<Desc/Clms Page number 1>
SYSTEMES DE TRANSMISSION A FREQUENCES ULTRA-ELEVEES UTILISANT DES DISPOSITIFS A DECHARGE.
La présente invention concerne des systèmes de transmission à fréquences ultra-élevées et plus particulièrement des dispositifs pour modifier les caractéristiques de transmission en utilisant des variations dans un plasma de décharge gazeuse en vue de contrôler les conditions de transmission de courants à fréquences radioélec- trique s.
Un plasma de décharge gazeuse est défini comme la colonne positive de la décharge dans laquelle la densité de charge est éga- le à zéro, la charge d'espace des sections libres étant neutralisée par les ions positifs existants. Dans ce qui suit l'expression "plasma gazeux" sera utilisée pour désigner cette région de la décharge gazeuse.
Dans des systèmes précédemment proposés des dispositifs à décharge gazeuse ont été utilisés dans des buts-de contrôle de la @
<Desc/Clms Page number 2>
transmission comme par exemple dans le cas de l'utilisation de tels dispositifs pour effectuer une variation de l'énergie rayon- née en faisant varier l'ionisation d'un volume de gaz placé dans le chemin d'une telle radiation et ce en concordance avec un signal.
De tels dispositifs ont aussi été utilisés comme éléments commuta- teurs dans des arrangements émetteur-récepteur dans lesquels la dé- charge gazeuse dans de tels dispositifs est effectuée par l'énergie transmise et suffit à déclencher le dispositif et ainsi sert à ao- corder un transformateur d'impédance pour bloquer la ligne condui- sant au récepteur.
Dans tous les systèmes proposés cependant on a utilisé prin -cipalement le chemin conducteur produit par un gaz ionisé et non pas les électrons libres dans un plasma gazeux.
Un objet de la présente invention est de prévoir un dispo- sitif de contrôle pour une transmission d'énergie à haute fréquence en utilisant les propriétés de plasmas gazeux.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif à décharge gazeuse qui peut être utilisé pour contrôler de l'énergie à haute fréquence par la variation des propriétés du plasma gazeux du dispositif.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir une ligne de transmission comprenant un dispositif à décharge gazeuse tel que mentionné, pour contrôler l'énergie traversant la dite ligne.
L'invention comprend un dispositif à décharge gazeuse conte- nant un gaz non électro négatif à une pression à laquelle un plasma à décharge gazeuse peut être établi et comprenant une ligne de trans- mission de façon que l'ionisation du gaz changera les caractéris- tiques de la ligne et permettra en conséquence de contrôler l'énergie la t rav e rsant .
L'invention envisage aussi l'emploi d'un tel tube pour faire varier les caractéristiques de conductibilité et diélectriques d'une ligne de transmission.
Les objets et caractéristiques de l'invention susmentionnés ainsi que d'autres et la manière de les mettre en oeuvre seront mieux
<Desc/Clms Page number 3>
oompris en se référant à la description suivante de plusieurs exem- ples de réalisation de l'invention illustrés dans les dessins ci- joints dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne coaxiale comportant un dispositif à décharge utilisant les carac- téristiques de l'invention;
La figure 2 est une représentation schématique d'une forme modifiée du dispositif à décharge et de la ligne co-axiale montrée figure 1 représentant la cathode et le dispositif à décharge en dehors de la ligne coaxiale.
La figure 3 est une représentation schématique d'une por- tion de l'arrangement de la figure 2 montrant une structure modi- fiée de cathode pour un dispositif à déoharge.
La figure 4 est une représentation schématique d'un système de transmission dans lequel un dispositif à décharge est utilisé pour moduler la phase d'un courant de haute fréquence en faisant varier la caractéristique diélectrique d'une ligne coaxiale;
La figure 5 est un graphique illustrant le fonctionnement d'un dispositif à décharge mettant en oeuvre les caractéristiques de l'invention,et
La figure 6 est un graphique utilisé pour illustrer les pressions préférables à utiliser dans les dispositifs à décharge.
