DE1491321A1

DE1491321A1 - Anordnung zur Erzeugung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1491321A1
Application number: DE19651491321
Authority: DE
Inventors: Arnaud Michel Marie C; Pierre Yvon
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1964-11-12
Filing date: 1965-11-12
Publication date: 1969-07-17
Also published as: FR1422298A; US3392300A

Description

"Anordnung zur Erzeugung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlröhre"

französische Priorität vom 12„ November 1964 aus der französischen Patentanmeldung Nr, 994 589

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlröhre mit einer ringförmigen Kathode, einer ringförmigen Steuerelektrode und einer mit einer ringförmigen Aussparung versehenen Anode.

Solche Anordnungen, auch Elektronenkanonen genannt, zur Erzeugung eines Elektronenstrahls von ringförmigem Querschnitt werden vor allem in Hochfrequenzröhren wie Klystrons und V/ander— feld- oder Laufzeitröhren und insbesondere dann benutzt, wenn.

Prop» 3559/DTE

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Bank: Hayar. Hypoth.u. Waenaal-BanK LaIm Nr. ■»«■ · PostachacK^Kontoi MUnohan «9*01

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diese .Röhren Gleit- und Kopplun^s&ereiche mit einen ^:rousen Durchmesser besitzen« Bei einer Y/i_nderf eidröhre stellt siül. bekanntlich eine Kopplung zwischen den Elektronen eines Elektronenstrahls und einer sich in einer Yex-zÖgtu'un^nleitun^ fortpflanzenden Hochfrequenzwelle ein; diese Verzögerun;;;sloitun_f ^:j r/eist häufig die Form eines satraufoenliniß· gewundenen i.etalldrahtes auf _β Die Kopplung z.vischen dem lioclifre^uensfeld und den Elektronen des Elektronenstrahlfcündels ist schmal ei·, yienn die Elektronen nahe an der Leitung strömen und vreim die Elektro-P nendichte hoch ist_e Aus diesem Grunde verwendet nun in f.llen möglichen Fällen vorzugsweise einen Elektronenstrahl ringförmigen Querschnitts mit einer hohen Elektronendichte in der. an die Verzögerungsleitung angrenzenden umfan liehen Bereich.

Gewisse Arten von einen hohlzylindrischen Elektronenstrahl erzeugenden .Elektronenkanonen besitzen eine Steuerelektrode. Gewöhnlich bestehen solche Elektronenerzeuger im wesentlichen aus einer ringförmigen Kathode, einem ringförmigen Steuergitter k und einer Anode, die eine ringförmige Aussnarung aufweist, die mit der Kathode in Flucht, liegt, Ausserdem ist um einen diese Anordnung einschliessenden dichten Kolben herum eine zylindrische Spule angeordnet, die über die gesacte liutzlänge de;; Elektronenstrahls ein starkes L'agnetfela hervorruft, ;/ä..rena cig j Betriebs eines solchen Slektronensrzeugero ist an dcx Gritter eine Spannung angelegt, um den von der Kathode ^ua^es^:.. ten Elektronenstrom zu regeln, und die Anode ist jeger-Mbcr der IlL.ti.0 de auf einem hohen positiven Potential gehaltene Die ä-.s Grittor

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durchlaufenden elektronen werden .in Richtung auf die Anode besä chi eunigt und durch das Magnetfeld derart gerichtet, dass sie die in der Anoüe vorgesehene Aussparung durcheilen und ihre- ein liünfiel ri n^i'ömi^en .Querschnitts bildende Bahn verfolgen.

