DE1286647B - Electron beam generation system for high-performance amplifier klystrons - Google Patents

Electron beam generation system for high-performance amplifier klystrons

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DE1286647B DEV19824A DEV0019824A DE1286647B DE 1286647 B DE1286647 B DE 1286647B DE V19824 A DEV19824 A DE V19824A DE V0019824 A DEV0019824 A DE V0019824A DE 1286647 B DE1286647 B DE 1286647B
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Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft ein rotationssymmetri- aus der von ihr durchsetzten zentralen Kathodensches Elektronenstrahlerzeugungssystem für Hoch- Öffnung herausragt. Die Kathodenemissionsfläche leistungsverstärkerklystrons, mit einer konkaven selbst ist bei dem erfindungsgemäßen Elektronen-Kathode, die eine große Emissionsfläche aufweist, Strahlerzeugungssystem (im Gegensatz zu dem vormit einer die Kathode koaxial umgebenden, zugleich 5 genannten bekannten Elektronenstrahlerzeugungsals Steuerelektrode dienenden Bündelungselektrode, system mit zentraler stiftförmiger zweiter Steuerelekderen strahlseitige Stirnfläche in Elektronenstrah- trode) konkav ausgebildet. Der Elektronenhohlstrahl richtung erheblich über den benachbarten Rand der wird durch die kreisförmige Blendenöffnung der zu-Kathodenemissionsfläche hinausragt (erste Steuer- geordneten Beschleunigungselektrode hindurch geelektrode), und mit einer Beschleunigungselektrode, io richtet, ohne daß es hierbei zu einem nennenswerten deren Strahlaustrittsöffnung einen wesentlich kleine- Abfangen von Strahlelektronen durch die Beschleuren Durchmesser besitzt als ihre Strahleintritts- nigungselektrode kommt, was einen weiteren Voröffnung, die ihrerseits wiederum einen kleineren zug des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeu-Durchmesser als die Kathodenemissionsfläche auf- gungssystems bildet.The invention relates to a rotationally symmetrical from the central cathode layer through which it passes Sticking out electron gun for high aperture. The cathode emission surface power amplifier klystrons, with a concave itself is in the electron cathode according to the invention, which has a large emission area, beam generation system (in contrast to the vormit a known electron beam generator, also called 5, which coaxially surrounds the cathode Control electrode serving bundling electrode, system with central pin-shaped second control electrodes Beam-side end face in electron beam electrode) is concave. The electron beam direction considerably beyond the neighboring edge of the is through the circular aperture of the cathode emission surface protrudes (first controlled acceleration electrode through geode), and with an acceleration electrode, io directs without it being a noteworthy one whose beam exit opening has a significantly small interception of beam electrons by the accelerators Diameter as your beam entry inclination electrode comes, which has a further pre-opening, in turn, a smaller train of the electron beam generating diameter according to the invention as the cathode emission surface forms the application system.

weist, und deren axiale Länge wesentlich größer 15 Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist als der Durchmesser ihrer Strahleintrittsöffnung. sieht vor, daß die Innenwand der ersten Steuerelek-Derartige Elektronenstrahlerzeugungssysteme sind trode in Höhe des Außenrandes der Kathodenbekannt (vgl. zum Beispiel die britische Patent- emissionsfläche schulterartig, ohne Kanten zu bilden, schrift 729 812). zurücktritt.has, and its axial length is much greater 15 A preferred embodiment of the invention is than the diameter of its jet entrance opening. provides that the inner wall of the first Steuerelek-Such Electron guns are known to trode at the level of the outer edge of the cathode (see, for example, the British patent emission surface shoulder-like without forming edges, 729 812). resigns.

Aus der französischen Patentschrift 1 115 157 ist 20 In der Figur ist eine Ausführungsform der Erfin-From French patent specification 1 115 157 is 20 In the figure, an embodiment of the invention

für Lauffeldröhren ein Elektronenstrahlerzeugungs- dung wiedergegeben.an electron beam generation is shown for running field tubes.

system bekannt, das eine ringförmige Kathode mit Eine erste, kreiszylindrische Steuerelektrode 15 einer großen Emissionsfläche aufweist, welche von umgibt koaxial die mit einer zentralen Öffnung vereiner zugleich als Steuerelektrode wirkenden Bünde- sehene Kathode 14 und besitzt einen über die Katholungselektrode (erste Steuerelektrode) koaxial um- 25 denemissionsfläche 14' hervorstehenden Endteil, geben ist, deren strahlseitige Stirnfläche in Elektro- Eine zweite, stiftförmige Steuerelektrode 16 tritt nenstrahlrichtung erheblich über den Rand der durch eine zentrale Öffnung der Kathode hindurch Kathodenemissionsfläche hinausragt, wobei eine und ragt nur geringfügig daraus hervor,
stiftförmige weitere Steuerelektrode (zweite Steuer- Die erste Steuerelektrode 15 und die zweite Steuerelektrode) die Kathode in axialer Richtung zentral 30 elektrode 16 sind leitend miteinander verbunden und durchsetzt und mit der ersten Steuerelektrode direkt haben so dasselbe elektrische Potential. Für beleitend verbunden ist. Ferner ist eine scheibenför- stimmte Anwendungszwecke kann es wünschenswert mige Beschleunigungselektrode vorgesehen, die für sein, daß diese Elektroden mit verschiedenen Potenden Durchgang des Elektronenstrahls eine ringför- tialen arbeiten. Eine Kathodenzuführung 17 liefert mige Öffnung aufweist. Der so erzeugte Elektronen- 35 davon unabhängig das Betriebspotential zur Kathode, hohlstrahl hat einen verhältnismäßig großen Gesamt- Eine Anodenzuführung 20 liefert ein gegenüber der querschnitt, ist also kein hochverdichteter Elektro- Kathode stark positives Potential zu der Beschleunenstrahl, und weist über den Querschnitt eine stark nigungsanode 18, deren Strahlaustrittsöffnung einen inhomogene Elektronendichte auf. wesentlich kleineren Durchmesser besitzt als ihresystem known, which has an annular cathode with a first, circular cylindrical control electrode 15 of a large emission surface, which surrounds coaxially the bundle with a central opening at the same time acting as a control electrode, see cathode 14 and has a cathode over the cathode (first control electrode) coaxially around - 25 denemission surface 14 'projecting end part, whose beam-side end face in electrical A second, pin-shaped control electrode 16 occurs nenstrahlrichtung significantly beyond the edge of the cathode emission surface protrudes through a central opening of the cathode, whereby one protrudes only slightly from it,
Pin-shaped further control electrode (second control electrode 15 and the second control electrode) the cathode in the axial direction central 30 electrode 16 are conductively connected to each other and penetrated and with the first control electrode directly have the same electrical potential. For accompanying is connected. Furthermore, a disk-shaped application is desirable, it may be desirable to provide accelerating electrodes that allow these electrodes to work in an annular shape with different potentials for the passage of the electron beam. A cathode feed 17 provides moderate opening. The electron thus generated - regardless of the operating potential to the cathode, hollow beam has a relatively large total nigungsanode 18, the beam exit opening on an inhomogeneous electron density. has a much smaller diameter than theirs

Der Erfindung liegt im Unterschied dazu die Auf- 40 Strahleintrittsöffnung. Die letztere hat wiederum gäbe zugrunde, einen hochverdichteten Elektronen- einen kleineren Durchmesser als die Kathodenstrahl zu erzeugen, der über den Strahlquerschnitt emissionsfläche 14'. Die axiale Länge der Beschleueine im wesentlichen homogene Elektronendichte nigungsanode 18 ist dabei wesentlich größer als der aufweist. Durchmesser der Strahleintrittsöffnung. Die Steuer-In contrast to this, the invention lies in the jet inlet opening. The latter has in turn would be based on a highly compressed electron - a smaller diameter than the cathode ray to generate the emission surface 14 'over the beam cross-section. The axial length of the speed line substantially homogeneous electron density inclination anode 18 is much larger than that having. Diameter of the beam entrance opening. The tax-

Diese Aufgabe wird bei einem Elektronenstrah- 45 elektrodenzuführung 8 liefert den Steuerelektroden erzeugungssystem der eingangs genannten Art erfin- 15 und 16 das geeignete Betriebspotential,
dungsgemäß dadurch gelöst, daß noch eine die Die Steuerelektroden haben verhältnismäßig große Kathode in axialer Richtung zentral durchsetzende Krümmungsradien, so daß sich praktisch keine stiftförmige Steuerelektrode mit einem gegenüber dem Stellen mit extrem starken elektrischen Feldern erDurchmesser der Kathodenemissionsfläche kleinen 50 geben. Sie sind zudem poliert, so daß die Möglichkeit Durchmesser vorgesehen ist (zweite Steuerelektrode), einer Ausbildung von Lichtbögen zwischen Elekdie so angeordnet ist, daß sie im Bereich des sie troden verschiedenen Potentials stark vermindert dicht umgebenden Innenrandes der Kathodenemis- ist. Ein hohlzylindrischer dielektrischer Isolator 19, sionsfläche nur geringfügig aus der von ihr durch- beispielsweise aus Aluminiumoxid-Keramik, ist zwisetzten zentralen Kathodenöffnung herausragt, und 55 sehen der zweiten Steuerelektrode 16 und der daß die beiden Steuerelektroden entweder mit dem Kathode 14 angeordnet.This task is carried out in the case of an electron beam electrode feeder 8, supplies the control electrode generating system of the type mentioned at the outset, 15 and 16 the suitable operating potential,
The control electrodes have a relatively large cathode in the axial direction centrally penetrating radii of curvature, so that there is practically no pin-shaped control electrode with a diameter of the cathode emission surface that is small compared to the locations with extremely strong electrical fields. They are also polished, so that the possibility of diameter is provided (second control electrode), a formation of arcs between electrodes is arranged in such a way that it is in the region of the different potentials, which surrounds them greatly reduced, tightly surrounding inner edge of the cathode emis. A hollow cylindrical dielectric insulator 19, sion area only slightly protrudes from the central cathode opening through it, for example, from aluminum oxide ceramic, and 55 see the second control electrode 16 and that the two control electrodes are either arranged with the cathode 14.

gleichen, gegenüber der Kathode negativen Gleich- Im Betrieb arbeiten die zwei Steuerelektroden 15, potential oder mit verschiedenen, gegenüber der 16 ähnlich wie eine ringförmige Steuerelektrode. Die Kathode negativen Gleichpotentialen beaufschlagt Steuerelektrode 15 bewirkt die erforderliche Fokussind (Erzeugung eines hochverdichteten Elektronen- 60 sierwirkung und lenkt die ausgesendeten Elektroden hohlstrahls). in Form eines konzentrierten Strahls durch die öff-equal, negative equal to the cathode- During operation, the two control electrodes 15 work, potential or with different, compared to the 16 similar to a ring-shaped control electrode. the Cathode negative DC potentials applied to control electrode 15 causes the required focus (Creation of a highly compressed electronizing effect and directs the emitted electrodes hollow jet). in the form of a concentrated jet through the open

Das erfindungsgemäße Elektronenstrahlerzeu- nung der Beschleunigungsanode 18. Wenn eine hin-The electron beam generation of the acceleration anode 18 according to the invention.

gungssystem stellt eine wesentliche Verbesserung der reichend starke negative Spannung (Sperrimpuls)system provides a significant improvement in the sufficiently strong negative voltage (blocking pulse)

bekannten Strahlerzeugungssysteme dar. Der hochver- herrscht, wird der Elektronenstrahl gesperrt. Dasknown beam generating systems. The high prevails, the electron beam is blocked. That

dichtete Elektronenhohlstrahl mit über den Strahl- 65 beschriebene Elektronenstrahlerzeugungssystem er-sealed electron hollow beam with electron beam generating system described via the beam 65

querschnitt im wesentlichen homogener Elektronen- fordert etwa die halbe Spannung zwischen KathodeCross-section of essentially homogeneous electrons - requires about half the voltage between the cathode

dichte kommt dabei vor allem dadurch zustande, und Steuerelektroden, als sich bei Benutzung einerdensity is mainly due to it, and control electrodes, as when using a

daß die stiftförmige Steuerelektrode nur geringfügig einzigen Steuerelektrode ergibt.that the pin-shaped control electrode results in only slightly single control electrode.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Rotationssymmetrisches Elektronenstrahlerzeugungssystem für Hochleistungsverstärkerklystrons, mit einer konkaven Kathode, die eine große Emissionsfläche aufweist, mit einer die Kathode koaxial umgebenden, zugleich als Steuerelektrode dienenden Bündelungselektrode, deren strahlseitige Stirnfläche in Elektronenstrahlrichtung erheblich über den benachbarten Rand der Kathodenemissionsfläche hinausragt (erste Steuerelektrode), und mit einer Beschleunigungselektrode, deren Strahlaustrittsöffnung einen wesentlich kleineren Durchmesser besitzt als ihre Strahleintrittsöffnung, die ihrerseits wiederum einen kleineren Durchmesser als die Kathodenemissionsfläche aufweist, und deren axiale Länge wesentlich größer ist als der Durchmesser ihrer Strahleintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß noch eine die Kathode (14) in axialer Richtung zentral durchsetzende stiftförmige Steuerelektrode (16) mit einem gegenüber dem Durchmesser der Kathodenemissionsfläche (14') kleinen Durchmesser vorgesehen ist (zweite Steuerelektrode), die so angeordnet ist, daß sie im Bereich des sie dicht umgebenden Innenrandes der Kathodenemissionsfläche (14') nur geringfügig aus der von ihr durchsetzten zentralen Kathodenöffnung herausragt, und daß die beiden Steuerelektroden (15,16) entweder mit dem gleichen, gegenüber der Kathode (14) negativen Gleichpotential oder mit verschiedenen, gegenüber der Kathode (14) negativen Gleichpotentialen beaufschlagt sind (Erzeugung eines hochverdichteten Elektronenhohlstrahls).1. Rotationally symmetric electron gun for high-performance amplifier klystrons, with a concave cathode that has a large emitting surface, with a die The bundling electrode surrounding the cathode coaxially and also serving as a control electrode Beam-side end face in electron beam direction considerably over the adjacent edge the cathode emission surface protrudes (first control electrode), and with an acceleration electrode, whose beam exit opening a has a much smaller diameter than its jet inlet opening, which in turn has a smaller diameter than the cathode emission surface, and its axial length is significantly larger than the diameter of its jet inlet opening, characterized in that that the cathode (14) centrally penetrating in the axial direction pin-shaped Control electrode (16) with a diameter opposite the cathode emission surface (14 ') small diameter is provided (second control electrode), which is arranged so that it only slightly in the area of the inner edge of the cathode emission surface (14 ') which tightly surrounds it protrudes from the central cathode opening penetrated by it, and that the two Control electrodes (15, 16) either with the same, opposite to the cathode (14) negative Equal potential or with different equal potentials that are negative relative to the cathode (14) are acted upon (generation of a highly compressed electron hollow beam). 2. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der ersten Steuerelektrode (1.5) in Höhe des Außenrandes der Kathodenemissionsfläche (14') schulterartig, ohne Kanten zu bilden, zurücktritt.2. electron gun according to claim 1, characterized in that the Inner wall of the first control electrode (1.5) at the level of the outer edge of the cathode emission surface (14 ') steps back shoulder-like without forming edges. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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