DE1491421A1 - Elektronenstrahlroehre mit mehreren Resonanzhohlraeumen und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Sperry Sand Corporation, Wilmington (Delaware) U. S. A.

Elektronenstrahlröhre mit mehreren Hesonanzhohlräumen und Verfahren zur Herstellung derselben

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenstrahlröhren mit mehreren Hohlräumen, insbesondere auf eine einfach?und wirtschaftliche Art und Weise der Herstellung einer solchen Röhre.

Die erfolgreiche und wirtschaftliche Herstellung von Elektronenstrahlröhren mit mehreren Hohlräumen, wie beispielsweise Klystronröhren, hängt von der Genauigkeit ab, mit welcher die einzelnen Hohlräume einer vollständig zusammengebauten Röhre ihre gewünschten elektrischen Charakteristiken, wie Q-Werte und Resonanzfrequenzen, entwickeln können. Die meisten Röhren dieser Art sind aus sehr vielen Einzelbestandteileh hergestellt, und als Ergebnis der kumulativen Wirkungen von Abmessungsabweichungen oder -Veränderungen in verschiedenen Einzelbestandteilen und von Abmessung8fehlern, die beim Zusammenbau der Röhre auftreten, kann unter Umständen die fertiggestellte Röhr· mit elektrischen Eigenschaften arbeiten, die eich von den gewünschten Charakteristiken derart unterscheiden, daß ein kostspieliges und schwieriges Überarbeiten der

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zusammengebauten Röhre erforderlich sein kann, oder die Röhre kann vollkommen unbrauchbar sein. Außerordentliche Vorsicht und Aufmerksamkeit für die Abmessungstoleranzen bei den -Uinzelbestandteilen und beim Zusammenbauen der Röhre erhöhen in, starkem Maße die Kosten der Röhre und können nicht immer zugelassen werden. Das Hinzufügen von Hohlraumabstimmern mit einem beträchtlichen Frequenzabstimmungsbereich, um zum Aufwiegen der vorstehend genannten Schwierigkeiten beizutragen, ist wegen mechanischer und elektrischer Beschränkungen nicht immer möglich.

Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung einer Elektronenstrahlröhre mit mehreren Hohlräumen, welche so gebaut ist, daß sie ein genaues Vorabstimmen der einzelnen Hohlräume ermöglicht, sowie die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Röhre.

Die Erfindung schafft einen Röhrenkörperaufbau, der aus mehreren Paaren von ersten und zweiten festen oder kompakten, sich längs erstreckenden Bndbauteilen besteht, die koaxial entlang der Röhrenachse angeordnet sind. Die benachbarten Flächen jedes Paars von ersten und zweiten ^ndbauteilen sind in Abständen voneinander angeordnet, und ein ringförmiger Gehäusebauteil ist vakuumdicht um die Umfange der benachbarten Stirnseiten jedes Paares angeordnet, wodurch zwischen diesen ein Hohlraum für elektromagnetische Wellen gebildet wird. Die benachbarten Stirnseiten von aufeinanderfolgenden Paaren von Endbauteilen sind aneinanderstoßend.miteinander befestigt, um

die vakuumdichte Abdichtung für den Körperabschnitt der Röhre zu vervollständigen und um Strahl-Drift-Röhren zwischen aufeinanderfolgenden Hohlräumen zu bilden.

Die Erfindung Soll nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung naher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 einen !eilschnitt, der eine völlig zusammengebaute Klystron-Verstärkerröhre mit mehreren Hohlräumen zeigt, die gemäß der Erfindung hergestellt ist,

Pig. 2 einen Schnitt durch eine einzelne Hohlraumeinheit, die gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, sowie Mittel zum Vorabstimmen der Hohlraumeinheit,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 von Fig. 1, der eine Anordnung eines i'rim-Abstimme rs zum leichten Abstimmen eines Hohlraums der Röhre zeigt, während

