DE1092136B - Zur Frequenzaenderung dienende Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Pat. Bl.

Neues

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. NOVEMBER 1960

Die Erfindung betrifft eine zur Frequenzänderung dienende Kathodenstrahlröhre mit einer in den Strahlengang vor die Auffangelektrode eingeschalteten, mit mehreren Durchlaßstelleii versehenen Blende, wobei der Elektronenstrahl der Röhre unter dem Einfluß einer Kreisfrequenz so abgelenkt wird, daß er quer zu seiner Fortpflanzungsrichtung auf der Blende eine periodische Bahn beschreibt.

Es ist bekannt, zur Frequenzvervielfachung eine Kathodenstrahlröhre zu verwenden, bei der die Blende als eine Kreisscheibe mit regelmäßig angeordneten Sektorlöchern ausgebildet ist. Der Kathodenstrahl beschreibt auf dieser Blende eine konzentrische Kreisbahn. Dabei ergibt sich durch die fortlaufende Unterbrechung des Kathodenstrahls bei seinem Umlauf eine Vervielfachung seiner Umlauffrequenz. Der Vervielfachungsfaktor ist gleich der Zahl der Öffnungen der Blende und damit konstant.

Um eine Röhre zu schaffen, mit der sich nicht nur eine bestimmte konstante Frequenzvervielfachung erzielen läßt, sondern bei welcher der Vervielfachungsfaktor selbst geändert werden kann, ist erfindungsgemäß die gegenseitige Lage der Durchlaßstellen der Blende einerseits und der Bahn des Elektronenstrahls andererseits veränderbar. Man kann hierdurch zunächst eine Vervielfachung beliebiger wählbarer Größe erhalten. Ferner ergibt sich der weitere Vorteil, daß man den Vervielfachungsfaktor fortlaufend, z. B. periodisch, ändern und damit eine Frequenzmodulation erhalten kann. Schließlich läßt sich die beschriebene Röhre außerdem zur Frequenzverringerung verwenden. Durch diese Möglichkeit wird das Anwendungsgebiet der Röhre erweitert.

Zu diesem Zweck können entweder die Durchlaßstellen der Blende gegenüber der Bahn des Kathoden-Strahls bewegt werden, oder es kann die Bahn des Kathodenstrahls als ganzes gegenüber der Blende bewegt oder in ihrer Form verändert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist demnach darin zu sehen, daß als Blende eine Scheibe mit einem zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Kranz von Öffnungen dient, daß die Scheibe mit beliebig wählbarer Geschwindigkeit und Richtung um eine in den unabgelenkten Elektronenstrahl fallende Achse drehbar ist und daß der Elektronenstrahl eine auf den Öffnungskranz fallende Kreisbahn beschreibt. Wird die Scheibe in Umlaufrichtung des Elektronenstrahls angetrieben, so wird die Frequenz verringert Wird sie in Gegenrichtung angetrieben, so wird die Frequenz vervielfacht. Wird dagegen die Antriebsgeschwindigkeit laufend variiert, so erhält man eine Frequenzmodulation.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist darin zu sehen, daß als Blende ein Mehrfachkonden-Zur Frequenzänderung dienende
Kathodenstrahlröhre

Anmelder:

Olof Erik Hans Rydbeck, Gothenburg,

und Carl Marten Eugen Stenhardt,

Vällingby (Schweden)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. F. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 2. Mai 1956

Olof Erik Hans Rydbeck, Gothenburg,
und Carl Marten Eugen Stenhardt, Vällingby

(Schweden),
sind als Erfinder genannt worden

sator mit einem kreisringförmigen, zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Luftspalt dient, daß der Elektronenstrahl ohne Beeinflussung durch den Kondensator eine in den Ringspalt fallende Kreisbahn beschreibt, daß die eine Belegung des Kondensators einstückig ausgebildet ist, während die andere in eine Anzahl von gegeneinander isolierten Sektoren unterteilt ist, die zur Erzeugung von Ablenkfeldern im Ringspalt mit den Polen einer außerhalb der Röhre angeordneten Mehrphasenspannungsquelle verbunden sind.

Mit dieser Ausführungsform lassen sich dieselben Vorteile wie mit der vorgenannten erreichen. Außerdem ergibt sich aber der Vorteil, daß innerhalb der Röhre keine bewegbaren Teile vorgesehen zu werden brauchen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß zur Erzielung einer Amplitudenmodulation der geänderten Frequenz rechtwinkelig und konzentrisch zum unabgelenkten Elektronenstrahl eine feststehende Blende mit im Kreis angeordneten, gleichmäßig verteilten sektorförmigen Öffnungen angeordnet ist und daß der Elektronenstrahl durch entsprechende Steuerung der Ablenkmittel eine elliptische, zum Blendmittelpunkt symmetrische Bahn oder eine exzentrische Kreisbahn beschreibt. Bei dieser Aus-

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führungsform wird also die Bahn des Elektronenstrahls gegenüber der ruhenden Blende verformt oder exzentrisch verschoben.

