Einrichtung mit Hohlraumresonator Die Erfindung bezieht sich zunächst, ganz all gemein gesagt, auf eine Einrichtung, bei der elek trische Energie in Form von elektrischen Wellen vor handen ist; der Ausdruck elektromagnetische Wel len bedeutet in diesem Zusammenhang Schwingun gen, wie zum Beispiel Mikrowellen, die im Radiofre quenzbereich des elektromagnetischen Spektrums lie gen. Insbesondere sollen bei der erfindungsgemässen Einrichtung der zu beschreibenden Art Halbleiterein- ,en zur Erzielung von elektrischen Wirkungen richtung Verwendung finden.
Der Erfindung liegt ein bestimm ter, bei Halbleitern festgestellter, elektrischer Effekt zugrunde; vorangestellt sei daher in Fig. <B>1</B> eine sche matische Darstellung zur Erläuterung dieses sogenann- ten Halbleiter-Feldeffektes .
In Fig. <B>1</B> ist ein flacher Elementarraum aus Halb leitermaterial. (beispielsweise halbleitendem Gerina- nium oder Silizium) dargestellt, welcher die Haupt flächen<B>11</B> und 12 und die Seitenflächen<B>13</B> und 14 besitzt.
Es ist bekannt, dass, wenn man in irgendeiner Weise ein elektrisches Feld e, das durch den Pfeil<B>15</B> angedeutet ist, einen diesem Pfeil entsprechenden Gra dienten und eine quer zum Gradienten verlaufende, flächenhafte Verteilung besitzt, die sich etwa mit den Hauptflächen<B>11</B> und 12 deckt und damit eine ent sprechende elektrische Verschiebung innerhalb des Elementarraumes<B>10</B> erzeugt, sich die Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers zwischen den Seitenflächen<B>13</B> und 14 in Abhängigkeit von der Stärke des inneren elektrischen Feldes ändert.
Wird also eine Potential differenz VA-Vr, zwischen die Seitenflächen<B>13</B> und 14 -elegt, so ändert sich dementsprechend die Stärke des durch die Pfeile i angedeuteten Stromes, der in folge der Potentialdifferenz zwischen diesen Seiten flächen fliesst, in Abhängigkeit von der Feldstärke e im Inneren des Körpers.
Die soeben beschriebene Er- scheinung ist als Halbleiter-Feldeffekt bekannt und in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: Shockley and Pearson, Modulation of Conduc- tance of thin films of Semi-Conductor by surface ch-,ir,ges . Phys. Rev. 74,
Seiten<B>232-233,</B> Juli 1948; Shockley, Electrons and Holes in Semi-Condue- tors , <B>D.</B> Van Nostrand Co., Inc., New York<B>1950;</B> Shockley, <B> A</B> Unipolar Field Effect Transistor , Proe. IRE 40, Nr. <B>11,</B> Seite<B>1365,</B> Nov. <B>1952;
</B> Dacey and Ross, Unipolar Field Effect Tran sistor , Proc. IRE 41, Nr. <B>8,</B> Seite<B>970,</B> August<B>1953.</B> Bisher war es üblich, das beschriebene elektrische Feld e innerhalb der Halbleiterkörper mittels einer üblichen Spannungsquelle zu erzeugen und die Span nung dieser Quelle über gewöhnliche elektrische Lei ter oder ähnliches an zwei Anschlussplatten zu legen, die den Halbleiterkörper an zwei gegenüberliegenden Seiten berühren. Diese Art der Erzeugung des inneren Feldes genügt zwar für viele Anwendungszwecke, es gibt jedoch auch viele Anwendungsgebiete, wo sie nicht zufriedenstellend arbeitet.
So sind zum Beispiel die bekannten Verfahren zur Erzeugung des Feldes e nicht geeignet, wenn die Feldstärke mit einer sehr hohen Frequenz, wie beispielsweise<B>3000</B> MHz, ge ändert werden soll.
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, den Halbleiterfeldeffekt auch für sehr hohe Frequenzen nutzbar zu machen, und zwar für gewisse elektrische Funktionen, wie beispielsweise das Aufrechterhalten von Schwingungen, Verstärkung, Modulation und Gleichrichtung.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem durch elektromagwetische Schwingungen erregten, lei tenden Hohlraumresonator. Diese ist dadurch gekenn zeichnet<B>'</B> dass mindestens in einem Bereich innerhalb des Hohlkörpers, in dem im wesentlichen ein elektri- sches Feld herrscht, ein dünnes Halbleiterplättchen derart angeordnet ist, dass im Halbleiterplättchen ein elektrisches Feld erzeugt wird, das im wesentlichen senkrecht auf den Hauptflächen des Plättchens steht, und dass das Halbleiterplättchen derart mit Anschluss- elektroden versehen ist,
dass in ihm mittels einer äusse ren Stromquelle ein Stromfluss senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes aufrechterhalten werden kann, wobei das Halbleiterplättchen eine in Abhängigkeit von den Veränderungen des elektrischen Feldes ver änderliche Reaktanz darstellt und den Stromfluss den Schwingungen entsprechend und die Schwingungen dem Stromfluss entsprechend beeinflusst.
Diese Art der Kopplung- des Halbleiterkörpers und der Schwingungen soll im folgenden als kapazi- tive Kopplung bezeichnet werden; sie ist zu unter scheiden von einer Kopplung, die durch die magneti schen Feldlinien erfolgt und die üblicherweise als in duktive Kopplung> bezeichnet wird. <I>Beschreibung der grundsätzlichen Wirkungsweise</I> Die folgenden, der eigentlichen Beschreibung der Ausführungsbeispiele vorangestellten Ausführungen beziehen sich in allgemeiner Form auf die benützten elektrischen Effekte und die Wirkungsweise dieser An- ordnung ,en.
Wenn die elektrischen Wellen und der Halbleiter körper in der beschriebenen Art kapazitiv miteinander gekoppelt sind, dringen die elektrischen Feldlinien, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers schneiden, in diesen ein und erzeugen im Halbleiterkörper ein ver änderliches elektrisches Feld e. Wie bereits erwähnt, beeinflusst dieses innere elektrische Feld an den Stel len, wo es vorhanden ist, in Abhängigkeit von seiner Stärke, die Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers trans- versal zum Gradienten des Feldes.
Um zwischen dem inneren Feld und der Leitfähigkeit diese Beziehung nutzbar zu machen, sind erfindungsgemäss an dem Halbleiterkörper Elektroden angebracht, die einen Weg für einen Strom definieren, der ausserhalb des Halbleiterkörpers erzeugt wird. Dieser Stromweg wird durch die Elektrode derart festgelegt, dass er sich transversal zum Gradienten des inneren elektrischen Feldes erstreckt. Die Leitfähigkeit entlang dieses We ges wird entsprechend der Intensität des inneren elek trischen Feldes verändert, und diese Änderung der Leitfähigkeit wird für verschiedene elektrische Zwecke nutzbar gemacht werden, von denen einige noch spä ter beschrieben werden sollen.
In Erweiterung der bisher gegebenen Beschrei <U>bung</U> kann die Einrichtung mit dem leitenden Hohl- körp--r zumindest einen Resonanzhohlraum ein schliessen, das heisst, dass sie die Abschlusswand oder -wände filr mindestens einen Teil des Hohlraumes bil det. Der Hohlraum ist geeignet, elektromagnetische Wellen in einem bestimmten Modus nach Art einer stehenden Welle aufrechtzuerhalten, wobei zumin dest an einer Stelle des Hohlraumes ein Maximum der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Feldes entsteht.
Bei der vorlieg "enden Erfindung sind weder die Form des Hohlraums, noch die verschie denen Resonanztypen, in der er erregt wird, noch die Anzahl der Feldstärkemaxima und der Schwingungs typen des elektrischen Feldes, die diesen Resonanztyp charakterisieren, von besonderer Wichtigkeit. Bei der Ausführung des Erfindungsgedankens können deshalb die verschiedensten Ausfärungsformen von Hohl- raumresonatoren und die verschiedensten Schwin- , gstypen Verwendung finden.
Es hat sich jedoch als guner <B>C</B> zweckmässig erwiesen, einen zylindrischen Hohlraum zu benützen, der in der TM"),-Resonanz erregt wird. Zur weiteren Verbesserung der Betriebseigenschaft kann der zylindrische Hohlraum als sogenanntes Rumbatron (Topfkreis) ausgebildet sein, das heisst ein oder beide Teile, die die Enden des Zylinders ab schliessen, werden nach innen einspringend ausgebil det, so dass sie die kapazitive Kopplung zwischen den Endwänden erhöhen.
Der beschriebene Resonanzhohlraum wird mit mindestens einem dünnen Halbleiterkörper vereinigt, der quer zu seiner dünnen Abmessung flächenhaft ausgedehnt ist und eine entsprechend dieser flächen haften Ausdehnung entsprechende Oberfläche besitzt. Der Körper wird in bezug auf den Hohlraum so an geordnet, dass die erwähnte Oberfläche des Körpers den entsprechenden Maxima des elektrischen Feldes in den entsprechenden Bereichen des Hohlraumes aus gesetzt ist und der Halbleiterkörper kapazitiv mit die sen Feldmaxima gekoppelt ist.
So kann zum Beispiel der Halbleiterkörper so in dem Hohlraum angeordnet sein, dass der Halbleiterkörper eine Begrenzungsfläche des Hohlraums an einer solchen Stelle bildet, wo ein Maximum des elektrischen Feldes herrscht.
Die elektrischen Verbindungen an dem Halbleiter körper werden durch Elektroden hierfür hergestellt. Eine erste dieser Elektroden kann eine erste Stelle des Halbleiterkörpers mit dein leitenden Gehäuse des Hohlraumes verbinden, während eine zweite dieser Elektroden einen elektrischen Anschluss an einer zwei ten Stelle des Halbleiters bilden kann, die von der ersten Stelle getrennt ist und quer gegenüber der dün nen Erstreckung des Körpers liegt, so dass ein Strom zwischen den beiden erwähnten Stellen unterhalb der Oberfläche des Körpers fliesst, die dem Bereich der Konzentration des elektrischen Feldes ausgesetzt ist.
Die erste Elektrode kann von einem Teil des Reso nanzhohlraumes gebildet sein, der sich entlang des Umfanges des Halbleiterkörpers erstreckt und einen elektrischen Anschluss entlang dieses Umfanges bildet. Die zweite Elektrode kann durch einen Leiter gebildet sein, der an einen Teil des Halbleiterkörpers ange schlossen ist, der sich innerhalb des erwähnten Um fanges befindet und zentral zu diesem gelegen ist.
Im Zusammenhang mit der Erfindung hat sich herausgestellt, dass zwischen der Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen in das leitfähige Gehäuse des Resonanzhohlraumes, der Dicke des Halbleiter körpers und dem Nutzeffekt der beschriebenen Mikro wellenanordnung ein direkter Zusammenhang besteht. Es hat sich, genauer gesagt, herausgestellt, dass für eine (Yünstigste Arbeitsweise die Werte der Eindringtiefe für das Gehäusematerial bei der entsprechenden Fre quenz im Resonanzhohlraum und die Dicke des Halb leiterkörpers im wesentlichen übereinstimmen sollen.
Die Einhaltung der erwähnten Bedingung eines im wesentlichen übereinstimmens zwischen der Eindring- tiefe <B>bei</B> einer gegebenen Frequenz für das Gehäuse und der Dicke des Halbleiterkörpers ergibt wesent lich bessere Ergebnisse als dann, wenn der Halblei terkörper dünner ist als der Wert für die Eindring- tiefe in das Gehäuse. Dies rührt daher, dass bei einem Halbleiterkörper, der dünner als notwendig ist, die Stromführungsfähigkeit des Halbleiterkörpers verrin gert wird.
Die beschriebene Übereinstimmung ergibt aber auch eine bessere Arbeitsweise als die, die er reicht würde, wenn die Dicke des Halbleiterkörpers grösser wäre als die Eindringtiefe für das Gehäuse bei der gegebenen Frequenz. Es hat sich nämlich heraus- gestellt, C, dass dann, wenn die Dicke des Halbleiterkör pers die Eindringtiefe des Gehäuses wesentlich über schreitet,
eine unerwünschte Verringerung des Betra ges der Energie stattfindet, der von dem Halbleiter körper auf den Hohlraum übertragen wird, und dass zusätzlich ein unerwünscht hoher Betrag im oder durch den Halbleiterkörper verbraucht wird, ohne einen Nutzeffekt zu ergeben. Man bekommt also nach dem oben Angeführten die besten Ergebnisse bei den Ausführungsbeispielen, die noch beschrieben werden, wenn die Dicke des Halbleiterplättchens genau oder wenigstens möglichst genau dem Wert der Eindring- tiefe entspricht, der für das Material des leitenden Ge häuses bei der Frequenz der Schwingungen der elek tromagnetischen Wellen in dem Resonanzhohlraum gilt.
Die Bedin-g-ung, dass die Dicke des Halbleiterkör pers mit der Eirdringtiefe bei gegebenem Gehäuse und Arbeitsbedingungen übereinstimmt, soll jedoch nicht zu starr ausgelegt werden.
Wie später noch genauer beschrieben werden wird, entsteht bei Anschluss einer Spannungsquelle an das leitende Gehäuse und den schon erwähnten Leiter (die, wie bereits beschrieben, als erste und zweite Elektrode wirken) und damit an den Halbleiterkör per eine elektrische Spannung an dem Halbleiterkör per, die transversal zur Dicke dieses Halbleiterkör pers gerichtet ist. Dementsprechend entsteht in dem Halbleiterkörper ein Strom, der transversal zu dem elektrischen Feld e fliesst, welches in diesem durch die elektromagnetischen Schwingungen erzeugt wird.
Die Intensität dieses Stromes wird durch das elek trische Feld verändert, dessen Intensität auf Grund der Resonanz eines umgebenden Hohlkörpers von der Frequenz der elektromagnetischen Schwingungen ab hängt. Diese Beeinflussung des Stromes, die ihrerseits auf das elektromagnetische Feld zurückwirkt, kann zum Zwecke von beispielsweise dem Erzeugen und Aufrechterhalten von elektromagnetischen Schwin- "ungen in dem Resonanzhohlraum oder zur Verstär- Z, kung oder zur Gleichrichtung Verwendung finden.