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Alternativaus.führungsform einer einzelnen Hohlraumeinheit darstellt, die gemäß der Erfindung hergestellt ist.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 ein Klystronröhrenverstärker mit mehreren Hohlräumen dargestellt? er besteht aus einer Ülektronenspritze 12, die einen Elektronenstrahl bildet und diesen entlang der Längsachse der Röhre leitet. Ein Elektronenstrahlkollektor 13, welcher ebenso von herkömmlicher

Bauweise sein kann, befindet sich am gegenüberliegenden ünde 909808/0677 , "

ORIGiNALlNSPECTED

der Röhre, um den -Elektronenstrahl zu beendigen. Der Körperabschnitt der Röhre besteht aus mehreren einzelnen Hohlraumeinheiten 15 bis 21, welche vakuumdicht entlang der Iiänge der Röhre zusammengebaut sind. Die Kohlraumeinheiten weisen jewäls einspringende Kohlraumresonatoren 25 bis 31 auf, die in Abständen voneinander über die ganze Länge des Körperabschnitts der Röhre angeordnet sind. Elektromagnetische V/ellenenenergie, die verstärkt werden soll, kann in den ersten Hohlraum 15 mit Hilfe einer üingangswellenführung 32 eingekoppelt werden, und die verstärkten elektromagnetischen Wellen können von dem letzten Hohlraum 31 her mit Hilfe einer Ausgangswellenführung 33 ausgekoppelt werden« Jeder der einzelnen Hohlräume 15 bis 21 hat gleichartigen A^ibau, und wenn beispielsweise die Hohlraumeinheit 16 betrachtet wird, so zeigt sich, daß die Hohrlraumeinheit als Baugruppe von ersten und zweiten festen oder ' kompakten, sich axial erstreckenden Abstandshaltern 34 und 35 : gebildet ist, welche mit Hilfe eines ringförmigen Geh^usebauteils 36 mit Abständen voneinander befestigt sind, der in Schulterstücke 37 und 38 hineinpaßt, welche sich um den Umfang '■·

ι der Abstandshalter 34 und 35 herum erstrecken. Die benach- ]

barten Stirnseiten der Abstandshalter 34 und 35 weisen mittig angeordnete Verlängerungen 40 und 41 auf, die einspringende Spitzen oder -ßcken in dem Hohlraum bilden, welcher in der eingeschlossenen Zone zwischen den Abstandehaltern 34 und 35 und dem ringförmigen Gehtusebauteil 36 gebildet ist. Die Abstandehalter 34» 35 und der ringförmige Gehäusebauteil 36 sind vakuumdicht aneinander befestigt, wie beispielsweise durch Hartlöten. Jeder der Bauteile 34, 35 und 36 ist kreiesymraetrisch

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zur Strahlachse und kann aus Blöcken aus einem geeigneten Material, wie Kupfer, maschinell gedreht werden. Der Abstandshalter 35 der Hohlraumeinheit 16 ist mit einem mittig angeordneten Stift 45 versehen, während der Abstandshalter der benachbarten Hohlraumeinheit 17 mit einer damit fluchtenden Aussparung 46 versehen ist, damit die richtige Ausrichtung der einzelnen Hohlraumeinheiten während des schließlichen Zusammenbauens sichergestellt wird.

Die Abstandehalter 34 und 35 sind axial über ihre ganze Länge hinweg mit Öffnungen versehen, um einen ^v<eg für den tronenstrahl durch jede der Hohlraumeinheiten 15 bis 21 zu bilden. Be ist ersichtlich, daß die Axialöffnungen der Abstandshalter 35 und 42, die aneinanderstoßen, eine Driftröhre zwischen den Hohlräumen 26 und 27 bilden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten zusammengebauten Röhre sind dünnwandige

Zylinder 51 bis 55 etrömungemitteldicht zwischen den

aufeinanderfolgenden ringförmigen Gehiusebauteilen abgedichtet, um ein strömungsmitteldichtes Gehäuse um die Röhre herum zu bilden. Jeder der ringförmigen Gehäusebauteile, wie beispielsweise der Bauteil 36, ist mit sich längs erstreckenden Strömungsmitteldurohgängen 57 und 58 versehen, um den Strom von Kühlmedium in den Zonen zwischen den vom den Vkdünnen

/φχχ.ZyIindem 51 bis 55 gebildeten äußeren Gehäuse und den äußeren
/ÜMfängen der Abstandshalter, wie 34 und 35, zu ermöglichen.

