Einrichtung zur Schwingungserzeugung mittels Elektronenröhren. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung zur Erzeugung sehr kurzer elek trischer Wellen (etwa 1 bis 100 cm) mittels einer Hochvakuumröhre, die eine Kathode, ein Beschleunigungsgitter und eine flächen- förmige Elektrode aufweist, und bei der zwi schen Kathode und Beschleunigungsgitter ein Vorgitter angeordnet ist von solcher Lage, Gestalt und Vorspannung, dass dieses das Be schleunigungsgitter gegen die von der Ka thode kommenden Elektronen ganz oder zum grossen Teil abschirmt.
Bei der Entwicklung von leistungsfähigen Senderöhren für sehr kurze Wellen (etwa l bis 100 cm) sind bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten zu überwinden. Der Wir kungsgrad der bisher verwendeten Röhren ist äusserst schlecht, ganz besonders, wenn man die Wellenlänge der Schwingungen soweit verkleinert, dass die Laufzeiten der Elek tronen in der Röhre eine Rolle spielen. Man kann die Laufzeiten der Elektronen ver kürzen durch Erhöhen der Elektronen-Ge- schwindigkeit, zum Beispiel durch hohes positives Steuergitterpotential. Dabei nimmt man aber bei der üblichen Bauart eine hohe Verlustleistung in Kauf, denn es fliesst ein grosser Elektronenstrom unmittelbar von der Kathode zum Gitter.
Erfindungsgemäss wird diese uner wünschte Nebenwirkung, auf die der äusserst schlechte Wirkungsgrad der üblichen Sende röhren für sehr kurze Wellen zum Teil zu rückzuführen ist, beseitigt, indem eine Röhre benutzt wird, bei der die Steuerelektrode, die an sich einander widersprechende Bedingun gen erfüllen soll, nämlich einmal eine hohe Steuerspannung aufweisen muss, um die gro ssen Elektronengeschwindigkeiten zu erzielen, anderseits aber, um den hohen Verluststrom zwischen Kathode und Steuergitter zu ver meiden, kein hohes positives Potential be sitzen dürfte, gewissermassen in zwei Gitter zerlegt ist:
Ein Gitter mit positivem Poten tial, das im folgenden als "BeschleuDigungs- gitter" bezeichnet ist, und ein zweites, sich zwischen dieses Beschleunigungsgitter und die Kathode schiebendes Vorgitter mit nie drigem oder gar negativem Potential gegen über der Glühkathode, das dann das eigent liche Steuergitter darstellt.
Das Vorgitter, das gemäss der Erfindung zwischen Glühkathode und Beschleunigungs gitter eingeschaltet ist, erfüllt seine Aufgabe dann am besten, wenn es nicht nur räumlich entsprechend angeordnet, sondern auch geo= metrisch entsprechend durchgebildet ist, das heisst wenn die Streben des Beschleunigungs- gitters von den Heizfäden der Glühkathode aus gesehen im Schatten der Streben des Vor gitters liegen.
Dann wird nämlich der von der Kathode ausgehende Elektronenstrom zerteilt und in einzelne schmale Bündel auf gelöst, die an den Streben des Beschleuni gungsgitters vorbeiströmen. Das Vorgitter wirkt also dann besonders blendenartig. Die Elektronen fliegen daher mit grosser Ge schwindigkeit entsprechend den hohen Be- schleunigungsspannungen durch die Lücken des Beschleunigungsgitters hindurch.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Durchgriff der Beschleunigungsspannung durch das Vor gitter hindurch möglich gross ist, damit die Elektronen hohe Geschwindigkeiten auf dem Wege zwischen Kathode und Beschleuni- gungsgitter erreichen und die Höhe der er forderlichen Beschleunigungsspannungen auf ein vernünftiges Mass begrenzt wird.
Ausser diesen bekannten zweckmässigen Massnahmen, dem bollwerkartigen Schutz des Beschleunigungsgitters durch das Vorgitter und dem grossen Durchgriff der Beschleuni gungsspannung durch das Vorgitter hindurch ist es vorteilhaft, die sonst üblichen und be kannten Massnahmen zu treffen, zum Beispiel das Kleinhalten der Abstände und damit der Laufzeiten für die Elektronen. So werden die Glühdrähte der Kathode zweckmässig dicht vor die Gitterlücken gesetzt.