Wenn die Stromquelle variable Ausgangsleistung lie fert, so kann die beschriebene Strombeeinflussung in dem Halbleiterkörper zum Zwecke der Modulation der elektromagnetischen Schwingungen in Abhängig keit von dieser zugeführten Leistung verwendet wer den. Weitere Erläuterungen, wie diese elektrischen Wirkungen erreicht werden können, werden anschlie ssend anhand von typischen Ausführungsbeispielen des Erfindunas-edankens gegeben.
<B>C C</B> <I>Beschreibung der Ausführungsbeispiele im einzelnen</I> Fig. 2 zeigt ein teilweise als Querschnitt in Auf sicht, teilweise als Schaltbild gezeichnetes, typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. <B>3</B> und 4 zeigen Diagramme zur Erklärung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2; Fig. <B>5</B> ein weiteres, typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ebenfalls teilweise im Schnitt und teilweise als Schaltbild gezeichnet ist; Figg. <B>6</B> Einzelheiten einer Abwandlung eines Aus führungsbeispiels nach Fig. 2;
Fig. <B>7</B> teilweise als Schaltbild und teilweise als Schnittzeichnung weitere Einzelheiten eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung nach Fig. <B>6;</B> Fig. <B>8</B> weitere Einzelheiten des Ausführungsbei spiels nach Fig. 2 und Fig. <B>9</B> eine Abwandlung, des in. Fig. <B>5</B> gezeichneten Ausführungsbeispiels, ebenfalls teilweise als Schalt bild und teilweise im Schnitt gezeichnet.
In Fig. 2 ist ein zylindrischer Resonanzhohlraum 20 dargestellt, der von einem elektrisch leitenden Ge häuse 21 begrenzt wird, welches aus einem zylindri schen MBntel 22 und zwei ringförinigen Endplatten <B>23</B> und 24, die die Zylinderenden abschliessen, besteht. Vom inneren Umfang der ringfönnigen Platten<B>23</B> -und 24 erstrecken sich zwei einsDringende Zylinder <B>25</B> und<B>26</B> aufeinander zu nach innen, wodurch der Hohlraum 20 die wohlbekannte Rumbatron-Forin er hält.
Das innen gelegene Ende des einspringenden Zylinders<B>25</B> wird durch eine Scheibe<B>27,</B> die aus einem dünnen Film. eines Halbleitermaterials besteht, abgeschlossen. In derselben Weise erstreckt sich eine weitere Scheibe<B>28</B> aus einem dünnen Fihn eines Halb leitermaterials über das innen gelegene Ende des ei,#i springenden Zylinders<B>26</B> und schliesst damit dieses Ende des Zylinders ab.
Die Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> sind in ihrer in Fig. 2 gezeigten Lage an ihrem jeweiligen Umfang<B>29</B> bzw. <B>30</B> an den Zylindern<B>25</B> bzw. <B>26</B> etwa dadurch befestigt, dass die Scheiben auf die Zylinder mittels Silber aufgelötet sind, so dass sich eine gute elektrische Verbindung zwischen jeder Scheibe und dem sie tragenden Zylirder ergibt.
Die Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> werden, wie erwähnt, aus dünnen Filmen eines halbleitenden Materials herge stellt, wozu beispielsweise halbleitendes Germanium or C ge ignet ist. Diese Filme sind genügend dünn, so dass, wenn im Hohlraum 20 ein bestimmter Resonanztyp erregt wird, die Dicke jeder der Scheiben in ihrer dünnen Abmessung im wesentlichen mit der durch den Skineffektgegebenen Eindringtiefe, die dem Ma terial des Gehäuses 21 bei der Frequenz der elektro magnetischen Schwingungen entspricht, übereinstimmt.
Die dünnen Schichten, aus denen die Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> bestehen, waren Schichten, deren innere Struk tur monokristallin war.
Die Speisung des Resonanzhohlraumes 20 mit äusserer elektrischer Energie erfolgt durch ein Paar von gleichartigen Energiequellen, die in Fig. 2 durch die Batterien<B>35</B> und<B>36</B> symbolisiert sind. Der nega tive Pol der Batterie<B>35</B> liegt an einem beweglichen Kontakt<B>38,
</B> der wahlweise mit einem der beiden festen während weglichen Kontakte der Kontakt positive 39 oder 38' Pol angeschlossen 40 der verbunden Batterie 36 ist,
werden an der den wahl- kann be- <B>'</B> weise mit einem der festen Kontakte<B>3 9'</B> und 40' ver bunden werden kann. Die beweglichen Kontakte<B>38</B> und<B>38'</B> sind miteinander gekuppelt. Die festen Kon takte<B>39</B> und<B>39'</B> sind an einen Punkt des zylindri schen Mantels 22 angeschlossen, der in der Mitte des Zylindermantels, gerechnet in der Richtung parallel zur Zylinderachse, liegt.
Die festen Kontakte 40 und 40' sind mit den entge- gen-esetzten , Anschlüssen einer Gegentakt-Modulationssignalquelle 41 verbunden, de ren Nullpunkt an den Mantel 22 angeschlossen ist. Der positive Pol der Batterie<B>35</B> möge elektrisch mit dem Mittelpunkt 45 der Halbleiterscheibe<B>27</B> über einen einpoligen Schalter 43 und einen Leiter 44, der gleichzeitig als die eine Elektrode für diese Halblei terscheibe dient, verbunden sein.
In gleicher Weise ist der ne2ative Pol der Batterie 46 mit dem Mittelpunkt 47 der Halbleiterscheibe 48 über den Leiter 46 ver bunden, der gleichfalls die eine Elektrode für diese Scheibe bildet. Wie bereits erwähnt, werden die an deren Elektroden für diese Scheiben von den Teilen der einspringenden Zylinder<B>25</B> und<B>26</B> gebildet, an denen die Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> angebracht sind.
Die Einrichtung nach Fig. 2 ist, wie noch beschrie ben werden wird, geeignet, elektromagnetische Schwin gungen in dem Resonanzhohlraum zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Ein Teil der durch diese Schwin- gungoen erzeugten elektromagnetischen Energie kann aus dem Hohlraum 20 durch eine Vorrichtung aus- ,ekoppelt werden, die in Fig. 2 als koaxiale Leitung <B>50</B> dargestellt ist, deren Innenleiter<B>51</B> eine Koppel schleife in dem Hohlraum 20 bildet und diesen Hohl raum 20 induktiv an die koaxiale Leitung ankoppelt.
Gewünschtenfalls kann die Energie aus dem Hohl raum jedoch auch durch eine elektromagnetische Kopplungseinwichtung ausgekoppelt werden, die an den Hohlraum, anstatt induktiv angekoppelt zu sein, kapazitiv anggekoppelt ist.
Beim Betrieb schwingt derHohlraum 20 in TMi.1- Resonanz. Bei diesem Resonanztyp entsteht ein Maxi mum der elektrischen Feldstärke der stehenden Welle, wie durch die Pfeile<B>E</B> angedeutet ist, in dem Raum zwischen den beiden Halbleiterscheiben<B>27</B> und <B>28.</B> Die Richtung des Feldes in diesem Bereich der Konzentration des elektrischen Feldes entspricht wäh rend einer Halbwelle der Schwingung der Richtung, die durch die Pfeile<B>E</B> bezeichnet ist, während sich die Richtung während der anderen Halbwelle der Schwin- gung gegenüber der, die durch die Pfeile dargestellt ist, umkehrt.
