DE919485C - Anordnung zur Ausuebung eines Verfahrens zum Betrieb von Laufzeitroehren - Google Patents

Description

Erteilt auf Grund des Ersten Oberleitungsgesetzes vom 8. Juli 1949

(WiGBl. S. 175)

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 25. OKTOBER 1954

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 13i7

A 6γς>2 Vlllc/zig

Simon Ramo, Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald

Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens zum Betrieb von Laufzeitröhren

Zusatz zum Patent 908 743

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 16. Februar 1941 an Der Zeitraum vom 8. Mai 1945 bis einschließlich 7. Mai 1950 wird auf die Patentdauer nicht angerechnet

(Ges. v. 15. 7. 51)

Das Hauptpatent hat angefangen am 8. Juli 1938

Patentanmeldung bekanntgemacht am 25. März 1954

Patenterteilung bekanntgemacht am 16. September 1954

Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 1. März 1940 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach dem Patent 908 743. Die erfindungsgemäße Anordnung ist für die Verstärkung und andere Zwecke von Wellen in dem Frequenzbereich geeignet, in welchem sich bei üblichen Elektronenröhren bereits Laufzeiterscheinungen störend bemerkbar machen.

Gegenstand des Hauptpatents ist im Prinzip ein Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren, ίο und zwar in der Weise, daß eine Elektronenströmung durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) derart in ihrer Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt. Beim Gegenstand der Erfindung wird nun von diesem Verfahren, welches im Hauptpatent ausführlich beschrieben ist, Gebrauch gemacht. Im Hauptpatent sind bereits Anordnungen zur Ausübung dieses Verfahrens beschrieben, bei denen jedoch der Elektronenstrahl auf einer geradlinigen Bahn geführt wird. Der erfindungsgemäße

Vorschlag zeigt nun eine Möglichkeit auf, bei gleicher oder größerer Bahnlänge die äußeren Abmessungen derartiger Anordnungen wesentlich zu verringern.

Erfindungsgemäß soll eine Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach dem Hauptpatent in der Weise ausgebildet sein, daß ein die Elektronenströmung durchsetzendes Magnetfeld vorgesehen ist, dessen Verlauf zur Elektronenströmung so gewählt ist und das derart bemessen ist, daß sich die Elektronen auf schraubenlinienförmig verlaufenden Bahnen fortbewegen. Diese Ausbildung einer Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ergibt außer dem Vorteil des gedrängten Aufbaus noch die Möglichkeit, daß ein Elektron dieselbe Modulations- bzw. Auskoppelanordnung mehrfach durchqueren kann, so daß sich die Wirkungen addieren und damit der Wirkungsgrad wesentlich erhöht.

In den Zeichnungen sind in zum Teil schematischer Weise Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt eine Längsansicht, teilweise im Schnitt, eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung, wobei bestimmte Einzelheiten der Konstruktion in den Fig. 2 und 2 a dargestellt sind. In der Fig. 3 ist schematisch das Elektronensystem der Anordnung nach Fig. 1 dargestellt, welches beispielsweise bei einem Verstärker Verwendung findet. Die Fig. 4 bis 6 dienen zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. In der Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie j-j der Fig. 1 gezeigt. Eine andere Ausführungsform ist in den Fig. 8 und 8 a dargestellt. Die Fig. 9 und ro zeigen perspektivische Darstellungen einer anderen Ausführungsform. Die Fig. 11 dient lediglich zur Erläuterung des Betriebes der Geräte, welche in den Fig. 9 und 10 enthalten sind. Eine vierte Ausführungsform ist in den Fig. 12 und 13 gezeigt, während in der Fig. 14 sich ein Schnitt der Linie 14-14 der Fig. 12 befindet. Endlich ist eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in den Fig. 15, 15a und 15 b dargestellt.

Es ist wesentlich für den Gegenstand der Erfindung, daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines "■ planetenbahnförmig sich bewegenden Elektronenstrahles vorgesehen ist. Beispielsweise ist der Laufweg der Elektronen schneckenförmig. Diese Bedingung ist unter anderem bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion erfüllt.

Die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform nach der Erfindung besteht aus einem evakuierten Gefäß 10, in dem ein Metallzylinder 11 angeordnet ist. Dieser Zylinder ist an einem Ende durch zwei halbkreisförmige Platten 12 und 13 (Fig. 2 a), die durch einen axial sich erstreckenden Wandungsteil 14 verbunden sind, praktisch geschlossen. An dem anderen Ende sind zwei elektrisch voneinander getrennte Auffangelektroden 15 und 16 vorgesehen.

Zur Erzeugung eines Elektronenstrahles dient ein Strahlerzeugungssystem, das aus einer Kathode 18 und dem Beschleunigungs- und Fokussierungszylindern 19 und 20 besteht. Nachdem die Elektronen das Strahlerzeugungssystem verlassen haben, bewegen sie sich mehr oder weniger tangential in bezug zur Wandung des Zylinders 11. Diese Bewegung wird durch die Ablenkplatte 22 hervorgerufen, weiche auf einem schwach positiven oder negativen Potential in bezug zu dem Zylinder 11 liegt. Die Ablenkung in der anderen Ebene, d. h. axial zu dem Zylinder, wird durch eine zweite Ablenkplatte 23 bewirkt, welche hierzu auf einem geeigneten Potential liegt.

