DE916538C

DE916538C - Wanderfeldroehre, bei der sich die Emissionskathode in einem Nebenentladungsraum befindet

Info

Publication number: DE916538C
Application number: DEC3682A
Authority: DE
Inventors: Daniel Charles
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1949-03-21
Filing date: 1951-01-18
Publication date: 1954-08-12
Also published as: US2694783A; FR986811A; DE873726C

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Wanderfeldröhre, bei der ein Elektronenstrahl sich zwischen zwei Wellenleitern einer Verzögerungsleitung bewegt und unter der Einwirkung eines elektrostatischen und eines senkrecht dazu stehenden magnetischen Feldes steht und bei dem die Emissionskathode zwischen zwei Hilfselektroden in einem Nebenraum angeordnet ist, der sich an den angrenzenden Hauptentladungsraum anschließt, wobei die beiden Entladungsräume von dem gleichen magnetischen Felde und der Nebenraum von einem elektrischen Felde gleicher Richtung, aber nur der halben Stärke des Hauptentladungsraumes beeinflußt werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Elektronen in den Raum zwischen den Leitern der Verzögerungsleitung mit einer gewünschten Geschwindigkeit eindringen zu lassen,, die näherungsweise gleich der Phasengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle ist, die sich längs der Verzögerungsleitung fortbewegt und die durch die Wechselwirkung zwischen Welle und Strahl verstärkt wird. Schwierig ist es jedoch, die Stärke der erzeugten Schwingungen zu regeln. Nach der vorliegenden Erfindung erfolgt dies dadurch, daß Steuermittel außerhalb der Röhre vorgesehen sind, welche es gestatten,

die Stärke des Elektronenstrahles durch ein Steuergitter in der Röhre ohne Veränderung des Wegverlaufes des Elektronenstrahles zu regeln.

Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß der Strahl bei seinem Ausgang aus der ersten Plattenelektrodengruppebestimmten Bedingungen genügt; insbesondere muß er eine bestimmte Höhe in bezug auf die untere Plattenelektrode aufweisen und Geschwindigkeiten parallel zu dieser Elektrode haben, ίο Die Emissionsquelle gemäß dem Hauptpatent sei an Hand der Abbildung ι erläutert, bei welcher in einer Hülle 20 eine Hilfselektrode ι und eine Kathode 2 vorgesehen sind, wobei die Elektroden ι und 2 das Potential ο aufweisen.

Mit 3 ist die Anodenplatte mit dem Potential V bezeichnet, mit 4 die Grenze der beiden Entladungsräume, an welche sich die im Hauptpatent beschriebene Steuerung anschließt. Mit 5 ist die Bahn des Elektronenstrahles von der Kathode 2 her bezeichnet, der bei 4 mit der Höhe y_x von der Elektrode 1 und dazu parallel verlaufender Tangente auftrifft, um daraufhin in den Arbeits- oder Hauptentladungsraum einzutreten, dessen Elektroden bei 19 und 21 angedeutet sind. Mit 6 ist die Spur des Magnetfeldes H bezeichnet, das senkrecht zur Zeichenebene verläuft.

Die Spannung F wird im allgemeinen durch die Arbeitsbedingungen des Emissionsteils bestimmt. Infolgedessen ist es nicht möglich, auf einfache und bequeme-Weise die Elektronenstärke des Strahles zu verändern oder zu regeln. Tatsächlich ist es so, daß dann, wenn F genügend groß ist und die Elektronenquelle mit Sättigung arbeitet, der Strom nur dadurch geändert werden kann, daß die Temperatur dieser Elektronenquelle beeinflußt wird; oder F ist nicht genügend groß und die Emission infolge des Raumladungseffektes begrenzt, in welchem Falle die Stromstärke nicht mehr variiert werden kann.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die die Regelung der Strahlstärke erlaubt, ohne daß dieser aufhört, bei seiner Ankunft an der Grenzstelle 4 die erwünschten Eigenschaften aufzuweisen, nämlich die Höhe y₁ zu haben und tangential parallel zur Elektrode 1 zu verlaufen.

Wie man weiß, besteht das einfachste und bequemste Mittel zur Steuerung der Stärke eines Elektronen- - Strahles darin, ein Gitter in der Nähe der Kathode parallel zu dieser vorzusehen.

Im Falle eines Rohres jedoch, das für die Erfindung in Betracht kommt, wird wegen des Vorhandenseins des Magnetfeldes, welches die Elektronenbahnen kreuzt, dadurch, daß ein positives Gitter in bezug auf die Kathode in deren Nachbarschaft angeordnet wird, wohl eine Modulation der Stärke erreicht, jedoch außerdem eine Verformung der Elektronenbahnen in solcher Weise bewirkt, daß diese eine Verlagerung erfahren und sowohl parallel als auch senkrecht zu den Elektrodenplatten verlaufen.