Zur Erzeugung von einfachen Schwingungen in dem Hohlraum 20 werden die beweglichen Kontakte <B>38</B> und<B>38'</B> mit den festen Kontakten<B>39</B> und<B>39'</B> ver bunden, wobei der negative bzw. positive Pol der Batterie<B>35</B> bzw. <B>36</B> mit dem Gehäuse 21 verbunden wird. Anschliessend wird der Schalter 43 geschlossen, wodurch die Erzeugung von fortdauernden elektro magnetischen Schwingungen in dem Hohlraum 20 auf die folgende Weise eingeleitet wird: Es soll angenommen werden, dass während einer kurzen Zeit t in dem Hohlraum eine Schwingung statt findet. Eine solche kurzdauernde Schwingung kann durch einen Einschaltstoss I beim Schliessen des Schal ters 43 in dem Hohlraum erzeugt werden.
Während dieser Strom I in dem Hohlraum schnell in der Zeit t infolge von Verlusten in den Wänden des Hohlraumes abklingt, entsteht zur selben Zeit durch die vorüber gehende Schwingung in dem Hohlraum ein starkes elektrisches Feld<B>E</B> zwischen den Scheiben<B>27</B> und<B>28.</B> Dieses starke elektrische Feld verringert den Wider stand der Scheiben zwischen den jeweiligen Mittel punkten 45 und 47 und deren Umfang<B>29</B> bzw. <B>30.</B> Als Ergebnis dieser Wiederstandsabnahme fliesst ein zusätzlicher Strom Ai des Stromes i von der Batterie <B>35,</B> wie in Fig. <B>3</B> gezeigt,
vom Mittelpunkt 45 zum Umfang<B>29</B> der Scheibe<B>27.</B> In gleicher Weise fliesst ein zusätzlicher Strom<B>J</B> i' des Stromes i' von der Bat terie<B>36,</B> wie in Fig. 4 gezeichnet, vom Umfang<B>30</B> zum Mittelpunkt 47 der Scheibe<B>28.</B> Diese Zusatz ströme sind mehr als ausreichend zur Kompensation der Verluste, die der anfänglich entwickelte Strom I in den Wänden des Hohlraumes erlitten hatte. Die er wähnten Zusatzströme bewirken dadurch ein zusätz liches Anwachsen des elektrischen Feldes zwischen den Scheiben<B>27</B> und<B>28.</B> Dieses weitere Anwachsen des Feldes erzeugt ein weiteres Anwachsen des Strom flusses in jeder der Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> und ergibt so eine akkumulative Wirkung.
Diese akkumulative Wir kung, wie sie gerade beschrieben wurde, ist für die Erzeugung der Schwingungen verantwortlich. Wenn also einmal eine vorübergehende Schwingung in dem Hohlraum 20 durch das Schliessen des Schalters 43 angeregt wurde, werden die Schwingungen in dem Hohlraum durch die äussere Energie, die von den Energiequellen<B>35</B> und<B>36</B> geliefert wird, aufgeschau kelt und aufrechterhalten. Die Halbleiterscheiben<B>27</B> und<B>28</B> wirken in anderen Worten als veränderliche, negative Widerstände, die durch das elektrische Feld des Hohlraumes moduliert werden und dadurch in diesen Hohlraum einen gewissen Energiebetrag aus den Quellen<B>35</B> und<B>36</B> einspeisen.
Die eingespeiste Leistung dient zum Ausgleich der Verluste, die in dem Hohlraum auftreten, und bewirkt dementsprechend, dass die Schwingungen in dem Hohlruum aufrecht erhalten werden.
Zur Aufrechterhaltung der Schwingungen im Re sonanzhohlraum 20 ist es nötig, dass die aussen an gelegte Spannung (aus den Batterien<B>35</B> und<B>36)</B> zwi- sehen den Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> eine gewisse Spannung, die als euntere Grenzspannung"> bezeichnet werden sol!, überschreitet; der Wert der unteren Grenzspan nung ist dabei durch die Betriebsparameter des Hohl- raumkreises bestimmt. Wenn die aussen angelegte Spannung gerade gleich dieser unteren Grenzspannung ist, werden die Schwingungen in dem Hohlraum 20 Crerade nur aufrechterhalten.
In dem Masse, wie die aussen angelegte Spannung über diese untere Grenz- spannung erhöht wird, nimmt auch die Stärke der Hohlraumschwingungen zu, und über einen bestimm ten Bereich der Spannungserhöhung bis zu einer Oberen Grenzspannutup ist der Zusammenhang zwi schen der aussen angelegten Spannung und der Inten sität der Schwingungen linear. Oberhalb dieser oberen Gren7spannung hören die Schwingungen auf.
Aus diesem gerade beschriebenen Effekt kann man in der folgenden Weise Nutzen ziehen. Die Bat terien<B>35</B> und<B>36</B> (oder gleichwertige elektrische Ener giequellen), die in der Anordnung nach Fig. 2 benützt werden, können mit ihrer Ausgangsspannung so ge wählt werden, dass die äussere Gleichspannung, die zwischen den Scheiben<B>27</B> und<B>28</B> erscheint, einen Wert hat, der zwischen der unteren und der oberen Grenzspannung liegt. Nun werden die beweglichen Kontakte<B>38</B> und<B>38'</B> mit den festen Kontakten 40 und 40' verbunden, so dass die Modulationssignal- quelle 41 in Serie zu den Batterien<B>35</B> und<B>36</B> ge schaltet ist.
Im vorliegenden Falle soll angenommen werden, dass die Sig-nalquelle 41 eine Modulations- wechselspannung liefert. Diese Modulationswechsel- spannung wird der Gleichspannung, die von den Bat- lerien <B>35</B> und<B>36</B> geliefert wird, überlagert, so dass die aussen angelegte Spannung, die zwischen den Schei ben<B>27</B> und<B>28</B> erscheint,
eine Gleichspannungskom- ponente und eine Wechselspannungsmodulationskom- ponente enthält. Vorausgesetzt, dass die Modulations- komponente keine derartige Amplitude hat, dass der Wert der äusserlich angelegten Spannung die untere oder die obere Grenzspanrung überschreitet, bewirkt die Modulationskomponente der aussen angelegten Spannung eine lineare Amplitudenmodulation der elektromagnetischen Schwingungen in dem Hohlraum 20.
Diese Amplitudenmodulation der elektromagneti- sehen Schwingungen erscheint dann in der Energie, die -aus dem Hohlraum durch die koaxiale Leitung<B>50</B> ausgekoppelt wird. Selbstverständlich soll, wenn die Hohlraumschwingungen moduliert werden sollen, die höchste Frequenzkomponente des Modulationssignals wesentlich geringer sein als die Oszillationsfrequenz der Schwingungen im Hohlraum.