Nachdem die Elektronen einen praktisch halbkreisförmigen Weg zurückgelegt haben, gelangen sie durch eine öffnung 25 an dem Ende des Wandungsteiles 14 (vgl Fig. 2) in den Hauptraum, welcher von dem Zylinder 11 umgeben ist. Durch das zwischen der Ablenkplatte 23 und dem Ende des Zylinders 11 befindliche Feld erhalten die Elektronen eine Bewegungskomponente, welche axial gerichtet ist. Die mehr oder weniger geradlinige Bewegung, welche den Elektronen durch das Strahlerzeugungssystem gegeben war, wird in eine kreis- oder spiralförmige Bewegung umgeformt, wozu ein starkes Magnetfeld dient, welches axial zum Gefäß gerichtet ist. Zur Felderzeugung werden die Magnetspulen 27 benutzt. Auf diese Weise bewegen sich die Elektronen schraubenförmig in Richtung der Achse der Röhre zu den Auffangelektroden 15 und 16 hin. Der Lauf weg der Elektronen ist in der Fig. 3 durch die gestrichelte Kurve A dargestellt.

Die verschiedenen Elektroden des Strahlerzeugungssystems und die Ablenkplatten 22 und 23 sind in geeigneter Weise mit einer Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie 29, verbunden. Der Zylinder 11 ist zweckmäßig geerdet. Um durch die schraubenförmig sich bewegenden Elektronen hochfrequente Wirkungen zu erzeugen, ist der Zylinder Ii mit zwei rechteckigen Löchern 31 und 32 versehen. In diesen Öffnungen befinden sich rechteckig ausgebildete Elektroden 34 und 35, welche derart angebracht sind, daß zwischen dem Zylinder und den Elektroden Zwischenräume bestehen.

Es sei angenommen, daß die Elektrode 34 als Eingangsgitter verwendet wird. Wenn nun an dieser Elektrode eine hochfrequente Spannung in bezug zu dem Zylinder 11 liegt, werden Geschwindigkeitsänderungen derjenigen Elektronen eintreten, die die Zwischenräume durchqueren. Es ist bereits im Hauptpatent erläutert, daß mit einem Zweizwischenraumelektrodensystem sich addierende Modulationswirkungen erzielt werden können, wenn eine geeignete Beziehung zwischen den Dimensionen der Elektrode, der Strahlgeschwindigkeit und der Betriebsfrequenz besteht. Bei der An-Ordnung nach der Fig. 1 können solche Wirkungen erzielt werden, wenn die Laufzeit eines Elektrons längs der Fläche der Elektrode 34 zwischen den Zwischenräumen 37 und 38 gleich einer halben Periode der Betriebsfrequenz oder einem ungeraden Vielfachen davon ist. Wenn diese Bedin-

gung erfüllt ist, wird ein Elektron, welches in dem ersten Zwischenraum 37 beschleunigt wird, ein weiteres Mal in dem zweiten Zwischenraum 38 beschleunigt. In entsprechender Weise wird ein Elektron, welches im ersten Zwischenraum verzögert wird, auch im zweiten Zwischenraum 38 verzögert. Dieses Betriebsverfahren liefert nicht nur Geschwindigkeitsänderungen in dem Elektronenstrahl, sondern vermeidet gewisse Eingangsverluste, welche bei üblichen Eingangsgittern auftreten, wenn an die Gitter eine hochfrequente Spannung gelegt ist.

Im Hauptpatent ist das obenerwähnte Betriebsverfahren ausführlich an Hand eines Systems erläutert, bei dem der Elektronenstrahl linear fortschreitet. Es zeigte sich nun, daß dieses Prinzip ebenfalls bei dem Gegenstand der Erfindung Anwendung finden kann. Überdies bietet der Gegenstand der Erfindung besondere Vorteile. Beispielsweise sei darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die verschiedenen Elektronen die Modulationszwischenräume 37 und 38 mehrfach durchqueren (vgl. Fig. 3), so daß bei einer geeigneten Phasenbeziehung die Wirksamkeit des Eingangssystems ohne komplizierten Aufbau vervielfacht werden kann.