Die Erfindung betrifft Maßnahmen, durch welche die geschilderten Nachteile vermieden werden. Diese Maßnahmen bestehen darin, daß Steuermittel außerhalb der Röhre vorgesehen sind, welche gestatten, die Stärke des Strahles durch ein Steuergitter in der Röhre ohne Veränderung des Wegverlaufes des Elektronenstrahles zu regeln.

Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der Abb. 2 und 3 der Zeichnung erläutert werden.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist mit 1 eine plattenförmige Hilfselektrode und mit 2 die Kathode bezeichnet, wobei die Elektroden 1 und 2 das Potential O aufweisen. Mit 3 ist wiederum die plattenförmige Anode bezeichnet, welcher erfindungsgemäß das Potential F₁ aufgedrückt wird, dessen Definition weiter unten gegeben wird.

Mit 4 ist ebenso wie in Abb. 1, die Grenzschicht zwischen dem Nebenentladungsraum und dem Hauptentladungsraum bezeichnet. Erfindungsgemäß ist bei 7 ein Gitter vorgesehen, welches eine Vorspannung V₃ erhält.

Mit 5 ist die Spur des Elektronenstrahles bezeichnet, welche dank der Wahl einer entsprechenden Spannung F₁ auf 4 mit der gleichen Höhe y_x wie vorher und mit ihrer Tangentenrichtung parallel zur Elektrode I auftrifft.

Bei 6 ist wiederum die Spur des Magnetfeldes H dargestellt.

Die Berechnung zeigt, daß dann, wenn mit d die Entfernung zwischen den Elektrodenplatten 1 und 3 bezeichnet wird, für F₁ folgende Beziehung gelten muß:

" ^K V₀, (i)

wobei

K =

•ze, m

(2)

F ist die Spannung, welche hätte angewandt werden müssen, wenn das Gitter mit der Spannung Va nicht vorhanden wäre, e und m sind die Ladung und die Masse eines Elektrons.

Daher behält der Generator alle seine Eigenschaften, auch wenn ein positives Gitter eingeführt wird, dann, wenn erfindungsgemäß die Spannung F der Elektrode, welche bei Abwesenheit des Gitters vorhanden gewesen wäre, durch eine Spannung F₁ ersetzt wird, welche von der dem Gitter aufgedrückten Spannung und von der Spannung F abhängt.

Da für einen bestimmten Generator F festgelegt ist ebenso wie d und H, kann man, wie leicht einzusehen ist, setzen

F₁ = a — bVa,

(3)

wobei α und b Konstanten, unabhängig von der Gitterspannung, sind und daher nur von der Arbeitsweise des Generators abhängen.
Es gilt

a = V, (4)

h _ ^K _ ^2e

^b ~ Ύ - ~^Γ

Diese Gleichung muß in allen Fällen erfüllt sein, und zwar sowohl wenn das Gitter eine dauernde Stromstärke festlegt als auch dann, wenn es zum Modulieren abhängig von der Zeit dient.

Im letzteren Falle kann die Veränderungsgeschwindigkeit sehr groß sein, da die Gleichung (i) oder ihre gleichwertige Form (3) immer anwendbar ist, solange man die Zeit, die von den Elektronen benötigt wird, um von 2 nach 4 zu gelangen, als klein gegenüber der Modulationsperiode ansehen kann, was in allen praktischen Fällen angenommen werden kann.

Die Gleichung'(1) oder ihre gleichwertige Form (3) kann mittels einer großen Anzahl von elektrischen Stromkreisen erfüllt werden, deren Kombination mit der Steuerung durch das Gitter des vorbeschriebenen Rohres allgemein Gegenstand der Erfindung ist, und zwar unabhängig von der besonderen Form des Stromkreises bzw. der Schaltungsanordnung.

Jedoch gibt das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführungsform wieder.

Betrachtet man ein Pentodenrohr, so gilt für die Veränderungen des Anodenstromes abhängig von den

Änderungen der Gitterspannung

Δ I_v = S · Δ V₀ .

(6)

Wenn in den Anodenkreis ein Widerstand R vorgesehen und mit V die Speisespannung bezeichnet as wird, hat man in bezug auf die Masse bzw. Erde an der Anode eine Spannung

V₁ = V — R Δ I₉ =· V — R ■ S ■ Δ V_Q . (7)

Diese Gleichung hat, wie unschwer einzusehen ist, genau die gleiche Form wie die Gleichung (3). Es genügt, für R einen entsprechenden Wert zu nehmen und die Steilheit bzw. den Durchgriff S der Röhre in solcher Weise auszuwählen, daß man die Gleichung (3) mengenmäßig erfüllt.

