvervielfachern)
spielt die Laufzeit der Elektronen keine maßgebende Rolle. Bei Selbsterregungsschaltungen
muß die zur Anfachung notwendige Phasendifferenz zwi-
| völien Strom und Spannung mit Hilfe der |
| dengleichspann:ung in bekannter Weise |
| M. @'`eglichen, werden. |
-"-,"ih den Abb. i bis 3 sind beispielsweise Röhrenkonstruktionen gemäß der Erfindung
und in den Abb. 4 bis 6 einige Schaltmöglichkeiten dargestellt, welche mit den neuartigen
Röhren ausgeführt werden können.
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In Abb. i stellt V ein Entladungsgefäß dar, welches den Schwingkreis,
der aus der leiterförmigen Induktivität L und der veränderbaren gegenseitigen Kapazität
Cl, C. der Gehäuseteile G gebildet wird, enthält. Das eigentliche Entladungssystem
befindet sich innerhalb des Schwingkreises LC. Die emittierende Schicht Sch ist
z. B. auf einer Metallbuchse B aufgebracht, die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
einer isolierenden Lage von dem Leiter L getragen wird. Das Heizelement
H, dessen elektrischer Mittelpunkt H. mit der emittierenden Schicht Sch verbunden
ist, kann nun, wie dargestellt, innerhalb des Leiters L liegen, oder es kann zwischen
Buchse B und Isolation angebracht sein. Die Drähte des Heizelementes H sind zweckmäßigerweise
bifilar gewickelt, damit das Magnetfeld des Heizstromes nicht auf den Entladungsv
organg einwirken kann. Das Abschirmgehäuse 0r des Schwingkreises LC ist in einer
Ebene senkrecht zum Leiter L annähernd in der Mitte des rotationssymmetrischenSchwingkreises
galvanisch aufgetrennt. In dieser elektrisch neutralen Ebene liegen die Zuführungen
Z", die den positiven. Pol der Anodenspannungsquelle -i- U" mit der Anode
A verbinden, und die Zuführung Z", die die Heizspannung zum Heizelement H
leitet und außerdem die emittierende Schicht Sch mit dem negativen Pol der
Anodenspannungsquelle - U" verbindet.
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In Abb. 2 ist eine ähnliche Ausführungsform gezeigt. Das Gehäuse G
ist in der Mittelebene zwar wieder galvanisch getrennt, je-
doch durch die
übereinandergreifenden Enden der Gehäuseteile G kapazitiv vollständig geschlossen.
Diese Ausführungsform der Röhre weist weiterhin die Eigentümlichkeit auf, daß die
Anodenspannung über Tragestützen St und vor allem, was wichtiger ist, über den Leiter
L zugeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß der im hochfrequenten Rhythmus schwankendeEmissionsstrom
einen Teil des Schwingkreises LC durchfließt und diesen zu Eigenschwingungen anregt.
Mit dieser Röhre kann also eine Selbsterregungsschaltung aufgebaut werden. Um zu
vermeiden, daß die Elektronen direkt zum Leiter L fliegen, sind an den Seiten der
Buchse B, die
die emittierende Schicht Sch trägt, Richtzylinder
R, angebracht. Die Heizspannung wird innerhalb des Leiters L mit Hilfe einer Leitung
Z" zugeführt, welche zweckmäßiger;: weise verdrillt ausgeführt wird, damit .
C äs
vom Heizstrom erzeugte Magnetfeld -keine Wirkung auf den Entladungsvorgang
ausüben kann.
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In Abb. 3 ist eine Röhre ähnlich Abb. 2 gezeigt mit dem Unterschied,
daß der anregende Emissionsstrom J, die Induktivität L nur zu einem Teil,
und zwar vor Erreichen der Kathode, durchfließen muß. Der Schwingstrom lyC, der
im Resonanzfall ein Vielfaches vom anregenden Strom J, ist, durchsetzt selbstverständlich,
genau wie in dem Beispiel Abb. 2, den gesamten Schwingkreis LC.
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In Abb.:I ist eine Fremdsteuerschaltung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen
Röhre im Prinzip dargestellt. Unter der Voraussetzung, daß kein Magnetfeld vorhanden
ist, welches die Entladungsstrecke durchsetzt, tritt im Ausgangskreis R" die doppelte
Frequenz f2 von der Steuerfrequenz f, auf, die vom Steuersender Y durch die Induktivität
L geschickt wird. Dieser Frequenzverdopplungseffekt hat seinen Grund darin, daß
pro Schwingung der Grundfrequenz f1 zwei Maxima des zirkularen Wechselmagnetfeldes
34 und demzufolge zwei Minima im Emissionsstrom J auftreten, der den Ausgangskreis
Y anregt. Soll keine Frequenzverdopplung auftreten, dann muß für ein konstantes
magnetisches Vorfeld, welches größer als der Scheitelwert des Wechselmagnetfeldes
sein muß, Sorge getragen werden. Die -Nutzleistung kann einem beliebig ausgebildeten
Verbraucher R", z. B. induktiv, zugeführt werden.
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Abb. 5 stellt eine Selbsterregungsschaltung dar. Der Emissionsstrom
1, muß auf seinem @N'eg zur emittierenden Schicht Sch (Kathode) den Leiter
L teilweise durchlaufen und regt infolgedessen den Schwingkreis LC im hochfrequenten
Rhythmus an. Ein Magnetfeld N-S, dessen Kraftlinien parallel zur Induktivität L
verlaufen, bewirkt, daß die erzeugte Frequenz zahlenmäßig mit der Steuerfrequenz
übereinstimmt. Der Verbraucher in Form eines Dipols D ist kapazitiv-galvanisch mit
dem Schwingkreis gekoppelt.
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Um Einwelligkeit zu gewährleisten und um einer unregelmäßigen Stromverteilung
vorzubeugen, wird das Schwingkreisgehäuse zweckmäßigerweise so konstruiert, daß
seine erzeugende Mantellinie, abgesehen von der Trennfuge senkrecht zum Leiter L,
keine Unstetigkeitsstelle aufweist. Den Übergang vom Gehäuse G zum Leiter L wird
man gegebenenfalls so ausbilden, daß sich der Wellenwiderstand stetig ändert. Der
Erfindungsgedanke ist nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Es können z. B. beliebige elektrische und magnetische Modulationsmethoden
angewandt werden. Die Elektroden selbst können mit Einrichtungen zur Kühlung und
mit Vorrichtung zur erhöhten Wärmeabstrahlung versehen sein.