DE881075C

DE881075C - Discharge device for very high frequencies in the form of a triode with flat electrodes

Info

Publication number: DE881075C
Application number: DEN4444A
Authority: DE
Inventors: Gesinus Diemer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1950-09-22
Filing date: 1951-09-19
Publication date: 1953-06-25

Description

Entladungsvorrichtung für sehr hohe Frequenzen in Form einer Triode mit flachen Elektroden Die Erfindung bezieht sich auf eine Entladungsvorrichtung für sehr hohe Frequenzen (iooo MHz und höher) in Form einer Triode mit flachen Elektroden, deren Gitter aus einer Anzahl paralleler Drähte besteht, die über eine Öffnung in einem leitenden Ring gespannt sind, der von einer in die Wand der Röhre eingeschmolzenen leitenden Scheibe getragen wird, die den Kathodenraum von dem Anodenraum trennt.Discharge device for very high frequencies in the form of a triode with flat electrodes The invention relates to a discharge device for very high frequencies (100 MHz and higher) in the form of a triode with flat electrodes, whose grid consists of a number of parallel wires that pass through an opening in a conductive ring are stretched by a fused into the wall of the tube conductive disc is carried, which separates the cathode compartment from the anode compartment.

Es ist bekannt, daß in Vorrichtungen vorgenannter Art das magnetische Feld der Gitterdrähte zu einer Rückwirkung von dem Anodenraum zum Kathodenraum Veranlassung gibt.It is known that in devices of the aforementioned type the magnetic Field of the grid wires to cause a reaction from the anode compartment to the cathode compartment gives.

Weiter ist es bekannt, daß die Selbstinduktion der Gitterzuführungsleitung innerhalb einer Röhre von mehr klassischer Bauart eine gleiche Rückwirkung hervorruft. Die geltende Auffassung ist, daß diese Rückwirkung eine scheinbare Vergrößerung der Anoden-Kathoden-Kapazität herbeiführt.It is also known that the self-induction of the grid supply line causes the same reaction within a tube of more classic design. The prevailing view is that this reaction is an apparent magnification the anode-cathode capacitance.

Bei der Erfindung gehen nun die Bestrebungen dahin, die besagte Rückwirkung infolge der Selbstinduktion der Gitterdrähte auszunutzen.In the case of the invention, efforts are now being made to achieve said retroactive effect due to the self-induction of the grid wires.

In einer Entladungsvorrichtung für sehr hohe Frequenzen in Form einer Triode mit flachen Elektroden, in der das Gitter aus einer Anzahl dünner, paralleler Drähte besteht, die über einem Loch in einem leitenden Ring gespannt sind, der von einer in die Röhrenwand eingeschmolzenen leitenden Scheibe getragen wird, die den Kathodenraum von dem Anodenraum trennt, ist die Selbstinduktion der Gitterdrähte so groß, daß die infolgedessen auftretende Rückwirkung von dem Anodenraum zum Kathodenraum die Rückwirkung infolge der statischen Kapazität zwischen Anode und Kathode ganz öder nahezu ganz ausgleichen kann. Um einen möglichst vollständigen Ausgleich infolge der Selbstinduktion der Gitterdrähte zu erhalten, soll erfindungsgemäß die Vorrichtung in einem Frequenzbereich um die Kreisfrequenz betrieben werden.In a very high frequency discharge device in the form of a triode with flat electrodes in which the grid consists of a number of thin parallel wires stretched over a hole in a conductive ring carried by a conductive disc fused into the tube wall , which separates the cathode compartment from the anode compartment, the self-induction of the grid wires is so great that the resulting reaction from the anode compartment to the cathode compartment can or almost completely compensate for the reaction resulting from the static capacitance between anode and cathode. In order to obtain as complete a compensation as possible as a result of the self-induction of the grid wires, according to the invention the device should be in a frequency range around the angular frequency operate.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist außerdem zwischen die Anode und die Kathode ein induktions- und kapazitätsfreier Widerstand von geschaltet.In a particular embodiment of the invention, there is also an induction-free and capacitance-free resistor between the anode and the cathode switched.

Es hat sich nämlich theoretisch und versuchsweise ergeben, daß die Anoden- und Kathodenkapazität annäherungsweise den scheinbaren Wert von Anoden-Kathoden-Kapazität, Cag die statische Kapahat, wo Cac die statische zität zwischen Gitter und Anode, Cgc die statische Kapazität zwischen Gitter und Kathode, L g die Selbstinduktion, vg den Widerstand der Gitterdrähte und co die Kreisfrequenz darstellen.It has been shown theoretically and experimentally that the Anode and cathode capacitance approximate the apparent value of anode-cathode capacitance, Cag the static capacity, where Cac is the static between grid and anode, Cgc is the static capacitance between grid and cathode, L g is the self-induction, vg represents the resistance of the grid wires and co represents the angular frequency.

