DE872566C

DE872566C - Device for generating and amplifying short, especially ultra-short electrical waves with a high vacuum tube

Info

Publication number: DE872566C
Application number: DES7691D
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Phil Habil Koenig
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1941-02-13
Filing date: 1941-02-13
Publication date: 1953-04-02

Description

Einrichtung zur Erzeugung und Verstärkung kurzer, insbesondere ultrakurzer elektrischer Wellen mit einer Hochvakuumröhre Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung und Verstärkung-kurzer Wellen mit Hilfe einer Hochvakuumröhre. Zweck der Erfindung ist, die Grenzwellenlänge, die mit einer Röhrenschaltung gerade noch erzeugt werden kann, möglichst weit herabzusetzen bzw. bei gegebener Wellenlänge den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Gienzwellenlänge ist z. B. einer Triode einerseits durch die Verluste im Rohr, andererseits durch die Verluste in den äußeren Schaltelementen gegeben, welche angebracht werden müssen, damit die Selbsterregung von Schwingungen erfolgt.Device for generating and amplifying short, especially ultra-short electric waves with a high vacuum tube The invention relates to a device for generating and amplifying short waves with the help of a high vacuum tube. purpose of the invention is, the cut-off wavelength, which with a tube circuit is just about can be generated to reduce as far as possible or at a given wavelength to increase the efficiency. The Gienz wavelength is z. B. a triode on the one hand by the losses in the pipe, on the other hand by the losses in the external switching elements given, which must be attached so that the self-excitation of vibrations he follows.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Wirkungsgrad bzw. die Grenzwellenlänge einer Röhrenschaltung von der Zahl der verwendbaren willkürlich einstellbaren Blindwiderstände der Stromkreise zwischen den Elektroden abhängt. Erfindungsgemäß wird bei einer Einrichtung zur Erzeugung und Verstärkung kurzer, insbesondere ultrakurzer elektrischer Wellen mit einer Hochvakuumröhre, z. B. einer Triode, zur Erzielung größten Wirkungsgrades und höchster Grenzfrequenz die Zahl der willkürlich einstellbaren Leitwerte der Stromkreise zwischen den Elektroden mindestens gleich der Zahl der die Röhreneigenschaften bestimmenden Leitwerte gewählt. Diese Leitwerte sind beispielsweise bei einer Triode der Eingangsleitwert und der Ausgangsleitwert sowie die Steilheit der Röhre. Bei Schirmgitterröhren kommt noch ein weiterer durch das Schirmgitter bedingter LeitWert hinzu. Bei. den bisher üblichen Ultrakurzwellenschaltungen waren stets nur zwei Blindleitwerte, d. h. die Blindleitwerte von zweien der Stromkreise, zwischen den Elektroden willkürlich einstellbar. Nach der Erfindung hingegen werden beispielsweise bei einer Triode die Leitwerte aller drei Stromkreise zwischen den drei Elektroden willkürlich einstellbar gemacht. Es hat sich nun gezeigt, daß man einen großen technischen Vorteil dadurch erzielen kann, daß man die Blindleitwerte aller drei zwischen den Elektroden befindlichen Stromkreise willkürlich einstellbar macht. Dieser Vorteil beruht auf folgendem: Bei einer genauen Überprüfung der Bedingungen, unter denen eine Selbsterregung der Schwingungsanordnung mit einer Triode möglich ist, zeigt es sich, daß die Verlustanteile der komplexen Leitwerte der Stromkreise zwischen den drei Elektroden, die in dem Ersatzschema in Fig. i mit F" F, und F, bezeichnet sind, innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen müssen. Die Größe dieses Bereiches hängt von den Blindleitwerten der Stromkreise ab. Wenn man z. B. zwei dieser Blindleitwerte zwischen Kathode und Gitter und zwischen Anode und Kathode, wie dies bei den bisherigen Schaltungen üblich war, gleichmacht, so wird der Bereich, innerhalb dessen die Verlustanteile der komplexen Leitwerte liegen dürfen, damit noch Selbsterregung eintritt, eingeschränkt, und zwar in der Richtung, daß die Verlustleitwerte, bei denen noch- eine Selbsterregung möglich ist, kleiner werden. Diese Tatsache tritt bei Langwellenschaltungen nicht so sehr in Erscheinung, während bei Kurzwellen- und Ultrakurzwellenschaltungen die Einschränkung des erwähnten Bereiches für die Verlustleitwerte eine ganz erhebliche ist. Dies bedeutet aber, daß infolge derVerkleinerung der zulässigenVerlustleitwerte in den Stromkreisen zwischen den Elektroden die äußeren Schaltelemente sehr hochohmig sein müssen. Dadurch wird der kleinsten erreichbaren Wellenlänge bald eine Grenze gesetzt, da mit Verkleinerung der Wellenlänge der Bereich für die Verlustleitwerte immer mehr eingeschränkt wird und -immer hochohmigere Schaltelernente nötig werden, als schließlich fabrikatorisch noch herstellbar sind. Macht man hingegen die Blindleitwerte aller drei Stromkreise zwischen den Elektroden willkürlich einstellbar, dann erhält man einen sehr großen Bereich, innerhalb dessen die Verlustanteile der komplexen Leitwerte liegen dürfen, d. h. aber, daß man mit wesentlich niedrigohmigen Schaltelementen axbeiten kann. Andererseits ist es bei gegebenen Verlusten der äußeren Schaltelemente unter Umständen noch möglich, durch Einführung eines dritten einstellbaren Blindleitwertes noch eine Selbsterregung des Schwingungserzeugers zu erzielen, die bei nur zwei einstellbaren Leitwerten nicht mehr erreicht werden könnte.The invention is based on the knowledge that the efficiency or the limit wavelength of a tube circuit depends on the number of arbitrarily adjustable reactances of the circuits between the electrodes that can be used. According to the invention in a device for generating and amplifying short, especially ultra-short electrical waves with a high vacuum tube, for. B. a triode, the number of arbitrarily adjustable conductance values of the circuits between the electrodes is chosen to be at least equal to the number of conductance values that determine the tube properties to achieve maximum efficiency and maximum cutoff frequency. In the case of a triode, for example, these conductance values are the input conductance and the output conductance as well as the slope of the tube. In the case of screen grid tubes, there is an additional conductance value due to the screen grid. At. the ultra-short wave circuits customary up to now were always only two susceptance values, i. H. the susceptance values of two of the circuits, arbitrarily adjustable between the electrodes. According to the invention, on the other hand, in the case of a triode, for example, the conductance values of all three circuits between the three electrodes are made arbitrarily adjustable. It has now been shown that a great technical advantage can be achieved by making the susceptance values of all three circuits located between the electrodes arbitrarily adjustable. This advantage is based on the following: If the conditions under which self-excitation of the oscillation arrangement with a triode is possible, it is found that the loss components of the complex conductance values of the circuits between the three electrodes, which are shown in the substitute scheme in FIG with F, F, and F, must lie within a certain range. The size of this range depends on the susceptance values of the circuits If this was common with previous circuits, then the range within which the loss components of the complex conductance values may lie so that self-excitation still occurs is restricted in the direction that the loss conductance values for which self-excitation is still possible This fact does not appear as much with long-wave circuits, while with short wave and ultra-short wave circuits the limitation of the mentioned range for the loss conductance is a very considerable one. However, this means that as a result of the reduction in the permissible conductance loss values in the circuits between the electrodes, the external switching elements must have a very high resistance. This soon sets a limit to the smallest achievable wavelength, since as the wavelength decreases, the range for the conductivity values is increasingly restricted and higher-resistance switching elements are always required than can ultimately still be manufactured in the manufacturing process. If, on the other hand, the susceptibility values of all three circuits between the electrodes are arbitrarily adjustable, then a very large range is obtained within which the loss components of the complex conductance values may lie, i.e. H. but that you can axbeiten with significantly low-resistance switching elements. On the other hand, given the losses of the external switching elements, it may still be possible, by introducing a third adjustable susceptibility value, to achieve self-excitation of the vibration generator, which could no longer be achieved with only two adjustable conductance values.