On a découvert que la conductibilité pour de l'énergie à très haute fréquence à travers des décharges gazeuses peut être contrôlée par l'emploi d'un gaz particulier ou de certains types de gaz à des pressions prédéterminées et ionisées à des densités de courant comprises dans certaines limites prédéterminées.-
On a découvert que les conditions en ce qui concerne le ni- veau d'énergie à haute fréquence nécessaire pour effectuer ce oon- trôle sont :
1 ) Que l'énergie à haute fréquence ne soit pas suffisante pour accélérer les électrons produits dans la décharge de façon à produire des collisions non élastiques des électrons et
<Desc/Clms Page number 4>
2 ) Que le parcours moyen des électrons dans la décharge soit grand comparé à l'amplitude et aux oscillations électroniques possibles dans le champ à fréquence radio-électrique. Des consi- dérations théoriques conduisent dans le cas de décharge oontinue à utiliser des gaz non électro-négatifs et particulièrement les gaz rares les plus lourds tels que l'argon, le néon ou le krypton ou des mélanges de ces gaz à des pressions telles que le temps électronique libre moyen soit de l'ordre de la période de l'é- nergie à haute fréquence.
La résistance de la cathode d'un tube à décharge pour de l'énergie à haute fréquence dans la région immédiatement adjacente de la cathode est très élevée comparée à la résistance de la colon- ne positive et par suite lorsque cette région fait partie du chemin oonductif pour des courants à haute fréquence on obtient des moyens pour établir un pont sur cette région avec un conducteur pour le courant à haute fréquence.
Dans la figure 1 est représenté schématiquement un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif à décharge fait partie d'une ligne coaxiale ou le gaz ionisable forme un in- tervalle diélectrique dans le conducteur intérieur de la ligne lorsqu'aucune décharge n'a lieu. La ligne coaxiale est montrée pour- vue d'un conducteur extérieur 1 et d'un conducteur intérieur con- oentrique 2 qui est constitué par un tube métallique pourvu d'un intervalle 3. Le dispositif à décharge comprend une enveloppe 4 faite de verre et placée dans l'intervalle 3. L'envelpppe 4 est tubulaire et a sensiblement le même diamètre interne que le diamè- tre externe du conducteur intérieur 2.
Une cathode 5 est prévue aveo une extrémité de l'enveloppe 4 et une anode 6 est prévue à l'autre extrémité, ces électrodes étant connectées respectivement au moyen de fils 7 et 8 à une source de oourant ionisant telle que par exemple une batterie 9 à travers un commutateur 10.
Un chapeau 11 est prévu à l'extrémité cathodique de l'enve- loppe 4, lequel chapeau forme la fermeture pour cette extrémité de l'enveloppe et est conformé pour s'engager dans le conducteur
<Desc/Clms Page number 5>
intérieur tubulaire 2 et disposé pour faire contact électrique avec celui-oi. Un chapeau 12 est prévu à l'extrémité anodique de l'enveloppe 4 et forme une fermeture pour cette extrémité de l'enveloppe, ce chapeau étant conformé pour se monter dans 1' autre extrémité du conducteur intérieur 2 de la ligne coaxiale et pour établir une oonnexion électrique avec celle-oi. La ca- thode et l'anode ou au moins l'une de celles-ci est isolée du ohapeau associé étant donné que les deux chapeaux sont connectés au conducteur intérieur de la ligne ooaxiale.
L'enveloppe 4, comme déjà indiqué, est pourvue d'un gaz non électro-négatif, On a découvert que des gaz tels que l'argon, le néon, le krypton, le xénon, l'hélium, l'hydrogène et l'azote de haute pureté peuvent être utilisés dans l'enveloppe 4 ou des mélanges de ces gaz peuvent être employés.
On a découvert de plus que les gaz les plus lourds et les plus rares tels que l'argon, le néon, et le krypton sont préféra- bles et de ceux-ci l'argon et le krypton paraissent donner les meilleurs résultats. Le gaz ou un mélange de gaz est fourni à une pression entre 1 et 7 millimètres de mercure bien que des pressions de 3 à 4 millimètres soient préférées.
Le chapeau 11 de l'extrémité cathodique de l'enveloppe 4 est prévu avec une jupe suffisamment longue pour établir un pont sur l'espace de cathode ou espace sombre dans la région immédiate -ment voisine de la cathode, de façon que des courants à haute fréquence ne passeront pas à travers cet espace mais traverseront le gaz dans la colonne positive de celui-ci. Le chapeau 12 peut aussi être pourvu d'une jupe qui est espacée de l'anode 6 mais tel que l'espacement ne soit pas nécessaire à cette extrémité du tube.