Zusätzliche Mittel, die nicht dargestellt sind, sind zum Leiten des Strömungsmittel zu einem äußeren Wärmetauscher und einer Pumpe vorgesehen.

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Ein primärer Vorteil, eine Mehrhohlraum-Klystronröhre in der in Fig. 1 illustrierten 7/eise herzustellen, besteht darin, daß jede der Hohlraumeinheiten 15 bis 21 einzeln vorgebaut und auf ihre gewünschte Resonanzfrequenz vorabgestimmt werden kann, bevor dieselbe schließlich in den RöhrenkörpeE eingebaut wird.

Sine Vorrichtung zum Vorabstimmen der einzelnen Hohlraum· einheiten vor dem schlie.ilichen Zusammenbauen ist in Pig. dargestellt. Nachdem die kompakten Abstandshalter oder

dae Hohlraum-^ndbauteile 34 und 35 an &£¥ ringförmige (xehäu-36

sebauteil / gelötet worden sind und die zusammengebaute Hohlraumeinheit auf Vakuumdichtigkeit geprüft worden ist, wird ein dichtpassender starrer und nicht verformbarer Metallstab 61 durch die Axialöffnungen in den abstandshaltern 34 und eingeführt. Kurze Zylinder 63, die aus einem starren, nicht nachgiebigen Material, wie Stahl, hergestellt sind, werden über den beiden iinden des Stabes 61 eingeführt und berühren die AuiBenflächen der Abstandshalter % und 35 nur in den entsprechenden Bereichen, die ihre Axialöffnungen unmittelbar umgeben. Beim anfänglichen Zusammenbauen der Hohlraumeinheit sind die Bauteile 34 bis 36 so bemessen, daß sichergestellt wird, daß die axialen Abstände zwischen den einspringenden Spitzen oder ücken 40 und 41 etwas größer sind als es zuletzt erwünscht ist, um zu gewährleisten, daß die Resonanzfrequenz des Hohlraums etwas höher als gewünscht ist. Zur Verringerung der Spaltbreite und somit Herabsetang der Frequenz auf den gewünschten Wert werden auf die kurzen

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Zylinder 62 und 63 nach einwärts gerichtete Kräfte ¥ ausgeübt, um die Abstandshalter in den Bereichen der Spitzen 40 und etwas zu verformen, damit die ^cken näher aneinanderkommen. Die Resonanzfrequenz des Hohlraums wird dann geprüft, bis die gewünschte Resonanzfrequenz erzielt ist.

Der kompakte ^tab 61, der sich durch die Axialöffnungen hindurch erstreckt, verhindert es, dai3 das Material der Abstandshalter 34 und 35 zusammenfällt und die Öffnungen verforrat, während Kräfte auf die Zylinder 63 und 62 zur Einwirkung gebracht werden. Dies verhindert Schwierigkeiten durch Strahlenunterbrechung während des Betriebs der Röhre. Nachdem jede der einzelnen Hohlraumeinheiten geprüft worden ist, damit die Gewähr besteht, daß sie elektrischen und mechanischen Erfordernissen entspricht, werden alle Hohlräumeinheiten zusammengestapelt und in einem einzigen Lötarbeitsgang zusammengelötet, um den fertigen Körperabschnitt der Röhre zu bftden. Dieses Zusammenbauen der Hohlräumeinheiten zu der fertigen Röhre erfolgt dadurch/laß Hartlot zwischen die Endflächen benachbarter Hohlraumeinheiten, wie z. -ü. die benachbarten Flächen der Abstandehalter 35 und 42 (Fig. 1), gebracht und weiteres Hartlot in die ringförmige Kerbe 60 zugefügt wird, die in dem einen der Abstandshalter vorgesehen ist.