Eine weitere Ausführungsform liegt darin, daß zur Erzielung einer Frequenzmodulation der geänderten Frequenz eine ruhende Blende mit dicht benachbarten geraden parallelen Schlitzen rechtwinkelig zum unabgelenkten Elektronenstrahl angeordnet ist, daß der Elektronenstrahl eine gerade Bahn im wesentlichen quer zur Schlitzrichtung beschreibt und daß der Winkel zwischen Bahn- und Schlitzrichtung veränderbar ist. Je nach der Größe des Winkels zwischen Bahn und Schlitzrichtung ändert sich hierbei die Größe des Multiplikationsfaktors der Frequenz.

Eine weitere Ausführungsform liegt schließlich darin, daß die Blende zur Änderung des Multiplikationsfaktors öffnungen aufweist, die in kreisförmigen und zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Kränzen unterschiedlicher öffnungszahlen angeordnet sind, und daß der Elektronenstrahl eine Kreisbahn beschreibt, deren Öffnungswinke! auf einen beliebigen Öffnungskranz einstellbar ist. Der Multiplikationsfaktor ändert sich hier mit der Öffnungszahl der einzelnen Kränze. Zur Steuerung wird der öffnungswinkel der Bahn geändert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der beschriebenen Anordnung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. 1 eine elektronische Frequenzvervielfachungseinrichtung einer bekannten Konstruktion,

Fig. 2 eine Anordnung, mit welcher die Frequenzvergrößerung oder Frequenzverkleinerung erreicht werden kann,

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 einige Einzelheiten einer Anordnung, welche für sehr hohe Frequenzen geeignet sind,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der in Fig. 5 gezeigten Einzelheit,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das in Fig. 5 dargestellte Teil, welches die Verteilung des entstehenden magnetischen Feldes zeigt,

Fig. 8 eine Ablenkplattenanordnung für sehr hohe Frequenzen,

Fig. 9 eine andere Form einer Ablenkanordnung für sehr hohe Frequenzen,

Fig. 10 eine Einzelheit einer elektronischen Vorrichtung, mittels welcher eine amplitudenmodulierte Zeichenabgabe ermöglicht wird,

Fig. 11 ein Detail einer Anordnung, die es ermöglicht, eine schnelle Änderung des Multiplikators durch Frequenzvervielfachung zu bewirken, und

Fig. 12 eine Auffangelektrode für eine Anordnung, mittels welcher die Frequenzmodulation zusammen mit Frequenzvervielfachung in sehr einfacher Weise ermöglicht werden kann.

In Fig. 1 bezeichnet El das Elektronenstrahlerzeugungssystem der Röhre 100 mit einer Kathode K, einem Steuergitter G und Beschleunigerelektroden A1 und A2. Danach folgen zwei Paar Ablenkelektroden Dl und D 2, eine Lochplatte 5Ί und eine Auffangelektrode 52. Es wird angenommen, daß an die zwei Paar Ablenkplatten Spannungen der gleichen Frequenz angelegt sind, aber mit einer Phasenversetzung um 90°.

Der Elektronenstrahl B wird dabei in eine Kreisspur in der einen oder anderen Richtung abgelenkt.

Mittels der Potentiometer P1 und P2, angeschlossen an die Eintrittsklemmen 5 und 6 bzw. 8 und 9 für die Ablenkspannung, kann diese Spannung passend einreguliert werden. Zwei Kondensatoren Cdi und Cd2 werden benutzt, um eine Gleichspannung an je eine Ablenkplatte eines jeden Ablenkplattenpaares zwecks Einstellung des Mittelpunktes der Kreisspur zu legen.

Die Platte Sl ist mit Öffnungen H versehen und so in der Röhre angebracht, daß der Elektronenstrahl auf seiner Kreisspur diese öffnungen eine nach der anderen durchläuft, wobei diese öffnungen gleichmäßig verteilt und gleichweit vom Mittelpunkt der Platte 5"I angeordnet sind. Wenn der Strahl durch eine der öffnungen H tritt und auf die Auffangelektrode S2 auftrifft, so wird ein Stromstoß von der Platte Sl zur Auffangelektrode S 2 fließen.

Wenn die Kreisfrequenz der Ablenkspannung ω 1 ist und die Zahl der öffnungen in der Platte Pl gleich n, so wird eine Wechselspannung mit einer Kreisfrequenz gleich η-toi zwischen den Platten Sl und S 2 auftreten.

Zwischen den Platten Sl und 52 ist ein Speisestromkreis eingeschaltet mit einem Umformer T 3 mit Primärwindung Ll und Sekundärwindung L2, wobei letztere mittels eines Kondensators C2 abgestimmt ist. In Reihe mit der Primärwindung Ll ist ein Kondensator CS geschaltet, welcher als Sperrkondensator bestimmt ist.

Wenn man annimmt, daß die Lochplatte 5* 1 gemäß Anordnung nach Fig. 1 drehbar ist, und wenn die Kreisfrequenz der Rotation gleich der Kreisspurfrequenz des Elektronenstrahls ist und die Rotation in derselben Richtung wie die Kreisspur erfolgt, so wird die auf der Auffangplatte erhaltene Frequenz gleich Null sein.

Wenn die Lochplatte in der entgegengesetzten Richtung rotiert, jedoch mit der gleichen Kreisfrequenz wie die Kreisspurfrequenz oj 1, so wird eine Spannung mit einer Kreisfrequenz 2n ■ ωΐ zwischen den Platten Sl und S2 auftreten.

Wenn die Kreisfrequenz der Rotation der PlatteSl oj 2 ist, so wird die Kreisfrequenz der Spannung zwischen Sl und S2 n(ojl — a>2), wenn die Rotationsrichtung die gleiche ist wie die Richtung der Kreisspur, und w(oj1 + oj2), wenn die relativen Drehrichtungen entgegengesetzt sind.

Die rotierende Platte 51 kann als Bremsmittel betrachtet werden mit η fangenden und η nicht bremsenden Teilen, die entlang der Kreisspur des Elektronenstrahls regelmäßig verteilt sind, wobei das Bremsmittel sich mit einer Periodizität mit Kreisfrequenz oj 2 bewegt.

Es kann von Vorteil sein, mechanisch bewegte Teile innerhalb einer luftleeren Röhre zu vermeiden, und deshalb kann die rotierende Platte S1 durch ein rotierendes Ablenkfeld ersetzt werden, welches als Bremsmittel dient, wie beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, in welcher Mittel zur Herstellung eines solchen Ablenkfeldes vorgesehen sind. An Stelle der Platten 51 und 52 bei der Anordnung gemäß Fig. 1 wird ein Elektrodensystem angewendet, das eine zentrale Kreisplatte SS aufweist, ferner ein Ringteil 59, welches konzentrisch um diese Platte angeordnet ist, und eine Auffangelektrode 510, die hinter 58 und 59 angebracht ist. Zwischen 58 und 59 befindet sich ein Ringspalt von einer bestimmten geeigneten Tiefe in der Richtung des Elektronenstrahls, durch welchen Spalt der Elektronenstrahl hindurchtreten kann, während er seine Kreisspur beschreibt. Der Ringteil 59 weist eine \^rielzahl von Plattenelektroden Hntn auf, die von einander isoliert

und Seite an Seite angeordnet sind. Wenn der Strahl durch den Spalt 130 aus seiner kreisförmigen Spur tritt, wird er durch eine vorhandene Spannung zwischen den Platten Hnm und der Plattete beeinflußt, wobei er gegen die Platte 6" 8 oder gegen die Platten Hnm gelenkt wird. Eine Spannung von der Größenordnung z. B. 6 Volt zwischen der Plattete und den Platten Hnm kann für eine komplette Ablenkung des Elektronenstrahls erforderlich sein, so daß sie nicht auf die Plattete auftreffen wird. Im Fall, daß keine solche Spannung vorhanden ist, wird der Elektronenstrahl durch den Ringspalt treten, ohne irgendeine Beeinflussung zu verursachen. Im eben erwähnten Fall, wo eine vollständige Ablenkung bewirkt ist mit einer Spannung von 6 Volt, kann angenommen werden, daß mehr als die halbe Ablenkung mit einer Spannung von 3 Volt erzielt wird, wobei eine Hälfte des Elektronenstrahls auf eine der Platten S 8 oder der Platten Hnm auftreffen wird, während die andere Hälfte durch den Spalt 130 hindurchtritt. Wenn somit eine Gittervorspannung von 3 Volt Gleichstrom der Wechselspannung von 3 Volt übergelagert wird, so wird der Elektronenstrahl in radialer Richtung oszillieren. Beim Maximalwert der Wechselspannung wird der Strahl die Platte 5" 8 beaufschlagen, und beim Minimum wird er frei durch den Spalt 130 treten, ohne irgendeine der Platten zu treffen. Obwohl auch andere Steuermöglichkeiten bestehen, soll jetzt nur der Fall betrachtet werden, wo der Elektronenstrahl beim Maximalwert dieser Spannung durch den Spalt 130 total abgelenkt wird und beim Kleinstwert frei den Spalt passiert, wobei die mit der Anordnung gemäß Fig. 2 und 3 erhaltenen Auswirkungen betrachtet werden sollen.

Die Elektrode Hnm ist in einen Mehrphasenstromkreis gemäß Fig. 2 eingeschaltet, wobei benachbarte Platten an verschiedene Phasen eines Mehrphasensystems angeschlossen sind, welches in Fig. 2 als ein Sechsphasensystem gezeichnet ist, obwohl jede andere Phasenzahl verwendet werden kann. Der Durchtritt des Elektronenstrahls durch den Ringspalt 130 wird sich jetzt in Abhängigkeit der Vielphasenspannung ändern, z. B. in solcher Weise, wie sie durch die Kurve 140 in Fig. 3 dargestellt ist. In einem bestimmten Augenblick wird durch die Platte H12 die Ablenkung des Strahls in Richtung nach außen ein Maximum, und in diesem Fall wird angenommen, daß der Strahl frei durch den Ringspalt 130 tritt und die Platte S10 beaufschlagt, während gleichzeitig auf der Platte H15 die Ablenkung nach einwärts ein Maximum ist, wobei der Elektronenstrahl vollständig auf die Platte SS auftrifft.

Gemäß Fig. 2 ist das Elektrodensystem in eine Röhre 150 eingebaut, welche außerdem einen Strahlerzeuger El und Ablenkplatten D1 und D 2 enthält. Die Ablenkplatten sind mit Umformern T10, TIl verbunden, wobei jeder an eine Wechselstromquelle mit einer Kreisfrequenz col angeschlossen ist, um dem Elektronenstrahl eine Kreisspur zu erteilen. Die Platten Hnm des Ringteiles 9 sind mit einem Sechsphasen-Stromkreis verbunden, dessen Phasen I, II und III in der Figur dargestellt sind. Die Auf fangplatte 5* 10 ist mit einem Speisestromkreis verbunden, der die Spulen Ll und L 2 und einen regulierbaren Kondensator CI enthält. Die Spule L2 ist an Anschlußklemmen 52 und 53 gelegt, welche die Ausgangsklemmen des Stromkreises bilden.