Parallel zu dieser scheinbaren Kapazität liegt ein Scheinwiderstand von Für die Selbstinduktion der Gitterdrähte ist praktisch nur derjenige Teil wichtig; der zwischen der Befestigung der Drähte und dem sich an der Entladung beteiligenden Teil derselben liegt; für den Widerstand gilt ähnliches.Parallel to this apparent capacitance is an impedance of Practically only that part is important for the self-induction of the grid wires; that lies between the fastening of the wires and that part of the same which takes part in the discharge; the same applies to the resistance.

Es zeigt sich, daß bei co = die Rückwirkung von dem Anodenraum zum Kathodenraum minimal ist und durch den vorgenannten negativen Widerstand angegeben werden kann, der also von einem positiven Widerstand ausgeglichen werden kann.It turns out that when co = the reaction from the anode compartment to the cathode compartment is minimal and can be indicated by the aforementioned negative resistance, which can therefore be compensated for by a positive resistance.

Wenn die Vorrichtung in einem großen Frequenzbereich, insbesondere über 5000 MHz verwendet werden muß, empfiehlt es sich, die Länge der Gitterdrähte zwischen dem Ring und dem sich an der Entladung beteiligenden Teil derselben möglichst herabzusetzen. Dies ist dadurch erreichbar, daß der Gitterring mit der unbespannten Seite der Anode zugewandt wird und die Öffnung darin nicht viel größer als die Anode gemacht wird, als zur Entladung erforderlich ist, d. h. nicht mehr als 0,3 mm an beiden Seiten, und die Öffnung im Ring abgeschrägt wird.If the device has to be used in a large frequency range, in particular above 5000 MHz, it is advisable to reduce the length of the grid wires between the ring and the part of the same which takes part in the discharge as far as possible. This can be achieved in that the unstretched side of the grid ring faces the anode and the opening therein is not made much larger than the anode than is necessary for the discharge, ie no more than 0.3 mm on both sides, and the opening beveled in the ring.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der Fig:1 eine elektrische Entladungsröhre zur Verwendung gemäß der Erfindung darstellt; Fig. 2 zeigt den bespannten Gitterring dieser Entladungsröhre; Fig. 3 zeigt eine Meßanordnung mit dieser Röhre; die Fig. q. und 5 zeigen die mit dieser Röhre erreichten Meßergebnisse; und in .The invention is explained in more detail using a drawing, for example, In Fig. 1, an electric discharge tube for use in accordance with the invention represents; Fig. 2 shows the tensioned grid ring of this discharge tube; Fig. 3 shows a measuring arrangement with this tube; the Fig. q. and 5 show those with this Tube achieved measurement results; and in .

Fig. 6 ist eine Röhre mit abgeschrägtem Gitterring dargestellt.Fig. 6 shows a tube with a beveled grid ring.

In den Fig. 1 und 2 sind mit 1, 2 und 3 drei Chromeisenscheiben bezeichnet, die zusammen mit den mehr oder weniger zylindrischen Glasteilen q., 5 und 6 die Entladungsröhre bilden. In der Scheibe i ist mit Schraubengewinde der Kathodenring 7 befestigt; auf dem unter Zuhilfenahme einer dünnen Tantalfolie 8 ein Molybdänzylinder g, befestigt ist. Der Zylinder enthält eine Heizspirale 1o. Auf dem Zylinder g ist eine poröse Wolframkappe 11 festgeschweißt, die Bariumstrontiumoxyd enthält. Im Kathodenring sind drei mit Gaze abgedeckte Löcher 13 vorgesehen, und der Ring wird durch drei mit Klemmringen versehene Schrauben 14 an Ort und Stelle gehalten.In Figs. 1 and 2, 1, 2 and 3 denote three chrome iron discs, which together with the more or less cylindrical glass parts q., 5 and 6 die Form discharge tube. In the disk i is the cathode ring with screw thread 7 attached; on which with the aid of a thin tantalum foil 8 a molybdenum cylinder g, is attached. The cylinder contains a heating coil 1o. On the cylinder g is a porous tungsten cap 11 welded in place, which contains barium strontium oxide. in the Cathode ring, three holes 13 covered with gauze are provided, and the ring is held in place by three locking ring screws 14.

