DE1285627B

DE1285627B - Cathode ray tubes with an extremely large bandwidth

Info

Publication number: DE1285627B
Application number: DEM61186A
Authority: DE
Inventors: Maeda Haruo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1963-05-31
Filing date: 1964-05-29
Publication date: 1968-12-19
Also published as: GB1081653A; US3325663A; FR1396966A; NL6406142A; NL133026C

Description

Fig. 2b einen Querschnitt durch das Ablenksystem nach F i g. 2 a.Fig. 2b shows a cross section through the deflection system according to FIG. 2 a.

In F i g. 1 ist der Gesamtaufbau der Einrichtung im Schnitt dargestellt; sie besteht aus einer Elektronenstrahlquelle 1 zur Bildung eines Elektronenstrahls 2 und einem koaxialen Ablenkkreis 3, der im supraleitenden Zustand gehalten wird. Der Elektronen-In Fig. 1 shows the overall structure of the device in section; it consists of an electron beam source 1 to form an electron beam 2 and a coaxial deflection circuit 3, which is in the superconducting State is maintained. The electron

Bei bekannten Kathodenstrahlröhren dieser Art hat
sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, daß
es sehr schwierig ist, gleichförmige Übertragungscharakteristiken in einem Verzögerungskreis inner- io
halb eines Frequenzbandes von 2000 bis 3000 MHz
zu erzielen. Darüber hinaus wird infolge der Dämpfung der Verzögerungsleitung die Phasencharakteristik des Signals, vor allem in sehr hohen Frequenzbereichen (von 2000 bis 3000 MHz), ungünstig 15 strahl 2 wird durch einen Teil des Raumes gerichtet, beeinflußt. Es ist deshalb schwierig, Millimikrosekun- der zwischen dem Kernleiter und dem Außenleiter den-Impulse ohne Verzerrung zu übertragen, die eine der Koaxialleitung gebildet wird, und wird während extrem große Frequenzbandbreite benötigen. Zur Be- seines Laufes durch die elektrischen Querfelder des seitigung dieser Nachteile und um eine genaue Beob- durch die koaxiale Röhre laufenden Signals abgeachtung von Schwingungsformen mit hoher Emp- ao lenkt. Koaxialleitungen 4 und 5 sind an den Eingang findlichkeit zu ermöglichen, ist es erforderlich, die und den Ausgang des koaxialen Ablenkkreises 3 angeschlossen, um das Signal zu- und abzuführen. Der koaxiale Ablenkkreis 3 sitzt vollständig in einem Kryostat und wird darin im supraleitenden Zustand 35 gehalten. Der Kryostat besteht aus einer Metallmasse 6 zur Wärmeleitung, einem darin gebildeten Behälter 7 zur Aufnahme von flüssigem Helium und Behältern 10 und 11 für flüssigen Stickstoff, die so angeordnet sind, daß sie den Metallblock und denIn known cathode ray tubes of this type
the fact that
it is very difficult to achieve uniform transmission characteristics in a delay circuit
half of a frequency band from 2000 to 3000 MHz
to achieve. In addition, due to the attenuation of the delay line, the phase characteristics of the signal, especially in very high frequency ranges (from 2000 to 3000 MHz), unfavorably 15 beam 2 is directed through part of the room, influenced. It is therefore difficult to transmit millimicroseconds between the core conductor and the outer conductor without distortion of the pulses formed by one of the coaxial lines, and will require extremely large frequency bandwidths. In order to avoid these disadvantages and to allow a precise observation of the signal passing through the coaxial tube, the waveforms are controlled with high sensitivity. Coaxial lines 4 and 5 are to enable the input sensitivity, it is necessary to connect the and the output of the coaxial deflection circuit 3 in order to supply and remove the signal. The coaxial deflection circuit 3 is seated completely in a cryostat and is kept in the superconducting state 35 therein. The cryostat consists of a metal mass 6 for heat conduction, a container 7 formed therein for receiving liquid helium and containers 10 and 11 for liquid nitrogen, which are arranged so that they the metal block and the

genannten Nachteile üblicher Ablenksysteme vermie- 30 Behälter für das flüssige Helium gegen Wärme abden sind, die sich aus der Dämpfung und den Phasen- schirmen. Zusätzlich ist ein Außengehäuse 12 vorgesehen, in dem diese Teile eingebaut sind und unter Vakuum gehalten werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse mit einer Öffnung 13 versehen, 35 durch die es mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuiert wird. Der Behälter 11 für den flüssigen Stickstoff hat Öffnungen 111 und 112 in gegenüberliegenden Seitenwänden. Auf der von der Elektronenstrahlquelle 1 abgekehrten Seite des GehäusesDisadvantages of conventional deflection systems mentioned above - shield containers for the liquid helium against heat resulting from the attenuation and the phase shields. In addition, an outer housing 12 is provided, in which these parts are installed and kept under vacuum. In this embodiment, the housing is provided with an opening 13, 35 through which it is evacuated with a vacuum pump, not shown. The container 11 for the liquid Nitrogen has openings 111 and 112 in opposite side walls. On the from the electron beam source 1 opposite side of the case

Metall Niob, einem Außenleiter aus Blei und einer 40 12 sind ein Horizontalablenksystem 8 und ein Leuchtisolierung aus Polytetrafluoräthylen eine praktisch schirm 9 ähnlich einem in einer üblichen Kathodenideale Übertragungsleitung bildet, wenn sie mit flüs- strahlröhre angeordnet. Im Betrieb läuft der von der sigem Helium so weit abgekühlt ist, daß sie in den Elektronenstrahlquelle 1 ausgehende Strahl durch die supraleitenden Zustand kommt, die praktisch keinen erste der Öffnungen 111, die in der benachbarten Dämpfungseffekt über einen großen Frequenzbereich 45 Wand des Wärmeschutz-Behälters 11 für flüssigen von Gleichstrom bis in die Nachbarschaft des Modus- Stickstoff gebildet ist, durch den beschränkten Raum, änderungspunktes hat und gleichzeitig die solchen der zwischen dem Kernleiter und dem Außenleiter Koaxialleitungen besonderen linearen Phasencharak- des supraleitenden Koaxial-Ablenkkreises 3 gebildet teristiken beibehält. Der Frequenzbereich, der norma- wird, und durch die andere Öffnung 112 in der gelerweise von den Querschnittsabmessungen des Ko- 50 genüberliegenden Seitenwand des Behälters 11 und axialkabels abhängt, reicht von einigen Zehntausend schließlich durch das horizontale Ablenksystem 8Metal niobium, an outer conductor made of lead and a 40 12 are a horizontal deflection system 8 and a luminous insulation from polytetrafluoroethylene forms a practical screen 9 similar to that in a conventional cathode-ideal transmission line, if it is arranged with a flow tube. In operation, the runs from the sigem helium is cooled so far that it enters the electron beam source 1 through the outgoing beam superconducting state comes, the practically no first of the openings 111, which in the adjacent Damping effect over a large frequency range 45 wall of the heat protection container 11 for liquid from direct current to the vicinity of the mode nitrogen is formed by the limited space, change point and at the same time those between the core conductor and the outer conductor Coaxial lines special linear phase character of the superconducting coaxial deflection circuit 3 formed maintains its characteristics. The frequency range that becomes normal, and through the other opening 112 in the gel on the cross-sectional dimensions of the cone 50 opposite side wall of the container 11 and depends on the axial cable, ranges from a few tens of thousands eventually through the horizontal deflection system 8

zum Leuchtschirm 9. Statt des Schirmes 9 kann eine Aufprallelektrode vorgesehen sein, auf der das Signal gespeichert in Form einer Strahlspur aufgezeichnet ein Wanderfeld-Elektronenstrahl-Ablenksystem in 55 wird.
Form einer supraleitenden Koaxialleitung, die wendel- Es sollen jetzt die Einzelheiten des koaxialen Ab-to the luminescent screen 9. Instead of the screen 9, an impact electrode can be provided on which the signal is stored and recorded in the form of a beam trace.
Form of a superconducting coaxial line, the helical line. The details of the coaxial line shall now be

förmig oder in anderer Weise periodisch gefaltet ist lenkkreises 3 in Verbindung mit F i g. 2 a und 2 b be- und auf Grund ihres Aufbaues als Verzögerungs- schrieben werden.shaped or folded periodically in another way is steering circle 3 in conjunction with F i g. 2 a and 2 b loading and, due to their structure, are written as delay letters.

leitung brauchbar ist, und ein dünner Elektronen- Der koaxiale Ablenkkreis enthält einen Außenstrahl wird längs der Achse der Verzögerungsleitung 60 leiter von rechteckigem Querschnitt und einen Kernin der Weise gerichtet, daß er periodisch durch die leiter in Form eines flachen Streifens und wird prakelektrischen Querfelder des durch die Leitung laufen- tisch wie folgt aufgebaut. Der wärmeleitende Metallden Signals läuft. Bei dieser Anordnung ist es offen- block 6 gemäß F i g. 1 besteht tatsächlich aus drei sichtlich, daß die Geschwindigkeit des Elektronen- Teilen 61, 62 und 63, die konzentrisch im Abstand Strahls mit der Phasengeschwindigkeit relativ zur 65 voneinander angeordnet sind. Eine wendeiförmige Achse der Verzögerungsleitung abgestimmt sein muß, Zwischenwand 17 wird um den Umfang des zentralen die ein Koaxialkabel enthält, das in eine geometri- Teils 61 gebildet, und der Kernleiter IS der Koaxialsche Form gebogen ist. leitung erhält die Form eines wendelförmig zwischenconduction is useful, and a thin electron- The coaxial deflection circle contains an external beam is directed along the axis of the delay line 60 conductor of rectangular cross-section and a core in such a way that it periodically passes through the conductor in the form of a flat strip and becomes cross-pracelectric fields of the through the line is structured as follows. The thermally conductive metal running the signal. In this arrangement it is an open block 6 according to FIG. 1 actually consists of three obvious, that the speed of the electron parts 61, 62 and 63, which are arranged concentrically at a distance beam with the phase speed relative to 65 from each other. A helical axis of the delay line must be matched, intermediate wall 17 is bent around the periphery of the central one which contains a coaxial cable which is formed into a geometrical part 61, and the core conductor IS of the coaxial shape. line takes the form of a helical between

Dämpfung des Ablenkkreises über ein für solche Beobachtungen benötigtes Frequenzband herabzusetzen und die lineare Phasencharakteristik beizubehalten. Reduce attenuation of the deflection circuit over a frequency band required for such observations and maintain the linear phase characteristic.

Erfindungsgemäß wird deshalb der Ablenkkreis in supraleitendem Zustand gehalten.According to the invention, the deflection circuit is therefore kept in a superconducting state.

Mit der Erfindung wird eine Kathodenstrahlröhre mit extrem großer Bandbreite geschaffen, bei der dieWith the invention, a cathode ray tube is created with an extremely large bandwidth, in which the

Charakteristiken ergeben. Diese Kathodenstrahlröhre zeigt deshalb eine hohe und gleichförmige Empfindlichkeit über ein extrem breites Frequenzband vom Mehrfachen von 1000 MHz.Characteristics. This cathode ray tube therefore shows high and uniform sensitivity over an extremely wide frequency band of multiples of 1000 MHz.

Die Erscheinung der Supraleitfähigkeit ist grundsätzlich bereits erforscht und bei einer Vielzahl von Metallen beobachtet worden. Es ist auch bekannt, daß eine Koaxialleitung mit einem Kernleiter vomThe phenomenon of superconductivity has basically already been researched and with a large number of Metals have been observed. It is also known that a coaxial line with a core conductor from

MHz bis zu etwa 100000 MHz für kleinere Leitungen. MHz up to about 100,000 MHz for smaller lines.

Die erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre enthältThe cathode ray tube according to the invention contains

die benachbarten Windungen der wendeiförmigen Zwischenwand 17 gewickelten Bandes. Der Zwischenteil 62 umfaßt die wendeiförmigen Zwischenwände 17, so daß ein wendeiförmiger Raum zwischen deren benachbarten Windungen gebildet wird. Der Teil des wendeiförmigen Raumes, der zwischen dem Zentralteil 61 und dem wendeiförmigen Streifen des Kernleiters 15 liegt, wird mit einem Isoliermaterial 16 gefüllt, und der restliche Teil des wendeiförmigen Raumes, der zwischen dem Kernleiter 15 und dem Zwischenteil 62 liegt, wird wie bei 14 freigelassen. Die Windungen der Zwischenwand 17 sind jeweils mit Öffnungen, wie bei 18, versehen, so daß eine enge Passage gebildet wird, die axial zu der konzentrischen Anordnung verläuft und durch die der Elektronenstrahl laufen kann. Der ringförmige Raum 7 zwischen dem Innenteil 62 und dem Außenteil 63 dient als Behälter für flüssiges Helium. Die Koaxial-Ablenkleitung mit einem solchen wendeiförmigen Aufbau besteht also aus einem wärmeleitenden Metallblock auf der Innenseite und auf der Außenseite und wird ständig im supraleitenden Zustand gehalten.the adjacent turns of the helical intermediate wall 17 of the wound tape. The intermediate part 62 includes the helical partition walls 17 so that a helical space between them adjacent turns is formed. The part of the helical space that is between the central part 61 and the helical strip of the core conductor 15 is filled with an insulating material 16, and the remaining part of the helical space between the core conductor 15 and the Intermediate part 62 is left free as at 14. The turns of the intermediate wall 17 are each apertured as at 18 to form a narrow passage axially concentric with the one Arrangement runs and through which the electron beam can run. The annular space 7 between the inner part 62 and the outer part 63 serve as a container for liquid helium. The coaxial deflection line with such a helical structure thus consists of a thermally conductive metal block on the inside and on the outside and is constantly kept in the superconducting state.

Es wurde festgestellt, daß durch Verwendung einer Koaxialleitung mit wendeiförmiger oder anders periodisch geknickter Struktur als Wanderfeld-Ablenkkreis und durch Aufrechterhaltung des supraleitenden Zustandes darin in der beschriebenen Weise, leicht eine Betriebsbandbreite erreicht werden kann, die wenigstens zehnmal so breit ist wie die mit üblichen, nicht gekühlten Ablenksystemen mit wendeiförmigen oder gefalteten Drahtstrukturen erreichbare. Auch das elektrische Feld des auf den Elektronenstrahl wirkenden Signals hat eine definierte Phasengeschwindigkeit über eine extrem große Bandbreite einschließlich niedriger Frequenzen und hoher Frequenzen über Zehntausende von MHz, und die Leitung hat keinen Dämpfeffekt. Dadurch wird es möglich, daß das Signal vom Eingang zum Ausgang durch die Leitung läuft und seine ursprüngliche Schwingungsform beibehält. Mit anderen Worten, die Länge des Ablenksystems kann so lang gewählt werden wie erforderlich, um die Ablenkungsempfindlichkeit der Einrichtung als Kathodenstrahlröhre zu verbessern. WennIt has been found that by using a coaxial line with helical or otherwise periodic bent structure as a traveling field deflection circle and by maintaining the superconducting state therein in the manner described, an operating bandwidth can easily be achieved that at least is ten times as wide as that with conventional, non-cooled deflection systems with helical or folded wire structures achievable. Also the electric field of the one acting on the electron beam Signal has a defined phase velocity over an extremely large bandwidth including low frequencies and high frequencies over tens of thousands of MHz, and the line has none Damping effect. This makes it possible for the signal to pass through the line from input to output runs and maintains its original waveform. In other words, the length of the deflection system can be chosen as long as necessary to suit the deflection sensitivity of the device than cathode ray tube to improve. if

ίο die Elektronenlaufzeit durch den Ablenkspalt in jeder Stufe der Koaxialleitung nicht mehr vernachlässigbar ist gegen die Länge einer Periode im Bereich von höheren Betriebsfrequenzen, kann die Ablenkempfindlichkeit durch die Laufzeiteffekte herabgesetzt werden. Um das zu verhindern, sollen die Abmessungen der Koaxialleitung unter genügender Berücksichtigung der Elektronengeschwindigkeit oder der Strahlspannung gewählt werden.ίο the electron transit time through the deflection gap in each Step of the coaxial line is no longer negligible compared to the length of a period in the range of higher operating frequencies, the deflection sensitivity can be reduced by the delay effects will. In order to prevent this, the dimensions of the coaxial line should be given sufficient consideration the electron speed or the beam voltage can be selected.

Die erfindungsgemäße Röhre kann auch die Form einer vollständig abgeschlossenen Kathodenstrahlröhre mit einer solchen Ablenk-Koaxialleitung haben, die in einen Kryostaten eingesetzt oder mit diesem durch ein die Wärme übertragendes Metall verbunden ist.The tube according to the invention can also be in the form of a completely enclosed cathode ray tube with such a deflection coaxial line inserted into or with a cryostat is connected by a heat transferring metal.

Claims

Claim:

Extremely wide bandwidth cathode ray tube with a traveling field electron beam deflection system in the form of a coaxial line with a helically or otherwise periodically folded one Structure as a delay circuit, characterized in that the deflection circuit is kept in the superconducting state.

1 sheet of drawings