De façon à aider le passage d'énergie à haute fréquence entre le gaz et les parties du tube conducteur intérieur on pré- voit préférablement des grilles 13 et 14 respectivement connectées aux chan eaux 11 et 12 s'étendant sur les extrémités à l'intérieur de l'enveloppe 4 comme montré .
<Desc/Clms Page number 6>
De façon à illustrer le fonctionnement del'arrangement de la figure 1, on se reportera an graphique de la figure 6. Dans oe graphique deux courbes représentatives ont été établies avec un courant en milliampères dans une échelle logarithmique en abscis- ses et l'atténuation en déoibels en ordonnées. La courbe 13 a été faite avec un dispositif à décharge contenant du néon à une pression de 4- 5 mm. de mercure tandis que la courbe 16 a été faite pour un dispositif à déoharge contenant de l'argon à une pression de 1,5 mm de mercure. L'énergie à haute fréquence avait approximativement une fréquence de 2.000 mégapériodes par seconde. La distance entre 1' anode et la cathode dans le dispositif à décharge était choisi de façon que l'atténuation avec un courant zéro était approximative- ment de 40 décibels.
Alors lorsque le courant augmente on verra que dans les deux cas l'atténuation augmente jusqu'à 15 ou 20 mil- liampères et alors décroît brusquement jusqu'à environ 100 milli- ampères et à cette valeur elle paraît devenir asymptotique. En ré- glant la quantité de courant continu ionisant le gaz-, on verra que le dispositif à décharge peut être amené à fonctionner sur la par- -tie droite de la courbe ou sur l'une ou l'autre des courbures de celles-ci pour obtenir le contrôle désiré de l'énergie à haute fréqu enc e .
Pour illustrer l'effet des pressions de gaz on se reportera à la figure 7 ou des pressions en millimètres de mercure sont por- tées en abscisses et la perte de transmission endécibels en ordon- nées. Trois courbes typiques sont représentées toutes établies avec de l'argon comme gaz. La courbe 17 montre la transmission ob- tenue aveo un courant ionisant constant de 100 milliampères; la courbe 18 montre la transnission obtenue aveo un courant ionisant de 50 milliampères;et la courbe 19 montre la transmission obtenue avec un courant ionisant constant de 20 milliampères. On verra que les plus hautes transmissions sont obtenues dans la région des pressions de 1 à 7 millimètres.
Dans la figure 2 est représenté un arrangement au moyen du- quel l'espace de cathode est placé en dehors du chemin de l'énergie
<Desc/Clms Page number 7>
à haute fréquence si bien qu'aucun arrangement spécial ne doit être prévu pour empêcher l'énergie à haute fréquence de passer à travers cette région si bien que des cathodes de plus grande ca- pacité peu vent être utilisées. Dans cet arrangement une ligne co -axiale est schématiquement représentée avec un conducteur extérieur 20 et un conducteur intérieur 21. Le conducteur intérieur 21 se ter -mine à une distance quelque peu plus grande qu'un quart de la lon- gueur d'onde de l'énergie à haute fréquence à partir de l'extrémité du conducteur extéri eur.
Le dispositif à décharge 22 est prévu avec une longue portion tubulaire 23 en verre ayant une courte portion 24 de verre à son ex- trémité et séparé de son extrémité par un manchon métallique 25 qui est soudé aux deux portions 23 et 24. L'autre extrémité de la sec- tion 24 est fermée par un chapeau métallique 26 qui est soudé au verre de celui-ci et a une forme telle qu'il se monte dans l'extré- mité du conducteur tubulaire intérieur 21 et établit un bon contact éleotrique avec celui-ci. Ce chapeau 26 agit comme anode.
-La section 24 a un diamètre intérieur approximativement égal au diamètre extérieur du conducteur intérieur 21 tandis que la por- tion 23 a un plus petit diamètre pour un but qui apparaîtra plus loin. @'autre extrémité du dispositif à décharge 22 se prolonge au-delà de l'extrémité ouverte du conducteur extérieur 20 et peut être pourvue d'une portion élargie 26 contenant la cathode froide 27 qui est pourvue aveo un conducteur 28 pour établir une connexion convenable vers la borne négative d'une source de potentiel ioni- sant indiquée en 29. Le conducteur intérieur 21 est connecté au moyen d'un fil 30 à la borne positive d'une source de potentiel ionisant indiquée en 31.