Drei Schrauben mit Klemmringen 15 drücken den Gitterring 16 mit den daraufgespannten und festgelöteten Drähten 17 gegen den Gitterring 2. Die Kupferanode 18 ist in der Chromeisenscheibe 3 festgelötet.Three screws with clamping rings 15 press the grid ring 16 with the tensioned and firmly soldered wires 17 against the grid ring 2. The copper anode 18 is soldered to the chrome iron disk 3.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie die Röhre nach Fig. 1 in einer Meßanordnung aufgestellt ist, die von zwei länglichen Wellenleitern 1g und 2ö mit einer gemeinsamen Wand 21 gebildet wird. Vier Kolben 22 dienen zur Abstimmung der Wellenleiter. Die Gitterscheibe wird in der gemeinsamen Wand 21 durch einen Kranz umgebogener, federnder Zungen festgeklemmt. Zwi--schen der Kathodenscheibe und der Unterwand des Wellenleiters 1g ist eine Glimmerplatte 23 zur galvanischen Trennung angeordnet.. Zwischen der Einklemmung des Anodenkopfes und der oberen Wand des Leiters 2o ist ebenfalls eine Glimmerplatte 24 zur galvanischen Trennung angebracht. In den Wellenleiter 1g wird das Ende des koaxialen Zuführungskabels 25 eingeführt, und im Wellenleiter 2o ist, von diesem durch eine Glimmerplatte 26 isoliert, ein Kristalldetektor 27 angeordnet. Wenn durch das Kabel 25 ein Signal in den unteren Wellenleiter geschickt wird, kann entsprechend der Kopplung von der Anode zum Kathodenraum im Kristalldetektor 27 dieses Signal in geringerem oder größerem Maße wahrgenommen werden. Hierbei wird also eigentlich die Rückwirkung von dem Kathodenraum zum Anodenraum gemessen, aber diese entspricht derjenigen von dem Anodenraum zum Kathodenraum. Es wird immer bei derartigen Röhrenspannungen gemessen; daß die Kathode nicht stromführend ist, aber nur, wenn die Kathode geheizt ist. Bei kalter Kathode ist diese zusätzliche Maßnahme nicht erforderlich. Um so mehr Spannung durch das Kabel 25 in den unteren Hohlraumresonator eingeführt werden muß, um ein be- 1 stimmtes Signal im Kristalldetektor 27 wahrzunehmen, desto geringer ist die Rückwirkung zwischen Anoden-und Kathodenraum.In Fig. 3 it is shown how the tube of FIG. 1 in a measuring arrangement is set up by two elongated waveguides 1g and 2ö with a common Wall 21 is formed. Four pistons 22 serve to tune the waveguides. the The lattice disk is bent over and resilient in the common wall 21 by a ring Tongues clamped. Between the cathode disk and the underside of the waveguide 1g a mica plate 23 is arranged for galvanic separation. Between the Pinching of the anode head and the top wall of the conductor 2o is also one Mica plate 24 attached for galvanic separation. In the waveguide 1g the end of the coaxial feeder cable 25 is inserted, and is in the waveguide 2o, isolated from this by a mica plate 26, a crystal detector 27 is arranged. When a signal is sent through the cable 25 into the lower waveguide, can corresponding to the coupling from the anode to the cathode compartment in the crystal detector 27 this signal can be perceived to a lesser or greater extent. Here is So actually measured the reaction from the cathode compartment to the anode compartment, but this corresponds to that from the anode compartment to the cathode compartment. It will always be at such tube voltages measured; that the cathode is not live, but only when the cathode is heated. This is an additional measure when the cathode is cold not mandatory. The more voltage through the cable 25 into the lower cavity resonator must be introduced in order to perceive a certain signal in the crystal detector 27, the less the reaction between the anode and cathode compartments.

In Fig. q. ist dieses Signal in einem beliebigen Maß längs einer senkrechten Achse als Funktion der Frequenz in MHz aufgetragen, und zwar in der Kurve A für die kalte Röhre und in der Kurve B für eine Kathodentemperatur von 6oo° C. Zur Kontrolle ist noch die Kurve C dargestellt, wenn das Gitter entfernt und ein leitender Stab zwischen Anode und Kathode angeordnet ist, also die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode durch einen Kürzschluß unmittelbar miteinander verbunden sind.In Fig. Q. is this signal to any degree along a perpendicular Axis plotted as a function of frequency in MHz, in curve A for the cold tube and in curve B for a cathode temperature of 600 ° C. For control purposes Curve C is still shown with the grid removed and a conductive rod is arranged between the anode and cathode, so the input electrode and the output electrode are directly connected to one another by a short circuit.

In Fig. 5 ist ähnliches für eine andere Röhre dargestellt, in einer Kurve D für die Röhre mit kalter Kathode und in einer Kurve E für eine Kathodentemperatur von iooo° C, wobei F die Kontrolle mit dem vorgenannten Kurzschluß zwischen Ein- und Ausgang darstellt.In Fig. 5 similar is shown for another tube, in a Curve D for the tube with a cold cathode and in a curve E for a cathode temperature from iooo ° C, where F is the control with the aforementioned short circuit between input and Represents output.

