DE652995C

DE652995C - Electron tubes for ultrashort waves

Info

Publication number: DE652995C
Application number: DEI46586D
Authority: DE
Original assignee: International Communications Laboratories Inc
Current assignee: International Communications Laboratories Inc
Priority date: 1932-03-07
Filing date: 1933-02-21
Publication date: 1937-11-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Glühkathodenröhren zur Erzeugung ultrakurzer Wellen in Bremsfeldschaltung ohne inneren, geschlossenen Schwingungskreis.The invention relates to hot cathode tubes for generating ultra-short waves in braking field circuit without internal, closed oscillation circuit.

Unter ultrakurzen Wellen versteht man elektromagnetische Wellen, die ungefähr einen Wellenlängenbereich von 1 bis 100 cm haben.Ultrashort waves are electromagnetic waves that are approximately have a wavelength range of 1 to 100 cm.

Anordnungen zur Erzeugung ultrakurzer Wellen nebst Hilfseinrichtungen zur Verwendung derartiger Wellen in Nachrichtenanlagen sind bereits in Vorschlag gebracht worden. Derartige Vorrichtungen bestehen aus einem hochevakuierten Behälter, in dem drei Elektroden untergebracht sind, nämlich erstens eine Kathode, die aus einem gerade ausgespannten Draht besteht, zweitens eine Schwingelektrode, die durch eine die Kathode umgebende koaxiale Spirale gebildet wird, und drittens eine metallische Reflexionselektrode, die die Schwingelektrode konzentrisch umgibt. Als Hilfsapparate dienen Batterien zur Anlegung der entsprechenden Spannungen an die Elemente dieser Röhre, ferner eine Antenne oder ein Dipol zum Aussenden oder zum Empfang der Kurzwellen und endlich ein Übertragungsweg, der die Röhre mit der Antenne Verbindet.Arrangements for generating ultra-short waves together with auxiliary devices for use such waves in communication systems have already been proposed. Such devices exist from a highly evacuated container in which three electrodes are housed, viz firstly a cathode, which consists of a straight wire, secondly one Vibrating electrode, which is formed by a coaxial spiral surrounding the cathode, and third, a metallic reflection electrode concentric with the vibrating electrode surrounds. Batteries are used as auxiliary equipment to apply the appropriate voltages to the elements of this tube, furthermore an antenna or a dipole for emitting or to receive the short waves and finally a transmission path that connects the tube with the Antenna connects.

Um einen möglichst großen Wirkungsgrad bei der Übertragung zu erzielen, ist es wesentlich, die Sende- und Empfangsapparate so auszubilden, daß für die benutzte Wellenlänge ein Maximum an ausnutzbarer Energie geliefert wird. Hierzu ist es erforderlich, daß ' die Röhren für eine bestimmte Wellenlänge ganz bestimmte Abmessungen erhalten. Um eine Mehrzahl von Ultrakurzwellenkanälen in enger Zusammenfassung ohne gegenseitige Störung zu benutzen, muß man in der Lage sein, die Röhren für die betreffenden Wellen-. längen, d. h. für den Wellenlängenbereich, möglichst günstig zu bauen.In order to achieve the greatest possible efficiency in the transmission, it is essential that to train the transmitting and receiving apparatus so that for the wavelength used a maximum of usable energy is supplied. For this it is necessary that 'the tubes are given very specific dimensions for a specific wavelength. Around a plurality of ultra-short wave channels in close association with no mutual To use interference, one must be able to identify the tubes for the wave in question. lengths, d. H. for the wavelength range, to be built as cheaply as possible.

Die Erfindung gibt die Mittel an, um die Wellenlänge, bei der eine und dieselbe Röhre mit größtmöglichem Wirkungsgrad arbeitet, zu verändern.The invention specifies the means to the wavelength at which one and the same tube works with the greatest possible efficiency.