Der Erzeugerstromkreis für die Mehrphasenspannung weist eine Hilfskathodenstrahlenröhre 151 auf, deren Auffangelektrode in eine Anzahl von Sektoren

Pl, P2 . . . Pm aufgeteilt ist, entsprechend der Phasenzahl. Weiterhin enthält diese Röhre einen Strahlerzeuger £1 und zwei Paar Ablenkplatten Dl' und D2', um den Elektronenstrahl in eine Kreisspur zu lenken. Die Sektoren Pl ... Pm sind mit Spulen Ll ... Lm in einem Mehrphasenstromkreis verbunden.

Die Ablenkplatten Dl' und D2' sind einregulierbar mit Sekundärwicklungen der Transformatoren T13, T14 verbunden, deren primäre Wicklungen an Ablenkstromquellen mit einer Frequenz ω 2 angeschlossen sind, um eine Kreisspur hervorzurufen, wobei ein Polumschalter SW an die Primärwindung des Transformators Tl angeschlossen ist. In Funktion, wenn der Elektronenstrahl über die Sektoren /³I ... Pm der Röhre 151 läuft, wird eine Sechsphasenspannung den Spulen Ll ... Lm erteilt.

Von den Anschlußklemmen der Spulen L1... Lm sind Verbindungen zu entsprechenden Phasen des Mehrphasenstromkreises hergestellt, in welchen die Platten Hnm eingeschaltet sind, wobei diese Verbindungen über Kondensatoren C21, C22 usw., über geeignete Verstärker F, gelegt sind, sofern die Spannung, die von den Spulen L1 ... Lm erhalten werden kann, zu schwach wird, um den Elektronenstrahl in der Röhre 150 abzulenken.

Eine Gleichspannung ist an die Platten Hnm über die Anschlüsse 55-56 und die Widerstände Rm gelegt. Bei Änderung der Phase um 180° mittels des Schalters SW, der mit den Platten D2' verbunden ist, ist es möglich, den Drehsinn der Kreisspur des Elektronenstrahls umzukehren. Das Feld des Sechsphasensystems wird dann in entgegengesetzter Richtung als vor der Polumschaltung rotieren.

Das Mehrphasenfeld zwischen den Platten Hnm und der Elektrode S 8 in Fig. 2 rotiert mit einer Geschwindigkeit von Rf Umdrehungen pro Sekunde,

wobei Rf = -= ist, worin ω 2 die Kreisfrequenz der

Ablenkspannung ist, angelegt an die Ablenkplatten Dl' und D 2' der Röhre 151, und η die Polzahl des Mehrphasensystems ist, welches durch die Platten Hnm gebildet wird.

Der Elektronenstrahl in der Röhre 150 wird mit einer Geschwindigkeit von Rb Umdrehungen pro Sekunde rotieren, wobei Rb bestimmt wird durch die

Gleichung: Rb =——,worin col die Kreisfrequenz der

/. Tt

an die Ablenkplatten D1 und D 2 der Röhre 150 angelegten Ablenkspannung bedeutet.

Wenn angenommen wird, daß Rf = Rb, d. h.

= ω 1, und daß die Drehrichtung des Strahls und

des Mehrphasenfeldes die gleiche ist, wird eine im wesentlichen konstante Stromaustrittsspannung von der Platte 5"1O in die Röhre 150 erreicht werden, deren Größe von der Gittervorspannung abhängt, die an die Klemmen 55 und 56 angelegt ist. Wenn andererseits von ω 1 abweicht, so erhält man eine

Austrittsspannung mit einer Kreisfrequenz, die proportional ist zu to l-\ , wenn das Wechselfeld, da

es durch die Platten Hnm erzeugt wird, einen Drehsinn hat, der entgegengesetzt der Rotationsrichtung der Kreisspur in der Röhre 150 ist, und proportional

zu ω 1 — — , wenn das Wechselfeld in derselben Rich- ■n

tung wie die Kreisspur in der Röhre 150 rotiert.

Die ursprüngliche Absicht bei der Anordnung gemäß den Fig. 2 und 3 war, eine Verschiebung einer

Trägerwelle aufwärts oder abwärts in bezug auf ihre Frequenz zu ermöglichen. In diesem Fall ist η ■ ωΐ gemeint als Grundfrequenz der Trägerwelle, während (o2 als Gestaltung gemeint ist, wegen der es erwünscht ist, diese Trägerwelle in der einen oder anderen Riehtung zu verlegen. Mit der Anordnung gemäß Fig. 2 ist es möglich, eine solche Verlegung einfach durch Betätigung des Umschalters SW durchzuführen, wobei diese Verschiebung mit einer Kreisfrequenz von