@ Un manchon métallique 32 de même diamètre extérieur que ce- lui du conducteur intérieur 21 est prévu autour de la partie tu- bulaire 23 du dispositif à décharge et constitue une continuation du conducteur 21 et est électriquement connecté au manchon 25.
Ce manchon s'étend jusqu'à l'extrémité du conducteur extérieur 20.
<Desc/Clms Page number 8>
Cette extrémité du conducteur extérieur a une partie 23 de diamè- tre réduit enfermant un oollier 34 de substance isolante dont la longueur est d'un quart de longueur d'onde de la fréquence de fonc- tionnement et il fournit un court circuit pour l'extrémité de la ligne coaxiale pour empêcher l'énergie à haute fréquence de passer à l'extérieur par cette extrémité.
Une seconde ligne coaxiale ayant un conducteur extérieur 35 et un conducteur intérieur 36 est connectée à la ligne coaxiale 20, 21 au voisinage de l'extrémité de celle-ci, le conducteur intérieur 36 étant électriquement connecté au manchon 32 en un point à un quart de longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement à par- tir du point sur le conducteur extérieur 20 où le diamètre réduit de la partie 33 commence.
Ainsi disposée l'énergie à haute fréquence peut circuler d'une extrémité des lignes coaxiales à l'autre sans interruption bien qu'elle doive passer à travers la section 24 du dispositif à décharge gazeuse entre le conducteur intérieur 21 et le manchon 32 . Une grille 37 peut Être placée dans l'enveloppe du dispositif à décharge à l'extrémité intérieure de la partie 23 et attachée au manchon 25 pour aider l'écoulement de l'énergie entre le gaz dans la section 24 et le manchon 32.
Dans la disposition qui vient d'être décrite, le courant à haute fréquence passe seulement à travers la portion du gaz prévue par la section 24 entre le conducteur intérieur 21 et le manchon 32. Le gaz utilisé dans le dispositif et les pressions employées sont similaires à ceux déjà décrits.
L'arrangement de la figure 2 montre un tube à cathode froi- de à décharge 22. Il sera évident cependant qu'un tube à cathode chaude peut être utilisé et un arrangement correspondant est re- présenté dans la figure 3. Dans cette Figure les différentes par- ties sont les mêmes que dans la figure 2 excepté que la cathode 38
<Desc/Clms Page number 9>
en forme de coupelle est chauffée par un fil de chauffage 39 sui- vant une teohnique bien co nnue.
Dans certains cas il peut être désiré d'utiliser les dis- positifs à déoharge similaire de ceux déjà décrits pour changer les caractéristiques diélectriques d'une ligne de transmission de façon à faire varier la phase d'énergie à haute fréquence passant à travers la ligne et la présente invention est destinée à couvrir l'emploi des dispositifs à décharge déjà décrits pour de tels buts.
Un exemple de réalisation d'un tel arrangement pour utiliser un dispositif à décharge de cette manière est représenté dans la figu- re 4. Une source constante de fréquence ultra élevée 40 est con- nectée par une ligne coaxiale 41 à une antenne rayonnante convena- ble 42. Dans la ligne coaxiale est prévu un dispositif à décharge 43 formé d'une enveloppe annulaire qui entoure le conducteur in- térieur 44 de la ligne coaxiale 41.
Cette enveloppe annulaire peut être prévue à son extrémité avec une cathode annulaire et une anode disposées de telle façon qu'elles n'interféreront pas avec le passage d'énergie à haute fréquence,comme on le comprendra, étant connectées respectivement par des conducteurs 45 et 46 à une bat- terie 47 à travers une résistance variable 48, et le secondaire 49 d'un transformateur 50, la batterie 47 et la résistance 48 étant shuntées par un condensateur 51.
Le primaire 52 du transformateur 50 peut être connecté à un amplificateur à fréquence audible con- venable 53 contrôlé par un microphone' 54. L'excitation du micro- phone 54 produira des variations dans les courants ionisants pour le dispositif à décharge changeant ainsi la constante diélectrique à la fréquence du signal et par suite modulant l'énergie à haute fréquence fournie à l'antenne 42.
On verra ainsi que l'on a prévu un dispositif à décharge et un système l'utilisant pour faire varier l'énergie à haute fré- quence, l'ensemble étant simple à construire, facile à commander et à faire- fonctionner.
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des,
<Desc/Clms Page number 10>
dispositifs utilisant un courant continu pour produire l'ionisa- tion, il doit être noté que la demanderesse a découvert que des courants alternatifs sont également convenables pour autant que les conditions d'existence du plasma soient satisfaites.
L'invention a été décrite en relation avec certains modes spécifiques de réalisation mais il doit être clairement compris que ces exemples ont été donnés seulement à titre indicatif et non pas à titre limitatif de la portée de la présente invention.
<Desc / Clms Page number 1>
ULTRA-HIGH FREQUENCY TRANSMISSION SYSTEMS USING DISCHARGE DEVICES.
The present invention relates to ultra-high frequency transmission systems and more particularly to devices for modifying transmission characteristics by using variations in a gas discharge plasma to control the conditions of transmission of radio frequency currents. .
A gas discharge plasma is defined as the positive column of the discharge in which the charge density is zero, the space charge of the free sections being neutralized by the existing positive ions. In the following the expression “gas plasma” will be used to designate this region of the gas discharge.
In previously proposed systems gas discharge devices have been used for gas monitoring purposes.
<Desc / Clms Page number 2>
transmission as for example in the case of the use of such devices to effect a variation of the radiated energy by varying the ionization of a volume of gas placed in the path of such radiation and this in concordance with a signal.
Such devices have also been used as switching elements in transceiver arrangements in which the gas discharge in such devices is effected by the transmitted energy and is sufficient to trigger the device and thus serves to regulate a. impedance transformer to block the line leading to the receiver.
In all the systems proposed, however, the conductive path produced by an ionized gas has mainly been used, and not the free electrons in a gas plasma.
An object of the present invention is to provide a control device for high frequency energy transmission using the properties of gas plasmas.
Another object of the invention is to provide a gas discharge device which can be used to control high frequency energy by varying the properties of the gas plasma of the device.
Yet another object of the invention is to provide a transmission line comprising a gas discharge device as mentioned, for controlling the energy passing through said line.
The invention comprises a gas discharge device containing a non-electro negative gas at a pressure at which a gas discharge plasma can be established and including a transmission line so that ionization of the gas will change the characteristics. ticks of the line and will accordingly control the energy passing through.
The invention also contemplates the use of such a tube to vary the conductivity and dielectric characteristics of a transmission line.
The objects and characteristics of the aforementioned invention as well as others and the manner of carrying them out will be better
<Desc / Clms Page number 3>
Understood with reference to the following description of several exemplary embodiments of the invention illustrated in the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a schematic representation of a coaxial line comprising a discharge device using the features of the invention;
Figure 2 is a schematic representation of a modified form of the discharge device and the coaxial line shown in Figure 1 showing the cathode and the discharge device outside the coaxial line.
Figure 3 is a schematic representation of a portion of the arrangement of Figure 2 showing a modified cathode structure for an unloading device.
Fig. 4 is a schematic representation of a transmission system in which a discharge device is used to modulate the phase of a high frequency current by varying the dielectric characteristic of a coaxial line;
FIG. 5 is a graph illustrating the operation of a discharge device embodying the features of the invention, and
Figure 6 is a graph used to illustrate preferred pressures for use in discharge devices.
It has been found that the conductivity for very high frequency energy through gas discharges can be controlled by the use of a particular gas or certain types of gas at predetermined pressures and ionized at current densities included. within certain predetermined limits.
It has been found that the conditions for the level of high frequency energy required to perform this control are:
1) That the high frequency energy is not sufficient to accelerate the electrons produced in the discharge so as to produce inelastic collisions of the electrons and
<Desc / Clms Page number 4>
2) That the average path of electrons in the discharge is large compared to the amplitude and possible electronic oscillations in the radio frequency field. Theoretical considerations lead in the case of continuous discharge to use non-electro-negative gases and particularly the heavier rare gases such as argon, neon or krypton or mixtures of these gases at pressures such as the average free electronic time is of the order of the period of high frequency energy.
The resistance of the cathode of a discharge tube for high frequency energy in the region immediately adjacent to the cathode is very high compared to the resistance of the positive column and hence when this region is part of the path. Conductive for high frequency currents means are obtained to bridge this region with a conductor for high frequency current.
In FIG. 1 is schematically represented an exemplary embodiment of the invention in which the discharge device forms part of a coaxial line or the ionizable gas forms a dielectric gap in the internal conductor of the line when no discharge n 'takes place. The coaxial line is shown provided with an outer conductor 1 and a concentric inner conductor 2 which consists of a metal tube provided with a gap 3. The discharge device comprises a casing 4 made of glass and placed in the gap 3. The envelope 4 is tubular and has substantially the same internal diameter as the external diameter of the internal conductor 2.
A cathode 5 is provided with one end of the casing 4 and an anode 6 is provided at the other end, these electrodes being connected respectively by means of wires 7 and 8 to a source of ionizing current such as for example a battery 9 through a switch 10.
A cap 11 is provided at the cathode end of the casing 4, which cap forms the closure for this end of the casing and is shaped to engage in the conductor.
<Desc / Clms Page number 5>
tubular interior 2 and arranged to make electrical contact therewith. A cap 12 is provided at the anode end of the casing 4 and forms a closure for this end of the casing, this cap being shaped to fit into the other end of the inner conductor 2 of the coaxial line and to establish an electrical connection with it. The cathode and the anode or at least one of them is isolated from the associated cap since both caps are connected to the inner conductor of the ooaxial line.
The envelope 4, as already indicated, is provided with a non-electro-negative gas, It has been discovered that gases such as argon, neon, krypton, xenon, helium, hydrogen and l High purity nitrogen can be used in shell 4 or mixtures of these gases can be used.
It has furthermore been found that the heavier and rarer gases such as argon, neon, and krypton are preferable and of these argon and krypton appear to give the best results. The gas or a mixture of gases is supplied at a pressure of between 1 and 7 millimeters of mercury although pressures of 3 to 4 millimeters are preferred.
The cap 11 of the cathode end of the casing 4 is provided with a skirt long enough to bridge the cathode space or dark space in the region immediately adjacent to the cathode, so that currents at high frequency will not pass through this space but will pass through the gas in the positive column of it. The cap 12 can also be provided with a skirt which is spaced from the anode 6 but such that the spacing is not necessary at this end of the tube.
In order to aid the passage of high frequency energy between the gas and the parts of the inner conductive tube, grids 13 and 14 are preferably provided respectively connected to the channels 11 and 12 extending on the ends inside. of envelope 4 as shown.
<Desc / Clms Page number 6>
In order to illustrate the operation of the arrangement of figure 1, reference is made to the graph of figure 6. In this graph two representative curves have been established with a current in milliamps in a logarithmic scale on the abscissa and the attenuation. in deoibels in ordinates. Curve 13 was made with a discharge device containing neon at a pressure of 4-5 mm. mercury while curve 16 was made for a discharge device containing argon at a pressure of 1.5 mm of mercury. High frequency energy had a frequency of approximately 2,000 mega-periods per second. The distance between the anode and the cathode in the discharge device was chosen such that the attenuation at zero current was approximately 40 decibels.
Then as the current increases it will be seen that in both cases the attenuation increases to 15 or 20 mil-amperes and then decreases sharply to about 100 milli-amps and at this value it appears to become asymptotic. By adjusting the amount of direct current ionizing the gas, it will be seen that the discharge device can be made to operate on the right side of the curve or on one or the other of the curvatures of these. ci to achieve the desired control of high frequency energy.
To illustrate the effect of gas pressures, reference will be made to FIG. 7 where pressures in millimeters of mercury are plotted on the abscissa and the transmission loss in decibels on the ordinate. Three typical curves are shown, all established with argon as a gas. Curve 17 shows the transmission obtained with a constant ionizing current of 100 milliamps; curve 18 shows the transnission obtained with an ionizing current of 50 milliamps; and curve 19 shows the transmission obtained with a constant ionizing current of 20 milliamps. It will be seen that the highest transmissions are obtained in the region of pressures of 1 to 7 millimeters.
In figure 2 is shown an arrangement by means of which the cathode space is placed outside the energy path
<Desc / Clms Page number 7>
high frequency so that no special arrangements need to be made to prevent high frequency energy from passing through this region so that higher capacity cathodes can be used. In this arrangement a coaxial line is schematically shown with an outer conductor 20 and an inner conductor 21. The inner conductor 21 terminates at a distance somewhat greater than a quarter of the wavelength of. high frequency energy from the end of the outer conductor.
The discharge device 22 is provided with a long tubular portion 23 of glass having a short portion 24 of glass at its end and separated from its end by a metal sleeve 25 which is welded to the two portions 23 and 24. The other end of section 24 is closed by a metal cap 26 which is welded to the glass thereof and has a shape such that it fits into the end of the inner tubular conductor 21 and makes good electrical contact. with this one. This cap 26 acts as an anode.
Section 24 has an inner diameter approximately equal to the outer diameter of inner conductor 21 while portion 23 has a smaller diameter for a purpose which will appear later. The other end of the discharge device 22 extends beyond the open end of the outer conductor 20 and may be provided with an enlarged portion 26 containing the cold cathode 27 which is provided with a conductor 28 to make a suitable connection. to the negative terminal of a source of ionizing potential indicated at 29. The inner conductor 21 is connected by means of a wire 30 to the positive terminal of a source of ionizing potential indicated at 31.
@ A metal sleeve 32 of the same outside diameter as that of the inner conductor 21 is provided around the tubular part 23 of the discharge device and constitutes a continuation of the conductor 21 and is electrically connected to the sleeve 25.
This sleeve extends to the end of the outer conductor 20.
<Desc / Clms Page number 8>
This end of the outer conductor has a portion 23 of reduced diameter enclosing a collar 34 of insulating substance the length of which is a quarter wavelength of the operating frequency and provides a short circuit for the conductor. end of the coaxial line to prevent high frequency energy from passing outside through that end.
A second coaxial line having an outer conductor 35 and an inner conductor 36 is connected to the coaxial line 20, 21 in the vicinity of the end thereof, the inner conductor 36 being electrically connected to the sleeve 32 at a quarter point. wavelength of the operating frequency from the point on the outer conductor 20 where the reduced diameter of portion 33 begins.
Thus arranged high frequency energy can flow from one end of the coaxial lines to the other without interruption although it must pass through section 24 of the gas discharge device between the inner conductor 21 and the sleeve 32. A grid 37 may be placed in the casing of the discharge device at the inner end of part 23 and attached to sleeve 25 to aid the flow of energy between the gas in section 24 and sleeve 32.
In the arrangement which has just been described, the high frequency current passes only through the portion of the gas provided by section 24 between the inner conductor 21 and the sleeve 32. The gas used in the device and the pressures employed are similar. to those already described.
The arrangement of Fig. 2 shows a cold cathode discharge tube 22. It will be obvious, however, that a hot cathode tube can be used and a corresponding arrangement is shown in Fig. 3. In this Fig. different parts are the same as in figure 2 except that cathode 38
<Desc / Clms Page number 9>
cup-shaped is heated by a heating wire 39 following a well-known technique.
In some cases it may be desired to use discharge devices similar to those already described to change the dielectric characteristics of a transmission line so as to vary the phase of high frequency energy passing through the line. and the present invention is intended to cover the use of the discharge devices already described for such purposes.
An exemplary embodiment of such an arrangement for using a discharge device in this manner is shown in Fig. 4. A constant ultra high frequency source 40 is connected by a coaxial line 41 to a suitable radiating antenna. ble 42. In the coaxial line is provided a discharge device 43 formed by an annular envelope which surrounds the inner conductor 44 of the coaxial line 41.
This annular envelope may be provided at its end with an annular cathode and an anode arranged in such a way that they will not interfere with the passage of high frequency energy, as will be understood, being respectively connected by conductors 45 and 46 to a battery 47 through a variable resistor 48, and the secondary 49 of a transformer 50, the battery 47 and the resistor 48 being shunted by a capacitor 51.
Primary 52 of transformer 50 may be connected to a suitable audible frequency amplifier 53 controlled by microphone 54. Excitation of microphone 54 will produce variations in the ionizing currents for the discharge device thereby changing the constant. dielectric at the frequency of the signal and therefore modulating the high frequency energy supplied to the antenna 42.
It will thus be seen that a discharge device and a system using it to vary the energy at high frequencies have been provided, the assembly being simple to construct, easy to control and to operate.
Although the invention has been described in relation to,
<Desc / Clms Page number 10>
Since devices use direct current to produce ionization, it should be noted that applicants have found that alternating currents are also suitable as long as the conditions for the existence of the plasma are satisfied.
The invention has been described in relation to certain specific embodiments, but it should be clearly understood that these examples have been given only as an indication and not as a limitation of the scope of the present invention.