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Laufzeitröhre mit geschwindigkeitsmoduliertem Elektronenstrahl Die
in neuerer Zeit unter verschiedenen Bezeichnungen bekanntgewordenen Röhren zur Verstärkung
oder Erzeugung von ultrakurzen Wellen im Zentimeter- und Dezimeterwellengebiet haben
bekanntlich das folgende physikalische Prinzip zur Grundlage: Ein fokussierter Kathodenstrahl
oder auch ein Parallelstrahlbündel von Elektronen wird durch ein longitudinales
Hochfrequenzfeld bezüglich seiner Geschwindigkeit moduliert. Nach erfolgter Modulation
durchläuft der Strahl eine bestimmte Wegstrecke, die Triftstrecke, deren Länge der
Treffweite der Elektronen entspricht. Theoretisch sowohl tvie auch experimentell
hat sich ergeben, 4ß die Geschwindigkeits- (Phasen-) Modulation des Kathodenstrahlbündels
sich nach dem Zurücklegen dieser Strecke in eine entsprechende Intensitätsmodulation
umgewandelt hat. An dieser Stelle wird nun der modulierte Kathodenstrahl derart
an einem auf Resonanz eingestellten Schwingkreis - vorbeigeführt, daß dieser zu
einer möglichst intensiven Resonanzschwingung angeregt wird.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß die für dieses Frequenzgebiet am besten
geeigneten Schwingkreise die sog. Hohlraumresonatoren sind. Es handelt sich dabei
um vollkommen geschlossene, geeignet geformte, im wesentlichen axialsymmetrische
Hohlkörper mit elektrisch leitenden Wänden. An einer Stelle besitzt die Wandung
einen Schlitz, an dem der modulierte Kathodenstrahl vorbeigeführt wird. Durch Influenz
werden die Ränder des Schlitzes elektrisch erregt, so daß sich in dem Innenraum
des Hohlkörpers elektrische
Schtvingungen ausbilden. Die entstandene
Schwingung wird durch eine Schleife ausgekoppelt und einem Verbraucher zugeführt.
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Abb. i und :2 zeigen Beispiele in schematischer Darstellung. Beide
Körper sind zylindersymmetrisch mit dem Kathodenstrahl i als Symmetrieachse. 2 ist
der eigentliche schwingungsfähige Hohlraum. 3 ist die Schleife zur Auskopplüng der
Hochfrequenzenergie.
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Derartige Hohlraumresonatoren können sowohl zur Geschwindigkeitsmodulation
des Kathodenstrahles benutzt werden als auch zur Äuskopplung der iin Kathodenstrahl
nach durchlaufener Triftstrecke enthaltenen Hochfrequenzenergie. Durch Rückkopplung
der Schwingung des zweiten Resonators auf den ersten (den 2vIo(lulator) erhält man
einen Generator.
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unabhängig nun von den beiden Arten des Einsatzes des Resonators kann
man die folgenden Tatsachen feststellen: i. Die auf Influenz- oder Feldkräften beruhende
Wechselwirkung zwischen dem Strahl und der meist schlitzförmigen Öffnung des Resonators
ist um so intensiver, je dichter die im Strahl vereinigte Ladung an der genannten
öffnung vorbeigeführt wird.
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Wie Versuche gezeigt haben, ist die Ladungsdichte in einem Kathodenstrahlbündel
über dessen Querschnitt nicht gleichmäßig verteilt. Sie liat vielmehr nach Abb.3
ihr Maximum in der Mitte, während die Ladung nach den Rändern hin abnimmt.
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Führt man nun ein solches Kathodenstrahlbündel an dem Schlitz eines
Hohlraumes vor bei, dann wird im w=esentlichen nur der den kleinsten Teil der Ladungsmenge
enthaltende Randteil des Strahles hochfrequenzinäßig wirksam ausgewertet. Es kommt
noch hinzu, i daß der Strahlquerschnitt (i <->- 2 in Abb. ,3) wegen der erforderlichen
hohen Stromstärke im Strahl nicht beliebig klein gemacht werden kann und daß ferner
häufig, z. B. im Fall' der Abb. i, auch der Schlitzumfang nicht beliebig klein gemacht
werden kann.
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Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagen, den Kathodenstrahl rohrförmig auszubilden, so daß der Hauptteil der
elektrischen Ladung in der Rohrwand vereinigt ist, während im mittleren Teil des
rohrförmigen Strahles, d. h. in der Umgebung seiner Achse, keine Elektronen vorhanden
sind, und den Querschnitt des Strahles dem Umfang des für die Wechselwirkung zwischen
Strahl und Hohlraumresonator maßgebenden Gebietes (Hohlraumschlitzes) anzupassen
(Abb. .4). Die Ladungsverteilung im Strahl hat in diesem Fall ihren Schwrerpunlct
auf dem Unifang des Strahles und wird so in einer möglichst geringen Entfernung
an den Stellen -vorbeigeführt, die für die Wechselwirkung zwischen Strahl und Resonator
maßgebend sind, ohne daß im Strahlkern als unnötiger Bällast eine hohe Stromdichte
mitgeführt wird, deren Hochfrequenzenergie nur sehr unökonomisch ausgewertet wird.
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Da der Resonatorschlitz in den meisten Fällen kreiszylindrisch ausgebildet
ist, wird auch der Schlauchumfang meist diese Form haben müssen. Bei anderer Form
des Resorätorschlitzes muß sich der Schlauchumfang dieser Form anpassen.
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Ein schlauchförmiges Kathodenstralilbündel kann z. B. mittels einer
ringförmig pastierten Emissionsfläche erzeugt werden. Die von ihr startenden Elektronen
«-erden in einem geeigneten elektronenoptischen System derart erfaßt, daß sie in
schlauchförmiger Verteilung durch das gesamte System hindurchgehen.
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Abb. 5 zeigt als Beispiel den Gesamtaufbau einer Röhre. Darin ist
i die Röhrenwand, 2 die Glühkathode, deren Stirnfläche am Fand 3 pastiert ist. q.
ist eine Fokussierungs-und Intensitätssteuerelektrode, z. B. ein We-lineltzylinder.
5 und 6 sind zwei Resonanzkörper mit ihren Koppelschleifen 7 und B. Die Auffangelektrode
9 dient zur Aufnahme des Elektronenstromes, sie kann auch mit dem Resonator 6 zu
einem einzigen Körper vereinigt sein. Um die Ausbildung der s(-lilaucliförmigen
Strahlstruktur zu begünstigen, befindet sich vor dem nichtpastierten Teil der Glühkathodenstirnfläche
eine Scheibe ic-, die als Teil der Elektrode 4. auch auf deren Potential liegt.
Die Fokussierung-des Kathodenstrahlbündels kann entw=eder durch die vorhandenen
Elektroden oder auch mittels einer zusätzlichen koaxialen Magnetspule vorgenommen
werden.
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Abb.6 zeigt eine Kathode, die der in :lbb. 5 dargestellten insofern
überlegen ist, alii, nur die Fläche beheizt ist, die auch als Emissionsträger dient,
so daß die Ökonomie der Kathode besser ist. Dabei ist i die mit Paste versehene
Emissionsfläche als Teil des eigentlichen Kathodenkörpers 2. Die Heiz-@,-endel ist
mit 3 bezeichnet, die Hauptemissionsrichtung durch die Pfeile .I.