Das in Fig. <B>5</B> gezeigte Ausführungsbeispiel ent hält die Teile 21 bis<B>26</B> inklusive; die Teile<B>50</B> und<B>51</B> sind Gegenstücke zu den gleich bezeichneten Teilen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und werden deshalb in Verbindung mit Fig. <B>5</B> nicht mehr beschrie ben.
Aus Fig. <B>5</B> ist ersichtlich, dass eine ringförmig-- Platte <B>60</B> sich transversal über das Innere des zylin drischen Mantels 22 erstreckt und den Raum inner halb dieses Mantels in einen Eingangsresonanzhohl- raum <B>61</B> und einen Ausgangsresonanzhohlraum. <B>62</B> <B>C</B> unterteilt. Beide Hohlräume sind so ausgebildet, dass sich TMi..-Resonanz bei derselben Frequenz ergibt.
Über die Mittelöffnung der ringfönnigen Trenn platte<B>60</B> erstreckt sich eine Halbleiterscheibe<B>63,</B> so dass die untere Oberfläche dieser Scheibe eine Begren zungsfläche für den Hohlraum<B>61</B> und die obere Ober fläche dieser Scheibe eine Begrenzungsfläche für den Hohlraum<B>62</B> bildet. Die innenliegenden Enden der einspringenden Zylinder<B>25</B> und<B>26</B> sind jeweils durch Platten 64 und<B>65</B> aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer, abgeschlossen.
Äussere elektrische Energie zur Erregung des Hohlraumes<B>62</B> wird durch eine Energiequelle<B>70,</B> die in Fig. <B>5</B> durch eine Batterie symbolisiert ist, geliefert. Der positive Pol der Batterie<B>70</B> kann über einen Schalter<B>71</B> und eine Leitung<B>72</B> an den Mittelpunkt der Platte 64, die den einspringenden Zylinder<B>25</B> ab schliesst, angeschlossen sein. Der negative Pol der Bat terie<B>70</B> ist mit dem festen Kontakt<B>73</B> eines Schalters verbunden, der einen weiteren festen Kontakt 74 und einen beweglichen Kontakt<B>75</B> besitzt, welcher letz tere wahlweise mit den festen Kontakten<B>73</B> oder 74 verbunden werden kann.
Der negative Pol der Batterie <B>10</B> ist zusätzlich noch mit einem Anschluss einer Mo- dulationssignalquelle <B>76</B> verbunden, deren anderer Anschluss am festen Kontakt 74 liegt. Der bewegliche Kontakt<B>75</B> ist über eine Leitung<B>77</B> mit dem Mittel punkt<B>78</B> der Schefbe <B>63</B> verbunden. Die Leitung<B>77</B> kann diesen Mittelpunkt<B>78</B> über eine Isolierungsein- führung (nicht dargestellt) erreichen, die in einer klei nen öffnung in der Wand des Zylindermantels 22 vorgesehen ist.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 be steht die Halbleiterscheibe<B>63</B> aus einer Schicht eines Halbleitermaterials, die eine monokristalline innere Struktur besitzt. Der Umfang<B>80</B> dieser Halbleiter scheibe<B>63</B> befindet sich ebenfalls wie vorher im elek trischen Kontakt mit dem Rand der Mittelöffnung der ringförmigen Platte<B>60.</B> Die Dicke der Scheibe<B>63</B> stimmt im wesentlichen mit dem Wert der Eindring- tiefe für das leitende Material des Gehäuses des Re sonanzhohlraumes bei der Frequenz der Schwingun gen in den Hohlräumen<B>61</B> und<B>62</B> überein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>5</B> ist unter anderem geeignet, als Verstärker von elektromagneti- sehen Schwingungen zu arbeiten, die in den Hohlraum <B>61</B> eingespeist werden. Die Einspeisung kann durch die Eingangskoaxialleitung <B>85</B> bewirkt werden, deren Innenleiter<B>86</B> eine einfache Koppelschleife im Hohl raum<B>61</B> bildet und die durch die Koaxialleitung über tragenen Schwingungen in den Hohlraum einkoppelt.
Das in Fig. <B>5</B> dargestellte Ausführungsbeispiel ar beitet als ein Verstärker für elektromagnetische Wel len, wenn es in der folgenden Weise betrieben wird. Angenommen, amplitudenmodulierte elektromagne tische Wellen werden in den Hohlraum<B>61</B> durch die Koaxialleitung <B>85</B> eingekoppelt und erregen dort Schwingungen in der TM"i-Resonanz. Für eine ein- fache Verstärkung wird der bewegliche Kontakt mit dem festen Kontakt<B>73</B> verbunden und anschliessend der Schalter<B>71</B> geschlossen.
Dadurch entsteht eine äusserlich angelegte Gleichspannung zwischen der Ver bindung des Leiters<B>72</B> mit der Abschlussplatte 64 und dem Mittelpunkt<B>78</B> der Scheibe<B>63.</B> Gleichzeitig erzeugt das zwischen der Scheibe<B>63</B> und der Ab- schlussplatte <B>65</B> im Hohlraum<B>61</B> konzentrierte elek trische Feld (in derselben Weise, wie in Verbindung mit FiLy. 2 beschrieben wurde) hochfrequente Ände- rungen der Leitfähigkeit der Scheibe<B>63</B> zwischen ihrem Mittelpunkt<B>78</B> und ihrem Umfang<B>80.</B> Die Scheibe<B>63</B> bildet aber nicht nur eine Beorenzun,
-s- fläche für den Hohlraum<B>61,</B> sondern auch eine Be- Clrenzungsfläche für den Hohlraum<B>62.</B> Dementspre chend erzeugen die Gleichspannung, die von der Bat terie<B>70</B> geliefert wird, und die Änderungen der Leit fähigkeit, die in der Scheibe<B>63</B> durch die Schwingun gen im Hohlraum<B>61</B> hervorgerufen werden, durch ihr Zusammenwirken elektromagnetische Schwingungen der TMI,1-Resonanz in dem Resonanzhohlraum <B>62.</B> Die so in dem Hohlraum<B>62</B> erzeugten Schwingungen besitzen eine grössere Energie als die Schwin,-,ungen, die im Hohlraum<B>61</B> angeregt wurden.
Dementspre chend wirkt die Anordnung nach Fig. <B>5</B> als Verstär ker, wobei der Energiebetrag, der aus der Anordnung über die Koaxialleitung <B>50</B> ausgekoppelt werden kann, den Energiebetrag, der der Einrichtung über die Koaxialleitung <B>85</B> zugeführt wird, überschreitet.
Obwohl die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. <B>5</B> als Verstärker beschrieben wurde, ist diese Anordnung auch noch geeignet, genau so gut andere elektrische Funktionen zu erfüllen. Das heisst, für einen gegebenen Intensitätspegel der Schwingungen im Hohlraum<B>61</B> existiert für die Gleichspannung, die dem Hohlraum<B>62</B> zugeführt wird, ein unterer, kriti scher Wert, bei welchem die Schwingungen gerade im Hohlraum<B>62</B> beginnen, und ein oberer kritischer Wert, bei welchem die Schwingungen im Hohlraum<B>62</B> aufhören.