/ _Λ , ω2\ , . / ω2\ _r , , ίο

η · IwI -f -^-J bis zu η · col J erfolgt und umgekehrt. Es ist einleuchtend, daß mittels eines Stromkreises gemäß Fig. 2 es möglich ist, sowohl eine Frequenzvervielfachung als auch eine Frequenzvergrößerung und Frequenzverkleinerung zu erreichen. Wenn ein Sechsphasensystem gewählt wird und eine Vervielfachung mit 12, so müssen 12·6=72 Platten Hnm

vorhanden sein.
Bei einer solchen Röhre ist es natürlich möglich, die

Elektroden HiIM miteinander in ällderöf WoISe¹ ZU verbinden, als oben angenommen. Wenn z. B. die Platten zu zwei und zwei miteinander verbunden sind, wird eine Frequenzvervielfachung mit dem Faktor 6 anstatt 12 erzielt. Wenn die Platten zu vier und vier miteinander verbunden werden, wird eine Frequenz-Vervielfachung mit dem Faktor 3 erreicht. Weiterhin ist zu beachten, daß bei Verwendung eines Vierphasensystems an Stelle eines Sechsphasensystems es möglich ist, die zweiundsiebzig Platten in der Weise zusammenzuschalten, daß sich achtzehn Platten pro Phase ergeben, was eine Frequenzvervielfachung mit dem Faktor 18 bedeutet. In diesem Fall jedoch wird die sich ergebende Ausgangsfrequenz weniger frei von unerwünschten Frequenzen sein. In diesem Zusammenhang muß bemerkt werden, daß ein Mehrphasen-Spannungserzeuger bei Benutzung der Röhre 151 gemäß Fig. 2 verwendet werden kann als eine gesonderte Einheit, um eine\Iehrphasenspannung zu irgendeinem anderen Apparat oder für irgendeinen anderen Zweck zu liefern als für den Mehrphasenfrequenzwandler nach Fig. 2.

Fig. 4 bis 9 zeigen Einzelheiten von Anordnungen, die insbesondere zur Verwendung bei sehr hohen Frequenzen geeignet sind.

In Fig. 4 ist ein Strahlerzeuger E1, Ablenkplatten Dl und D 2, ferner eine Auffangelektrode 110 einer Kathodenstrahlröhre dargestellt. Jedes Paar von Ablenkplatten D1 und D2 ist mit einem Lecher-Draht Ll und L2 bezugsweise verbunden. Die Ablenkspannung ist an die Punkte Ml und M 2 bezugsweise angelegt, welche in gleichen Entfernungen von den Kurzschlußstellen dieser Lecher-Drähte liegen.

Die Auffangelektrode 110 besteht in diesem Fall in einem Hohlraumresonator, der auf die resultierende Ausgangsfrequenz der Vorrichtung abgestimmt ist. Der Resonator hat die allgemeine Form eines flachen Zylinders, dessen Vorderfläche 110 mit einer Anzahl öffnungen H' versehen ist, die im Kreis um die Symmetrieachse des Resonators angeordnet sind. Jede öffnung ist in einem symmetrischen Feldsektor eines Musters gelegen, welches die Feldverteilung im Resonator versinnbildlicht, wobei dieses Muster beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist, worin a, b, c usw. verschiedene Feldteile zeigen und die Linien 120 den Verlauf der Kraftlinien angeben. Da der Elektronenstrahl veranlaßt ist, durch die öffnungen H' in den Sektoren a, b, c usw. nacheinander zu treten, so wird die Feldverteilung im Resonator, wie in Fig. 7 gezeigt, aufrechterhalten, wobei während einer Hälfte eines Frequenzkreislaufes des Feldes im Resonator der Elektronenstrahl von den öffnungen in einem Sektor zu der öffnung im nächsten Sektor übertritt, wobei die Feldlinien des letzteren Sektors eine entgegengesetzte Richtung gegenüber den Feldlinien des ersteren Sektors aufweisen, wodurch der Elektronenstrahl immer befähigt ist, den Resonator im richtigen Sinne zu erregen.

In Fig. 5 ist der Resonator im Querschnitt parallel zur Röhrenachse gezeigt, und gemäß dieser Figur ist es offenbar, daß der Elektronenstrahl B durch eine öffnung H' in der Vorderwand 110 des Resonators tritt und durch die Hinterwand 111 aufgefangen wird. Fig. 6 ist ein Diagramm, welches die Feldverteilung im Resonator zeigt, wobei die Ordinate den Radius ρ von der Symmetrieachse aus bedeutet, während die Abszisse die elektrische und magnetische Feldstärke darstellt. Der am Radius pa einfallende Elektronenstrahl B läßt ein elektrisches FeId-E* mit einem Maximum hei einer Entfernung' von ρ α vom Mittelpunk das Resonators entstehen. Das magnetischer el ein?// hat ein Maximum an der Peripherie des Resonators, d. h. auf dem Radius ob, und ein anderes Maximum, welches zwischen der Peripherie und dem Resonatormittelpunkt liegt. Der Leitungsdraht 115 für den Stromabgang in Fig. 5 und 6 ist daher an die Peripherie des Resonators verlegt.

Es ist offenbar, daß die zuletzt beschriebene Anordnung eine Frequenzvervielfachung ergibt mit einem Faktor gleich der Hälfte der Zahl der öffnungen H', welche während jedes Strahlkreislaufes überschritten werden, weil während eines halben Kreislaufes der resultierenden Frequenz der Strahl von einer Öffnung sich zur nächsten bewegt. Wenn z. B. eine Frequenzvervielfachung mit einem Faktor 10 gewünscht wird, ist es deshalb zweckmäßig, den Resonator im Zehnermodus der Schwingung wirken zu lassen, was zwanzig öffnungen entspricht. Eine verringerte Zahl von Öffnungen führt zu einem verringerten Leistungsergebnis und muß daher beim Entwurf in Betracht gezogen werden.