Die Bauweise, die anhand der Röhre von ^¹Ig. 1 dargestellt ist, vereinfacht das Zusammenbauen insofern, als durch diese die Anzahl von Beetandteilen auf ein Minimum beschränkt wird und ein verhältnismäßig unerfahrener Arbeiter die Röhre zu-

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sammenbauen-kann. Jeder der verschiedenen Abstandshalter oder Hohlraum-Bndbauteile, wie 34 und 35, und jÄder der ringförmigen Gehäusebauteile, wie der Bauteil 36, können einzeln gekennzeichnet oder codiert sein, eo daß die Personen, welche die Hohlraumeinheiten zusammenbauen und den schlie31ichen Zusammenbau der Röhre vornehmen, nur einen einfachen Vorgang

ig ausführen müssen, nämlich die rieht/gekennzeichneten Teile aneinanderaustecken, wodurch fehler, die sonst beim Zusammenbauen auftreten könntn, auf ein Minimum beschränkt sind« Da*· au kommt, daß die Herstellung einer Röhre in der beschriebenen Weise wirtschaftlicher ist als bei anderen Arten bekannter Bauweise. IW.es kommt daher, daß jede Hohlraumeinheit einzeln vorgebaut und vor dem endgültigen Zue&amenbaüen geprüft wird und daß, falls sich einer der Hohlräume als fehlerhaft erweist, nur dieser bestimmte Hohlraum ausgeschieden oder, wenn möglich, verbessert zu werden braucht, und es somit nicht erforderlich ist, daß eine vollständig zusammengebaute Röhfe weggeworfen wird, was bei derzeitigen Herstellungsverfahren allgemein der #all ist. Die Überholung oder Überarbeitung einer völlig zusammengebauten Röhre ist oft schwierig und zeitraubend und muß daher, wenn möglich, vermieden werden.

Wie aus #ig. 1 ersichtlich ist, unterscheiden sich die Hohlräume 29, 30 und 31 in ihrer Größe voneinander und sind von anderer Größe als die Hohlräume 26, 27 und 28. Der Grund *afür liegt darin, daß eine abgestufte Abstimmung der Hohl-

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räume erzielt werden soll, so daß die Röhre über einen weiten Frequenzbereich arbeitet. Die Größe der Hohlräume wird dadurch leicht abgeändert, daß lediglich die Dicke der Abstandshalter und/oder die Axialhöhe der Schulterstücke, wie 37 und 33, und/oder der Durchmesser der Schulterstücke und des ringförmigen Gehäusebauteils 36 verändert werden. Die Abstände der Spalte zwischen den einspringenden Spitzen 40 und 41 können durch Verändern von Spitzenlänge, Shulterstückhöhe und/oder Länge des ringförmigen Gehäusebauteils verändert werden, um entweder die frequenz oder den -^-Wert des belasteten Hohlraums zu verändern. Röhren, die gemäß den lehren der Erfindung hergestellt sind, sind äußerst geeignet für die Massenherstellung» da Abstandshalter von verschiedenen unterschiedlichen Größen als Vorratebauteile bereitgehalten und Röhren mit mehreren unterschiedlichen Charakteristiken leicht hergestellt werden können, indem geeignete der vorrätigen Abstandshalter so gewählt werden, daß Hohlräume und Driftröhren der richtigen vorher errechneten Abmessungen ausgewählt werden, die die gewünschten ^etriebscharakteristiken der Röhre sicherstellen.

^s ist praktisch unmöglich, eine Anzahl von ^lektronenspritzen mit identischen Strahlcharakteristiken zu bauen, und da der Elektronenstrahl, der durch einen Klystron-Hohlraum hindurohführt, den Hohlraum belastet und seine Betriebsfrequenz beeinflußt, ist es wünschenswert, in/dem Hohlraum irgendeine Form von Abstimmvorrichtung vorzusehen, die ein geringes Nachstellen der Resonanzfrequenz zuläßt,um unter-