Diese kritischen Werte für die Einrichtung nach Fi-. <B>5</B> sind nicht die gleichen wie die untere und obere Grenzspannung, die in Verbindung mit der An- ordnun-, nach Fig. 2 erwähnt wurden. Dementspre chend existiert für einen gegebenen Wert der Gleich spannung eine obere kritische Intensitätsgrenze für die Schwin--un2en im Hohlraum<B>61,</B> derart, dass Schwin gungen in diesem Hohlraum von grösserer Intensität als dem oberen kritischen Wert keine Schwingungen im Hohlraum<B>62</B> erzeugen, während Schwingungen im Hohlraum<B>61</B> von einem geringeren Intensitätswert als dem oberen kritischen Wert Schwingungen im Hohl raum<B>62</B> hervorrufen.
Angenommen, dass die Schwingungen im Hohl raum<B>61</B> amplitudenmoduliert sind, so dass die Schwin gungen in ihrer Intensität zwischen oberen und un teren Grenzwerten schwanken. Weiter soll angenom men werden, dass die Gleichspannung einen derarti gen Wert besitzt, so dass der obere kritische Wert für die Schwingungsintensität im Hohlraum<B>61</B> zwischen die obere und die untere Grenze der Intensitäts- schwankungen im Hohlraum<B>61</B> fällt.
Daraus ergibt sich, dass im Hohlraum<B>62</B> immer dann Schwingun gen erzeugt werden, wenn die Schwingungen im Hohl raum<B>61</B> in ihrer Intensität unter ihrem kritischen Intensitätswert schwanken und im Hohlraum<B>62</B> immer dann keine Schwingungen erzeugt werden, wenn die Schwankungen der Intensität im Hohlraum <B>61</B> ihren kritischen Wert überschreiten.
Wenn die Am- plitudenmodulation der Schwingungen im Hohlraum <B>61</B> einen sinusförmigen Charakter hat und wenn der obere kritische lntensitätswert für diese Schwingungen -so eingestellt ist, dass er in der Hälfte zwischen der oberen und der unteren Grenze der Amplitudenmodu- lationsschwankungen liegt, geben die Schwingungen im Hohlraum<B>62</B> die Amplitudenmodulation der Schwingungen im Hohlraum<B>61</B> nur für die negativen Halbwellen der Modulation wieder.
Die Anirdnuno, nach Fig. <B>5</B> ist daher, "venn sie entsprechend betrie ben wird, geeignet, ähnlich wie ein Gleichrichter zu wirken, was zur Demodulation der Amplituden- modulation ausgenützt werden kann.
Die Anordnung nach Fig. <B>5</B> ist ebenso geeignet, elektromagnetischen Schwingungen eine Amplituden- modulation aufzudrücken. Für ein einfaches Beispiel einer solchen Amplitudenmodulierung soll angenom men werden, dass die Eingangsspannung, die Schwin gungen einer gegebenen konstanten Intensität im Hohlraum<B>61</B> erregt, unmoduliert ist.
Weiterhin sei an genommen, dass die Gleichspannung aus der Batterie <B>70</B> zwischen dem oberen und dem unteren kritischen Wert hierfür liegt, der dem angenommenen konstan- Len Intensitätspegel der Schwingungen im Hohlraum<B>61</B> entspricht.
Der bewegliche Kontakt<B>75</B> wird nun mit dem festen Kontakt 74 verbunden und schaltet damit die Modulationssignalquelle <B>76</B> in Reihe mit der Bat terie<B>70.</B> Durch diese Reihenschaltung besteht die aussen an den Hohlraum<B>62</B> angelegte Spannung aus einer Gleichspannungskomporente und einer Modula- tionskomponente;
die letztere stammt dabei von der Quelle<B>76.</B> Solange die Spannungsamplituden in der Modulationskomponente kein überschreiten der er wähnten kritischen Werte (bei denen die Schwingun gen im Hohlraum<B>62</B> aufhören) durch die Schwankun gen derModulationskomponente verursachen, werden im Hohlraum<B>62</B> fortlaufend Schwingungen erzeugt, deren Intensität in Abhängigkeit von der Modulations- komponente der aussen angelegten Spannung moduliert ist.
Durch Wahl eines entsprechenden Wertes der Gleichspannungskomponente und entsprechender Werte der Spitze-zu-Spitze-Spannungen der Modula- tionskomponente ist es möglich, in der beschriebenen Weise eine lineare Modulations zu erhalten.
In Fig. <B>6</B> ist eine Abwandlung des Oszillators nach Fig. 2 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>6</B> <B>Z,</B> e unterscheidet sich von dem nach Fig. 2 in folgenden Punkten: Erstens ist in Fig. <B>6</B> die Platte 24 kreisförrnig mit durchgehendem Radius und nichtringförmig; der einspringende Zylinder<B>26</B> und die Halbleiterscheibe <B>28</B> (Fig. 2) sind weggefallen.
Zweitens ist in Fig. <B>6</B> der in Fig. 2 dargestellte, ausserhalb des Resonanz- hohlraumes befindliche Kreis durch eine einzelne Bat terie<B>90</B> und einen in Serie geschalteten, einfachen Ein-Aus-Schalter <B>91</B> (zur Vereinfachuno, der Erklä rung) ersetzt.
Selbstverständlich kann jedoch die Mo- dulationssignalquelle, die in Fig. 2 dargestellt war, ge- wünschtenfalls auch bei dem in Fig. <B>6</B> dargestellten Ausführungsbeispiel zu Modulation der im Hohlraum erzeugten Schwingungen verwendet werden.
Das Ausführunggsbeispiel nach Fig. <B>6</B> arbeitet in derselben Weise wie das in Fig. 2.
Fig. <B>7</B> zeigt eine Abbildung eines anderen Aus führungsbeispiels nach Fi-. <B>6.</B> Es ist ersichtlich, dass sich die Einzelteile der Fig. <B>7</B> in einer Lage befinden, die dadurch entsteht, dass man die Anordnung nach Fig. <B>6</B> auf den Kopf stellt. So ist beispielsweise in Fig. <B>6</B> die kreisförmige Platte 24 am Boden des Reso nanzhohlraumes angeordnet, während sie in Fig. <B>7</B> den oberen Abschluss der Hohlraumanordnung bildet.
Fig. <B>7</B> ist deshalb von Interesse, da sie verschie dene Merkmale zeigt, die vorzusehen sich in der Praxis bei der betrachteten Anordnung als sehr nütz lich erweisen kann. Es ist bezüglich dieser nützlichen Merkmale ersichtlich, dass die ringförmige Platte<B>23</B> radial über den zylindrischen Mantel 22 hinaus ver grössert ist und einen ringfönnigen Flansch<B>95</B> bildet.
Koaxial zu dieser Platte<B>23</B> ist in einem gewissen axialen Abstand in Richtung vom Hohlraum 20 weg eine weitere ringförmige Platte<B>96</B> angeordnet, die dieselben inneren und äusseren Radien besitzt wie die ringförmige Platte<B>23.</B> Zwischen den ringförinigen Platten<B>23</B> und<B>96</B> ist eine Scheibe<B>97</B> aus einem durchgehenden dielektrischen Material, wie beispiels weise Polystyrol, angeordnet.