Aus den dargestellten Kurven leuchtet sofort ein, daß die am Eingang 25 erforderliche Spannung als Funktion der Frequenz ein Maximum hat und also die Rückwirkung als Funktion der Frequenz dort minimal ist. Auch erhellt aus den Figuren die Verschiebung der Frequenz von Minimumrückwirkung zu niedrigeren Frequenzen bei höheren Kathodentemperaturen. Auch dies ist im Einklang mit den Erwartungen; die Aufstellung ist nämlich so getroffen, daß bei Wärmeausdehnung der Kathode die Gitterkathodenkapazität wächst. Die Konstruktionsdaten der gemessenen Röhren sind folgende: die Öffnung im Gitterkreis ist q. mm im Quadrat, der Ring selbst hat eine Stärke von o,5 mm und besteht aus Molybdän. Die Kathode und die Anode haben einen Durchmesser von 3 mm. Die Gitterdrähte haben eine Stärke von io Ic und sind bis zu einer Stärke von o,i ,u mit Gold bekleidet, während sie selbst aus Wolfram bestehen. Der Abstand von der Kathode zur Mitte der Gitterdrähte beträgt 40,u, und für die Anode ist dies 250,u. Die Gitterkathodenkapazität beträgt i,i pF im kalten Zustand der Röhre und 1,5 pF bei einer Kathodentemperatur von io5o° C. Die Gitter-Anoden-Kapazität beträgt 0,45 pF, die Kathoden-Anoden-Kapazität 15 X i0-3 pF.From the curves shown it is immediately evident that the one at the entrance 25 required voltage as a function of frequency has a maximum and thus the Reaction as a function of frequency is minimal there. Also illuminates from the figures the shift in frequency from minimum feedback to lower frequencies higher cathode temperatures. Again, this is in line with expectations; the It is set up in such a way that the grid cathode capacitance increases with thermal expansion of the cathode grows. The construction data of the measured tubes are as follows: the opening in the lattice circle is q. mm square, the ring itself is 0.5 mm thick and consists of molybdenum. The cathode and the anode have a diameter of 3 mm. The grid wires have a gauge of io Ic and are up to a gauge of o, i, u clad in gold while they are themselves made of tungsten. The distance from the cathode to the center of the grid wires is 40, and for the anode this is 250, u. The grid cathode capacitance is i, i pF in the cold state of the tube and 1.5 pF at a cathode temperature of 10o ° C. The grid-anode capacitance is 0.45 pF, the cathode-anode capacitance 15 X i0-3 pF.

Wenn man für die Selbstinduktion der Gitterdrähte nur den Abschnitt zwischen dem Ring und dem wirksamen Teil wählt und annimmt, daß sie über diesen Abstand gleich weit von der Anode wie von der Kathode entfernt sind, findet man Lg ..; o,io X i0-9 Henry, und es kann an Hand der vorgenannten Formel berechnet werden, daß die Frequenz minimaler Rückwirkung bei kalter und warmer Kathode bei 290o bzw. 250o MHz liegt, was im großen und ganzen mit den gemessenen Kurven im Einklang ist.If for the self-induction of the grid wires only the section chooses between the ring and the effective part and assumes that she is over this Distance equidistant from the anode as from the cathode is found Lg ..; o, io X i0-9 Henry, and it can be calculated using the above formula that the frequency of minimal reaction with cold and warm cathode at 290o or 250o MHz, which is by and large with the measured curves in the Is unison.

Die in Fig. 6 dargestellte Triode ist von derjenigen nach Fig. 2 nur darin verschieden, daß der Gitterring 16 mit den auf ihm gespannten Drähten von der Anode abgewandt ist. Die runde Öffnung im Ring hat einen abgeschrägten Rand 28 und ist nur wenig größer als die Anode, nämlich 0,3 bis 0,4 mm im Durchmesser.The triode shown in FIG. 6 differs from that of FIG. 2 only in that the grid ring 16 with the wires tensioned on it faces away from the anode. The round opening in the ring has a beveled edge 28 and is only slightly larger than the anode, namely 0.3 to 0.4 mm in diameter.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Very high frequency discharge device in the form of a triode with flat electrodes, in which the grid consists of a number of thin parallel wires stretched over a hole in a conductive ring carried by a conductive disc fused into the tube wall which defines the The cathode compartment separates from the anode compartment, characterized in that it is in the range around the angular frequency is operated in which the self-induction of the grid wires is so great that the resulting reaction from the anode compartment to the cathode compartment completely or almost completely compensates for the reaction resulting from the static capacitance between anode and cathode, with Cac being the static anode-cathode capacitance, Cag the anode-grid capacitance, Cgc the grid-cathode capacitance and Lg the self-induction of the grid wires.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that between the anode and the cathode an induction and capacitance-free resistor with a value of is connected, where yg represents the resistance of the grid wires.

3. Electrode system for a device according to one of the preceding claims, characterized in that that the lattice ring with the stretched side facing away from the anode and the opening therein at most a few tenths of a millimeter larger than the front surface of the anode is.