Электронная лампа Советский патент 1942 года по МПК H01J25/04 

Предметом данного изобретения является электронная лампа с тормозящим полем для детектирования или генерирования электромагнитных колебаний очень высокой частоты. В предлагаемой лампе переменное высокочастотное поле взаимодействует с электронным потоком только в пространстве между двумя сетками, являющимися частями резонирующего колебательного контура, а постоянные тормозящее и ускоряющее поля действуют между этими сетками и электродами, расположенными по обеим сторонам от них. С целью фокусировки электронного потока в предлагаемой ламне, согласно изобретению, применены дополнительные фокусирующие цилиндрические электроды, находящиеся по обеим сторонам сеток вблизи катода и отражающего электрода лампы.

Сущность Изобретения поясняется чертел сами; на фиг. 1 показана предлагаемая лампа в продольном разрезе; на фиг. 2 изображен вид ее сбоку; на фиг. 3 приведена принципиальная схема.

Баллон 1 лампы сделан из красной меди, так как он одновременно является и высокочастотным контуром. Стенки баллона выполнены таким образом, что они при помощи специального устройства (не показанного на чертеже) могут сдвигаться и растягиваться. Благодаря этому контур лампы можно подстраивать на любую длину волны в выбранном диапазоне. С двух противоположных концов баллона наварены стеклянные трубки 2, в которые впаяны нол-ски лампы.

На одной из ножек укреплены плоский оксидный катод 3 и фокусирующее кольцо 4. На другой ножке укреплены анод 5 и второе фокусирующее кольцо 6. В широкой части баллона лампы сделано отверстие, через которое при помощи петли 7 осуществляется связь с контуром Один конец петли присоединен к внутренней стенке баллона, другой выведен из лампы через стеклянный колпачок. Петля устроена таким обра№60980- 2 -

зом, чтобы ее было удобно сочленить с коаксиальной линией.

Эмитированный катодом 3 электронный поток пронизывает колебательный контур /, к которому приложено высокое положительное относительно катода напряжение. За контуром поток электронов тормозится полем анода 5, потенциал которого равен или близок к потенциалу катода.

Электроны, прошедшие 1междусеточный зазор колебательного контура в ускоряющую фазу (т. е. когда вектор переменного электрического поля между сетками совпадает по направлению со скоростью электронов), получают прирост скорости, а следовательно, и кинетической энергии. Они долетают до анода и садятся на него, благодаря чему исключаются из дальнейшей игры.

Наоборот, электроны, прешедшие междусеточный зазор контура в тормозяш;ую фазу электрических колебаний контура, не долетают до анода и возврашаются снова к контуру. Расстояние сетка - анод подбирается с тр.ким расчетом, чтобы вернувшиеся электроны вновь пронизывали мелсдусеточный зазор контура в момент тормозящей (но в обратном направлении) фазы.

Для этого электроны должны двигаться в этом пространстве в теюние времени, приблизительно равного нечетному числу полупернодов.

Если при первом пролетании выделяемая тормозящимися электронами энергия приблизительно компенсируется поглощаемой энергией ускоряющимися электронами, то выделенную энергию вернувшимися электронами компенсировать некому, т. к. ускоренные электроны вынали из игры.

Попав в пространство сетка - катод, эти электроны вновь испытывают торможение, в некоторой плоскости поворачивают и опять летят к сеткам. Расстояние сетка-катод подбирается таким образом, чтобы пронизывающие междусеточный зазор в третий раз электроны опять попадали в тормозящую фазу колебаний контура. Для этого двалсды подвергавшиеся торможению электроны должны двигаться в пространстве сетка - катод в течение времени, также приблизительно равного нечетному числу полупериодов.

Таким образом, оказавшись однажды в тормозящей фазе, электроны почти все время будут находиться в ней. Они будут совершать около сеток, так называемый, «баркгаузеновский танец, выделяя при каждом пролетании контура колебательную энергию и постепенно оседая на сетки контура.

Так как электростатические поля сетка - анод и сетка - катод плоские или почти плоские, период колебаний электронов будет зависеть от амплитуды этих колебаний, другими словами от скоростей, с которыми электроны пронизывают сетки.

Следовательно, период затухающих колебаний каждого электрона будет постепенно изменяться и потому эти колебания будут выходить из синхронизма с колебаниями контура. Чтобы «танцующие электроны не переходили ввиду этого из тормозящей фазы колебательного контура в ускоряющую фазу, желательно их постепенно извлекать из рабочего процесса, дав им пролететь туда и обратно небольшое число раз. Такое исключение электронов из потока совершат сетки колебательного контура, которые при каждом пролетанни облачка электронов берут на себя некоторую часть их. Таким образом, существует вполне определенная оптимальная проницаемость сеток, причем эта величина взаимно связана с амплитудой колебаний контура, т. е. находится в зав-исимости от импеданса контура.

Если время пролета подобрано с помощью потенциалов (при данных расстояниях) так, что тормозящиеся при первом пролетании электроны будут ускоряться при втором, то лампа будет представлять собой лишь поглощающее сопротивление. Для подведенных к контуру колебаний она будет являться нагрузкой, вносящей больщое затухание. Постепенно изменяя время полета, мы придем к такому положению, когда тормозящиеся первый раз электроны не будут при обратном пролетании испытывать ни ускорения, ни торможения. В этом случае указанное выще вносимое электронами затухание иочти упадет до нуля.

До сих пор лампа может использоваться, как простой детектор, ибо без подводимых колебаний анодный ток 0; с колебаниями появится анодный ток, зависящий от амплитуды колебаний.

При дальнейшем изменении времени пролета пронизываемый электронным потоком междусеточиый зазор приобретает в силу вышеизложенного свойства отрицательного сопротивления. Начнется область регенерации. Подводимые к контуру слабые сигналы будут вызывать в нем значительные колебания и соответственно большой детекторный эффект. Наконец, при дальнейщем изменении времени пролета вносимое электронами отрицательное сопротивление компенсирует потери контура, и мы вступаем в область самовозбуждения колебаний. Такая область будет не единственной.

Таким образом, предлагаемая лампа может использоваться как детектор без регенерации, как детектор с регенерацией или как усилитель (регенератор) высокой частоты и, наконец, как автогенератор электромагнитных колебаний. По сравнению с диодом или с баркгаузеновской лампой предлагаемая лампа отличается высщей чувствительностью. К преимуществам предлагаемой конструкции, как детектора, относится также жесткость колебательной части, что уменьшает микрофонный эффект. По сравнению же с генераторными (электронно-лучевыми, клейстронами) предлагаемая лампа имеет то преимущество, что здесь имеется всего лишь один колебательны коргтур. Во-первых, это значительно упрощает манипуляции, особенно когда применяются контура чрезвычайно высокой избирательиости. Во-вторых, облегчается самовозбуждение, так как не приходится преодолевать, кроме потерь основного колебательного контура, еще второго - .модулирующего поток и третьего - обратной связи. Так как ускоренные электро ы оседают на электрод с низким потенциалом, можно ожидать здесь достаточно высокий к. п. д.

Предмет изобретен и я

1. Электронная лампа с тормозящим полем, в которой переменное высокочастотное поле взаимодейств ет с электронным потоком только в пространстве между двумя сетками, являющимися чacтя и резонирующего колебательного контура, а постоянные тормозящее и ускоряющее поля действуют между этим« сетками и электродами, расположенными но обеим сторонам от них, отличающаяся тем, что, с целью фокусировки электронного пучка, в ней применены дополнительные фокусирующие цилиндрические электроды, находящиеся по обеим сторонам сеток вблизи катода и отражающего электрода ламны.

-- 3 --№ 60980

№60980- 4 -2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что баллон выполнен с гибкими стенками для настройки лампы (путем сжатия или растяжения) при использовании баллона в качестве резонирующего контура.

Фиг. 1

J11 &

Фиг.З

Фиг. 2