DE1110326B - Elektronenroehre zur Erzeugung oder Verstaerkung kurzer elektrischer Wellen - Google Patents

Description

• Elektronenröhre zur Erzeugung oder Verstärkung kurzer elektrischer Wellen Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre zur Erzeugung oder Verstärkung kurzer elektrischer Wellen durch Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen in elektromagnetischen Feldräumen, wobei die Elektronenbahnen nahezu parallel zu den Feldlinien in Steuerspalten einlaufen, die durch mindestens eine zwischen den Elektronenbahnen und einem Hohlraumresonator eingesetzte neutrale, nicht resonanzfähige Blende gebildet werden.
• Es sind Elektronenröhren zur Erzeugung und/oder Verstärkung elektrischer Schwingungen bekannt, bei denen eine Elektronenströmung in Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern tritt, die sich in Hohlraumresonatoren ausbilden. Dieser Wechselwirkungsmechanismus läßt sich als eine Richtungs-und Geschwindigkeitssteuerung beschreiben, die die Elektronen erfahren, wenn sie, in vorzugsweise kreis-oder parabelförmigen Bahnen nahezu parallel zu den steuernden elektrischen Feldlinien einlaufen.
• Es ist auch bekannt, bei derartigen Röhren eine Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und der Hohlraumschwingung dadurch zu ei-zielen, daß mehrere voneinander getrennte oder unter sich gekoppelte Hohlräume durch Spalte, welche durch blendenartige Segmente voneinander getrennt sind, mit dem Laufraum der Elektronen verbunden sind.
• Feiner ist schon bei Magnetrons zwischen den der Kathode zugewandten freien Enden der Anodenstege je ein Gitterstab angeordnet worden, der zwischen den benachbarten Anodenstegen zwei Spalte bildet und nicht mit dem Schwingungsfeld des Anodenraumes gekoppelt ist. Diese Gitterstäbe haben aber lediglich die Aufgabe, mittels einer Steuerspannung den Gesamtanodenstrom des Magnetrons zu beeinflussen.
• Die erfindungsgemäße Elektronenröhre nutzt ebenfalls die Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen in elektromagnetischen Feldräumen aus, bei der die Elektronenbahnen im Steuerbereich nahezu parallel zu den steuernden elektrischen Feldlinien einlaufen, die durch mindestens eine zwischen den Elektronenbahnen und einem Hohlraumresonator eingesetzte neutrale, nicht resonanzfähige Blende gebildet werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Länge der Blende in Laufrichtung der Elektronen die Laufzeit der Elektronen zwischen den von der Blende gebildeten beiden Spalten ein ganzzahliges Vielfaches der Schwingungsperiode des Hohlraumresonators ist, so daß ein bestimmtes Elektron in den beiden gleichphasig schwingenden Spalten gleiche Phasenverhältnisse der elektrischen Felder vorfindet. Unter einer neutralen, nicht resonanzfähigen Blende wird dabei eine Blende verstanden, deren an die benachbarten Steuerspalte angrenzende Flächen jeweils entgegengesetzt gleiches Hochfrequenzpotential aufweisen, so daß also in den beiden von ihr gebildeten Steuerspalten phasengleiche, jeweils in gleicher Richtung verlaufende hochfrequente elektrische Felder die Steuerung der Elektronenströmung bewirken. Der Hohlraumresonator kann in an sich bekannter Weise abstimmbar sein, auch können mehrere gemäß der Erfindung mit Blenden versehene Hohlraumresonatoren in Richtung der Elektronenbahnen hintereinander angeordnet sein.
• Der oder die Hohlräume können in der von Magnetfeldröhren her bekannten Bauweise in der Wandung eines zylindrischen Anodenkörpers ausgespart sein, in dessen Bohrung die Kathode angeordnet ist, wobei, um kreisförinige Elektronenbahnen zu erzielen, ein magnetisches Gleichfeld verwendet wird, das annähernd parallel zur Kathodenachse gerichtet ist. Die Elektronen können aber auch in an sich ebenfalls bekannter Weise aus einem seitlich des oder der Feldräume angeordneten Elektronenstrahlerzeugungssystem. ohne Anwendung eines konstanten magnetischen Querfeldes eingeschossen werden.