Beispielsweise wird die Spannung Vq dem Gitter einer Pentode übermittelt, deren Steilheit dadurch ausgewählt werden kann, daß man eine Röhre mit veränderlicher Steilheit nimmt und ihre Polarisation einregelt. Die Spannung der Elektrode 3, also V₁, wird dem Ausgang der Anode der Pentode entnommen, wobei der Belastungswiderstand in entsprechender Weise gewählt wird.

Diese Schaltungsanordnung ist in Abb. 3 dargestellt, wo mit ι die Plattenkathode, mit 2 die Elektronenquelle (1 und 2 haben das gleiche Potential) bezeichnet sind; 3 ist eine Anode, deren Spannung V₁ durch die Spannungsquelle 10, parallel zu welcher die Kapazität 11 liegt, und den Spannungsabfall im Widerstand 12 bestimmt wird. Das Gitter 7 ist an Masse und an das Gitter 25 der Pentodenröhre gelegt. Die Röhre ist mit ihrem Schirmgitter 26 auf ein festliegendes Potential infolge der angeschalteten Spannung 8 gebracht, parallel zu welcher die Kapazität 9 liegt. Die Anode 27 ist bei 3 und bei 12 angeschaltet.

Das Gitter 7 ist positiv vorgespannt, und zwar infolge der Batterie 15, parallel zu welcher ein Kondensator 16 liegt. Eine Gegenbatterie 17, parallel zu welcher ein Kondensator 18 liegt, erlaubt es, die Kathode der Pentode in der erforderlichen Weise im Vergleich zu ihrem Gitter 25 zu polarisieren und dadurch der Pentode eine Steilheit der gewünschten Größenordnung zu geben. Mit 13 ist ein Belastungswiderstand für das Modulationssignal bezeichnet, das gegebenenfalls über die Kapazität 14 zugeführt wird. , Die Schaltungsanordnung nach Abb. 3 ist eine Schaltungsanordnung mit dem Gitter an Masse, deren Vorteil darin besteht, daß keine Störung durch den vom positiven Gitter 7 aufgenommenen Strom eintritt und daß das Arbeiten des Systems stetig gehalten werden kann. Dabei versteht es sich jedoch, daß Abb. 3 nur ein Ausführungsbeispiel für die Zuordnung der Spannung V₁ zur Gitterspannung Vg wiedergibt und keineswegs den Erfindungsbereich begrenzt.

Der Erfindungsgedanke ist auf eine Hochfrequenzverstärkungsröhre anwendbar, die im Hauptpatent erwähnt worden ist, und ist ebenfalls in den Fällen anwendbar, wo die Kathode gegen das eventuelle Beschießen durch Ionen geschützt werden soll. Die Gegenwart des Magnetfeldes macht sich stark auf die Elektronen und wenig auf die Ionen bemerkbar, woraus sich ergibt, daß die Ionen aus der Sparinungsquelle zur Anode 3 sich hinbewegen und sich daher vom Strahl entfernen, während die vom Strahl ausgehenden Ionen über die Kathode hinwegfliegen, ohne dort aufzutreffen.

Wie auch immer die Schaltungsanordnung angewendet wird, man erhält stets eine Modulation der Stärke des Strahles ohne räumliche Veränderungen des Strahles bei seinem Ausgang aus dem Nebenentladungsraum, in weichein die Strahlbildung stattfindet.

Claims

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre, bei der sich die Emissionskathode in einem Nebenentladungsraum befindet, der sich an den Hauptentladungsraum anschließt, nach Patent 873 726, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel außerhalb der Röhre vorgesehen sind, welche gestatten, die Stärke des Strahles durch ein Steuergitter in der Röhre ohne Veränderung des Wegverlaufs des Elektronenstrahles zu regeln.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Nebenentladungsraumes auf ein vorbestimmtes Potential gebracht ist, das sich selbsttätig in solcher Weise ändert, daß es linear mit der Zunahme des Potentials des Steuergitters abnimmt.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Pentode mit veränderlicher Steilheit, in deren Anodenkreis ein Widerstand liegt, über welchen die Anode des Nebenentladungsraumes ihre Vorspannung erhält, und die Maßnahme, daß deren Steuergitter die gleichen Spannungsänderungen übermittelt erhält wie das Steuergitter des Nebenentladungsraumes.

4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modulation im Gitterkreis vorgenommen wird. iao

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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