In Fig. 8 ist eine Ablenkelektrode W20 dargestellt, welche für sehr hohe Frequenzen geeignet ist. Diese Elektrode besteht aus einem Draht, welcher wellenförmig in einer Ebene gebogen ist. Die entgegengesetzte Elektrode innerhalb desselben Paares kann von ähnlicher Form sein, aber sie kann auch eine Platte W21 sein, wie in Fig. 8 gezeigt.

Die Ablenkspannung ist angelegt an das eine Ende des Drahtes, bezeichnet mit ml. Das andere Ende des Drahtes ist mit einem gleichachsigen Leiter Q verbunden, welcher als Dämpfungsglied gegen die Oszillationen verwendet wird, die von der Elektrode kommen, um Rückwirkungen auf die Elektrode W20 zu vermeiden.

Die Elektrode gemäß Fig. 8 soll so bestimmt wer-

k V

den, daß folgende Bedingung erfüllt wird: — = —,

S Cq

worin k die Elektrodenlänge in der Strahlrichtung bedeutet, j die Drahtlänge in der Elektrode, ν die Elektronengeschwindigkeit im Strahl und C₀ die Lichtgeschwindigkeit. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, so wird das Modulationssignal m 1, das bei α eintritt, ein Feld hervorrufen, welches sich in der Richtung des Elektronenstrahls in solcher Weise fortpflanzt, daß ein Elektron im Strahl B auch wirklich immer dem Feld folgt. Die Elektronen, die zwischen JF20 und ^21 in das Feld eintreten, werden daher durch die gleiche Feldstärke während des ganzen Durchganges zwischen W2O und W21 abgelenkt. Für danach eintretende Elektronen wird die Ablenkung eine andere gemäß der Abhängig-

keit vom Ablenkfeld, welches diesen Elektronen folgt. Auf diese Weise wird eine periodische Ablenkung mit der Winkelfrequenz ω 1 erzeugt. Dieses System kann für Werte von ω 1 geeignet sein, welche Zentimeterwellen entsprechen, und in Verbindung mit einem geeigneten Resonator können Millimeterwellen erhalten werden, wenn eine genügende Anzahl von Öffnungen im Resonator zur Wirkung gelangen.

In Fig. 9 ist ein anderes Mittel für die Erzeugung von Millimeterwellen dargestellt. Bei dieser Anordnung wird ein konstantes magnetisches Feld für die Ablenkung des Elektronenstrahls angewendet. Diese Anordnung umfaßt einen Strahlerzeuger El, einen Resonator ReI mit einer gleichachsigen Ableitung CO, einen Magnet M und einen Ausgangsresonator Re 2, welcher mit öffnungen//« auf der dem Strahlerzeuger zugerichteten Seite versehen ist, wobei diese öffnungen auf einer geraden Linie mit wechselnden Abständen verteilt sind, welche entsprechend dem Charakter der Strahlspur variieren können, welcher der Elektronenstrahl unterworfen sein kann. Der Resonator Re 2 ist mit einem Abstimmorgan 160 ausgestattet, welches in an sich bekannter Weise verwendet wird.

Der Resonator Re 1 ist bestimmt, dem Elektronenstrahl B eine Geschwindigkeitsänderung in einer an sich bekannten Weise zu erteilen, wobei diese Geschwindigkeitsänderung stark sein muß, und aus diesem Grunde muß eine große Energie zu RcI mittels eines Magnetrons geschickt werden.

Die Ablenkung des Elektronenstrahls im magnetischen Feld, welches durch den Magnet M erzeugt wird, wird mit der Geschwindigkeitsänderung wechseln, die den Elektronen durch den Resonator Re 1 erteilt wird. Wenn eine Modulationsspannung mit einer Frequenz toi an den Resonator ReI angelegt wird, so wird der Elektronenstrahl natürlich einen linearen Weg über den mit öffnungen versehenen Teil des Resonators Re 2 nehmen, von welchem die vervielfachte Ausgangsfrequenz erhalten werden kann.

Wenn die dem Elektronenstrahl auf erlegte Bahn von sinusähnlicher Form ist, ist es notwendig, daß die Öffnungen über den Wegteil des Resonators Re 2 ungleich verteilt werden. Da die Bahngeschwindigkeit der Kippspur im Mittelpunkt der Strahlspur ein Maximum ist, so sollen die öffnungen in größerem Abstand voneinander stehen als an den Enden der Spur, wo die Geschwindigkeit der Strahlspur ein Minimum ist.

In Fig. 10 wird eine durchbrochene Platte 6" 6 gezeigt, welche bestimmt ist, die Platte S1 der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zu ersetzen. Dies bewirkt eine Anordnung, durch welche ein in der Amplitude variiertes Frequenzergebnis erhalten werden kann.

Die Platte S 6 ist mit sich radial erstreckenden, keilförmigen öffnungen H" 1 bis H" η versehen, die gleichmäßig über die Plattenfläche verteilt sind. B bedeutet den Querschnitt durch einen Elektronenstrahl, wobei dieser Strahl einen Durchmesser δ aufweist. Die Buchstaben bl, b2 und fr3 bezeichnen verschiedene Strahlwege, die der Strahl auf der Oberfläche der Plattete zurücklegen kann.

Wenn die Spur genau kreisförmig ist, wie mit b 1 angegeben, so erhält man eine einfache Frequenzvervielfachung, wie in Verbindung mit Fig. 1 geschildert. Wenn die Spur einer elliptischen Bahn folgt, wie durch &2 gezeigt, tritt der ganze Strahlquer schnitt durch die öffnungen, wenn der Abstand zwischen dem Strahl und dem Zentrum HO der Platte ein Maximum ist, während ein verkleinerter Teil dieses Querschnittes die öffnungen passiert, wenn diese Distanz ein Minimum ist. Der auf die Auffangplatte 6"2 auftreffende Elektronenstrahl wird daher amplitudenvariiert mit einer Winkelfrequenz gleich 2 ω 1, worin ωΐ die Kreisspurfrequenz des Strahls ist. Die Ausgangsfrequenz von der Platte Sl umfaßt daher nicht nur die vervielfachte Grundfrequenz ntal, worin η die Zahl der öffnungen in der Platte S 6 bezeichnet, sondern auch die Seitenbandfrequenzen (n + 2) col.

Wenn die Bahn kreisförmig, aber exzentrisch zum Mittelpunkt der Platte ^S^-O verläuft, wie mit b'i gezeigt, erhält man eine entsprechende Amplitudenmodulation, aber diesmal mit der Frequenz ω 1. Die Ausgangsfrequenz umfaßt infolgedessen η col, (n + 1) col und (n — ) ω 1. Es ist also möglich, die Spur gleichzeitig elliptisch und exzentrisch zu gestalten, und in diesem Fall wird die Ausgangsfrequenz gleichzeitig die Seitenbänder (n±l) ωΐ und (n±2) ωΐ umfassen.

Die Bahn kann leicht elliptisch gestaltet werden

durch Einregulieren eines der Potentiometer P1 oder P 2, die in Fig. 1 gezeigt wurden, und exzentrisch durch Einregulieren einer Gleichstromgittervorspannung, die an eines der Ablenkplattenpaare angelegt ist. In Fig. 11 ist eine Platte 5"7 dargestellt, welche die in Fig. 1 gezeigte Platte 5Ί ersetzen soll. Die Platte .S¹7 besitzt eine Anzahl kreisrunder, konzentrischer Reihen von Durchbrechungen auf den Radien ,öl, ρ2 und ρ 3 vom Mittelpunkt der Platte. Jede dieser Reihen ist mit einer Anzahl öffnungen Hn, H'η—1, Hn—2 usw. versehen. Wenn die Kreisspur des Elektronenstrahls von einer dieser Reihen zu einer anderen übergeführt wird,--ergibt sich ein entsprechender Wechsel beim Vervielfachungsfaktor.

In Übereinstimmung mit Fig. 11 wird die äußere Reihe von η öffnungen gebildet, die nächste Reihe von n—l öffnungen usw., so daß für jede Reihe näher am Mittelpunkt die Zahl der öffnungen um eine öffnung verringert ist. Natürlich kann irgendeine andere Änderungsregel für die Zahl der öffnungen von einer Reihe zur anderen eingeführt werden.

Der Übergang der Spur von einer Reihe zur anderen ist leicht durchzuführen durch Einregulierung der Ablenkspannungen an den Ablenkplatten.

Fig. 12 zeigt eine andere Platte S15, welche die Platte Sl von Fig. 1 ersetzen soll. Die Platte S15 ist mit einer Anzahl von Schlitzen 170 ausgestattet, die zwischen elektrisch leitenden Rippen oder Drähten 171 gebildet werden. Bei dieser Vorrichtung wird der Elektronenstrahl auf einer geraden Spur geleitet, wie die vertikale Linie 200 aufzeigt. Wenn die Zahl der Schlitze, die vom Strahl durchschritten werden, gleich η ist, so wird die Spurfrequenz mit η vervielfacht. Wenn bei Anwendung einer Ablenkspannung für das Ablenkungsplattenpaar, welches unter 90° zu den die vertikale Spur erzeugenden Platten steht, die Strahlspur so geneigt ist, wie die Linie 201 zeigt, und wenn Mittel zur Konstanthaltung der Länge des Elektronenstrahls vorgesehen sind, so wird die Zahl der von der Strahlspur geschnittenen Schlitze verringert und infolgedessen der Vervielfachungsfaktor dementsprechend verkleinert. Durch diese Anordnung ist es daher leicht, Frequenzmodulation eines Signals auf eine einfache Weise zu erhalten.

Durch die oben beschriebenen Anordnungen waren die Kippspuren des Elektronenstrahls kreisförmig, elliptisch oder geradlinig. Natürlich ist es auch möglieh, andere Formen der Kippspur, wie z. B. rechteckige, zu benutzen. An Stelle elektrostatischer Ablenkfelder für den Elektronenstrahl ist es natürlich möglich, magnetische Ablenkung zu verwenden.

Durch Veränderung der Abstände der öffnungen in den durchbrochenen oder geschlitzten Platten ent-

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Claims (11)

sprechend den verschiedenen beschriebenen Einrichtungen können andere Wirkungen, wie schwankende Frequenz, erzielt werden.