• In Verwirklichung des Erfindungsgedankens ergeben sich Bauformen von Röhren mit wenigen Schwingkreiselementen, die sich bei einfacher Konstruktion durch hohen Wirkungsgrad und große Durchstimmfähigkeit in einem weiten Frequenzbereich auszeichnen. Zur Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile sei auf die Zeichnung verwiesen. In ihr zeigt Fig. 1 eine Röhre mit einem zwei Spalten gemeinsamen abstimmbaren Hohlraumresonator, Fig. 2 eine Röhre mit vier Spalten und einem ihnen gemeinsamen Hohlraumresonator, Fig. 3 eine inverse Ausführungsfonn mit Außenkathode.
• Die Fig. 1 zeigt teilweise den Anodenkörper 1 einer Entladungsröhre, in den ein Hohlraum 11 eingearbeitet ist. Dieser Hohlraum ist mittels des Schiebers 9 auf die Frequenz der zu erzeugenden oder zu verstärkenden Schwingung abstimmbar. Dort, wo sich der Hohlraum in den von der Elektronenströmung erfüllten Raum zwischen dem Anodenzylinder 1 und der Kathode 7 öffnet, ist eine Blende 12 parallel zur Kathode angeordnet. Sie bildet mit den öffnungskanten des Hohlraums zwei Spalte 13 und -14. Die Blende ist kein resonanzfähiges Gebilde; die Felder in den beiden Spalten schwingen daher bei Erregung des topfförmigen Hohlraumes in der Grundschwingung gieichphasig. Die gestrichelt eingezeichrieten Linien zeigen hier wie in den folgenden Figuren den Momentanzustand des elektrischen Feldes an. Für den Wechselwirkungsmechanismus zwischen Elektronenströmung und Spaltfeldem bestehen zwei Bedingungen, und zwar die Laufzeitbedingung für die Bewegung des Elektrons von Spalt 13 nach Spalt 14 und die Rückkoppelbedingung für die Rückübertragung von Energie von Spalt 14 nach Spalt 13. Damit auch im Spalt 14 dieselbe Energiebilanz wie im Spalt 13 besteht, muß das Elektron dort die gleiche Feldphase antreffen wie vorher. Dazu muß die Laufzeit des Elektrons zwischen den Spalten 13 und 14 gerade n Schwingungsperloden betragen (n ganzzahlig).
• Sollen mit einer Röhre gemäß der Erfindung Schwingungen nicht erzeugt, sondern nur verstärkt werden, so ist die Erfüllung der Rückkopplungsbedingung nicht erforderlich.
• Läuft ein Elektron gegen die Richtung des Spaltfeldes an, so ist es phasenrichtig, im anderen Falle phasenfalsch. Das phasenrichtige Elektron dringt tiefer in die Bereiche höherer Felddichte ein und gibt dadurch viel Energie ab, während sich das falschphasige Elektron aus diesen Bereichen entfernt und wenig Energie aufnimmt. Die gesamte Energiebilanz über alle Elektronen und Phasen in der Zeiteinheit ist also positiv, es ist also Energiegewinn, d. h. Anregung möglich. Die Energie stammt aus der Gleichfeldgeschwindigkeit der Elektronen.
• Für eine Schwingungsverstärkung sind mindestens zwei Hohlraumresonatoren notwendig, von denen der eine die Geschwindigkeitssteuerung übernimmt, während dem anderen die Energie entnommen wird, wie dies dem Fachmann aus ähnlichen Lösungen bekannt ist.
• Fig. 2 zeigt als weiteres Beispiel einen Topfkreis 11 mit drei Blenden 12 und vier Spalten, während in Fig. 3 ein äquivalenter Kreis mit zwei Blenden 12 dargestellt ist, der mit einer Außenkathode 17 arbeitet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronenröhre zur Erzeugung oder Verstärkung kurzer elektrischer Wellen durch Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen in elektromagnetischen Feldräumen, wobei die Elektronenbahnen nahezu parallel zu den Feldlinien in Steuerspalten einlaufen, die durch mindestens eine zwischen den Elektronenbahnen und einem Hohlraumresonator eingesetzte neutrale, nicht resonanzfähige Blende gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Länge der Blende (12) in Laufrichtung der Elektronen die Laufzeit der Elektronen zwischen den von der Blende (12) gebildeten beiden Spalten (13 und 14) ein ganzzahliges Vielfaches der Schwingungsperiode des Hohlraumresonators ist.
2. 2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator auf die Frequenz der zu erzeugenden oder zu verstärkenden Wellen abstimmbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 738 320, 862 786, 872 567; britische Patentschrift Nr. 611732; französische Patentschrift Nr. 993 492; USA.-Patentschriften Nr. 2 527 699, 2 632 868; Physikalische Blätter, 1952, S. 217 bis 227; Electronies, Mai 1953, S. 148 bis 153.