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Bchiedliche Strahlcharakteristiken auszugleichen, üine Art eines i'r im-Ab Stimmers, die sich mit einer geääß der Erfindung gebauten Köhre verträgt, ist in ^il'ig. 3 dargestellt, die ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 von J?i£. 1 ist. Wie in dieser darstellung gezeigt, ist der ringförmige Ge- · häusebauteil 36 mit einer sich radial erstreckenden Bohrung 66 versehen, in welche ein Zylinder 67 aus einem starren unnachgiebigen Material fest eingebaut ist. -äine dünne flexible Membran 68 umschließt das untere Ende des Zylinders 67 und bildet einen -feil der leitenden Umgrenzung des einspringenden Hohlraums 26. ilin starrer Stab 70 ist an der Mittelzone der flexiblen Membran 68 befestigt und erstreckt sich frei durchgängig durch ein Loch 72 in der oberen -Deckplatte 73» die das andere i^nde dea Zylinders 67 umschließt Bas äußere .finde des Stabes 70 ist mit Gewinde versehen, und Stellmuttern 75 und 76 sind auf den Stab 70 an gegenüberliegenden Seiten der Deckplatte 73 so aufgeschraubt, daß eine Vorrichtung zum Einstellen der ^xiefe der Einführung des Stabes 70 und somit der Stellung der flexiblen Membran 68 in dem Hohlraum 26 gebildet wird, damit die Abstimmung dieses Hohlraums beeinflußt werden kann, .dine Kerbe 80 kann am Außenumfang des ringförmigen Göhäusebauteils 36 vorgesehen sdn, um zur Ausrichtung der verschiedenen i'eile während des Zusammenbauens beizutragen.

Bs ist ersichtlich, da:3 verschiedene Abänderungen der in -Pig. 1 dargestellten Röhrenkonstruktion möglich sind. Bei einer Alternativausführungsform besteht der ganze Röhrenkörper aus einer Gruppe von Hohlraumeinheiten der in Sfe. 4

dargestellten Gattung, bei welcher jede Hohlraumeinheit aus ersten und zweiten Hohlraum-jändbäuteilen oder Abstandshaltern 84 und Ö'5 besteht, die sinnlich den Abstandshaltern 34 und 35 von -Pig. 1 sind, mit dem Unterschied, daß die Hohlraum-Endbauteile gemäß Fig. 4 aneinanderstoßen, so daß die Bauteile selbst den Hohlraum-Gehäusebauteil bilden und somit die zusätzlichen Umechließungemittel, wie die Bauteile 36 gemäß Pig. 1, nicht nötig sind. Ss hat sich jedoch herausgestellt, daß es schwieriger und kostspieliger ist, einen Trim-Abstimmmechanismus in den Aufbau dieses ^rfindungsbeispiels einzubauen.

Ee sind für den Fachmann noch andere Abänderungsformen der vorstehend beechrjf?benen Aueführungebeiepiele möglich, ohne daß dabei der Brfindungsbereich verlassen wird.

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Patentansprüche

Claims (4)

1. .j Verfahren zur Herstellung einer Elektronenstrahlröhre mit mehreren Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Bauteile (34, 35, 36 Fig. 1; 84, 85 Fig. 4) zuerst zu einzelnen Resonanzhohlraumeinheiten dicht miteinander verbunden werden und daß dann die Hohlraumeinheiten zur Bildung des Röhrenkörpers dicht miteinander verbunden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Resonanzhohlraumeinheiten so ausgelegt werden, daß sie eine etwas höhere Resonanzfrequenz als erforderlich haben, und daß sie vor dem Zusammenbauen durch axiales Zueammendrücken vorabgestimmt werden.
3. 3. Elektronenstrahlröhre mit mehreren Hohlräumen, gekennzeichnet durch einen Eöhrenkörper, der aue Hohlraumeinheiten besteht, welche Jeweils ringförmige Bauteile (34, 35, 36 Fig. 1jf 84, 85 *ig. 2) aufweisen, die dicht miteinander verbunden sind·
4. 4. ^elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hohlräumeinheit ein Paar von Abstandshaltern (34, 35 und einen Gehäusebauteil (36) aufweist, die dicht miteinander verbunden sind, und daß der Gehäusebauteil mit Durchlässen (57, 58)für den Kühlmitteletroa versehen ist.

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