Bei der dargestellten Anordnung wird der schnekkenförmige Laufweg der Elektronen durch ein gleichförmiges Magnetfeld gesteuert. Eine geringe Schwierigkeit tritt insofern ein, als eine geeignete Beziehung zwischen der Laufzeit der Elektronen und der Potentialänderung an der Eingangselektrode bestehen muß. Dieses rührt daher, daß die für die verschiedenen Elektronen zur Zurücklegung eines Umlaufes des schraubenförmigen Weges erforderliehe Zeit ausschließlich von der Stärke des Magnetfeldes abhängt. Folglich wird bei gegebener Feldstärke, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der ein gegebenes Elektron die Elektrode 34 verläßt, nachdem es die Zwischenräume 37 und 38 durch- 1 quert hat, das Elektron innerhalb einer festen und unveränderlichen Zeit in die Nähe der Elektrode zurückkehren. Daher werden, wenn die Stärke des Magnetfeldes derart abgestimmt ist, daß die Zeit eines Umlaufes des schraubenförmigen Laufweges einem ganzen Vielfachen der Betriebsfrequenz entspricht, die Wirkungen des Eingangssystems auf ein derartiges Elektron bei jedem Durchqueren der Elektrode 34 summiert werden. Der Durchmesser der Elektronenbahn kann gesteuert werden durch geeignete Wahl der Geschwindigkeit, mit der die Elektronen aus dem Strahlerzeugungssystem heraustreten. Die Elektronengeschwindigkeit wird zweckmäßig derart gewählt, daß die Bahn der Elektronen mit den Dimensionen des Zylinders 11 vergleichbar ist.

Die oben beschriebenen Tatbestände sind in der Fig. 4 näher erläutert. In dieser Figur stellt die Kurve B den Laufweg eines Elektrons dar, dessen Geschwindigkeit der Durchschnitts- oder unmodulierten Geschwindigkeit des Elektronenstromes entspricht. Der Punkt ο stellt ein Gebiet dar, in dem der Strom einem Hochfrequenzmodulationspotential unterworfen wird. Ein Elektron, welches den Modulationsraum zu solcher Phase durchläuft, daß es beschleunigt wird, wird einen Weg mit einem größeren Radius als der Weg B durchlaufen. Beispielsweise legt ein derartiges Elektron die gestrichelt gezeichnete Kurve C zurück. Andererseits durchlaufen die verzögerten Elektronen die gestrichelte Kurve D. Theoretisch wird also jedes Elektron in genau der gleichen Zeit zu dem Punkt ο zurückkehren.

In der Fig. 5 ist die axiale Geschwindigkeitskomponente des Elektronenstromes berücksichtigt. Die Kurve E stellt das mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit fortschreitende Elektron dar, während die gestrichelten Kurven F und G die Elektronen andeuten, welche durch die Wirkung der Modulationsspannungen beschleunigt bzw. verzögert worden sind. Die Verzögerung und Beschleunigung tritt jeweils im Bereich der Linie o' auf. Aus der 8n Kurve ergibt sich, daß ein beschleunigtes Elektron stets wieder beschleunigt wird, während ein verzögertes Elektron stets wieder verzögert wird. Der Weg jedes Elektrons führt jedoch wiederholt durch die Linie o'.

Um die Erzielung von Verstärkerwirkungen zu verstehen, ist es zweckmäßig, einen kreisförmig sich bewegenden Elektronenstrom anzunehmen, welcher einen Modulationszwischenraum durchquert, dessen Potentialgradienten periodisch verändert werden. Die Fig. 6 stellt einen Elektronenstrom dar, welcher einen Modulationszwischenraum o" durchquert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Frequenz der Potentialänderung am Zwischenraum derart gewählt ist, daß acht volle Perioden verstreichen, bis ein einziges Elektron einen Kreis zurückgelegt hat. Die dunklen Punkte a stellen die einzelnen Elektronen dar. Aus den einzelnen Elektronen kann man auf den Zustand des Strahles zu einem besonderen Zeitpunkt schließen.

Die Elektronen mit höherer Geschwindigkeit legen einen Kreis mit größerem Radius zurück als die verzögerten Elektronen. Folglich wird die Elektronendichte an den verschiedenen Stellen des Elektronenlaufweges zeitlich veränderlich sein. Diese Änderung ist am größten zwischen den Ebenen b, b', welche um 90⁰ von dem Punkt o" entfernt sind. Bei der in der Fig. 6 gezeigten Darstellung besteht zwischen den Ebenen b und b' eine große Anhäufung von Elektronen, während links und rechts von diesen Ebenen die Elektronendichte abnimmt. Der Teil des Strahles, welcher sich zwischen den Ebenen b und b' befindet, wird daher durch eine starke Ladungsdichtemodulation gekennzeichnet sein. Andererseits wird zwischen den Ebenen c und c' die Ladungsdichte am geringsten sein. Die Ladungsdichtemodulation kann somit auch in dem Gebiet o" vernachlässigt werden, so daß trotz gleichmäßiger Ladungsdichteverteilung durch die Modulationswirkung des Modulationssystems Geschwindigkeits- änderungen im Strahl erzeugt werden können. Bei jedem weiteren Durchqueren des Zwischenraumes werden diese Geschwindigkeitsänderungen verstärkt. Die Ladungsdichtemodulation zwischen den Ebenen b und V ist daher eine Funktion der Geschwindigkeitsänderungen. Wenn also die Geschwin-

digkeitsmodulation am größten ist, wird auch die Ladungsdichtemodulation ihren größten Wert annehmen.