Es ist bereits der Gedanke bekannt, daß es für die Wellenlänge verschiedener Ultrakurzwellenröhren auf die Länge des inneren, geschlossenen Schwingungskreises ankommt, DieErfindung besteht nun darin, eine und dieselbe Ultrakurzwellenröhre in Bremsfeldschaltung dadurch für verschiedene Wellenbereiche brauchbar zu machen, daß bei gegebener Gitterlänge der Frequenzbereich, in dem die Röhre Schwingungen mit dem hoch-The idea is already known that it is suitable for the wavelength of various ultra-short wave tubes It depends on the length of the inner, closed oscillation circle. The invention now consists in one and the same Ultra-short wave tube in braking field circuit, thus for different wave ranges to make usable that for a given grating length the frequency range in which the tube vibrates with the high-

sten Wirkungsgrad erzeugt, durch teilweise Ausnutzung der gegebenen Gitterlänge mittels vorhandener Anzapfstellen, d. h. durch Veränderung der wirksamen Gitterlänge, veränderbar ist.most efficiency generated by partially utilizing the given grid length by means of existing taps, d. H. by changing the effective grid length, changeable is.

Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform des Erfmdungsgegenstandes dar.· The drawings represent an embodiment of the subject matter of the invention.

Abb. ι ist eine Ultrakurzwellenröhre, welche Einrichtungen zur Veränderung der Wellenlänge besitzt, bei welcher die Röhre mit ihrem höchsten Wirkungsgrad arbeitet.Fig. Ι is an ultra-short wave tube, which means for changing the wavelength in which the tube works at its highest efficiency.

Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform der Ultrakurzwellenröhre, die gleichfalls Mittel zur Einstellung der Wellenlänge besitzt. Abb. 3 ist eine Kurzwellenröhre, in der ein anderes Verfahren zur Veränderung der Wellenlänge Verwendung findet.Fig. 2 is another embodiment of the ultra-short wave tube, which also means to adjust the wavelength. Fig. 3 is a shortwave tube in which a Another method for changing the wavelength is used.

Um die Aufgabe der Herstellung von Ultrakurzwellenröhren, die bei einer bestimmten Wellenlänge ein Maximum an Energie nutzbar machen, zu lösen, ist es zunächst erforderlich, die Eigenschaften der Ultrakurzwel-' lenröhren im allgemeinen zu zergliedern. Bei derartigen Röhren wird an die Schwingelektrode ein positives Potential angelegt, um Elektronen von der Kathode nach der Schwingelektrode zu ziehen, während ein negatives Potential an die Reflexionselektrode angelegt wird, um die Elektronen abzustoßen 30To the task of the production of ultra-short wave tubes, which at a certain To make a maximum of energy usable in wavelength, to solve it, it is first necessary to to dissect the properties of the ultra-short wave tubes in general. at such tubes a positive potential is applied to the vibrating electrode Draw electrons from the cathode to the oscillating electrode while a negative one Potential is applied to the reflection electrode to repel the electrons 30th

Die von einer Ultrakurzwellenröhre erzeugte Wellenlänge ändert sich bei Änderungen in dem äußeren Stromkreis der Röhre. Für jede gegebene Länge einer zwisdben Röhre und Antenne !eingeschalteten Übertragungsleitung erzeugt die Röhre Wellen einer bestimmten Länge mit maximalem Wirkungsgrad.The wavelength generated by an ultra-short wave tube changes with changes in the external circuit of the tube. For any given length of two tubes and antenna! switched on transmission line, the tube generates waves of a certain Length with maximum efficiency.

Die oben angegebene Theorie ermöglicht es, Ultrakurzwellenröhren für eine bestimmte Wellenlänge zu bauen. Wenn eine Röhre für einen bestimmten Wellenlängenbereich gebraucht werden soll, muß die Länge der Schwingelektrode so gewählt werden, daß und sie auf die Schwingelektrode zurückzutreiben. The theory given above makes it possible to use ultrashortwave tubes for a certain Build wavelength. When a tube for a certain wavelength range is to be used, the length of the oscillating electrode must be chosen so that and drive them back onto the vibrating electrode.

Die Wirkungsweise einer· solchen Röhre kann dadurch mathematisch analysiert wer-,(fen, daß man das Elektrodensystem mit ..einer Übertragungsleitung, die eine negative Ableitung hat, vergleicht und die Theorie der Übertragungsleitungen anwendet, um die betreffenden Faktoren zu bestimmen und eine negative Ableitung solcher Größe zu erhalten, daß sich die besten Arbeitsbedingungen ergeben. Diese Theorie zeigt u. a., daß die Arbeitswellenlänge der Röhre mit den Faktoren Λ. und X, welche die gesamte Länge des Drahtes der Schwingelektrode und die Wellenlänge der Schwingung längs des Drahtes der Schwingelektrade darstellen, durch folgende Formel miteinander verbunden sind:The mode of operation of such a tube can be analyzed mathematically by comparing the electrode system with ... a transmission line that has a negative derivative and applying the theory of the transmission lines to determine the relevant factors and a negative derivative This theory shows, among other things, that the working wavelength of the tube with the factors Λ. and X, which represent the total length of the wire of the oscillating electrode and the wavelength of the oscillation along the wire of the oscillating electrode, are linked by the following formula:

κ ist eine reine Zahl. Wenn man κ = ι setzt, ergeben die Versuche eine gute Übereinstimmung mit der Theorie. κ is a pure number. If one sets κ = ι, the experiments show a good agreement with the theory.

In der nachstehenden Tabelle ist die experimentell bestimmte optimale Wellenlänge für verschiedene Röhren angegeben:In the table below is the experimentally determined optimal wavelength for different tubes indicated:

Zahl dernumber of ΛΛ i8,5i8.5 Günstigste
Wellenlängebest
wavelength E₀
+ Volt E ₀
+ Volt PrüfbedingungerTest conditions 11 Er
— Volt He
- volts Windungen der
SchwingelektrodeTurns of the
Vibrating electrode 2323 19,3219.32 250250 2222nd 2020th 19,9019.90 220220 Ie
+ ma Ie
+ ma 29,529.5 2020th 1.5.8.1.5.8. 19,1019.10 230230 6060 2828 2020th 19,819.8 18,0018.00 27Ο27Ο 6060 40,540.5 1818th 14,814.8 18,0418.04 280280 6060 4747 1818th 17,617.6 16,8216.82 3IO3IO 6060 3939 1616 14,2214.22 28Ο28Ο 6060 2323 1616 12,312.3 16,9016.90 3OO3OO 7070 2525th 1616 15,415.4 14,7214.72 39°39 ° 6060 36,536.5 1414th 14,7214.72 380380 6060 29,529.5 H.H. 4545 5050

IM — 1,25 Xm ist, wo XM und Xm die längste und kürzeste Wellenlänge des Bereiches bedeuten. IM - 1.25 Xm is where XM and Xm mean the longest and shortest wavelength of the range.

Soll die Röhre für kürzere Wellenlängen bestimmt werden, so hat man die Wahl, die Gitterwendel entweder mit gleichem Durchmesser, aber" geringerer Windungszahl zu versehen oder den Durchmesser der Wendel zu verkleinern. Die letzterwähnte Anordnung ist vorzuziehen, weil an die Schwingelektrode, um die mittlere Zeit für den Über- 120' gang der Elektronen von der Kathode nach der Schwingelektrode einzuhalten, eine höhereIf the tube is to be determined for shorter wavelengths, one has the choice, which Lattice helix either with the same diameter, but "less number of turns provided or to reduce the diameter of the helix. The last-mentioned arrangement is preferable because the vibrating electrode is used to reduce the mean time for the over 120 ' of electrons from the cathode adhering to the vibrating electrode is higher

