DE668886C - Mit Neuemission arbeitende Entladungsroehre und Verfahren zum Betrieb einer solchen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. DEZEMBER 1938

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 668886 KLASSE 21g GRUPPE 1319

Ernest Gustaf Lindner in Philadelphia, V. St. A.

ist als Erfinder benannt worden.

Radio Corporation of America in New York, V. St. A.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. November 1936 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsvorrichtungen, bei denen ein primärer Elektronenstrom, der beispielsweise von einer Glühkathode oder von einer belichteten lichtempfindlichen Oberfläche ausgeht, durch Verwendung der Erscheinung der Neuemission (Sekundäremission) verstärkt wird.

Wenn eine Elektrode einer .Beschießung durch Elektronen ausgesetzt wird, sendet sie Neuelektronen aus. Das Verhältnis der Zahl der Neuelektronen zur Zahl der Primärelektronen hängt zum Teil vom Charakter der beschossenen Oberfläche und zum Teil von der Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche und der Elektronenquelle ab. Es ist z. B. ein Verhältnis von fünf oder mehr Neuelektronen für ein aufprallendes Elektron mit in bekannter Weise vorbehandelten Metalloberflächen und mit Entladungen bei 300 bis 400 Volt leicht erhältlich.

Die Verwendung von Elektronenvervielfachern zur Gleichrichtung, Verstärkung und Erzeugung von verhältnismäßig niedriger Hochfrequenz in den letzten Jahren war von beträchtlichem Erfolg begleitet. Versuche jedoch, die bisher bekannten Röhren dieser Art für Ultrakurzwellen (beispielsweise für Dezimeterwellen) zu verwenden, haben entweder vollkommen danebengeschlagen oder führten zu unzuverlässigen und unwirtschaftliehen Röhren. Das mag darauf beruhen, daß die bloße Anwesenheit der Vervielfacherelektroden zu einer übergroßen Kapazität führt, oder daß ihre Lage bezüglich der anderen Elektroden so war, daß die Elektronenlaufzeit zu groß wurde.

Das Ziel der Erfindung besteht demnach darin, eine mit Neuemission arbeitende Entladungsröhre zu schaffen, die auch für ultr; hohe Frequenzen verwendbar ist. Die E] trodenkapazität und die Elektronenlauf: sollen eine kleine Größe besitzen. Ferner das Verhältnis der Neuelektronen zu den Pn* märelektronen bei vorgegebenem Elektrodenmaterial größer gemacht werden. Schließlich ίο soll die Wirtschaftlichkeit eines Kurzwellenoszillators verbessert werden.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Eine erfindungsgemäß verwendbare Röhre ist in Abb. ι perspektivisch dargestellt. Es ist eine magnetisch gesteuerte Röhre mit geschlitzter Anode. Sie besteht aus einem hochevakuierten Kolben i, auf dessen Quetschfuß 3 eine Reihe von Elektroden aufgebaut ist. Es sind zwei Anöden 5 und 7 vorgesehen, von denen jede die Form eines Halbzylinders hat. Getragen werden die Anoden 5 und 7 von den leitenden Streben 9 und 11, die in das dem Quetschfuß gegenüberliegende Ende des Kolbens eingeschmolzen sind. Die Streben bilden gleichzeitig eine Lecherleitung zur Fortleitung der Energie in den Außenraum.

Zur zusätzlichen Abstützung der Anoden 5 und 7 dient eine Stange 6, die die Leiter 9 und 11 mechanisch und elektrisch in einem Knotenpunkt der Lecherleitung verbindet, wenn die Röhre bei der gewünschten Hochfrequenz arbeitet. Die Stange 6 wird in der Mitte unterstützt von einer anderen Stange 8 mit Hilfe eines Drahtes 10 und einer Glasperle 12. Außer der Aufgabe, die Anoden abzustützen, dient die Stange 6 auch als Kurzschluß zwischen diesen für alle Schwingungen, die eine niedrigere Frequenz haben als die gewünschte.

Die Kathode 13 besteht aus einem geraden Glühdraht, der koaxial bezüglich der Anoden 5 und 7 angeordnet und an jedem Ende von Leitern 15 und 17 getragen wird, die im +5 Quetschfuß 3 eingeschmolzen sind.

Mit Hilfe der Magnetspulen 19 wird ein starkes Magnetfeld konstanter Intensität erzeugt, dessen Kraftlinien im wesentlichen parallel zur Achse der Anoden und der Kathode verlaufen. Die Kraftlinien können aber wohlgemerkt auch einen kleinen Winkel zur Achse der Anoden bilden.

Erfindungsgemäß werden elektrostatische Endplatten 21 und 23 vorgesehen, deren Innenflächen durch Cäsium geeignet vorbehandelt sind, um sie zu Neuemission zu befähigen. Diese Platten 21 und 23 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Anoden 5 und7 in irgendeiner geeigneten Weise angebracht, beispielsweise mit Hilfe von Streben 25 bzw. 27, die aus dem Quetschfuß herausragen. Die neuemissionsfähigen Endplatten werden gegenüber der Kathode 13 auf positivem Potenzial gehalten. Im allgemeinen werden die ifektrostatischen Platten auf dem gleichen IjStential gehalten, obwohl es in einigen Fäll'ffn wünschenswert sein kann, ihnen eine ge-"■'wisse Potentialdifferenz mitzuteilen.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Elektronenvervielfachers wird an Hand der Abb. 2, die einen Querschnitt durch die Elektrode in vergrößertem Maßstabe darstellt, verständlich. In der Abbildung ist die ungefähre Verteilung der elektrostatischen Kraftlinien angedeutet, und zwar ist diese Verteilung die des in der Zeichenebene verlaufenden Feldes. Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die Kraftlinien in der linken oberen und der rechten unteren Hälfte der Abbildung nicht eingezeichnet. Wie in Abb. 1 sind die Kathode mit 13, die Anode mit 7 und die neu-■ emissionsfähigen Endplatten mit 21 und 23 bezeichnet.

Die nach oben und parallel zur Kathode verlaufenden punktierten Schraubenlinien 31 und die ähnlich nur entgegengesetzt, d.h. nach unten verlaufenden Schraubenlinien 33 zeigen den typischen Weg eines primären Elektrons für den Fall, daß das magnetische und das elektrische Feld auf eine solche Stärke eingestellt ist, daß die Röhre mit höchster Wirtschaftlichkeit arbeitet. Unter diesen Bedingungen bewegen sich die aus der Kathode austretenden Primärelektronen 31 und 33 längs Schraubenbahnen zur nächsten Endplatte. Die Grenze der Elektronenbahnen in der zur Kathode senkrechten Richtung ist durch die Einstellung des Magnetfeldes und in gewissem Maße durch das Anodenpotential bestimmt. In keinem Falle ist aber die Intensität dieses Feldes und/oder das Anodenpotential derart, daß die Primärelektronen die Anoden 7 und 5 streifen oder anderswie berühren können. Durch das von den Endplatten erzeugte elektrostatische Feld werden die Primärelektronen dorthin beschleunigt, so daß sie gegen die Endplatten prallen und dort Neu- oder Stoßelektronen 31', 33 auslösen. Die ausgelösten Neuelektronen 31', 33' wer- : den ihrerseits zur stärker positiven Anode 7 gezogen. Auch sie beschreiben auf ihrem Wege zu dieser Elektrode gekrümmte Bahnen. Ein sehr realer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektronenvervielfachers besteht im folgenden: Das Verhältnis der Neuelektronen zu den Primärelektronen ist größer als mit den bisherigen Vorrichtungen zu erzielen war. Das beruht darauf, daß die große Mehrzahl derPrimärelektronen(3i,33) die neuemissionsfähigen Elektronen 21, 23 notwendigerweise unter einem spitzen Winkel treffen, so daß sie diese Fläche nur streifen, Dadurch werden

mehr Neuelektronen ausgelöst, als wenn die Flächen senkrecht getroffen werden. Das Aufprallen unter einem spitzen Winkel ergibt für Elektronen hoher Geschwindigkeit eine größere Ergiebigkeit, da sie weniger tief in das Metall eindringen, so daß die Neuelektronen leichter entweichen können.

Die eben beschriebene Erscheinung ist besonders für Röhren für Ultrahochfrequenz

to vorteilhaft, da es unter dieser Bedingung nicht immer angängig ist, eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Vervierfacherstufen in einem einzigen Kolben anzuordnen, wiie es bei Röhren für niedrige Frequenzen üblich ist.