In Fi_£> 1 iut eine solche Anordnung zur Erzeugung eines hohla^ linariöchen Elektronenstrahls bekannter Bauweise schaubildlich in aus exnandergezogenem Zustand ihrer einzelnen wesentlichen 'χ¹ eile in einer üblichen Ausführun^sform veranschaulicht, Die KutLoae. 1 ist auf ihrer oberen Fläche mit einer Emissions— schicht 2 belegt und besitzt ein Heizelement 3 auf der gegenüberliegenden. Seite· Bine Steuerelektrode 4 und eine Anode 5 "faeaituen jeweils die Foi'in einer Metallplatte, in der eine ringfüri.ii_i::o öffnung 6 bav;. 7 vorgesehen ist, die jedoch jeweils aiclit völlig freiließt. Vielmehr sind diese ringförmigen A_Usfcipi..runden 6 una 7 von Steuerelektrode und Anode jeweils durch in Jiizkel abstünden von 120° angeordneten drei Lletallstaben unterteilt, die den Zweck haben, den mittleren Bereich mxt dem umfänglichen Teil der Steuerelektrode 4 bzw. der Anode 5 zu verbinden. Die Ausbildung der Stäbe 8 lässt sich durch entsprechenues Ausstanzen einer ÜetalliJlatte erzielen; diese Anordnung lässt sich jedoch auch dadureh erreichen, dass man eine scheibenförmige Platte und eine ringförmige Platte vorsieht und diese untereinander durch in Winkelabständen von 120° angeordnete otäbe 8 verbindet, indem man diese beiderseits an die Platten anscLweisst. Die Steuerelektrode 4 trägt ferner Gitterstäbe 9,

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die gleichen Abstand zueinander aufvieisen und/radialen Richtungen

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angeordnet sind und' so in dem Bereich der ringförmigen Öffnung 6 der Steuerelektrode 4 ein Gitter bilden. Sind die soeben beschriebenen Teile zusammengefügt, weisen sie untereinander einen geringen Abstand auf.

In der soeben beschriebenen, bisher üblichen Ausführungsform lassen solche mit Steuerelektrode ausgestatteten Elektro« nenerzeuger zur Bildung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls keinen Elektronenstrahl zufriedenstellender Form» genügender Gleichmässigkeit und ausreichender Leistung erzielen. Dies ist auf die Anwesenheit der in Yiinkelabständen Von 120° angeordneten Metallstäbe zurückzuführen, welche die ringförmige Öffnung des Steuergitters und die ringförmige Öffnung der Anode in drei Ausschnitte aufteilen. Diese Metallstäbe sind insbesondere an der Anode störendj wo sie einen Teil des. Elektronenstrahls auf« fangen, woraus" sich ein Leistungsverlust und eine Erwärmung der Anode ergibt, Ausserdem wird der Elektronenstrahl durch die drei Metallstäbe in drei Teilbündel zerlegt. Mit Ausnahme gewisser Sonderfälle weisen bekanntlich durch ein Magnefeld geführte Elektronenstrahlen Schwingungen auf, nämlich Änderungen in der Dichte längB der Strahlenachse· In dem betreffenden Fall stellt eich ausser der Änderung des Durohmessers des Elektronenstrahls also auch eine Dichteänderung längs der drei Kontaktzonen zwischen den Einzelstrahlen ein. Dies hat zur V/irkung, dass die periodischen Änderungen des Durchmessers in diesen Zonen noch betont werden· Um zu vermeiden, dass von der Verzögerungsleitung einer'Wanderfeldröhre Elektronen aufgefangen werden» muss man

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demzufolge zwischen dem Durchmesser der Verzögerungsleitung und dem mittleren Durchmesser des den Elektronenstrahl umgebenden Kolbens einen grösseren Abstand vorsehen als dann, wenn der .Elektronenstrahl vollkommen zylindrisch wäre« Dies verringert die Wirksamkeit der gesuchten Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und einer llochfrequenzwelle in dem Pail einer V/anderfeidröhre » Ferner lässt sich feststellen, dass in unerwünschter V/eise der Elektronenstrahl durch die die Öffnung des Gitters aufteilenden Metalltube 8 abgefangen wird, wenn die an das Gitter angelegte Spannung positiv wird_e

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erzeugung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die vorerwähnten Nachteile vermeiden lässt und bessere Betriebsbedingungen aufweist als bisher übliche Elektronenkanonen dieser Gattung₀ Dies wird bei dem hier vorgeschlagenen Elektronenerzeuger vor allem dadurch, erreicht-, dass erfindungsgeniäss die Steuerelektrode aus zwei in gleicher Ebene liegenden, durch einen ringförmigen Raum voneinander getrennten und durch in etwa gleichen Abständen zueinander angeordnete Gitterstäbe verbundenen und an deren betreffenden Endöja. jeweils befestigten Ringplatten besteht und die Anode zwei Platten, nämlich eine scheibenförmige und eine ringförmige, besitzt, die in gleicher Ebene liegen und zwischen sich einen ringförmigen Raum begrenzen und Von denen die Ringplatte an umfänglichen Stellen gehalten und die Scheibenplatte an einer mittig die Anordnung durchsetzenden

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Anschlussklemme "befestigt ist.

Bei einem solchen Elektronenerzeuger ger.iäsa der Erfindung entfallen also die sonst in der ringförmigen öffnung von tritter und Anode in Y/inkelabständen von 120° vorgesehenen Stäbe» Damit sind auch sautIiehe, auf diese Stäbe zurückzuführenden störenden Wirkungen behoben, und es lässt sich eine gute Leistung, und ein praktiuch hohlzylindrischer Elektronenstrahl mit einer in einonumfanglichen Bereich äusserst homogenen Dichte und einer in Axialrichtung sehr niedrigen Schwingung erzielen. .Die verwendeten '!'eile, besitzen eine einfache ^orin; sie können ohne Schwierigkeit ausgeführt und zusammengesetzt v/erden.

Um die zu einer Verformung der Steuerelektrode gegebenenfalls führenden Y/irkungen der Wärmedilatation zu mindern, sind nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der mit der Erfindung vorgeschlagenen Anordnung die die beiden Ringplatten der Steuerelektrode miteinander verbindenden Gitterstäbe in eine Tangentialkomponente aufweisenden. Richtungen statt in radialen Richtungen angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform besteht keine unmittelbare mechanische Verbindung zwischen den beiden die Anode bildenden. Platten, von denen die eine ringförmig, die andere scheibenförmig ausgebildet ist.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Anordnung ist insbesondere dann zweckniässig, wenn zur Verbesserung der elektrooptischen Eigenschaften der Elektronenkanone es wünschenswert ist,

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über einen mittleren Teil der Anode in einer Ebene zu verfügen, die von der von dem äusseren Teil der Anode eingenommenen Ebene leicht abweicht« Die dem mittleren Teil der Anode bildende scheibenförmige Platte ist nämlich völlig unabhängig an einer Amjchluüslcleiiime befestigt, und die Lage dieser scheibenförmigen Platte lüsst sich gegenüber der den äusseren Teil der Anode Mldcr.den ringförmigen Platte leicht durch Einstellung oder mittels Anstandsstücke einregeln· Es ist vor allem möglich, die beiden Platten in der gleichen Ebene oder in einander dicht benachbarten Parallelebenen mit einer äusserst hohen Genauigkeit anzuordnen»

l\fach einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäss der Erfindung besitzt die einen Teil der Anode bildende Scheiben·· platte einen oder mehrere-metallische Yorsprüng-e^· die- die Oberfläche der Anode vergrössern und somit als Wärmestrahler wirken, um die Wärmeverlustleistung von der Anode besser aufnehmen zu können.

j In Fig. 2 ist ein Blektronenerzeuger der mit der Erfinduhg I

vorgeschlagenen Art in einer beispielsweise gewählten Ausfüh« i rungsform mit seinen wesentlichen, wiederum in auseinanderge*· zogenem Zustand gezeigten Teilen teilweise im Schnitt veranschaulicht« Fig. 3 zeigt eine Draufaicht auf eine Steuerelektrode der Elektronenkanone gemäes der Erfindung in der schon attgedeU*· teten besonders vorteilhaften AuafUhrungsform,

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Fig, 2 beschränkt sich auf die Darstellung der von der Erfindung unmittelbar betroffenen Teile einer solchen Anordnung, nämlich die Elektroden der Elektronenkanone zur Erzeugung eines hohlzylindrischen Elektronenstrahls gemäss der Erfindung. Die Art des Zusammensetzens dieser Teile in einer Elektronenröhre, insbesondere die Anordnung eines dichten Kolbens, die Form der Ausgangsleiter usw. sind selbstverständlich bekannt, \/ie Fig. erkennen lässt, lassen sich vier wesentliche Teile unterscheiden, nämlich die Kathode 11, die Steuerelektrode 12, di« Anode 13 und eine Isolierklemme 14· Die Kathode 11 besteht aus einem ringförmigen Gehäuse 15 mit U-förmigem Querschnitt, daß ein Heizelement 16 in sich aufnimmt, das beispielsweise aus einem sehraubenliniß gewickelten Wolframdraht besteht. Die eine ringförmige Fläche des Gehäuses 15 ist eben und mit einer Emissionsschicht 17 belegtj auf der entgegengesetzten Seite besitzt das Gehäuse 15 Ringflansche 18 und 19.

Die Steuerelektrode 12 umfasst eine äussere Eingplatte 20 und eine innere Ringplatte 21, die beide aus Molybdän hergestellt und voneinander durch einen ringförmigen Raum 22 getrennt sind. Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sind die beiden Platten 20 und 21 miteinander durch Gitterstäbe 23 aus vergoldetem Molybdän verbunden, die über den Umfang der Steuerelektrode in regelmässigen Abständen angeordnet sind und in dem freien Ringraum 22 ein Gitter bilden. Jeder dieser Stäbe 23 ist mit seinem einen Ende an der Platte 20 und mit Beinern anderen Ende Bn der Platte 21 befestigt. Vorzugsweise fertigt man die

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Steuerelektrode 12 in der Weiae, dass man die Platten 20 und 21 und die Stäbe 23 in einer Montage zusammenfügt und das Verschv/eirsen dieser Teile' in einem einzigen Vorgang ausführt» Für ■diesen Schweissvorgang wird vorzugsweise Gold als Auftragsnietall verwendete In diesem- Falle wird die Montage der Elektronenkanone so durchgeführt, dass die vergoldete Fläche der Steuerelektrode 12 in Richtung auf die Kathode 11 angeordnet wird. Der Goldüberzug des Gitters und dessen Stütze hat zur /irkung, die Gitteremission zu verringern.

Die Anode 13 besteht aus einer ringförmigen Platte 24 und einer scheibenförmigen Platte 25, aus der ein Rohrstutzen 26 nach oben ragt. Die Teile 24 und 25 sind aus Molybdän gefertigt} ihre einander gegenüberliegenden Ränder sind durch einen freien llingraum 27 voneinander getrennt, der nahezu die gleichen Abmessungen wie die Emissionsschicht 17 der Kathode 11 aufweist. Der Rohrstutzen 26 kann ebenfalls aus Molybdän hergestellt sein; er dient dazu, die Oberfläche der Scheibenplatte 25 und demzufolge die Wärmemenge zu yergrössern, die von dieser Elektrode durch Strahlung abgegeben werden kann«

Das Zusammensetzen der soeben beschriebenen Tp.ile erfolgt in folgender Weise* Die Unterteile 11 und 12 sowie die ringförmige Platte 24 der Anode 13 werden in einer Anordnung zueinander gebracht, in der diese 'i'eile in richtiger Lage mit einem geringen gegenseitigen Abstand zueinander stehen? darauf setzt man drei Keramikstangen. 28 in die Löcher 29 ein, die an drei umfänglichen

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Stellen der zusammenzusetzenden Teile vorgesehen sir;d_o Zur Vereinfachung der Zeichnung ist jedoch nur eine einzige Keramikstange 28 wiedergegeben, und zwar zur Verdeutlichung ausserhalb der übrigen Teile. Sodann führt nari die metallkeramischen Vergüsse in Höhe der löcher 29 aus. Die Keraniika tarigen 28 stellen somit die mechanische Verbindung der Teile her und gev/LLLrleisten zwischen diesen Teilen die notwendige elektrische Isolierung. Die den Mittelteil der Anode 13 bildende scheibenförmige Platte 25 wird mittels einer Schraube 30 auf der Isolierklemme P befestigt. Der ]?i~. 2 lässt ..sich entnehmen, dass die Jcheilenplatte 25 eine Wuerschnittsform besitzt, die ihr gestattet, sich auf einem Kopf 31 der IsοIierklei:.me 14 zentrieren zu können. Der Kopf 31 besitzt eine ochraubengewindebohruntf, die zur aufnahme der Befestigungsschraube 30 bestimmt ist. Auscerdem ist der Kopf 31 mit einem ünde einer keramischen Rohrmuffe 32 vergossen, deren anderes Ende mit einem Ansatz 33 in dichter Verbindung steht. Der Ansatz 33 besitzt einen breiten Rand 34, der auf dem Ringflansch 19 des Gehäuses 15 der Kathode 11 aufsetzt, wenn diese Teile mittels nicht dargestellter Schrauben zusammengefügt sind.. Der Rand 34 ist hierbei mit einer Schulter ausgestattet, die den Ansatz 33 gegenüber dem Gehäuse 15 zentrieren lässt.