Der äussere Radius der vergrösserten Platte<B>23,</B> der Platte<B>96</B> und der Scheibe <B>97</B> ist durch folgende Formel gegeben:
EMI0007.0028
wobei<I>n</I> eine ungerade ganze Zahl, # die Wellenlänge entsprechend der Resonanzfrequenz des Hohlraumes 20 und<B>-</B> die Dielektrizitätskonstante des Materials der Scheibe<B>97</B> bedeuten. n besitzt vorzugsweise den Wert<B>1.</B>
Wie später noch genauer beschrieben werden wird, kann die Anordnung aus der Platte<B>23,</B> die durch den Flansch<B>95</B> vergrössert ist, der Platte<B>96</B> und der dielektrischen Scheibe<B>97</B> als Wellensperre arbeiten. Durch die dielektrische Scheibe<B>97,</B> deren mechani scher Radius kleiner als bei Verwendung von Luft als Dielektrikum ist, kann die Wellensperre eine gegebene elektrische Welle erhalten. Die Verwendung eines festen Dielektrikums vereinfacht auch die Halterung der einzelnen Teile.
Der sich von der Platte<B>23</B> in den Hohlraum 20 erstreckende Zylinder<B>25</B> besitzt als Gegenstück einen Hohlzylinder<B>100,</B> der die kreisförmige Öffnung der ringförmigen Platte<B>96</B> umgibt und sich von dieser öffnunor nach aussen, also vom Hohlraum 20 und dem Zylinder<B>25</B> weg, erstreckt. Elektrisch betrachtet, wirken die Zylinder<B>25</B> und<B>100</B> als der durchgehende Aussenleiter einer Koaxialleitung, deren innerer Lei ter in Fig. <B>7</B> durch den Stab<B>101</B> gebildet wird.
Dieser Stab bildet die Mittelelektrode für die Halbleiter scheibe<B>27.</B> Der Stab<B>101</B> verläuft wie gezeichnet nach oben durch den Zylinder<B>100,</B> tritt dann durch eine kleine Öffnung in der Scheibe<B>97</B> durch und läuft dann weiter nach oben durch den Zylinder<B>25,</B> bis er am Mittelpunkt 45 der Halbleiterscheibe<B>27</B> endet. Der untere Teil des Stabes<B>101</B> liegt in einer Öffnung" eines ringförmigen Abstimmkolbens 102, der auf dem Stab gleiten kann und eine axiale Justierung des Ab- stimmkolbens innerhalb des Zylinders<B>100</B> erlaubt. Ein Handgriff<B>103</B> am Abstimmkolben erlaubt eine bequeme Justierung.
Der Abstimmkolben 102 bildet einen hochfre- quenten Abschluss bzw. einen Kurzschluss für die Ko- o <B>,</B> urch die Zylinder<B>25</B> axialleitung deren Aussenleiter<B>d</B> und<B>100</B> und deren Innenleiter durch den Stab<B>101</B> gebildet wird.
Durch Justierung der axialen Lage des Abstimmkolbens kann die Impedanz dieser Koaxial- leitung an die Impedanz des Resonanzhohlraumes 20 angepasst werden. Eine flexible Leitung 104 kann wie gezeichnet den Zylinder<B>100</B> mit dem Stab<B>101</B> verbinden und so einen Gleichstromweg vom ersten zum letzteren bilden.
In Fig. <B>7</B> sind die Batterien<B>90</B> und der Schalter <B>91</B> mit der Resonanzhohlraumanordnung über zwei Hochfrequenzdrosseln <B>110</B> und<B>111</B> verbunden.
Fig. <B>8</B> zeigt ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, das mit Bauteilen versehen ist, die koaxiale Leitungen bilden, die zu den Halbleiterscheiben<B>27</B> und<B>28 füh-</B> ren; ferner sind Bauelemente vorgesehen, die Wel lensperren bilden, die die hochfrequente Modulation, die im Gleichstrom aufgedrückt ist, von den Batterien <B>35</B> und<B>36</B> fernhalten sollen.
(In dieser Figur wurde der äussere Kreis für den Resonanzhohlraum wieder in einer vereinfachten Form dargestellt, der dann Ver wendung finden kann, wenn keine Modulation des Signals erfolgen soll.) Wie aus Fig. <B>8</B> ersichtlich ist, besitzt jede der Halbleiterscheiben<B>27</B> und<B>28</B> eine ge trennte Koaxialleitung, an die sie angeschlossen ist, und eine getrennte Wellensperre.
Diese Koaxialleitun- gen und Wellensperren nach Fig. <B>8</B> brauchen nicht im einzelnen erläutert zu werden, da sie der Koaxiallei- tung und Wellensperre, die in Verbindung mit Fig. <B>7</B> beschrieben wurde, entsprechen.
Selbstverständlich kann das in Fig. <B>5</B> gezeichnete Ausführungsbeispiel mit Koaxialleitungen und Wel lensperren in derselben Weise, wie in Verbindung mit Figg. <B>8</B> beschrieben wurde, ausgerüstet sein.
Figg. <B>9</B> ist eine Abwandlung des in Fig. <B>5</B> gezeig ten Ausführungsbeispiels, bei dem die Leitung<B>77,</B> die durch den Resonanzhohlraum<B>61</B> führt, entfallen kann, Durch das Wegfallen dieser Leitung bleibt die Symmetrie des Hohlraumes<B>61</B> erhalten, und er arbei tet mit besserem Nutzeffekt.
Dies wird dadurch er reicht, dass man die Halbleiterscheibe<B>63</B> (Fig. <B>5)</B> in der Öffnung der Trennplatte<B>60</B> durch ein dünnes, elektrisch leitendes Fenster<B>110</B> (Fig. <B>9)</B> und die lei- tende Platte 64 (Fig. <B>5),</B> welche das untere Ende des einspringenden Zylinders<B>25</B> abschliesst, durch eine Halbleiterscheibe<B>111</B> (Fig. <B>9)</B> ersetzt.
Das Fenster<B>110</B> kann als sehr dünne Folie eines elektrisch leitenden Materials, wie beispielsweise Kup fer oder Aluminium, ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Stabilität kann das Fenster<B>110</B> aus einer dünnen metallischen Schicht bestehen, die auf einer dünnen (nicht dargestellten) Scheibe aus einem dielektrischen Material (wie z. B. Glimmer) besteht und die in der öffnunor der ringförmigen Trennplatte<B>60</B> befestigt ist. Das Fenster<B>110</B> soll genügend dünn sein, um eine übertragung eines Teils der elektromagnetischen Schwingungsenergie im Hohlraum<B>61</B> durch das Fen ster in den Hohlraum<B>62</B> zu erlauben.
Eine solche übertragung von elektromagnetischer Energie findet statt, wenn die Dicke des Fensters kleiner ist als die durch den Skineffekt hervorgerufene Eindringtiefe, die für das Fenster bei der Frequenz der Schwingungen im Resonanzhohlraum<B>61</B> charakteristisch ist.
Um möglichst g L gute Ergebnisse zu erzielen, sollte das Fen- ster so dünn wie mö ich<B>a</B> macht werden.
gl #e Wie aus der vorhergegangenen Diskussion zu er warten ist, sind die Abmessungen der Halbleiter scheibe<B>111</B> optimal, wenn ihre Dicke gleich oder wenigstens annähernd gleich dem Wert der Eindring- tiefe ist, der für das leitfähigge Gehäuse des Resonanz hohlraumes bei der Resonanzfrequenz des Hohlrau mes<B>62</B> charakteristisch ist. Die Scheibe<B>111</B> besitzt im Inneren eine monokristalline Struktur. Die Quer leitfähigkeit der Halbleiterschicht<B>111</B> wird durch die elektromagnetische Schwingungsenergie moduliert, die durch das Fenster<B>110</B> übertragen wird.