Es ergibt sich somit, daß aus einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeitsmodulation in dem Modulationsraum o" eine verhältnismäßig starke Ladungsdichtemodulation in dem Raum b, b' erzeugt werden kann. Wenn also geeignete Anordnungen getroffen werden, um die Ladungsdichte-ίο änderungen im Gebiet b, b' auszunutzen, kann das gesamte System als Verstärker benutzt werden.

Bei der Anordnung nach Fig. ι wird das oben beschriebene Verfahren benutzt. Die Elektrode 34 dient beispielsweise durch Verbindung mit einem geeigneten Eingangskreis zur Erzeugung der Geschwindigkeitsmodulation des schraubenförmig sich bewegenden Elektronenstromes. (Es sei darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene Verfahren unabhängig von den beiden Modulationszwischenräumen 37 und 38 ist.) Durch die verhältnismäßig große axiale Länge der Elektrode 34 wird erreicht, daß jedes Elektron mehrfach durch diese Elektrode hindurchtritt. Die Anzahl der Umläufe ist selbstverständlich durch den Durchmesser der Schraubenlinie des Elektronenstromes bestimmt. Der sich ergebene hohe Geschwindigkeitsmodulationsgrad kann dazu ausgenutzt werden, um eine entsprechend hohe Ladungsdichteänderung in den Ebenen, welche die Elektrode35 und die Zwischenräume39 und 40 enthalten, die an diese Elektrode grenzen, zu erzeugen. Folglich wird, wenn die Elektrode 35 mit einem geeigneten Schwingungskreis verbunden ist, eine Ausgangsspannung von höherer Größenordnung erzielt. Die beiden Zwischenräume, die an die Elektrode 35 grenzen, wirken in ähnlicher Weise wie die beiden Zwischenräume, die an die Eingangselektrode 34 grenzen. Wenn also die Dimensionen der Elektrode 35 geeignet zur Elektronenlaufzeit gewählt sind, werden an den beiden Zwischenräumen sich addierende Auskoppelwirkungen erzielt. Diese Bedingung ist am \virksamsten erfüllt, wenn die Dimensionen der Elektrode 35 den Dimensionen der Elektrode 34 entsprechen. Aus analogen Gründen mit der Wirkung der Zwischenräume an der Elektrode 34 werden bei der Auskoppelelektrode größere Wirkungen erzielt, wenn der Strom die verschiedenen Zwischenräume mehrfach durchquert.

Eine schematische Ansicht eines Verstärkersystems nach der Erfindung ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Eingangselektrode 34 entspricht der entsprechend bezeichneten Elektrode der Fig. 1. Diese Elektrode ist mit einem Eingangskreis verbunden, welcher aus der Induktivität 45 und dem Kondensator 46 besteht. In gleicher Weise ist mit der Elektrode 35 ein aus Induktivität 47 und Kapazität 48 bestehender Ausgangskreis verbunden. Wenn an die Eingangselektrode ein schwaches S ignal gelegt wird, wird im Ausgangssystem durch die Verstärkerwirkungen ein sehr viel stärkeres Signal erzeugt werden.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung enthalt gewisse Einzelheiten, die bisher noch nicht erläutert wurden. Beispielsweise sind zwei halbzylindrische Metallteile 50 und 51 vorgesehen, die im einzelnen in der Fig. 7 dargestellt sind. Diese Teile 50 und 51 liegen einander gegenüber und sind miteinander durch die Flansche 52 und 53 verbunden. Dieses System dient zur Verhinderung von Leistungsabstrahlung. Ferner verhindert das System eine störende Rückkopplung zwischen den verschiedenen Elektroden.

Zur Spannungszuführung zur Eingangselektrode 34 wird eine Zuleitung 56 benutzt, die von einem zylinderförmigen Metallkörper 55 umgeben ist, der mit der äußeren Abschirmung 50 in Verbindung steht. Die Teile SS und 56 bilden somit eine koaxiale Rohrleitung. Eine ähnliche koaxiale Rohrleitung ist mit der Ausgangselektrode 35 verbunden. Die einzelnen Teile dieser Rohrleitung sind in der Fig. 7 mit 58 und S9 bezeichnet.

Die Anordnung nach Fig. 1 kann nicht nur als Verstärker, sondern auch als Detektor benutzt werden, indem geeignete Auffangelektroden 15 und 16 vorgesehen werden. In diesem Falle wird die Ausgangselektrode 35 nicht benutzt. Das empfangene Signal wird auf die Elektrode 34 gegeben. Infolge der Modulationswirkung dieser Elektrode werden die Elektronen, welche verzögert werden, eine Schraubenlinie mit geringerem Radius als die Schraubenlinie des unmodulierten Teiles des Elektronenstromes zurücklegen.

Der Durchmesser der Elektrode 15 ist so klein gewählt, daß in dem Falle, wenn an der Elektrode 34 kein Modulationssignal liegt, praktisch der ganze Elektronenstrom auf die Elektrode 16 fällt. Wenn der Elektronenstrom durch das Anlegen eines Signals an die Eingangselektrode 34 moduliert wird, werden die verzögerten Elektronen infolge des geringeren Durchmessers der Schraubenlinie auf die Elektrode 15 auffallen. Folglich wird in einem ioo mit der Elektrode 15 verbundenen Kreis eine Gleichspannung von veränderlicher Größe erzeugt werden, welche von den Niederfrequenzänderungen des Eingangssignals abhängt. Als Ausgangskreis dient bei der Anordnung nach Fig. 1 der Kreis, welcher den Widerstand 60 enthält, der mit den Anschlüssen 61 verbunden ist.