Von dem Ersatzschaltbild nach Fig. i ausgehend, kann man verschiedene Maßnahmen treffen, um die drei Leitwerte willkürlich einstellbar zu machen. Die drei Leitwerte können zwischen den drei Röhrenpunkten 1, 2, und 3, d. h. zwischen Anode, Kathode und Gitter', im Stern oder auch, soweit möglich, im Dreieck angeordnet. sein. jedenfalls muß die Anordnung so getroffen sein, daß eine willkürliche Einstellung der drei Blindleitwerte möglich ist. Dies erreicht man afn besten dadurch, daß man die drei Leitwerte im Stern schaltet, wobei die Eckpunkte des Sternes durch die Punkte 1, :2 und 3 im Ersatzschaltbild gegeben sind. Bei einer solchen Sternschaltung der drei Leitwerte hat man stets die Möglichkeit, durch entsprechende Veränderung der drei Leitwerte jeden beliebigen Leitwert zwischen je zwei Punkten des Sternes und damit jeden beliebigen Leitwert der Stromkreise zwischen den Elektroden einzustellen. Dadurch gewinnt man aber gerade die Möglichkeit der Ausnutzung des großen Selbsterregungsbereiches, der sich durch die Einstellbarkeit aller drei Blindleitwerte ergibt.Starting from the equivalent circuit diagram according to FIG. 1, various measures can be taken to make the three conductance values adjustable at will. The three conductance values can be between the three tube points 1, 2, and 3, i.e. H. between anode, cathode and grid ', arranged in a star or, as far as possible, in a triangle. be. In any case, the arrangement must be made in such a way that an arbitrary setting of the three susceptibility values is possible. The best way to achieve this is to switch the three conductance values in the star, the corner points of the star being given by points 1,: 2 and 3 in the equivalent circuit diagram. With such a star connection of the three conductance values, one always has the option of setting any conductance value between two points of the star and thus any conductance value of the circuits between the electrodes by changing the three conductance values accordingly. In this way, however, one gains the possibility of utilizing the large self-excitation range that results from the adjustability of all three susceptance values.