Gleichspannung gelegt werden muß, wie auch aus der obenstehenden Tabelle hervorgeht. Das hat aber zur Folge, daß der Energieumsatz in der Schwingelektrode steigt. Wenn aber der Abstand der Kathode von der Schwingelektrode verkleinert wird, wird-die an der Schwingelektrode liegende Spannung ebenfalls herabgesetzt, so daß die Belastung der Schwingelektrode entsprechend abnimmt. • ίο Den obigen Betrachtungen sind gleichmäßig gewundene Elektroden zugrunde gelegt, weil die Versuche ergeben, daß die Wellenlänge längs des Gitters nicht wesentlich von der Wellenlänge im Vakuum verschieden ist. Diese kann durch Benutzung von Schwingelektroden geändert werden, bei welchen die Verteilung der Konstanten längs des Drahtes der Schwingelektrode geändert werden kann. Hierdurch wird die' Wellenlänge längs der Schwingelektrode geändert, so daß längere Drähte für kürzere Wellenlängen ,benutzt werden können. Eine Änderung der Gestalt des Gitters, welche sich bei den Versuchen bewährt hat, besteht darin, daß die Gitterwindungen mit unterschiedlichen Steigungen versehen sind. Vorzugsweise werden die Windungen an beiden Enden der Elektrode enger gewählt.
• In Abb. ι ist eine Ultrakurzwellenröhre 1 gezeigt, die eine Kathode 2, eine Schwingelektrode 3 und eine Renexionselektrode 4 besitzt. Die Leitungen 5 und 6 sind mit der Kathode 2 verbunden. Die Leitung 7 liegt an einem¹'Ende der Reflexionselektrode 4. Der Leiter 8 ist mit dem entsprechenden Ende der Schwingelektrode 3 verbunden, während der Leiter 9 an einem Punkte der Schwingelektrode 3 liegt, welcher um einige Windungen näher an der Mittelwindung dieser Elektrode gelegen ist als der Punkt, der mit der Leitung 8 in Verbindung steht. Ein Schalter 10 ist zur Herstellung eines Kurzschlusses über die beiden Leitungen 8 und 9 vorgesehen, während ein zweiter Schalter 11 dazu dient, die Leitung 12 wechselweise mit den Lei-" tungen 8 oder 9 zu verbinden. Der Übertragungsweg kann an die Leitungen 7 und 12 angelegt werden. Die Leitung 13 stellt eine Verbindung mit dem entgegengesetzten Ende der Reflexionselektrode 4 her, welches der Leitung 7 gegenüberliegt. Die Leitungen 14 und 15 sind an diesem Ende der Schwingelektrode 3 in gleicher Weise angeschlossen wie die Leitungen 8 und 9 am entgegengesetzten Ende. Ferner dienen die Schalter 16 und 17 ähnlich wie die Schalter 10 und 11 zur Herstellung von verschiedenen Verbindungen mit der Leitung 18 und unterschiedlichen Längen der Schwingelektrode. Die Leitungen 13 und 18 bilden die Anschlüsse für den Stromkreis zur Erregung der Röhre.DC voltage must be applied, as can also be seen from the table above. However, this has the consequence that the energy consumption in the oscillating electrode increases. If, however, the distance between the cathode and the vibrating electrode is reduced, the voltage applied to the vibrating electrode is also reduced, so that the load on the vibrating electrode is correspondingly reduced. • ίο The above considerations are based on evenly wound electrodes, because the experiments show that the wavelength along the grating is not significantly different from the wavelength in a vacuum. This can be changed by using vibrating electrodes, in which the distribution of the constants along the wire of the vibrating electrode can be changed. This changes the wavelength along the oscillating electrode so that longer wires can be used for shorter wavelengths. A change in the shape of the grid, which has proven itself in the tests, is that the grid turns are provided with different slopes. The turns are preferably chosen to be narrower at both ends of the electrode.
• In Fig. Ι an ultra-short wave tube 1 is shown, which has a cathode 2, an oscillating electrode 3 and a Renexionselectrode 4. The lines 5 and 6 are connected to the cathode 2. The line 7 lies at a ¹ 'end of the reflection electrode 4. The conductor 8 is connected to the corresponding end of the oscillating electrode 3, while the conductor 9 lies at a point on the oscillating electrode 3 which is located a few turns closer to the central turn of this electrode as the point associated with the line 8. A switch 10 is provided to produce a short circuit across the two lines 8 and 9, while a second switch 11 is used to alternately connect the line 12 to the lines 8 or 9. The transmission path can be connected to the lines 7 and 12 The line 13 connects to the opposite end of the reflection electrode 4, which is opposite the line 7. The lines 14 and 15 are connected to this end of the oscillating electrode 3 in the same way as the lines 8 and 9 are connected to the opposite end. In addition, switches 16 and 17 serve to make various connections to line 18 and different lengths of the oscillating electrode, similar to switches 10 and 11. Lines 13 and 18 form the connections for the circuit for energizing the tube.

Eine andere Ausführungsform der Röhre ist in Abb. 2 dargestellt, in der die der Röhre nach Abb. 1 entsprechenden Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Auch 65' hier ist eine ähnliche Schaltanordnung zur Einschaltung verschiedener Längen der Schwingelektrode 3 vorgesehen.Another embodiment of the tube is shown in Fig. 2, in which that of the tube elements corresponding to Fig. 1 are provided with the same reference numerals. Also 65 ' here is a similar circuit arrangement for turning on different lengths of the Oscillating electrode 3 is provided.