Diese Modu lation der Leitfähigkeit dient dazu, dem durch die Schicht<B>111</B> fliessenden Gleichstrom eine hochfre- quente Modulation aufzudrücken, die zur Verstär kung der übertragenen Schwingungsenergie dient. Auf diese Weise kann der Betrag der elektromagnetischen Energie im Hohlraum<B>62</B> grösser als der Betrag durch das Fenster<B>110</B> übertragenen Energie gemacht wer den;
in Wirklichkeit kann er sogar wesentlich grösser Cre <B>,</B> macht werden als der Betrag der Energie der elek tromagnetischen Schwingungen im Hohlraum<B>61.</B> Die Anordnung nach Fig. <B>9</B> ist deshalb in der Lage, wie die Anordnung .> nach Fig. <B>5</B> beispielsweise die Funk- tion eines Verstärkers auszuüben.
In ähnlicher Weise, wie in Verbindung mit Fig. <B>7</B> und<B>8</B> beschrieben wurde, kann das Ausführungsbei spiel nach Fig. <B>9</B> mit einer Koaxialleitung versehen sein, die zu der Halbleiterscheibe<B>111</B> führt, ebenso kann eine Wellensperre vorgesehen sein.
Weiterhin kann, trotzdem der Gleichstromkreis ausserhalb des Resonanzhohlraumes in einer vereinfachten (aber ver wendungsfähigen) Form in Fig. <B>9</B> gezeichnet wurde, in diesen äusseren Kreis gewünschtenfalls eine Signal quelle eingefügt sein, die der Gleichstromkomponente, die der Resonanzhohlraumanordnung zugeführt wird, eine Modulationskomponente aufdrückt.
Von den Vorzüggen der beschriebenen Anordnun gen soll vor allem erwähnt werden, dass diese Einrich- tungen durch ein hohes Verhältnis der Signalampli tude zur Rauschamplitude gekennzeichnet werden, da keine geheizte Kathode vorhanden ist. Diese Einrich tungen sind deshalb beispielsweise besonders als Quel len einer lokalen Mikrowellenschwingung geeignet, die der Mischstufe eines Mikrowellenempfängers zu geführt wird, um eine Frequenzumsetzung eines über den freien Raum übertragenen und durch eine an den Empfänger angekoppelte Antenne empfangenen Mi krowellensignals nach unten zu bewirken.
Um einige praktische Massangaben für die Dimen sionen zu geben, die die Einrichtungen gemäss der vor liegenden Erfindung besitzen, sei erwähnt, dass bei <B>3000</B> MHz die Eindringtiefe für ein leitfähiges Ge häuse aus Kupfer einen Wert besitzt, dessen obere Grenze etwa von der Grössenordnung eines Mikrons ist. Die Eindringtiefe für ein leitfähiges Gehäuse aus Silber ist etwas geringer als der Wert für Kupfer.
Für einen optimalen Nutzeffekt sollten, wie bereits er wähnt, die Dicken der Halbleiterschichten, die in den beschriebenen Mikrowellenanordnungen Verwendung finden, einen Wert besitzen, der gleich oder wenig stens sehr annähernd gleich den Werten für die Ein- drin,-tiefe des leitfähigen Gehäuses ist. Wenn also die Betriebsfrequenz<B>3000</B> MHz beträgt und das leit fähige Gehäuse aus Kupfer besteht, sollte die Dicke der Halbleiterschichten als obere Grenze einen Wert von der Grössenordnung eines Mikrons besitzen.
Ebenso sollte für eine Betriebsfrequenz von<B>3000</B> MHz und ein leitfähiges Gehäuse aus Kupfer die Dicke des Fensters<B>110</B> in Fig. <B>9</B> einen Wert haben, dessen obere Grenze in der Grössenordnung eines Mikrons liegt.
Bei den hier beschriebenen Halbleiterkörpern ist die Leilfähigkeit dieser Körper quer zum inneren elek trischen Feld nicht nur von der Stärke, sondern auch von der Richtung des Feldes abhängig. Genauer ge sagt, wenn das Feld die eine Richtung längs der dün nen Abmessung des Körpers hat, wird die Querleit fähigkeit des Körpers im Verhältnis zu seiner Quer leitfähigkeit bei Abwesenheit eines elektrischen Fel des vergrössert, wenn jedoch das Feld die umgekehrte Richtung längs der dünnen Abmessung des Körpers hat, wird die Querleitfähigkeit des Körpers im Ver hältnis zur Querleitfähigkeit bei der Abwesenheit eines Feldes verringert.
Es dürfte ersichtlich sein, dass die vorstehende Be schreibung vereinfacht wurde, indem die Variationen der Leitfähigkeit der beschriebenen Halbleiterkörper nur der Wirkung der elektrischen Feldkomponente der elektromagnetischen Schwingungen zugeschrieben wurden. In Wirklichkeit sind aber die Halbleiterkör per in den Anordnungen nach Fig. 2 und<B>5</B> bis zu einem gewissen Grade auch mit der magnetischen Komponente der elektromagnetischen Schwingungen gekoppelt; diese magnetische Feldkomponente hat auch einen gewissen Einfluss auf die Leitfähigkeit der Körper. Der Einfluss der elektrischen Feldkomponente ist jedoch vorherrschend.
Die im vorstehenden beschriebenen Anordnungen sind nur als Ausführungsbeispiele gedacht; selbstver ständlich umfasst der Erfindungsgedanke auch Aus führungen, die in ihrer Form oder in Einzelheiten von den, oben beschriebenen Ausführungsformen ab weichen.
So ist es beispielsweise möglich, mit den An ordnungen nach Fig. 2 und<B>5</B> eine intermittierende Modulation, wie beispielsweise Impulsmodulation, vor zunehmen, indem man eine Gleichspannung anlegt, die den Wert übersteigt, bei welchem im Hohlraum 20 bzw. <B>62</B> die Schwingungen aussetzen und mittels der Modulationskomponente bewirkt, dass die äusserlich angelegte Spannung periodisch unter diesen Wert fällt, so dass während dieser Zeit, während der die äusserlich angelegte Spannung unterhalb der oben- ,enannten Grenze liegt, in diesem Hohlraum Schwin gungen entstehen.
Die Modulationssignale müssen nicht notwendig Wechselstromsignale sein, es können vielmehr Signale sein, die von einem Bezugswert in negativer oder in positiver Richtung abweichen. In allen Ausführungsbeispielen können die entsprechen den Halbleiterschichten zur Erreichung einer grösseren Stabilität von entsprechenden Unterlagen getragen werden, die im Falle der Ausführungsbeispiele nach Fig. <B>5</B> und Fig. <B>9</B> jedoch aus dielektrischem Material bestehen sollten. Weiterhin können die beschriebenen Koaxialleitungen und Wellensperren durch entspre chende andere Anordnungen ersetzt werden.