In der Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Das Elektrodensystem ist innerhalb eines Gefäßes 65 aus isolierendem Werkstoff angeordnet, welches mit einem weit einspringenden Teil 66 versehen ist. Zur Erzeugung des Elektronenstrahles dient ein Strahlerzeugungssystem, das eine ringförmige Kathode 68, deren äußere Oberfläche aktiviert ist, enthält. Der ringförmige Elektronenstrom wird durch die ringförmigen Konzentrierungselektroden und 70 zu einer dünnen Fläche konzentriert. Eine radiale Beschleunigung des Strahles wird durch die Beschleunigungselektroden 72 und 73 bewirkt, welche an einer verhältnismäßig hohen Spannung zur Kathode gelegt sind. Ferner wird dem Elektronensystem während des Durchlaufens der Elektroden 72 und 73 eine Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung dadurch erteilt, daß zwischen den Elektroden 72 und 73 eine ge-

eignete Spannung gelegt ist. Die Elektrode 73 liegt zu diesem Zweck auf einem höheren Potential.

Bei der oben beschriebenen Anordnung wird ein starkes Magnetfeld benutzt, welches axial zum Gefäß gerichtet ist, so daß der Elektronenstrom in Richtung auf das der Kathode 68 abgewandte Ende des Gefäßes als hohler Schacht fortschreitet, dessen Bewegung aus einer Rotationskomponente und einer axial gerichteten Komponente besteht. Die Bewegung jedes einzelnen Elektrons erfolgt also wie bei der Anordnung nach Fig. 1 in Form einer Schraubenlinie.

Zur Erzeugung von Hochfrequenzwirkungen ist ein Elektrodensystem vorgesehen, das aus den koaxialen Zylindern 75 und 76 besteht. In jedem Zylinder ist eine rechteckige öffnung 78, 79 vorgesehen, wobei die beiden öffnungen koaxial zueinander angeordnet sind. In diesen öffnungen befinden sich die rechteckig ausgebildeten Elektroden 80 und 81, welche gemeinsam die Wirkung der Eingangselektrode 34 nach Fig. 1 ausüben. Die Elektroden 80 und 81 sind daher über Zuführungen 83 und 84 mit einer gemeinsamen Hochfrequenzspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Elektroden 80 und 81 wirken in entsprechender Weise wie die Elektrode 34 nach Fig. 1, so daß die Wirkung nicht näher zu erläutern ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß durch die Verwendung von zwei gegenüberliegenden Elektroden eine stärkere Modulation erzielt wird.

An den Enden der Zylinder 75 und 76 befinden sich weitere rechteckige öffnungen, die die Ausgangselektrode, welche U-förmig ausgebildet ist und die plattenförmigen Teile 86 und 87 enthält (Fig. 8a), umgeben.Das sogebildeteAusgangselektrodensystem ist mit einer Zuleitung 88 verbunden. Bei der dargestellten Anordnung werden die durch die Eingangselektroden 80 und 81 erzeugten Hochfrequenzmodulationswirkungen an der Ausgangselektrode 86 als Verstärkerwirkungen wahrgenommen. Nachdem der Eletronenstrahl sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangselektroden durchquert hat, wird er von dem Wandungsteil 90, welcher die beiden Zylinder 75 und 76 miteinander verbindet, aufgefangen.

Eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt, welche lediglich das Hochfrequenzelektrodensystem enthalten. Die Anordnung nach Fig. 10 entspricht der Anordnung nach Fig 9. Das System ist lediglich um 90⁰ versetzt. In beiden Figuren ist das die Anordnung umschließende Gefäß der Übersicht halber fortgelassen.

Bei der dargestellten Konstruktion ist ein auf gleichmäßigem Potential befindlicher Teil vorgesehen, der aus einem zylinderförmigen mittleren Teil 95 und zwei um 90⁰ gegeneinander versetzten Endteilen 96 und 97 besteht. Sämtliche Teile sind hohl ausgebildet. Dem Endteil 96 liegt eine halbzylindrische Elektrode 99 gegenüber, welche eben- falls hohl ausgebildet ist und als Eingangselektrode benutzt wird. In ähnlicher Weise ist gegenüber dem Endteil 97 ein hohler Halbzylinder 100, der als Ausgangselektrode dient, angeordnet. Bei dem oben beschriebenen Elektrodensystem wird ein schraubenlinienförmig sich bewegender Elektronenstrom, beispielsweise durch ein Magnetfeld erzeugt, das Innere des Systems durchqueren, wie es durch die gestrichelte Kurve H angedeutet ist. Zwischen den Elektroden 96 und 99 liegt durch Verbindung mit einem Eingangskrei s, welcher aus der Induktivität 103 und dem Kondensator 104 besteht, eine Spannung.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren werden die verschiedenen Elektronen, welche die Zwischenräume 106 und 107 zwischen den Elektroden 99 und 96 durchqueren, in ihrer Geschwindigkeit je nach den Potentialbeziehungen in verschiedener Weise beeinflußt. Es werden also gewisse Elektronen, welche den Zwischenraum 106 durchqueren, beschleunigt, während andere Elektronen verzögert werden. Zusätzliche Geschwindigkeitsänderungen werden an dem Zwischenraum 107 erzeugt.