Die in der gekennzeichneten Weise durch ein Vorgitter zum Abdrängen der Elektronen in die Lücken des Beschleunigungsgitters er gänzte Senderöhre ist in verschiedenen Schal tungen brauchbar. Man kann zum Beispiel die als vierte Elektrode dienende, hinter dem Beschleunigungsgitter liegende Platte; die bei konzentrischer Anordnung auch durch einen Zylinder ersetzt sein kann, als Anode wirken lassen, das heisst auf ein hohes posi tives Potential bringen. Die Schaltung ist dann die auch für Erzeugung längerer Wel len übliche, mit der man bisher für sehr kurze Wellen nicht allzu weit kam.
Die Röhre bringt dann den Vorteil, dass das Beschleu nigungsgitter für die Elektronen infolge der Blendenwirkung des Vorgitters stromlos, also verlustfrei arbeitet. Der Wirkungsgrad ist also ganz erheblich besser als bisher. Man kann der Platte oder dem Zylinder auch eine positive Spannung geben. die kleiner ist als die des Beschleunigungsgitters, wie das bei den bekannten Dynatron-Schaltungen üblich ist. Auch hierbei gewinnt man den Vorzug, dass die Beschleunigungselektrode infolge der Blendenwirkung des Vorgitters fast strom los arbeitet.
Ganz besonders aber tritt der durch die praktische Stromlosigkeit des Beschleuni- gungsgitters erzielte Vorzug der Senderöhre in Erscheinung bei Schaltungen, in denen der platten- oder zylinderförmigen Elektrode hohe negative Potentiale oder das Potential Null gegeben werden, so dass sie als Brems elektrode wirkt. In diesem Falle dient das Beschleunigungsgitter als Anode. Eine sol che Schaltung ist in der Zeichnung als Aus führungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie ist besonders geeignet zur Erzeugung von Zentimeterwellen.
Die Glühfäden der Ka thode sind mit K, das Beschleunigungsgitter ist mit G2, das Vorgitter mit G, und die plat- tenförmige Elektrode mit A bezeichnet. Die räumliche Anordnung und geometrische Aus bildung der Elektroden ist, wenn auch sche matisch, mit dargestellt. Vor den einzelnen Streben des Beschleunigungsgitters, von der Kathodenebene aus gesehen, liegen die ein zelnen breiteren Streben des Vorgitters, die zum Beispiel Winkelform besitzen, so dass sie die Streben des Beschleunigungsgitters um klammern.
Die Glühfäden der Kathode liegen in den Lücken des Vorgitters, so dass alle Ab- stände klein werden. Das Vorgitter erhält, legen die Kathode gerechnet, ein negatives Potential von 500 Volt, das Beschleunigungs gitter ein positives Potential von 4000 Volt und schliesslich die als Bremselektrode die nende Platte wieder ein negatives Potential, und zwar in Höhe von etwa. 1000 Volt.
Die Elektronen fliegen unter der Einwirkung die ser statischen Felder von der Kathode durch die Lücken des Vorgitters G, und die Lücken des Beschleunigungsgitters G_ hindurch in den Raum zwischen Beschleunigungsgitter G- und Bremselektrode A hinein. In diesem Raum laufen sie infolge der star ken negativen Ladung der Bremselektrode hegen ein starkes Feld an. Die Geschwindig keit der Elektronen wird auf Null abge bremst, sobald sie die Potential-Nullfläche er reichen.
Diese ist mit der Platte A identisch, wenn diese das Potential Null gegen die Ka thode besitzt und rückt näher an das Be schleunigungsgitter G; heran, wenn das Po tential der Platte, wie in dem Ausführungs beispiel angenommen wird, negativ ist. So bald die Elektronen die Geschwindigkeit Null erreicht haben, kehrt sich unter dem Einfluss der positiven Spannung am Be schleunigungsgitter G@ ihre Bewegungsrich tung um. sie sausen auf die Streben dieses Gitters zu, um auf sie (im einfachsten Falle) mit voller Geschwindigkeit aufzutreffen.
Die rhythmische Umkehrbewegung einer solchen ersten Elektronenwolke ruft zum Beispiel beim Beschleunigungsgitter G2 Potential schwankungen im gleichen Rhythmus hervor, besonders wenn das an Beschleunigungsgitter und Kathode oder auch Beschleunigungs gitter und Bremselektrode angeschlossene Schwingungssystem angenähert in Resonanz mit den Bewegungen der Elektronenwolke ist, das heisst wenn seine Schwingungsdauer etwa gleich der Zeit ist, die die Elektronen wolke: insgesamt zum Hin- und Rücklauf braucht.
Als Schwingungssysteme werden zweek- mässig Para.lleldrahtleitungen verwendet, von denen das eine Ende an die beiden in Frage kommenden Elektroden der Röhre ange- schlossen wird, und das andere Ende durch je einen zur Abstimmung auf den Parallel drähten verschiebbaren Blockkondensator überbrückt wird. In der Zeichnung sind diese Paralleldrahtleitungen mit L1, L1 und L_,. L.= bezeichnet. Die Gleichstromanschlüsse liegen über Drosseln Dr an den Blockkonden satoren.
Auch die übrigen Anschlüsse zur Kathode und zur Bremselektrode erfolgen in bekannter Weise über Drosseln. Die einmal angestossene, den Elektroden- Gleichspannungen überlagerte Wechsel-EJTK steuert nun ihrerseits den Elektronenstrom. Die beiden durch die Paralleldrahtleitungen als Hauptteil gebildeten Sch-#vingungssy steine sind durch die gemeinsame Innenkapazität der Röhre zwischen Kathode und Vorgitter G, gekoppelt. Über diese Kapazität ist das Paralleldrahtsystem L1, L1 geschlossen.
Das andere System L2, L: liegt an der Reihen schaltung von zwei Kapazitäten, nämlich der einen eben genannten zwischen Kathode und Vorgitter, und der andern zwischen Vor gitter G1 und Beschleunigungsgitter G2, so dass das System L1, L1 an einem Teil der Kapazität angekoppelt ist. Die Wechselspan nungen zwischen Beschleunigungsgitter und Kathode und zwischen Vorgitter und Ka thode sind in Phase.
Der Schwingungsvorgang spielt sich nach Anstossen .der Schwingungskreise so ab: In der positiven Phase der beiden Gitter-Wech- selspannungen werden die durch das starke Feld schnell auf grosse Geschwindigkeit ge brachten Elektronen in der schon beschrie benen Weise durch die Lücken in den Raum zwischen Beschleunigungselektrode G2 und Bremselektrode A hineingetrieben und hier auf die Geschwindigkeit Null abgebremst.
In der negativen Phase der beiden Gitter wechselspannungen kehren einerseits die Elektronen im Bremsraum ihre Bewegung um und treffen auf die Streben des Be schleunigungsgitters G, das hier als Anode wirkt; anderseits wird, da ja, wie erwähnt. auch die Wechselspannung am Vorgitter durch die negative Phase geht, der'- Elek- tronenstrom von der Kathode durch die Git terlücken in Richtung auf die Bremselek trode stark geschwächt, so dass ein Zusam mentreffen von neuen Elektronen mit der vom Bremsfeld nach dem Beschleunigungs- Olitter zurücklaufenden Elektronenwolke ver mieden ist.
Der für eine Schwingungserzeu gung erforderliche negative Widerstand der Röhre kommt dadurch zustande, dass die Elektronen in der positiven Phase der Wech selspannung am Beschleunigungsgitter an diesem Gitter vorbeisausen und erst nach der Abbremsung und Umkehr als Anodenstrom auf das- Gitter auftreffen, wenn,die Wechsel spannung an ihm gerade durch die negative Phase geht.
Die beschriebene Schaltung ist selbstver, ständlieh auch bei zylinderförmiger Anord nung der Elektroden, wie sie in Abb. 2 dar gestellt ist, zu verwenden.
Es ist auch möglich, das eine Parallel drahtsystem an Bremselektrode find Be schleunigungsgitter und das andere an Bremselektrode und Vorgitter anzuschliessen.