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Elektronenstrahlröhre zur Verstärkung von insbesondere amplitudenmodulierten
Hochfrequenzsignalen sehr kurzer Wellenlänge Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre
zur Verstärkung vorn insbesondere ampätudenmodulierten Hochfrequenzsignalen sehr
kurzer Wellenlänge mit einem einen konstanten Strahlstxom abgebenden Elektronenstrahlerzeugungssystem,
einem Einkoppelsystem, in dem die Strashlelektronen ran Rhythmus der Frequenz des
Eingangssignals eine Auslenkung aus der Achse des unmoduherten Elektronenstrahls
erfahren, und einem Auskoppelsystem mit nachfolgender Auffangelektrode, das aus
einer Blende und einem in Elektronenstrahlrichtung dicht hinter dar Blende angeordneten
Hochfrequenzausgangskreis besteht und das so bemessen ist, daß der den Ausgangskreis
durchsetzende Elektronenstrahl Impulsform aufweist.
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Bekanntlich bestimmt sich der Wirkungsgrad von Elektronenstrahlröhren
zur Venstärkung höchster Frequenzen aus dem Verhältnis von Hoehfrequenzausgangsleistung
zur Gleiohstroanleistung des. Elektronenstrahls. Da die Hochfrequenzausgangsleistung
unabhängig von der Gleichstromleistung des Elektronenstrahls sich besonders liei
der Verst ärkung amplitudenmodulierter Hochfrequenzsignale laufend ändert, ist der
Wirkungsgrad einer derartigen Röhre nicht konstant. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Elektronenstrahlrohre zur Verstärkung von insbesondere amplitudenmoduüerten
HochfrequenzsignaJen sehr kurzer Wellenlänge zu schaffen, die bei hohem Wirkungsgrad
im gesamten Betriebsbereich reit einem möglichst konstanten Verhältnis von Hochfrequenzausgangsleistnmg
zur Gleichstromleistung des Elektronenstrahls arbeitet.
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Die Erfindung gehrt von der Überlegung aus, daß bei der Längenmodusartnon
von Stromimpulsen proportional mit der Hochfrequenz die Gleichstromkomponente geändert
wird. Entsprechend diesem Prinzip soll der den Ausgangskreis anregende Elektronenstrahl
einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre Impulsform mit in dar Länge modulierten
Stromimpulsen erhalten.
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Es ist bereits eine Elektronenstrahlröhre zur Versrtärkung und Amphtudenbegrenzung
hochfrequenter Signalre des Dezimeter- und Zentimeterwellenbereichs bekannt, die
aus einem einen konstanten Strahlstram abgebenden Elektroneenstrashlerzeugungssystem,
einer. Querfeldsteuereinrichstung zur Auslenkung des Elektronenstrahls im Rhythmus
der Frequenz des Eingangssignals und einem Auskoppelsystem mit nachfolgender Auffangelektrode
bestehst und bei der das Auskoppelsystem von einer Blendre und einem in Elektronenstrahlrichtung
dicht hinter fier Blende angeordneten Hohlraumresonator gebildet ist (vgl. die deutsche
Patentschrift Nr. 1033 342). Die Blende ist dabei so bemessen und in bezug auf den
Elektronenstrahl so angeordnet, daß die von dem Eavgangsugnal durch die QuerfeldsteuereinrIohtung
jeweils in den einen Halbperioden nach der einen. Seite ausgelenkxen Elektronen
auf die Blende auftreffen, während die jeweils in den anderen Halbperioden nach
der anderen Seite ausgelenkten Elektronen auch noch bei der größten Auslenkung den
Hohlrauinresanator durchsetzen. Der Elektronenstrahl regt also den Hohlraumres,onator
mit Stromimpulsen an. Bei. diesen- Elektroneaistrahlröhre liegt die Blende wenigstens
größenordnungsmäßig auf derer gleichen Gleichpotential wie die hinter dem HohlraumresonatoT
Auffangelektrode, so daß eine nennenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades nicht
auMtt. Außerdem. isst bei der geschilderten bekannten Anordnung eine magnetische
Fokussierung nicht möglich, da eine reine Querfeldsteuerung des Elektronznstrahls
vorgenommen wird. Die Elektronenstnahldidhte (und damit auch der Wirkungsgrad) ist
dadurch bei der bekamen ElektronenstrahlTöhre begrenzt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Elektronenströhre
der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Elektronenstrahl
in"''
,einem statischen. magnetischen Längsfeld verläuft und der märe Abstand zwischen
denn. in Elektronensüah h hwng kurzbemessenen. Eänkoppelsystem und dem, Auskoppelsystem
wenigstens angenähert eint halbZyklatronwellenlängge beträgt.
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An Hand 't"" . in scherriatischer Darstellungsweise gehaltenetl, Figun
de Zeichnung soll die Endung nachstehend näher erläutert werden. Dabei sind alle
Teile weggel, die:n4cht zum Verständnis, der Erfindung notwendig erscheänen, z.
B. die Vakuumhülle und das System zur Erzeugung des Magnegeldes. Es zeigt Fig. 1
einen ' Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrönensitrahlrähre, Fig. 2
das Bild der in Elektronenstrahlrichtung laufenden »Elektromzuwelle« einer erfindungsgemäßen
Elclatronmetrahliöhre Fig. 3 den Värlaiuf von Eingangsspannung und zugehörigen.
Stromimpulsen arm Ort des Ausgangskreises: Das Elekärorenstnahlerzauguatgssystem
1 erzeugt einen zeüäch konstanten Elektronenstrahl 10, der in einen statischen magnetischen
Längsfeld B vedäuft. Das Einkoppelsystem, dem das zu verstärkende Eingangssignal
zugeführt wird; besteht aus einem Hohlraumresoaktor 2 mit zwei kurzen Ablenkplafen
3 und 4, zwischen denen dar @EleküronenstraN hindurchläuft. »Kurz« bedeutet dabei,
daß der Laufwinkel des Elekktranrahls im Bereich zwischen des: beiden Ablenkplatten
3 und 4 klein gegenüber 2 x ist. Infolge der transversalen hochfrequenten elektrischen
Felder zwischen den Plätten 3 und 4 und des magnetischen Längsfeldes B erhalten
die Elektronen des ankommenden (urmodulierten) Elektronenstrahls im Einkoppelsystem
eine Zyklotronbewegung, die bekanntlich so beschaffen ist, daß die Elektronen zusätzlich
zu ihrer longtudinalen Bewegung (in Richtung der Achse des unmoduläerten Elektronenstrahls)
eine Rotationsbewegung ausführen. Da, die beiden Ablenkplatteü,=3;Y°4 kurz sind;
wird dabei je nach der Richtung des zwischen den Ablenkplatten liegenden elektrischen
- Hochfrequenzfeldes eine Rotationsbewegung nach rechts bzw. nach links hervorgerufen,
wie die Fig. 2 zeigt. Es weiden also beide Zyklotronwellen mit gleicher Amplitude
angeregt, so daß sich dieAussteuerungiimEinkoppelsystem im Idealzustand leistungslos
vollzieht: Bei der geschilderten Zyklotronbewegung kehren bekanntlich die Elektronen
nach einem Umlauf wieder zur Achse des urmodulierten Elektronenstrahls zurück. Die
Strecke, die dabei in Elektronenstrahlrichtung zurückgelegt worden ist, wird als
Zyklotronwellenlänge 9, bezeichnet. Die Elektronen sind dann in einem Abstand von
einer halben Zyklotronwellenlänge (2,/2) hinter dem Einkoppelsystem maximal aus
der Achse des urmodulierten Elektronenstrahls ausgelenkt. An dieser Stelle ist erfindungsgemäß
das Auskoppelsystem angeordnet. Die Berandung desElektronenstrahls, zwischen Einkoppel-und
Auskoppelsystem'" ist in, Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 6 und 6' angedeutet.
Das Auskoppelsystem besteht aus der konzentrisch zur Achse des urmodulierten Elektronenstrahls
angeordneten Blende 7 und' dem Hohlraumresonator 8: Nur solche Elektronen, die im
Einköppelsystem eine geringe transversale Auslenkung erfahren. haben, durchsetzen
den Koppelspalt des Hohlraumresonatörs 8 und werden von der Auffangelektrode 9 aufgenommen.
Alle übrigen Elektronen gelangen auf die Blende 7. Um die Verlustleistung des von
der Blende 7 aufgenommenen Teiles des Elektronenstrahls gering zu halten, ist die
Blende 7 mit einem Gleichpotential in der Größenordnung des Kathodenpotentials beaufschlagt.
Die Verlustleistung einer solchen Elektronenstrahlröhre bestimmt sich also im wesentlichen
nur noch aus der AuftrefEenergie der zur Auffangelektrode 9 gelangenden Elektronen.
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Die Länge der den Hohlraumresonator 8 anregenden Elektronenstrahlimpulse
hängt von der Größe der transversalen Auslenkung im Einkoppelsystem ab. Der Puls
ist um so länger, je kleiner diese Auslenkung ist. Zur Verstärkung amplitudenmodulierter
Signale muß daher dem Einkoppelsystem einer Röhre nach Fig. 1 das Eingangssignal
in invertierter Form zugeführt werden. Man kann dies beispielsweise dadurch erreichen,
daß man eine analoge, d. h. ebenfalls eine Inversion hervorrufende Röhre kleiner
Leistungsfähigkeit vor den Röhreneingang schaltet.
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Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung UE(t) und
der Stromimpulse i (t) am Ort des Ausgangskreises B. z ist dabei die Laufzeit
über eine halbe Zyklotronwellenlänge, d. h. vom Einkoppel- zum Auskoppelsystem.
Wenn die hochfrequente Spannung am Eingangskreis Null war, tritt jeweils ein Stromimpuls
auf. Auf diese Weise entstehen pro Hochfrequenzperiode zwei Impulse, so daß die
Röhre normalerweise als Verdoppler arbeitet. Wenn man erreichen will, daß keine
Verdopplung auftritt, kann. man den Ablenkplatten 3, 4 des Einkoppelsystems außer
der zu verstärkenden Hochfrequenzspannung noch eine: dieser Hochfrequenzspannung
proportionale Spannung so zuführen, daß die Elektronen des Elektronenstrahls dann
so ausgelenkt werden, daß der Punkt A der Elektronenbahn in, Fig. 2 über dem Loch
der Blende 7 in Fig. 1 zu liegen kommt.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel.
Insbesondere sind an Stelle der Hohlraumresonatoren auch Leitungen verwendbar, die
longitud'inale Wellen führen. Der Vorteil von Leitungen an Stelle von Resonanzkreisen
besteht in, der Erzielung einer größeren Bandbreite. Als Ausgangskreis sind deshalb
besonders zwei parallel zueinander angeordnete Verzögerungsleitungen geeignet, zwischen
denen die longitudinalen elektrischen Wellen laufen.