Man darf aus obiger Beschreibung nicht schließen, daß die Erfindung genau auf die in Abb. ι dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. Ganz offenbar kann nämlich die zweiteilige Elektrode 5, 7 durch eine einzige

ao Anode ersetzt werden, wobei dann auch die zweiteilige Zuleitung 9 und 11 überflüssig wäre. Ferner kann an Stelle der in Abb. 1 dargestellten Glühkathode 13 auch eine lichtempfindliche Elektrode 53, Abb. 3, als Quelle

der Primärelektronen benutzt werden. Abb. 3 zeigt einen Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Elektroden symmetrisch um die mittlere Achse eines lichtdurchlässigen Kolbens 1 angeordnet sind. Die längs dieser Achse verlaufende lichtempfindliche Primärquelle 53 wird von einem einheitlichen beiderseitig offenen Anodenzylinder 55 vollkommen umhüllt. Die Anode 5 5 besteht aus Drahtnetz oder ist in anderer Weise durchbrochen ausgeführt, um das von einer äußeren Quelle oder auch von einem Spiegel 65 kommende Licht (welches entweder von gleicher Intensität oder fluktuierend sein kann) auf die lichtempfindliche Kathode 53 auffallen zu lassen. In der Nähe jedes Endes ist eine Endplatte 61, ohne die Anode zu berühren, angeordnet, wie bereits im Zusammenhang mit Abb. 1 beschrieben wurde. Die Innenflächen dieser Elektroden sind mit Cäsium oder einem anderen geeigneten Material behandelt, um sie zu Neuemission zu befähigen.

Abb. 4 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Röhre zur Erzeugung von ultrahochfrequenten Schwingungen. Die Anode 55_a, von der angenommen sei, daß sie aus einem Stück besteht, dient nicht als Ausgangselektrode, sondern soll die Primärelektronen beschleunigen und die von den emittierenden Elektroden ausgehenden Neuelektronen auffangen. Benutzt wird die negative Widerstandscharakteristik, die man im Endplattenkreis wegen der Neuemissionscharakteristik dieser Elektroden 6i_a, 63_a erhält. Die Endplatten sind über einen abgestimmten L-C-Kreis miteinander verbunden, die Ausgangsenergie wird durch geeignete Ankopplung, in der Zeichnung symbolisch durch die Spule 0, P angedeutet, abgenommen. Durch den in die Magnetspule 19 einge- ⁶S zeichneten Pfeil und das an der Spannungs-. quelle B₁ liegende Potentiometer P₁ für die-Endplatten wird angedeutet, daß die Intensität der elektromagnetischen und elektrostatischen Felder einstellbar ist, um optimalen Betrieb zu sichern.

Abb. 5 zeigt die erfindungsgemäße Röhre in einer Verstärkerschaltung für ultrahochfrequente Schwingungen, die mit Hilfe des Transformators T₁ dem abgestimmten Anodenkreis L₁, C₁ aufgedrückt werden. In diesem Falle sind die elektrostatischen und magnetischen Felder so eingestellt, daß die Elektronen ihre Kreisbahnen mit einer Frequenz durchlaufen, die gleich der der Anode aufgedrückten Schwingungen ist. Wenn die Frequenzen gleich sind, erhält man eine Resonanz zwischen der Elektronenbewegung und den angelegten Hochfrequenzspannungen. Daraus folgt, daß die Elektronen Energie aufnehmen und die Endplatten 6i_b und 63^ mit gesteigerter Geschwindigkeit treffen und dadurch noch mehr Neuelektronen auslösen. Als Folge der angewachsenen Neuemission wächst auch die Steilheit der negativen Widerstandscharakteristik. Die am abgestimmten Ausgangskreis L₂, C₂ erscheinenden Schwingungen besitzen also eine vergrößerte Amplitude.

Der Fachmann übersieht ohne weiteres, daß ' die Erfindung außer den dargestellten Beispielen weitere Abwandlungen zuläßt.

Claims (5)

Patentansprüche .-

1. Mit Neuemission arbeitende Entladungsröhre, bei der eine Kathode koaxial von einer ein- oder mehrteiligen positiven Elektrode umgeben und ein äußeres, im ' wesentlichen parallel oder etwas geneigt zur Kathode verlaufendes Magnetfeld vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Stirnseiten des Entladungsraumes von je einer gegenüber der Kathode positiven und neuemissionsfähigen, die positive Elektrode nicht berührenden Elektrode abgedeckt ist.

2. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem geraden Glühdraht besteht.

3. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem geraden, lichtempfindlichen Stab besteht.

4. Schaltung zur Erzeugung oder Verstärkung ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen unter Verwendung einer Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektro-

den über einen Schwingungskreis, von dem die Ausgangsenergie abgenommen werden kann, miteinander verbunden sind.

5. Verfahren zum Betrieb einer Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiale der Elektroden und die Stärke des Magnetfeldes so gewählt sind, daß die aus der Kathode austretenden und sich auf Schraubenbahnen bewegenden Primärelektronen die positive Elektrode oder Anode nicht berühren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen