DE882422C

DE882422C - Arrangement for stabilizing high frequency voltages, preferably in the meter and centimeter wave range

Info

Publication number: DE882422C
Application number: DEL5421D
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Phil Krebs
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1944-11-08
Filing date: 1944-11-08
Publication date: 1953-07-09

Description

Anordnung zur Stabilisierung von i-ochfrequenzspannungen, vorzugsweise im Meter- und Zentimeterwellenbereich Beim Aufprall von Elektronen genügend hoher Energie auf eine Metalloberfläche können aus dieser bekanntlich Elektronen ausgelöst werden, deren Zahl bei geeigneter Wahl des Metalls die der auftreffenden Primärelektronen mehr oder weniger weit übersteigen kann. Wird diesen ausgelösten Sekundärelektronen Gelegenheit gegeben, ihrerseits mit einer genügend hohen Geschwindigkeit auf eine derartige Metallfläche zu treffen, so werden diese dort wiederum eine erhöhte Zahl neuer Sekundärelektronen auslösen. Wird dieser Prozeß immer weiter fortgesetzt, so kann durch ein einziges Primärelektron eine lawinenartig anwachsende Zahl neuer Elektronen erzeugt werden, sofern nur der Ausbeutefaktor des betreffenden Metalls, d. h. die pro auffallendes Elektron erzeugte Zahl von Sekundärelektronen größer als i ist.Arrangement for stabilizing high frequency voltages, preferably in the meter and centimeter wave range sufficiently high when electrons collide As is well known, energy on a metal surface can release electrons from it the number of which, with a suitable choice of metal, is that of the incident primary electrons can exceed more or less far. Will these triggered secondary electrons Given an opportunity on their part at a sufficiently high rate of speed To meet such a metal surface, these are in turn an increased number there trigger new secondary electrons. If this process continues, a single primary electron can create an avalanche-like number of new ones Electrons are generated, provided that only the yield factor of the metal in question, d. H. the number of secondary electrons generated per incident electron is greater than i is.

Man kann diesen Vorgang verwirklichen durch zwei sich im Hochvakuum gegenüberstehende Elektroden, an denen eine hochfrequente Wechselspannung liegt. Diese Elektroden müssen aus einem Material bestehen oder einen Überzug eines solchen Materials besitzen, dessen Ausbeutefaktor für Sekundärelektronen größer als i ist. Die Abb. i zeigt beispielsweise eine derartige Anordnung. Unter gewissen Bedingungen, die zwischen der an den Elektroden i und 2 auftretenden Spannungsamplitude, der Schwingungsfrequenz und dem Abstand d der Elektroden einzuhalten sind, kann hier eine Pendelung von Sekundärelektronen zwischen den Elektroden einsetzen. Durch irgendeinen einmaligen Elementarakt, sei es durch ein natürliches ß'-Teilchen oder durch ein y- oder Höhenstrahlquant, können einige Sekundärelektronen beispielsweise an der Elektrode i erzeugt werden. Diese können auf die gegenüberliegende Elektrode 2 treffen, besonders wenn das Elektrodensystem einem in axialer Richtung wirkenden Magnetfeld H ausgesetzt ist, und können dort ihrerseits Sekundärelektronen erzeugen. Unter den obenerwähnten Bedingungen werden, -da das Hochfrequenzfeld inzwischen während der Laufzeit der Elektronen von der Elektrode z nach der Elektrode 2 seine Richtung umgekehrt hat, dieselben Ausgangsbedingungen für die neu an der Elektrode 2 erzeugten Sekundärelektronen herrschen, so däß diese jetzt nach der Elektrode i gelangen, wo sich der Prozeß dann wiederholt. Die Vorgänge entsprechen denen in dem bekannten Famsworth-Vervielfacher. Ist der Ausbeutefaktor der Sekundärelektronen größer als i, so kann im Läufe mehrerer solcher Pendelungen die Zahl der pendelnden Elektronen lawinenartig anwachsen. Da die Sekundärelektronen ihre Energie, die beim Auftreffen auf die Elektroden überwiegend in Wärme verwandelt wird, nur aus dem Hochfrequenzfeld beziehen können, wird somit der Schwingung beträchtliche Energie entzogen.This process can be achieved by two yourself in a high vacuum opposing electrodes with a high-frequency alternating voltage. These electrodes must consist of a material or a coating of such a material Material whose yield factor for secondary electrons is greater than i. Fig. I shows, for example, such an arrangement. Under certain conditions between the voltage amplitude occurring at the electrodes i and 2, the The oscillation frequency and the distance d between the electrodes must be observed here an oscillation of secondary electrons between insert the electrodes. Through some unique elementary act, be it through a natural ß'-particle or by a y or height ray quantum, some secondary electrons can, for example can be generated at the electrode i. These can be applied to the opposite electrode 2, especially if the electrode system acts in an axial direction Magnetic field H is exposed, and can in turn generate secondary electrons there. Under the above-mentioned conditions, -da the high-frequency field meanwhile during the transit time of the electrons from the electrode z to the electrode 2 its Direction reversed has the same starting conditions for the new at the electrode 2 generated secondary electrons prevail, so these now after the electrode i arrive where the process then repeats. The processes correspond to those in the famous Famsworth multiplier. Is the yield factor of the secondary electrons is greater than i, then in the course of several such oscillations the number of oscillations Electrons grow like an avalanche. Since the secondary electrons use their energy when Hitting the electrodes is mainly converted into heat, only from the High-frequency field, the oscillation will therefore generate considerable energy withdrawn.

Wie eingehende experimentelle und theoretische Untersuchungen ergeben haben, ist für das Auftreten einer derartigen Pendelvervielfachung eine Hochfrequenzamplitüde Ü von einer Mindestgröße erforderlich, die im Falle ebener Elektroden durch die Bedingung Ü = 5,45 - ioo ' d2.12 Volt (i) festgelegt ist, wobei d der Elektrodenabstand und A, die Wellenlänge der Schwingung ist. Bei einer Wellenlänge von 2o cm und einem Elektrodenabstand von 2 mm beträgt diese Spannungsamplitude beispielsweise 5,45 Volt.As in-depth experimental and theoretical studies show is a high frequency amplitude for the occurrence of such a multiplication of the pendulum Ü of a minimum size required, which in the case of flat electrodes by the Condition Ü = 5.45 - ioo 'd2.12 volts (i), where d is the electrode spacing and A, the wavelength of the oscillation. At a wavelength of 20 cm and one Electrode spacing of 2 mm, this voltage amplitude is, for example, 5.45 Volt.

Wie experimentell festgestellt wurde, bedeutet die bei Erfüllung obiger Bedingung einsetzende Pendelvervielfachung für einen Schwingungskreis, wie beispielsweise einen Magnetron- oder Laufzeitgenerator, einen ganz erheblichen Energieentzug, der beim Erreichen vorstehend angegebener Mindestamplitude ganz plötzlich einsetzt, und zwar um so stärker, j e größer der Ausbeutefaktor des verwendeten Metalls ist. Da die Leistung eines jeden Schwingsystems beschränkt ist, kann somit erreicht werden, daß die Amplitude Ü gar nicht öder nur minimal über den Wert von 5,45 ' 101 ' d2/A2 Volt ansteigen kann, selbst wenn dem Generator durch Änderung irgendwelcher Faktoren, wie Beschleunigungsspannung, Anoden-oder Heizstrom, bessere Abstimmung . usw., mehr Energie zugeführt wird.As found experimentally, when the above is satisfied, it means Pendulum multiplication that begins the condition for an oscillation circuit, such as, for example a magnetron or time-of-flight generator, a very significant energy drain that starts suddenly when the minimum amplitude specified above is reached, and the greater the greater the yield factor of the metal used. Since the power of every oscillating system is limited, it can be achieved that the amplitude Ü is not at all or only minimally above the value of 5.45 '101' d2 / A2 Volts can rise even if the generator is affected by changing some factors such as accelerating voltage, anode or heating current, better tuning. etc., more Energy is supplied.

Die vorliegende Erfindung benutzt diesen Effekt, um die Spannungsamplitude irgendeines hochfrequenten Schwingsystems zu stabilisieren, wie es für Meß- oder sonstige Zwecke vielfach erwünscht ist.The present invention uses this effect to adjust the voltage amplitude to stabilize any high-frequency oscillating system, as it is for measuring or other purposes are often desired.

Zur Spannungsstabilisierung eines hochfrequenten Schwingsystems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen zwei Stellen des Schwingsystems eine aus zwei Elektroden bestehende, im Hochvakuum befindliche Elektrodenstrecke anzubringen, die ganz oder teilweise aus einem Material besteht, das für Sekundärelektronen einen Ausbeutefaktor größer als i besitzt.To stabilize the voltage of a high-frequency oscillation system proposed according to the invention, one off between two points of the oscillation system to attach two electrodes that are in a high vacuum, which consists wholly or partially of a material that is one for secondary electrons Has a yield factor greater than i.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der neuen Anordnung näher erläutert: Der Wirkungsgrad 71 eines jeden Generators, d. h. der in Hochfrequenzleistung umgesetzte Bruchteil der aufgewendeten Gleichstromleistung, ist bekanntlich in irgendeiner Weise von der auftretenden Wechselspannungsamplitude Ü abhängig; beispielsweise gemäß Abb. 2a. Die gesamte Hochfrequenzleistung des Generators ist Ü2/2 R, wobei R der effektive Belastungswiderstand ist; der seinerseits von der Güte des Kreises, dem Grad der Leistungsauskopplung usw. abhängt. Bei einer Gleichstromleistung von Uo - J, (Uo = Gleichspannung, Jo = Stromstärke) ist die erzeugte Hochfrequenzleistung gleich il - U, - Jo, so daß die Leistungsbilanz eines solchen Generators dann lautet g7' Uo'Jo= U2/2'R, ( wobei 17 selbst- in oben angegebener Weise (vgl. Abb. 2a) von U abhängt. Der Arbeitspunkt; d. h. die Höchfrequenzamplitude, bei der der Generator tatsächlich arbeitet, ist leicht zu ermitteln, wie man nach Umformung von Gleichung (2) in erkennt. Er ist gegeben durch den Schnittpunkt der i7-Kurve mit einer Parabel P, deren Parameter von den verschiedensten Betriebsdaten abhängt (vgl. Abb. 2 a), Bei einer Änderung derselben, etwa nach den gestrichelt eingezeichneten Fällen hin, wird der Arbeitspunkt A sich nach Al bzw. A2 verschieben;, die durch den Arbeitspunkt A gegebene Spannungsamplitude UA wird demnach auf ÜA, fallen bzw. auf CIA, steigen.The mode of operation of the new arrangement is explained in more detail below: The efficiency 71 of each generator, ie the fraction of the direct current power used, which is converted into high-frequency power, is known to be dependent in some way on the alternating voltage amplitude U; for example according to Fig. 2a. The total high frequency power of the generator is Ü2 / 2 R, where R is the effective load resistance; which in turn depends on the quality of the circle, the degree of power extraction, etc. With a direct current power of Uo - J, (Uo = direct voltage, Jo = current strength) the generated high-frequency power is equal to il - U, - Jo, so that the power balance of such a generator is then g7 'Uo'Jo = U2 / 2'R, (where 17 itself depends on U in the manner indicated above (cf. recognizes. It is given by the intersection of the i7 curve with a parabola P, its parameters depends on the most varied of operating data (see Fig. 2 a). If the same changes, for example towards the cases shown in dashed lines, the operating point A will shift to A1 or A2; the voltage amplitude UA given by the operating point A will accordingly be on ÜA, fall or on CIA, rise.

Nach der Formel (i) läßt sich durch entsprechende Wahl des Abstandes d der Elektrode eine Spannungsamplitude Ü' festlegen, bei der eine Pendelvervielfachung und damit ein starker Energieentzug einsetzt. Dies wirkt sich derart aus; daß die Wirkungsgradkurve an der Stelle Ü = Ü' einen äußerst starken Abfall bekommt (vgl. Abb. 2b). Der Arbeitspunkt A im Schnittpunkt der Wirkungsgradkurve rj mit der Parabel _P hat jetzt eine Hochfrequenzamplitude der Größe U'. Ändern sich jetzt, in nicht allzu großen Grenzen, die Betriebsbedingungen (etwa durch Strom-oder Spannungsschwankungen, Änderungen der Kopplungen usw.) und damit die Steilheit der Parabel P, so rückt der Arbeitspunkt nach A1 bzw. A2, wobei, wie man in der graphischen Darstellung_erkennt, die Hochfrequenzamplitude konstant = U' bleibt. Dieser Fall läßt sich immer realisieren, da man durch geeignete Wahl des Parabelpärameters, d. h. der Betriebsbedingungen, den Schnitt der Parabel stets in das steil abfallende Gebiet der i7-Kurve legen kann, wobei dann eine gewisse, zur Aufrechterhaltung der Elektronenpendelung nötige Mehrleistung aufgewendet wird.According to formula (i), a voltage amplitude U 'can be determined by a suitable choice of the distance d of the electrode, at which a pendulum multiplication and thus a strong energy extraction begins. This has such an effect; that the efficiency curve at the point Ü = Ü 'has an extremely strong drop (see Fig. 2b). The working point A at the intersection of the efficiency curve rj with the parabola _P now has a high-frequency amplitude of the size U '. If the operating conditions change within not too great limits (for example due to current or voltage fluctuations, changes in the couplings, etc.) and thus the steepness of the parabola P, the operating point moves to A1 or A2, whereby, as shown in FIG graphical representation_ recognizes that the high-frequency amplitude remains constant = U '. This case can always be realized because by suitable choice of the parabola parameter, i.e. the operating conditions, the intersection of the parabola can always be placed in the steeply sloping area of the i7 curve, with a certain additional power required to maintain the electron oscillation being expended.

Um die derart stabilisierte Spannungsamplitude frei, zumindest in einem gewissen Bereich wählen zu können, wird der Abstand d der Elektroden variabel gemacht. Die Elektroden sind plattenförmig ausgestaltet oder besitzen eine Form, die es gestattet, ihnen einen wohldefinierten Abstand zu geben. Zweckmäßig wird als Elektrodenmaterial solches mit möglichst hohem Ausbeutefaktor benutzt, wie beispielsweise Tantal, eine Kupfer-Beryllium- oder Silber-Magnesium-Legierung. Um ein seitliches Herauslaufen der Sekundärelektronen aus der Elektrodenstrecke zu verhindern, kann letztere einem axial wirkenden Magnetfeld ausgesetzt sein.In order to free the voltage amplitude stabilized in this way, at least in To be able to choose a certain range, the distance d of the electrodes becomes variable made. The electrodes are plate-shaped or have a shape that allows to give them a well-defined distance. It is useful as an electrode material used with the highest possible yield factor, such as tantalum, a Copper-beryllium or silver-magnesium alloy. To run out to the side To prevent the secondary electrons from the electrode gap, the latter can one be exposed to an axially acting magnetic field.

Claims

PATENT CLAIMS z. Arrangement for voltage stabilization of high frequency Oscillating systems, characterized in that between two points of the oscillating system an electrode section consisting of two electrodes and located in a high vacuum is attached, which consists in whole or in part of a material suitable for secondary electrons has a yield factor greater than i.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that the electrodes are plate-shaped or designed so that it it is possible to give them a well-defined distance.

3. Arrangement according to the Claims i and 2, characterized in that the distance between the electrodes is variable is. q .. Arrangement according to claims i to 3, characterized in that the electrode path is in a magnetic field.