Auf diese Weise lässt sich ein steifer Zusammenbau erzielen, in dem Teile wie Anode oder Gitter aus einem Mitteilteil und einem umfänglichen Teil bestehen, die voneinander durch einen Raum getrennt und in richtiger Lage zueinander gehalten sind,

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ohne dass man Verbindunssstäbe benötigt, die den sie trennenden Raum durchqueren. Die notwendige elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilen der Anode 13, die durch die Ringplatte 24 und die Ücheibenplatte 25 gebildet sind, erfolgt mittels eines Leiters 35, der mit dem Kopf 31 der Isolierklemme 14 verbunden ist und in der Achse der keramischen Rohrmuffe 32 eich erstreckt.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die in vereinfachter Art eine Steuerelektrode darstellt, Üie derjenigen entspricht, die in

ig. 2 mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist. In beiden Fig.- *

besitzt diese Steuerelektrode Teile, welche die gleichen Funktionen erfüllen und daher auch mit gleichen Bezugsziffern versehen oind, Geiuiitiß der Ausführun^sform der Fig. 3 sind jedoch die Gitterstäbe 23 in einer gegenüber der radialen Richtung stark geneigten Richtung angeordnet. Zur Vereinfachung der Fig» 3 , sind hierbei nur eine beschränkte Anzahl von Stäben dargestellt} selbstverständlich sind diese Gitterstäbe 23 auf gleiche Weise und in regeluäseigen Abständen zueinander über den gesamten Um-· fan*? der Steuerelektrode angeordnet. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass vermieden wird, dass das Gitter in axialer Richtung Verformungen unterliegen kann, die auf die Viärmedila« tation der Stäbe 23 zurückzuführen sind, die während des Betriebes der Anordnung auftreten. Ώε. nämlich die in Fig. 3 wiedergegebene Steuerelektrode ausschliesslich an seinem Umfang gehalten wird, hat die Dilatation der Stäbe 23 zur Y/irkune, dass die innere Ringplatte 21 in ihrer Ebene gedreht wird.

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Claims

Ansprüche: I 4 9 1 3 2 I

1· Anordnung zur Erzeugung eines hohlzylindirschen Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlröhre mit einer ringförmigen Kathode, einer ringförmigen Steuerelektrode und einer mit einer ringförmigen Aussparung versehenen Anode, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (12) cue zwei in gleicher. Ebene liegenden, durch einen ringförmigen Itaum (22) voneinL.no.er getrennten und durch in etwa gleichen Abständen zueinander angeordnete Gittorstäbe (23) verbundenen und an deren betreffenden Enden jeweils befestigten Ilingplatten (20, 21) beatent und die Anode (13) zwei Platten (24, 25), nämlich eine scheibenförmige (25) und eine ringförmige (24), besitzt, die in gleicher Ebene liegen und zwischen sich einen ringföriäjen iiaum (27) begrenzen und von denen die Ringplatte (24) an umfänglichen Stellen (29) gehalten und die Scheibenplatte (25) an einer mittig die Anordnung durchsetzenden Anschlussklemme (14) befestigt ist (Fig. 2).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Ringplatten (20, 21) der Steuerelektrode (12) miteinander verbindenden Gitterstäbe (23) in eine Tangentialkomponente aufweisenden Richtungen angeordnet sind (Fig. 3).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, doss die einen Teil der Anode (13) bildende Scheibenplatte (25) einen oder mehrere, Wärmestrahler darstellende Vorsprünge (26) besitzt (Fig. 2).

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