Oben ist gezeigt worden, daß die von einer Kurzwellenröhre erzeugte Welle um so kürzer ist, je kürzer die Schwingelektrode ausgeführt wird. Dies kann dadurch geschehen, daß entweder die Leitung 18 mit der Leitung 15 durch den Schalter 17 oder die Leitung 12 mit der Leitung 9 durch den Schalter 11 verbunden wird. Werden diese beiden Verbindungen hergestellt, so wird die Wellenlänge entsprechend verkürzt. Dies kann auch durch Schließung des Schalters 16 erfolgen, wobei die Leitungen 14 und 15 kurzgeschlossen werden, oder durch Schließung des Schalters 10, so daß ein Kurzschluß der Leitungen 8 und 9 zustande kommt. Auch können beide Schalter gleichzeitig geschlossen werden. Daraus geht hervor, daß man durch die in den Abb. ι und 2 beschriebene Schaltungsanordnung mit einer einzigen Ultrakurzwellenröhre eine beträchtliche Anzahl von Wellenbereichen beherrschen kann. Hierdurch wird zwar ein Einfluß auf die Antennenkreise ausgeübt, aber diese Einflüsse bleiben gering, wenn die Antennenkreise in ihrer Länge unterschiedlich gegenüber dem hauptsächlich schwingenden Stromweg sind.It has been shown above that the shorter the wave produced by a shortwave tube is, the shorter the oscillating electrode is made. This can be done by that either the line 18 with the line 15 through the switch 17 or the line 12 is connected to the line 9 through the switch 11. Will these two connections produced, the wavelength is shortened accordingly. This can also be done by Closing of the switch 16 take place, the lines 14 and 15 being short-circuited be, or by closing the switch 10, so that a short circuit of the lines 8 and 9 comes about. Both switches can also be closed at the same time. It follows that one by the circuit arrangement described in Figs. Ι and 2 a considerable number of wave ranges with a single ultra-short wave tube can master. This has an influence on the antenna circuit, but these influences remain small if the antenna circles differ in length compared to the main oscillating current path.

Es ist oben darauf hingewiesen worden, daß die wirksame Länge der Schwingelektrode durch Änderung der Verteilung längs des Drahtes verändert werden kann, so daß sich die Wellenlänge der Röhre ändert. Ebenso war auf eine besonders günstige Ausführungsform hingewiesen worden, die darin bestand, daß die Schwingelektroden mit Windungen verschiedener Steigung ausgeführt wurden. Abb. 3 zeigt diese Ausführungsform. Die Schwingelektrode 3 dieser Ab- bildung besitzt Windungen, die an den Enden enger sind als in dem mittleren Teil. Entsprechend der Abb. 1 sind nicht dargestellte Anzapfungen angebracht, so daß durch Schaltvorrichtungen entsprechende Teile kurzgeschlossen werden können. Die Röhre nach Abb. 3 besitzt ebenso eine Kathode und eine Reflexionselektrode.It has been pointed out above that the effective length of the vibrating electrode can be changed by changing the distribution along the wire so that the wavelength of the tube changes. Reference was also made to a particularly favorable embodiment that is contained therein consisted that the vibrating electrodes designed with turns of different pitch became. Fig. 3 shows this embodiment. The oscillating electrode 3 of this figure has turns that are attached to the Ends are narrower than in the middle part. According to Fig. 1 are not shown Taps attached so that corresponding parts are short-circuited by switching devices can be. The tube according to Fig. 3 also has a cathode and a reflection electrode.

Claims

Patent claims:

i. Ultra-short wave tube in braking field circuit without internal, closed Oscillating circuit, characterized in that, for a given grating length, the frequency range in which the tube Vibrations with their highest effect

degree of efficiency generated by partially utilizing the given grid length by means of existing taps, d. H. by changing the effective grating length.

2. ultra-short wave tube according to claim i, characterized in that the Oscillating electrode has a length which is equal to the longest wave to be generated and 1.5 times as long as the shortest wave to be generated.

.3. Ultra-short wave tube according to .Anspruch i, characterized in that the The oscillating electrode consists of a spirally wound electrical conductor, whose turns have different distances from each other.

4. Ultra-short wave tube according to An-.spruch 3, characterized in that the Windings of the lattice helix at the ends of the oscillating electrode are narrower than in the middle part.

1 sheet of drawings