Wie dieser Gedanke z. B.'technisch durchgeführt werden kann, zeigt Fig. 2 bzw. Fig. 3. In den Fig. 2 und 3 ist mit 4 die Gitterzuführung, mit 5 die eine Kathodenzuführung und mit ;6 die Anodenzuführung für eine nur angedeutete Kurzwellenröhre 7 dargestellt. Die Zuleitungen sind dabei als konzentrische Leitungen ausgebildet, die mit Innenleitern 8, 9 und io sowie mit Außenleitern 11, 12 und 13 versehen sind. Ihre Länge und damit die Leitwerte dieser Leitungen können durch Verschieben der Kurzschlußbrücken 14, 15 und 16 eingestellt werden. Die drei konzentrischen Leitungen sind vorzugsweise an der Stelle:2o wechselstrommäßig durch Kondensatoren kurzgeschlossen. Diese Kondensatoren bestehen vorzugsweise aus Dielektriken 17, 18 und ig, die um die Außenleiter gelegt sind und zwischen denen ein Blechkörper 21 liegt. Durch diesen Kurzschluß der konzentrischen Leitungen an einer Stelle wird ein Sternpunkt geschaffen, so daß also die komplexen Leitwerte der drei konzentrischen Leitungen im Stern geschaltet sind. Man kann daher die konzentrischen Leitungen so einstellen, daß zwischen dem Sternpunkt und dem Anschlußpunkt der Elektroden an die Innenleiter 8, 9 und io beliebige Leitwerte entstehen. Auch für Schaltungen mit Röhren, die mehr - als drei Elektroden besitzen und bei denen mehr als drei Leitwerte veränderlich gemacht werden, sind konzentrische Leitungen als Elemente mit veränderlichem Leitwert geeignet.How this thought z. Can be carried out B.'technisch, Figure 2 and Figure 3. In Figures 2 and 3, the grid supply, 5 a cathode lead and is 4;... 6, the anode lead for only indicated short wave tube 7. The supply lines are designed as concentric lines which are provided with inner conductors 8, 9 and 10 and with outer conductors 11, 12 and 13 . Their length and thus the conductance of these lines can be adjusted by moving the short-circuit bridges 14, 15 and 16. The three concentric lines are preferably at the point: 2o short-circuited in terms of alternating current by capacitors. These capacitors preferably consist of dielectrics 17, 18 and ig which are placed around the outer conductor and between which a sheet metal body 21 is located. This short circuit of the concentric lines at one point creates a star point, so that the complex conductance values of the three concentric lines are connected in the star. The concentric lines can therefore be adjusted so that any conductance values arise between the star point and the connection point of the electrodes to the inner conductors 8, 9 and io. Also for circuits with tubes, the more - and having three electrodes are made where more than three variable conductance concentric lines are suitable as elements with variable conductance.

Die Anordnung der konzentrischen Leitungen wird vorzugsweise so getroffen, daß eine besondere Fassung für die Halterung der Röhre und ihre Verbindung mit den Schaltelementen überflüssig wird. Zu diesem Zweck werden die Innenleiter 8, 9 und io an ihrem einen Ende vorzugsweise so ausgebildet, daß die Steckerstifte der Röhre in sie eingeführt werden können.The arrangement of the concentric lines is preferably made so that a special socket for holding the tube and its connection to the switching elements is superfluous. For this purpose, the inner conductors 8, 9 and io are preferably designed at one end so that the plug pins of the tube can be inserted into them.

Die Auskopplung der erzeugten Schwingungsenergie aus dem schwingfähigen System kann in verschiedener Weise erfolgen. Man kann z. B. mit Hilfe einer Drahtschleife, die in einen der Hohlräume der konzentrischen Leiter eingeführt wird, die Energie auskoppeln. Ebenso ist es aber auch möglich, die Röhre -gemäß Fig. 4 mit einem metallischen Hohlkörper 2:2 zu umgeben. Die Befestigung dieses Hohlkörpers erfolgt vorzugsweise am Sternpunkt :2o. Man kann zu diesem Zweck einen Teil des Metallkörpers, der am Sternpunkt zwischen den konzentrischen Leitern angeordnet ist, als Scheibe 23 ausbilden und den Hohlkörper mit Hilfe eines Gewindes 24 auf die Scheibe 23 aufschrauben. An einer geeigneten Stelle kann man den Hohlkörper mit einer Öffnung 24 versehen, durch die mit einer Koppelschleife 25 die Hochfrequenzenergie aus dem Hohlraum des Resonators entnommen wird. Man gewinnt bei dieser Anordnung gleichzeitig den Vorteil, daß die Strahlungsverluste der Röhre auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die zweite Kathodenleitung 26 (Fig. 2) kann mit Vorteil gleichfalls an eine konzentrische Leitung angesetzt werden, die an den Sternpunkt 2o angeschlossen ist.The generated oscillation energy can be decoupled from the oscillatable system in various ways. You can z. B. with the help of a wire loop, which is inserted into one of the cavities of the concentric conductor, couple the energy. However, it is also possible to surround the tube with a metallic hollow body 2: 2 , as shown in FIG. 4. This hollow body is preferably fastened at the star point: 2o. For this purpose, part of the metal body, which is arranged at the star point between the concentric conductors, can be designed as a disk 23 and the hollow body can be screwed onto the disk 23 with the aid of a thread 24. At a suitable point, the hollow body can be provided with an opening 24 through which the high-frequency energy is removed from the cavity of the resonator with a coupling loop 25. With this arrangement one gains at the same time the advantage that the radiation losses of the tube are reduced to a minimum. The second cathode line 26 (FIG. 2) can also advantageously be attached to a concentric line which is connected to the star point 2o.

Claims

PATENT CLAIM: i. Device for generating and amplifying short, especially ultra-short electric waves with a high vacuum tube, thereby characterized in that to achieve a good efficiency and as high as possible Cutoff frequency is the number of arbitrarily adjustable conductance values in the circuits between the electrodes at least equal to the number of for the properties of the Tube is decisive conductance.

2. Device according to claim i, characterized in that the reactance values of the circuits between the electrodes are arbitrarily adjustable. 3. Device according to claim 2, characterized in that reactive and active resistances are attached in a star connection between the electrodes of a triode to set the desired conductance. 4. Device according to claim: 2, characterized in that the circuits between the electrodes are formed by concentric lines or Lecher lines which are short-circuited at one point by capacitors in terms of alternating currents. 5. Device according to claim 4, characterized in that at the short-circuit point (star point) of the concentric or Lecher lines, each outer conductor is covered over a certain length with a dielectric and that a common metal body, e.g. B. sheet metal body, is attached between the ends of the lines, which rests with its surfaces on the dielectrics. .6. Device according to Claim 4, characterized in that the ends of the tunable Lecher lines belonging to the individual electrode leads are designed so that the plug pins of the electrode leads can be inserted into them so that the structure consisting of the concentric leads serves as a tube socket. 7. device according to claim i and one or more of the following claims, characterized in that the serving for generating the vibration tube system is shielded on all sides by a metallic hollow body substantially. 8. a device according to claim 7, characterized in that the tube unischließende metallic hollow body is mechanically connected to the metal body which represents the capacitor coating for the capacitors forming the star point.g. Device according to claim 7, characterized in that the metallic hollow body surrounding the tube system is a tunable cavity resonator.