Es ist erwünscht, daß die aufeinanderfolgenden Modulationsimpulse die Wirkung ausüben, daß an bestimmten Punkten des Elektronenlaufweges die Ladungsdichteänderungen addiert werden. Der wirksamste Betrieb des in den Fig. 9 und 10 dargestellten Gerätes wird dann erzielt, wenn die Geschwindigkeitsänderungen eines Elektrons an den beiden Zwischenräumen 106 und 107 subtraktiv sind. Es soll also ein Elektron, welches an dem Zwischenraum 106 beschleunigt wird, an dem Zwischenraum 107 verzögert werden. Wenn diese Bedingung erzielt ist, kann der Laufweg durch ein ursprünglich beschleunigtes Elektron durch die gestrichelte Kurve / der Fig. 11 dargestellt werden, in der die Kurve / den normalen Weg eines Elektrons mit Durchschnittsgeschwindigkeit darstellt. Andererseits kann ein Elektron, welches bei seinem ersten Umlauf im Modulationsraum verzögert worden ist, durch die gestrichelte Kurve K dargestellt werden. Bei dieser Darstellung ist vorausgesetzt, daß jedes Elektron in den diametral gegenüberliegenden Modulationsräumen in entgegengesetzter Weise beeinflußt worden ist.

Wie bereits erwähnt wurde, tritt bei dieser Ausbildung eine Ladungsdichtemodulation in den Teilen des Elektronenstromes ein, welche von den Geschwindigkeitsmodulationsräumen entfernt sind. Die Ladungsdichtemodulation kann zur Erzeugung von Verstärkerwirkungen ausgenutzt werden, indem eine Elektrode 100 in Verbindung mit einem Ausgangskreis, welcher durch den Kondensator 110 und die Induktivität 111 gebildet wird, benutzt wird. Die Elektrode 100 ist so zu den übrigen Teilen des Systems angeordnet, daß zwei Zwischenräume, welche um 90⁰ gegen die Zwischenräume 106, 107 versetzt sind, entstehen. In der Zeichnung ist nur einer der Zwischenräume, 113, dargestellt. Aus bestimmten Gründen, welche hier nicht näher zu erläutern sind, sind die Ladungsdichteänderungen im Elektronenstrom in der Nähe dieser Zwischenräume am größten, so daß die Wirkung des Elektronenstromes auf das Ausgangssystem bei der dargestellten Anordnung maximal ist. Folglich kann ein verhältnismäßig schwaches an die Elektrode 99 gelegtes Eingangssignal zur Erzeugung eines starken Aus-

gangssignals an den Kontakten des Kreises no, in benutzt werden.

Die in den Fig. 12, 14 dargestellte Ausführungsform stellt eine Kombination der Anordnung nach Fig. ι mit der Anordnung, welche in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, dar. In diesem Falle durchquert der von der Elektronenquelle 115 emittierte Elektronenstrahl einen Hohlzylinder 116, indem der Elektronenstrahl durch eine kleine Öffnung 119 in dem zylindrischen Gehäuse 118 eintritt. Eine Ablenkplatte 121 ist neben der Öffnung 119 angeordnet, so daß der Elektronenstrahl in axialer Richtung abgelenkt wird. Durch diese Anordnung wird zusammen mit der Wirkung eines starken axial gerichteten Magnetfeldes ein Elektronenstrahl erzeugt, welcher einen schraubenlinienförmigen Weg zurücklegt.

Der Zylinder 116 ist an beiden Enden mit rechteckigen Schlitzen 123, 124, 125, 126 versehen. Die getrennten Schlitzpaare sind um 90⁰ gegeneinander versetzt. Innerhalb dieser Schlitze sind Elektroden 127bis 130 vorgesehen. Die gegenüber angeordneten Elektronenteile liegen durch Verbindung mit U-förmigen Teilen 132 und 133 auf einem gemeinsamen Potential.

Die Querdimensionen der Elektroden 127 bis 130 sind derart gewählt, daß die Elektronenlaufzeit durch diese Elektroden praktisch einer halben Periode der Betriebsfrequenz des Gerätes entspricht oder bei äußerst hohen Frequenzen einem ungeraden Vielfachen der Frequenz. Ferner ist der Gesamtumfang des Zylinders 116 derart gewählt, daß die von einem Elektron benötigte Zeit, um von einem bestimmten Punkte, beispielsweise von der Elektrode 127, zu einem diametral gegenüberliegenden Punkte, d. h. der Elektrode 128 zu gelangen, einem ganzen Vielfachen einer Periode des Betriebspotentials entspricht. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird ein Elektron zweimal beschleunigt, wenn es die Zwischenräume, welche an die Elektrode 127 grenzen, und zweimal verzögert, wenn es die Zwischenräume an der Elektrode 128 durchquert. Diese Umformung tritt für ein Elektron ein, welches ursprünglich verzögert wurde.

Bei der oben beschriebenen Anordnung gelangt der Elektronenstrahl nach seiner Modulation durch die Elektroden 127 und 123 in die Nähe der Elektroden 129 und 130. Da im modulierten Strahl verhältnismäßig große Ladungsdichteänderungen auftreten, wenn er die Ebenen, in denen diese Elektroden liegen, durchquert, wird eine starke Erregung des mit diesen Elektroden verbundenen Ausgangssystems eintreten.

Bei der Verwendung der Anordnung als Verstärker kann die Eingangsspannung zwischen Zylinder 116 und dem leitenden Teil 132, welcher die Elektroden 127 und 128 miteinander verbindet, gelegt werden, um eine Modulation des Elektronenstrahles zu erzeugen. Der Eingangskreis enthält einen Kondensator 135 und eine Induktivität 136, während im Ausgangskreis eine Induktivität 137 und ein Kondensator 138 vorhanden sind.

Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung. Das Entladungsgefäß 140 (gestrichelt angedeutet) enthält eine Fadenkathode 141, deren aktiver Teil sich von dem Punkt e bis zu dem Punkt f erstreckt. Die Kathode ist koaxial von einem Hochfrequenzelektrodensystem umgeben, das aus einer Reihe von Zylindern 142 bis 146 besteht.

Der Zylinder 142, welcher einen großen Teil der Kathode 141 umgibt, liegt an einem positiven Potential in bezug zur Kathode, so daß eine radiale Bewegung der Elektronen hervorgerufen wird. Diese Bewegung wird mit Hilfe eines starken Magnetfeldes, welches parallel zur Kathode gerichtet ist, angedeutet durch den Pfeil M₁ in eine schraubenlinienförmige Bewegung umgeformt. Ferner liegt eine Gleichspannung zwischen den Elektroden 142 und 143, um zu erreichen, daß die Elektronen sich in axialer Richtung des Elektrodensystems zu den 8q höher numerierten Elektroden bewegen. Gegebenenfalls können weitere Gleichspannungen an die anderen Elektroden des Systems, nämlich an die Elektroden 144, 145, 146, gelegt werden, um die axiale Bewegung der Elektronen zu verstärken. Es genügt jedoch im allgemeinen, daß die letztgenannten Elektroden auf einem gemeinsamen Potential mit der Elektrode 143 liegen. Die Elektroden sind mit einer Batterie 149 verbunden.

Wie aus der Fig. 15 a klarer zu entnehmen ist, besteht die Elektrode 143 aus einem geschlitzten Zylinder mit zwei Hälften 143" und I43^&, die isoliert zueinander angeordnet sind und eine zylinderförmige Kammer umschließen. Beim Betrieb der Anordnung wird an diese Teile ein veränderliches Potential gelegt, indem dieselben mit einem Eingangskreis verbunden werden, der beispielsweise schematisch durch die parallelen Leiter 151 und 152 angedeutet ist. Diese Leiter bilden eine Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung, die in geeigneter Weise erregt werden kann. Eine gemeinsame Batterieverbindung 153 ist vorgesehen, um die Elektroden 143° und I43^& an eine gewünschte Durchschnittsspannung legen zu können.

Bei dem oben beschriebenen Einkoppelsystem liegen periodisch veränderliche Spannungen an den Zwischenräumen, welche die Elektrodenteile 143" und I43^& voneinander trennen. Folglich wird eine besonders starke Modulation erhalten, wenn die Dimensionen der Elektroden geeignet zur Kreisgeschwindigkeit der Elektronen und zur Betriebsfrequenz des Systems gewählt sind. Die Modulation wird stets verstärkt, wenn die verschiedenen Elektronen nacheinander mehrfach die Elektrodenzwischenräume durchqueren.

Die Anordnung nach Fig. 15 kann als Verstärker verwendet werden, wenn die Elektrode 145 beispielsweise ebenfalls als Schlitzzylinder ausgebildet wird, wie es in der Fig. 15 b gezeigt ist. Die Elektrodenteile I45^ßund I4S^& werden dann mit einem geeigneten Ausgangskreis verbunden, der schematisch durch die parallelen Leiter 154 und 155 angedeutet ist. Da die verschiedenen Komponenten des modulierten Strahles nacheinander die Zwischenräume zwischen den Elektroden 145° und I45^& durchqueren, werden diese Teile des Schwingungskreises erregt, und es

entsteht eine Ausgangsspannung an den Kontakten des Ausgangskreises. Nachdem der Elektronenstrom durch die Elektrode 145 hindurchgeflossen ist, wird er durch eine geeignet angeordnete Anode 156 abgefangen. Es ist bei der oben beschriebenen Anordnung zweckmäßig, zu verhindern, daß radial sich fortbewegende Elektronen auf die Wandung des Gefäßes 140 auftreffen und diese aufladen. Urn dieses zu vermeiden, sind die Elektroden 142, 144 und 146 mit flanschförmigen Vorsprüngen versehen, welche die Zwischenräume zwischen den Elektroden überdecken und somit zur Abschirmung der Wandung dienen. In gleicher Weise sind Flansche 158 vorgesehen, um die Zwischenräume zwischen den Teilen der Elektroden 143 und 145 zu überdecken.

Bei der Anordnung nach Fig. 15 liegen die Eingangs- und Ausgangszwischenräume zweckmäßig in einer gemeinsamen Ebene und nicht wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen um 90⁰ versetzt.

Diese Anordnung ist möglich, da in einem System, bei dem die Elektronenquelle aus einem zentral angeordneten Kathodenfaden besteht, größere Raumladungswirkungen auftreten. Die günstigste Lage der Eingangszwischenräume zu den Ausgangszwischenräumen kann leicht durch Versuche bestimmt werden. Auch bei den Anordnungen, bei denen die Elektronenquelle aus einem Strahlerzeugungssystem besteht, kann die Beziehung zwischen den Zwischenräumen durch Versuche leicht festgelegt werden, wenn die Stromintensität so hoch ist, daß Raumladungswirkungen eine Rolle spielen.

Claims (17)

Patentansprüche: 35

1. Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens nach Patent 908 743, bei dem eine Elektronenströmung durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) derart in ihrer Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereichs der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Elektronenströmung durchsetzendes Magnetfeld

♦5 vorgesehen ist, dessen Verlauf zur Elektronenströmung so gewählt ist und das derart bemessen ist, daß sich die Elektronen auf schraubenlinienförmig verlaufenden Bahnen fortbewegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufweg des Elektronenstromes von einer zylinderförmigen Elektrode (11) umgeben ist, welche mit einem Schlitz parallel zur Strahlachse versehen ist, in dem eine vorzugsweise rechteckige Elektrode (34) derart angeordnet ist, daß zwischen den beiden Elektroden Zwischenräume verbleiben und daß zwischen diese Elektroden die Modulationsspannung gelegt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Laufweg des Elektronenstromes umgebenden zylinderförmigen Elektrode (11) ein Schlitz vorgesehen ist, in dem eine vorzugsweise rechteckige Elektrode (35) derart angeordnet ist, daß zwischen den Elektroden Zwischenräume verbleiben und daß an die beiden Elektroden je ein Kontakt des Ausgangskreises angeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der in dem Schlitz der zylinderförmigen Elektrode angeordneten Elektrode (34 bzw. 35) derart gewählt ist, daß der schraubenlinienförmig verlaufende Elektronenstrom mehrfach an der im Schlitz angeordneten Elektrode vorbeigeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Elektronen derart gewählt ist, daß sich die Geschwindigkeitsmodulationen in den einzelnen Modulationsräumen addieren.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungssystem in einer durch eine öffnung von der zylinderförmigen Elektrode getrennten Kammer angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrom zwischen zwei koaxialen zylinderförmigen Elektroden verläuft, welche mit koaxialen Schlitzen (78,79) versehen sind, in denen sich die Modulationselektroden (80, 81) befinden (Fig. 8).

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsraum von zwei einander gegenüber angeordneten halbzylinderförmigen Elektroden (96, 99) umgeben ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppelraum von zwei einander gegenüber angeordneten halbzylinderförmigen Elektroden (97, 100) umgeben ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der halbzylinderförmigen Elektroden des Modulationssystems durch eine ringförmige Mittelelektrode mit einer der halbzylinderförmigen Elektroden des Auskoppelsystems verbunden ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Paaren der halbzylinderförmigen Elektroden befindlichen Schlitze (107, 113) um 90⁰ gegeneinander versetzt angeordnet sind (Fig. 9, 10).

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufweg des Elektronenstromes von einer zylinderförmigen Elektrode (116) umgeben ist, welche an jedem Ende mit zwei vorzugsweise um 90⁰ gegeneinander versetzt angeordneten Schlitzen (123,125) versehen ist, in denen je eine mit dem Eingangs- bzw. Ausgangskreis verbundene Elektrode (132, 133) angebracht ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode als in der Achse des zylinderförmigen Elektrodensystems angeordnete Fadenkathode ausgebildet ist (Fig. 15).

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem aus

zylinderf örmlgen, durch Schlitze) voneinander getrennten Elektroden besteht, von denen vorzugsweise zwei durch eine mittlere Elektrode getrennte Elektroden (151, 154) mit in Achsrichtung angeordneten Schlitzen versehen sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze auf einer Geraden liegen.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze durch mit je einer der Elektroden verbundene Flansche überdeckt sind (157, 158).

17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungssystem für die Elektronenströmung derart ausgebildet ist, daß die Elektronenströmung rohrförmigen Querschnitt besitzt (Fig. 8).

Angezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 832 947.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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