1. Zur Frequenzänderung dienende Kathodenstrahlröhre mit einer in den Strahlengang vor die Auffangelektrode eingeschalteten, mit mehreren Durchlaßstellen versehenen Blende, wobei der Elektronenstrahl der Röhre unter dem Einfluß to einer Kreisfrequenz so abgelenkt wird, daß er quer zu seiner Fortpflanzungsrichtung auf der Blende eine periodische Bahn beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Modulation oder bleibenden weiteren Änderung der geänderten Frequenz die gegenseitige Lage der Durchlaßstellen der Blende einerseits und der Bahn des Elektronenstrahls andererseits veränderbar ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Scheibe (Sl) mit einem zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Kranz von öffnungen (H) dient, daß die Scheibe mit beliebig wählbarer Geschwindigkeit und Richtung um eine in den unabgelenkten Elektronenstrahl fallende Achse drehbar ist und daß der Elektronenstrahl eine auf den Öffnungskranz fallende Kreisbahn beschreibt (Fig. 1).

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende ein Mehrfachkondensator mit einem kreisringförmigen, zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Luftspalt (130) dient, daß der Elektronenstrahl ohne Beeinflussung durch den Kondensator eine in den Ringspalt fallende Kreisbahn beschreibt, daß die eine Belegung (58) des Kondensators einstückig ausgebildet ist, während die andere (S9) in eine Anzahl von gegeneinander isolierten Sektoren (H η m) unterteilt ist, die zur Erzeugung von Ablenkfeldern im Ringspalt mit den Polen einer außerhalb der Röhre angeordneten Mehrphasen-Spannungsquelle (/1 bis Im) verbunden sind (Fig. 2).

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Sektoren ein ganzes Vielfaches der Phasenzahl der Mehrphasenspannungsquelle ist.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrphasenspannungsquelle zur Erzeugung eines Drehfeldes eine Hilfskathodenstrahlröhre (151) aufweist, deren Elektronenstrahl mit wählbarer Geschwindigkeit und Richtung eine Kreisbahn auf einer Anzahl sektorenförmiger, konzentrisch zum unabgelenkten Elektronenstrahl angeordneter Auffangelektroden beschreibt, von deren jeder eine Phasenspannung abgegriffen wird.

6. Kathodenstrahlröhre nach den Ansprüchen 3 und 5 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre (150) und/oder der Hilfskathodenstrahlröhre (151) paarweise mit auf die Ablenkfrequenz abgestimmten Lecher-Drähten (Ll, L 2) verbunden sind und daß Zuführungsdrähte für die Ablenkspannifflgen an Punkten (Ml, 1/2) zwischen den kurzgeschlossenen Enden der Lecher-Drähte und den Ablenkplatten angeschlossen sind

7. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre (150) und/oder der Hilfskathodenstrahlröhre (151) aus einem in der ursprünglichen Plattenebene verlaufenden, wellenförmigen Leiter (W20) bestehen, dessen Wellenform so bemessen ist, daß ein ihn durchlaufendes Hochfrequenzsignal ein Ablenkfeld erzeugt, welches sich in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit, wie der abzulenkende Elektronenstrahl fortbewegt (Fig. 2 und 8).

8. Kathodenstrahlröhre nach den Ansprüchen 3 und 5 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkmittel für den Elektronenstrahl in die Kathodenstrahlröhre (150) und/oder die Hilfskathodenstrahlröhre (151) ein Hohlraumresonator (ReI) in den Strahlengang eingeschaltet ist, der dem Elektronenstrahl durch starke und stark schwankende in Strahlrichtung verlaufende elektrische Felder eine Geschwindigkeitsmodulation erteilt, und daß hinter dem Resonator ein Magnet (M) angeordnet ist, dessen konstantes Magnetfeld rechtwinklig zu dem abzulenkenden Elektronenstrahl verläuft (Fig. 2 und 9).

9. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Amplitudenmodulation der geänderten Frequenz rechtwinkelig und konzentrisch zum unabgelenkten Elektronenstrahl eine feststehende Blende mit im Kreis angeordneten, gleichmäßig verteilten sektorförmigen öffnungen (H"ti) angeordnet ist und daß der Elektronenstrahl durch entsprechende Steuerung der Ablenkmittel eine elliptische, zum Blendenmittelpunkt symmetrische Bahn (b2) oder eine exzentrische Kreisbahn (b3) beschreibt (Fig. 10).

10. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Frequenzmodulation der geänderten Frequenz, eine ruhende Blende mit dicht benachbarten geraden parallelen Schlitzen rechtwinkelig zum unabgelenkten Elektronenstrahl angeordnet ist, daß der Elektronenstrahl eine gerade Bahn im wesentlichen quer zur Schlitzrichtung beschreibt und daß der Winkel zwischen Bahn- und Schlitzrichtung veränderbar ist.

11. Kathodenstrahlröhre zur Frequenzmultiplikation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende zur Änderung des Multiplikationsfaktors öffnungen aufweist, die in kreisförmigen und zum unabgelenkten Elektronenstrahl konzentrischen Kränzen unterschiedlicher Öffnungszahlen angeordnet sind, und daß der Elektronenstrahl eine Kreisbahn beschreibt, deren Öffnungswinkel auf einen beliebigen Öffnungskranz einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 748 703.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen