DE1491511A1 - Temperatur- und frequenzstabile Elektronenstrahlroehre - Google Patents
Temperatur- und frequenzstabile ElektronenstrahlroehreInfo
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Description
- Temperatur- und frequenzstabile Blektronenstrahlröhre Die Erfindung bezieht sich auf Blektronenstrahlröhren und imbesonderen auf temperaturstabile Elektronenstrahlröhren wie beispielsweise Klyntronav#Wanderfaldröhrenf Magnetrone und ähnliche Geräte. Eines der grundlegenden Kriterien, in wieweit eine bestimmte ElektronenstrahlrÖhre in Anlagen eirrgesetzt werden kann, die Änderungen in der UmgebungBtemperatur ausgesetzt sind, liegt darin, daß deY Temperaturkoeffizient der Röhre, (also hier die Frequenzänderung der Röhre in Abhängigkeit von der Temperatur), so niedrig wie möglich ist. Solche Anlagen können beispielsweise nicht-bediente.,beziehungsweise automatische Radargeräte sein, die den Wetterbedingungen ausgesetzt sind, können in Flugzeuge eingebaute Radaranlagen sein, oder es kann sich auch um Geräte handeln, die sich in Raketen oder Raumfahrzeugen befinden. Der Baustein, in dem die Elektronenstrahlröhre eingesetzt ist, kann vollständig nutzlos werden, wenn der Temperaturkoeffizient der Elektronenstrahlröhre um einen solchen Betrag zu groß ist, daß sich die Frequenz der Röhre und damit auch die Frequenz des Bauateines mit der Temperatur zu stark ändert. - Bisherige Reflexklystrons wiesen beispielsweise Temperaturkoeffizienten von bis zu 1000 Khz/OC auf. Solche Frequenzänderungen können aber in Anlagen, die in Flugzeugen montiert sind oder aber in hochempfindlichen parametrischen Verstärkern für freiliegende Radaranlagen nicht mehr toleriert werden. Bei diesen bisherigen Elektronenstrahlröhren war es daher notwendig, eine Flüsoigkeitskühlung vorzusehen und/oder die Umgebungsbedingungen für die Röhre konstantzuhalten.
- Der Hauptgrund für einen so hohen Frequenz-Temperaturkoeffizienten einer bestimmten Röhre liegt darin, daß während des Betriebe der Röhre innerhalb der Röhre Temperaturgradienten auftraten. Der Grund für diese Temperaturgradienten lag wiederum in der geringen Wärmeleitfähigkeit des Materialag das.in den bisherigen Röhren verwendet wurde. Im Idealfalle wäre es wünschenswert, eine Röhre aus einem Material von sehr hoher Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise aus Kupfer aufzubauen, um solche störenden Temperaturgradienten zu vermeiden. Kupfer ist jedoch als Material nicht starr genug und zeichnet sich außerdem durch einen hohen thermischen Ausdehnungekoeffizienten aus. Materialien mit einem hohen thermischen Ausdehnungekoeffizienten sind aber für den Bau einer Röhre ungünstig, da sich die Gröije der Resonatoren, die aus solchen Materialien aufgebaut sind, mit der Umgebungstemperatur ändert. Als Folge davon tritt eine Verstimmung der Elektronenstrahlröhre auf. Wenn man da-=---egen ein Material mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten iljie beispiels:.4eise Kupfer mit einem mechanisch stubileren Material wie beispiels,veise Stahl oder mit magnetischen Materialien wie beispielsweise Eisen, wie es in solchen Röhren für Polschuhe verwendet wird, n-emeinsam verwendet9 treten in der Röhre auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien Wärmespannungen auf, die dazu führen können, daß in den gelöteten Vakuumverbindungen Risse oder Lecks auftreten können, daß die mechanische Justierung der Röhre verlorengeht, oder daß auch andere störende Effekte hervorgerufen werden.
- Um nun eine thermische Verstimmung von Röhren zu vermeiden, die aus Materialien mit einem groZen thermischen Ausdehungskoeffizienten aufgebaut sind, sind Elektronenstrahlröhren wie-beispielsweise Klystrons aus Materialien mi t einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut und außerdem mit einer eingebauten Temperaturkompensation versehen worden. Solche Röhren sind beispielsweise so aufgebaut worden, daß der Röhrenkörper aus einem Material mit einem niedrigen thermiachen Auadehnungekoeffizienten beotandt während die Endstücke der Laufröhren aus einem Material hergestellt waren, das einen anderen thermischen Auadehnungekoeffizienten besaß. Die US-Patentschrift 2 815 467 zeigt beispielsweise eine Röhre, in der ein Röhrenkörper aus Stahl und gemeinsam damit Laufröhren mit nach außen abgerundeten Enden verwendet sind. Diese Laufröhrenenden sind aus Kupfer hergestellt, das einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl besitz. Durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem Röhrenkörper und den Laufröhrenenden soll die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators konstant gehalten werden. Die US-Patentschrift 2 880 357 zeigt dagegen eine Röhre, in der eine Laufröhre aus einem Material mit einem niedrigen thermischen Auadehnuzi«B-koeffizienten sowie ein Röhrenkörper aus Stahl vorgesehen sind, dessen thermischer Auadehnungekoeffizient größer als derjenige der Laufröhre war. Wenn nun der Röhrenkörper auf Grund der thermiachen Ausdehnung länger wurde, so daß sich die Induktivität des Resonators vergrößerte, wurde auch die Laufrörhe länger, jedoch in einem proportional niedrigeren Verhältniel so daß die Kapazität des Hohlraumresonators abnahm und*dadurch die Frequenz des'Hohlraumresonatore konstant gehalten werden konnte.
- Solche Röhren, wie sie eben gerade beschrieben wurden, weisen aber trotz allem noch Frequenz-Temperatur-Koeffizienten von größenordnungsmäßig 1000 Khz/OC auf, da in ihnen Temperaturgradienten vorkommen.
- Ein weiterer großer Nachteilg der sich ergibt, wenn man bestimlute Röhren aus Kupfer aufbaut, liegt darin, daß Kupfer diamagnetisch ist und daher-den Elektronenstrahl innerhalb der Röhre nicht gegenüber magnetischen Streufeldern abschirmen kann. Magnetische Streufelder können daher den Blektronenstrahl innerhalb einer solchen Röhre defokussieren und dadurch sowohl die Ausgangsleistung als auch die Frequenzstabilität der Röhre beeinträchtigen.
- In der vorliegenden Erfindung werden dem Material bestimmter Teile der Röhre bezüglich der Wärmeleitfähigkeit, der mechanischen Feotigkeitl der magnetischen Suszeptibilität sowie bezüglich des thermischen Auadehnungskoeffizienten ganz bestimmte, erwünschte Eigenschaften gegeben, und zwar dadurchg daß diese Röhrenteile aus einem Verbundmaterial oder einer Poeudolegierung aus beotimmteng ausgewählten Bestandteilen hergestellt werden. So ist es beispielsweise immer günstig, die verschiedenen Röhrenteile mit einer guten Wärmeleitfähigkeit zu verseheng um die etörenden Temperaturgradienten innerhalb der Röhre möglichst klein zu machen. Demzufolge wird ein guter Wärmeleiter wie beispielsweise Kupfer oder Silber in die Poren eines porösen Metallkörpers eingebaut# der eine andere erwünschte Eigenschaft wie beispielsweise nur mechanische Festigkeit oder mechanische Festigkeit zuzüglich einer hohen magnetischen Suszeptibilität aufweist. Beispiele für Materialien, aus denen sich solche porösen Metallkörper aufbauen lassen, sind Wolfram und Eisen. Die so entstehende Poeudolegierung hat eine höhere mechanische Festigkeit als das gut wärzeleitende Material für sich alleine, sowie eine bessere Wärmeleitfähigkeit als das mechanisch festere Material. Im Falle einer Poeudolegierung auf Eisengrundlage weist die Pseudolegierung außerdem noch eine charakteristische magnetische Suazeptibilität auf. Unter einer'Tseudolegierung" soll hier ein Material veratanden sein, das aus mindestens zwei verschiedenen Materialien aufgebaut ist, und zwar dadurch, daß man das eine der beiden Materialien in einen porösen Körper einbaut, der aus dem anderen Material hergestellt ist. Eine Wärmeleitfähigkeit soll hier dann als "gut" oder "hoch" bezeichnet werden, wenn sie größer als die Wärmeleitfähigkeit von Wolfram ist. Ein niedriger thermischer Ausdehnungekoeffizient soll kleiner als der thermischp Auadehnungekoeffizient von Eisen sein. Demzufolge soll ein thermischer Auadehnungskoeffizient als hoch gelten, wenn er.größer als der thermische Auadehnungskbeffizient von Eisen ist. Eine geringe magnetische Suszeptibilität soll eine nicht-ferromagnetische Suszeptibilität bedeuten, während eine große magnetische Suszeptibilität eine ferromagnetische Suszeptibilität bedeuten soll.
- Eine Elektronenstrahlröhre wird dann besonders robust und temperäturstabil, wenn einige ihrer Teile nach der Erfindung aus einer Pseudolegierung aufgebaut sind, die sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit,'einen niedrigen thermischen Auadehnungskoeffizienten sowie eine niedrige magnetische Suszeptibilität auszeichnet. Ist' die Elektronenstrahlröhre ein Klystron, so wird diese besondere mechanische und thermisch4 Stabilität dadur'eh erreicht, daß man die Kopfstücke der Hohlraumresonatoren sowie die Laufröhren aus einem groben Mis'chmaterial aufbaut, das diese Eigenschaften besitzt. Ein solcheo Material kann beispielsweise Wolfram und Kupfer oder Molybdän und Kupfer in vergleichbaren Mengen enthalten. Überall dort, wo für den Betrieb der Röhre eine hohe magnetische Suszeptibilität eine Rolle spielt, können wesentliche Teile einer Blektronenstrahlröhre aus einer Pseudolegierung aufgebaut sein, die sich durch eine hohe magnetische Suszeptibilität und eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Wenn die Röhre ein Klystron ist, kann man dafür den Röhrenkörper aus einer Pseudolegierung mit diesen Eigenschaften aufbauen, der die Seitenwände des Hohlraumresonators oder der Hohlraumresonatoren bildet. Eine dafür geeignete Pseudolegierung kann Kupfer und Eisen enthalten.
- in einem Magnetron beispielsweise kann man den Wellenleiter aus einem Material herstellen, das eine niedrige magnetische Suszeptibilität, aber eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Polschuhe des Magnetrone wird man dagegen aus einem Material herstellen, das sich durch eine hohe magnetische Suszeptibilität sowie durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Handelt es sich dagen um eine Wanderfeldröhre, die mit periodischer Fokussierung über Permanentmagnete arbeitet, können die Polschuhe zusammen mit den zugeordneten Abstandsstücken den Vakuumraum innerhalb der Röhre einschließen. Dann wird man die Polschuhe aus einer Pseudolegierung von hoher magnetischer Suszeptibilität und hoher Wärmeleitfähigkeit und die Abstandsstücke aus einer Pseudolegierung mit niedriger magnetischer Suszeptibilität, aber ebenfalls hoher Wärmeleitfähigkeit herstellen.
- Ziel der Erfindung ist eine Elektronenstrahlröhre, deren Frequenz-Temperatur-Koeffizient während des Eetriebes niedrig ist.
- In dieser Elektronenstrahlröhre sind ;vesentliche Teile aus einer Pseudolegierung hergdstellt, die sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet. Diese Pseudole-Igierung kann Kupfer und Wolfram enthalten, -,iobei beid.e Materialien gewichtsmäßig in vergleichbaren Mengen vorliegen. Andere wesentliche Teile der Rühre sind aus einer Pseudolegierung hergestellt, die sich durch eine hohe magnetische Suszeptibilität sowie durch eine gute WC;--'rmeleitfihigkeit auszeichnet, wodurch Temperaturgradienten innerhalb der Röhre verringert werden. Ein Material, das sich dazu eignet, kann t7owohl Kupfer als auch Eisen in v-#rgleichbaren Gewichtsteilen -enthalten.
- Im Folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit uen Zeichnuncen im einzelnen beschrieben Jerden.
- Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrostatisch fokussierten Vierkammer-Kljstrons mit Merkmalen der Erfindung.
- Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Klystrons aus Figur 1. Der Schnitt ist längs der Linie 2 - 2 aus Figur 1 durchgeführt, Blickrichtung ist die Richtung der Pfeile. Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Klystron nach Figur.2 längs der Linie 3 - 3 in Richtung'der Pfeile.
- Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Reflexklystronsz:i6-lators mit Merkmalen der Erfindung.
- Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Reflexklystrons aus Figur 4 längs der Linie 5 - 5 in Richtung der Pfeile.
- Fig. 6 ist ein'Längssehnitt durch einen Mehrkammerklystronverstärker mit Merkmalen der Erfindung.
- Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch eine Wanderfeldröhre, die mit peiJodischer Pokussierung mit Hilfe von Dauermagenten arbeitet und Merkmale der Erfindung aufweist.
- Figur 8 ist ein Querschnitt durch die Röhre nach Figur 7 längs der Linie 8 - 8.
- Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch ein Magnetron mit Merkmalen der Erfindung. In den Zeichnungen sind Röhren mit Glühkathoden gezeigt, die spezielle Ausführungsformen von Klystrons, Magnetrone und von Wanderfeldröhren sind. Aus der nachfolgenden Beschreibung wird hervorgehen, daß die Vorteile der Erfindung bei diesen Röhrenarten besonders deutlich werden, daß aber die Anwendung der Erfindung auch auf andere Röhrenarten viele Vorteile mit sich bringt.
- In den Figuren 1 und 2 ist ein Mehrkammerklystronverstärker gezeigt, der mit elektrostatischer Fokussierung arbeitet und nach der Erfindung aufgebaut ist. Der Klystronverstärker weist einen Hauptkörper 11 auf, der aus einem Stück aus einem Metallblock hergestellt istg durch den eine Längebohrung hindurchgeht. Das Material des Metallblockes wird noch im einzelnen näher beschrieben. Innerhalb der Läroabohrung 12 des Metallblockes 11 sind hohle zylindrische Laufröhren 13 starr eingesetzt, die an ihren Enden mit kreieförmigin Resonatorgittern versehen sind. Die Laufröhren 13 sind dabei in der Längsbohrung 12 mit Hilfe von Planschen 15 befestigt, die kreieförmig sind und sich von Dein Laufröhren aus nach außen erstrecken. Die Wandungen der Laufröhren 13 verlaufen parallel zur Achse der Längebohrung 12, außerdem geht der Elektronenstrahl durch die Laufröhren hindurch.
- In das eine Ende der Längsbohrung 12 innerhalb des Metallblockes 11 ist ein schmales, kreieförmiges Anodenkopfstück 16 mit einem Besonatorgitter 1 ' 7 eingesetzt. Dieses Kopfstück kann in der Längebohrung beispielsweise hart eingelötet sein. In das andere Ende der Längsbohrung 12 innerhalb den Metallblockes 11 ist ein kreieförmiges Kopfstück 18 mit einem Resonatorgitter 19 eingesetzt, das am Ende eines Röhrenteiles sitzt, das von der Öffnung in dem Kopfstück 18 ausgeht und sich in axialer Richtung durch diese Öffnung hindurcherstreckt. Das Anodenkopfstück 16 und der erste ringförmige Plansch 15 begrenzen innerhalb des Metallblockes 11 einen Eingangsresonator. Die drei ersten ringförmigen Plansche 15 begrenzen zwei weitere Resonatoren 22, in denen die Bündelung des Blektronenstrahles verstärkt wird. Der dritte ringförmige Flansch 15 sowie das ringförmige Kopfstück 18 grenzen einen Ausgangeresofiator 23 ab.
- An den Metallblock 11 ist vakuumdicht eine Elektronenkanone 24 angesetzt, die einen Elektronenstrahl axial durch den Metallblock 11 hindurchschicken kann. Die Elektronenkanone kann an dem Metallblock hart angelötet sein.
- Neben dem ringförmigen Kopfstück 18 ist am Ende des Metallblockes 11 ein Strahlkollektor 25 angesetzt. Er kann dort hart angelötet sein. Der Strahlkollektor 25 ist außen mit zahlreichen ringförmigen Kühlrippen 26 versehen, so daß die Röhre gekühlt werden kann.
- An dem Metallblock 11 sind identische Eingangs- und Ausgangswellenleiter 27 und 28 befestigt, die mit dem Eingangeresonator 21 und dem Ausgangeresonator 23 durch Öffnungen in Verbindung stehen, die in den Metallblock 11 eingefräst sind. Die naeh außen ragenden Enden der Eingangs- und Ausgangswellenleiter 27 und 28 sind mit Planschen 31 versehen, die wellendurohläseige Fenster 32 tragen. Diese Fenster können aus Keramik bestehen und an einem Fensterrahmen 33 angeschmolzen sein.
- An einer Seite'des Metallblockes 11 ist ein Abstimmblock 34 vorgesehen, der in jedem Hohlraumreaonator für eine Abstimmembrane sorgt. (Nicht gezeigt). Jede der Abstimmmembranen ist mit Hilfe.der Abstimmachrauben 55 beweg*bar. Nun soll auf die Figur 3 Bezug genommen werden. Jedes der Resonatorgitter 149 17 und 19 ist aus einem kreieförmigen Gittermontagering 36 hergestellt, der einen Halteriungsrand 37 aufweist, an dem mehrere Gitterfahnen 38 gehaltert sind. Jede dieser Gitterfahnen besteht aus einem länglichen Hauptteil 39 sowie aus einem Fußteil 41. Der Fußteil 41 ist gegenüber dem HauPtteil 39 der Gitterfahne 38 um einen winkel von 90 0 abgebogen und so an dem Halterungsrand 37 befestigt, (beispielsweise durch eine Hartlötung), daß der Hauptteil 39 der Gitterfahne axial nach innen in den Gitterring 36 hineinragt.
- In den Figuren 4 und 5 ist ein Reflexklystron gezeigt, das die Erfindung verkörpert. Dieses Reflexklystron weist einen Hauptblock 46 auf, durch den eine Längsbohrung hindurchgeht. An dem einen Ende dieser Bohrung ist eine Elektronenkanone 47 und an dem anderen Ende der Bohrung eine Reflektorelektrode 48 vakuumdicht angeschmolzen. Die beiden Laufröhrenkopfstücke oder Wandungen 49 und 51 sind zusammen mit den ihnen beigegebenen Resonatorgittern 52 in die Längsbohrung des Hauptblocke 46 eingesetzt und dienen dazu, den Hohlraumresonator zu bilden. Dieses Reflexklystron kann mit Hilfe eines Seitenwand-Abstimmers 53 auf bekannte Weise abgestimmt werden. Die Ausgangsleistung wird aus dem Hohlraumresonator über eine Irisblende in dem Hauptblock 46 sowie über den Wellenleiterflansch 54 ausgekoppelt. Die Materialien, aus denen der Hauptblock 46 und die Kopfstücke 49 und 51 dieses Reflexklystrone hergestellt sindp werden noch im einzelnen beschrieben, und zwar zusammen mit den Materialien, die zum Aufbau des Klystrons nach den Figuren 1 und 2 verwendet worden sind.
- Um innerhalb von Mehrkammer- oder von Reflexklystrons störende Temperaturgradieneten zu vermeiden und auch die Verwendung von Materialien zu umgehen, die einen großen thermisehen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, sind die ringförmigen Kopfstücke sowie die Laufröhren, die diejenigen Rf-führenden Teile der Röhre sind, die dem Elektronenstrahl am nächsten liegen, aus einer Pseudolegierung hergestellt, die sich durch CD eine große Wärmeleitfähigkeit sowie durch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet. Eiimsolche typische Pseudolegierung ist beispielsweise ein Material, wie es von der I'Mallory Metallurgical Companylt unter dem Warenzeichen "Elkonite" vertrieben wird. Diese Pseudolegierung ist zu einem wesentlichen Teil aus einem Material wie beispielsweise Kupfer oder Silber hergestellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Zum anderen ist zu seiner Herstellung noch ein z,.ieites Material wie beispielsweise Wolfram verwendet, das sich cturch gute mechanische Festigkeit sowie durch einen niedr igen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet. Die Herstellung dieser Pseudolegierung erfolgt so, daß man zuerst aus dem.mechanisch festen oder harten Material einen Sinterkörper herstellt und anschließend die Materialkomponente mit dem niedrigeren Schmelzpunkt, in diesem Falle also das Kupfer oder das Silber, einachmilzt.
- Poeudolegierungen können aber auch auf andere Weise hergestellt werden, beispielsweise über eine Ausscheidungehärtung, die sich so du rchführen läßt, daß man zwei Materialien, die sich ineinander nicht lösen, und die auch nicht chemisch' miteinander reagieren, mechanisch mischt, sie einer inneren Oxydation unterzieht oder sie abscheidet.
- Durch die Verwendung einer Pseudolegierung ist es möglich, denjenigen Teilen einer Röhre, die sehr heiß werden, eine gute Wärmeleitfähigkeit und trotzdem eine-hohe mechanische Stabilität zu geben. Diese Pseudol*erungen können zusätzlich" auch so ausgewählt werden, daß ihr thermischer »,uadehnungskoeffizient demjenigen gleicht, den die daneben angeordneten Teile der Röhre besitzeng so daß eine dif.L'erentielle Ausdehnung der Röhrenteile vermieden wirdl die zu Verstimmungen der Röhre oder zu mechanischen Spannungen in den Vakuumverbindun#jen führen können.
- C> Als Beispiel sind in der nun folgenden Tabelle I Daten zusammengestellt, die die Verwendung von Pseudolegierungen als WerkBtoffe zum Bau der Laufröhren und der Laufröhrenkopfstücke für bestimmte Reflexklystronoszilla-boren nach den Figuren 4 und 5 zeigen.
Tabelle I Röhre Material für Laufröhren- Temperatur- Max. Strahllei- No. Röhrenkörper u. Kopfstück- koeffizient btung bis zum Material Verglühen des, Gitters 1 Stahl Stahl -100bKhz/OC 35 - 41 Watt 2 Stahl Molybdän-Kup- größer al fer laminiert +-50OKhz/ C 35 - 41 Watt 3 Stahl Elkonite kleiner als 75 Watt 44% Kupfer +-100Khz/uC wahrscheinlich 56% Wolfram 4 Indar Elkonite kleiner 818 23% Kupfer 4 4% Kupfer +-50Khz/ C 100 Watt 77% Eisen 56% Wolfram wahrscheinlich - Die besondere Elekonitequalität wurde so ausgewählt, daß sie eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen thermischen Äusdehnungskoeffizienten besaß. Insbesondere wurde das Material so ausgewählt, daß sein thermischer Ausdehnungskoeffizient etwas niedriger als der Ausdehnungskoeffizient von Stahl war, der für den Röhrenkörper benutzt wurde. Auf diese Weise wurde nicht nur eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht, sondern auch noch in gewissem Umfang eine Temperaturkompensation. Wenn das Material für die Kopfstücke und die Laufröhren einen niedrigeren Auadehnungskoeffizienten als die Materialien des Röhrenkörpers aufweist, dehnt sich das Material der Laufröhre, wenn sich die Röhre erwärmt und der Hohlraumresonator auf Grund der Ausdehnung des Röhrenkörpermaterials größer wird, weniger stark aus. Durch die Ausdehnung des Hohlraumresonators vergrößert sich nun die Induktivität des Hohlraums, durch die geringere Ausdehnung der Laufröhre vergrößert sich aber gleichzeitig der Wechselwirkungsspalt, das heißt, die Kapazität des Hohlraumresonators nimmt gleichzeitig ab, so daß die Resonanzfrequenz des Hohlraumseronatore konstant gehalten wird.
- Der Hauptkörper 11 der KlystronverstC;-Zrkerröhre nach den Figuren 1 und 2 dowie der Hauptkörper 46 des Reflexklystrons nach den Figuren 4 und 5 sind aus einer Pseudolegierung hergestellt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe magnetische Suszeptibilität besitzt. wenn man die Hauptkörper aus einem solchen Material herstellt, ist der Elektronenstrahl in den Röhren gegenüber magnetischen Streufeldern abgeschirmt, die den Strahl defokussieren und dadurch die Ausgangsleistung der Röhre beeinträchtigen und die Betriebsfrequenz der Röhre ändern könnten. Eine Poeudolegierung, die sich zur Herstellung der Hauptkörper von Elektronenstrahlröhren eignet, wird unter dem Warenzeichen ffIndarft von der Indar-Corporation hergestellt.
- In einer bestimmten Röhre wurde eine Indar-Qualität verwendetg die 23% Kupfer und 77% Eisen enthielt.
- Aus der Tabelle II geht klar hervor, daß ein Röhrenkörper aus Indar die Röhre gegenüber magnetischen Streuferldern abschirmt. Ohne diesen Körper aus Indar mußte ein magnetisches Dämpfungsglied oder ein Ferritisolator, der in einer Anordnung mit aer Röhre verwendet wurde, mindestens 20cm von der Röhre entfernt sein. Wurde der Röhrenkörper jedoch aus Indar hergestellt, konnte man den Ferritisolator innerhalb von 5 cm von der Röhre entfernt anordnen und ihn tatsu#%hlich an einen Flansch der Röhre anschrauben.-- -- -- Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, auch einen Gitterring 36 aus einer Pseudolegierung'wie beispielsweise Elkonite herzustellen. Gitterringe aus einem solchen Material sorgen für einen besseren Temperaturausgleichg da sie sehr schnell Wärme aus dem Gitter und den Gitterfahnen abtransportieren und dadurch ein Ausbrennen des Gitters sowie eine Frequenzverschiebung bei erhöhtem Strahlstrom verhindern.
- In der nachfolgenden Tabelle II sind einige Beispiele für diese Merkmale der Erfindung zusammengestellt:
Tabelle II Röhren No. 1 2 - 3 4 5 Röhrenkörper- Kupfer Kupfer Kupfer Kupfer Indar material 23% Kupfer 77% Eisen Laufröhren- Kupfer Kupfer Kupfer Kupfer Elkonite material 44 Kupfer 56% Wolfram Gitterring- Nickel Nickel Nickel Elkonite Elkonite material & Größe der 0,0 mm 0.25mm 0.375mm 09375mm 0,375mm Gitterfahnen- erhöhung Frequenz- -70 Mhz -50 Mhz -45 Mhz -20 M1lz -10 khz verschiebung bei Strahlspan- nung 1500 V kleinster 20 cm 20 cm 20 cm 20 cm 5 cm Abstand des Ferritisolators - Diese beiden zuletzt genannten Pseudolegierungen lassen sich auch mit Vorzug in Klystrons verwenden, uie anders aufgebaut sind,-oeispielsiieise in einem Klystron mit einer Fokussierung mit Hilfe eines permanentniagneten, -..*jie es in dem US-Patent 2 91567 offenbart ist.
- Man kann die Erfindung aber auch so ausführen, Aaß man die beiden Polschuhe, die zu dem Strahlführungssystem gehöreng aus Eisen herstellt. In diesem Falle werden die Wandungen den Hauptkörpers 59, die Resonatorendwandungen 61 und die Lautröhren 62 aus einer Poeudolegieruhg hergestellt, die.eiüe gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe mechanische,Fe.stigkeit aufweist, deren Suszeptibilität niedrig ist und deren thermischer Auadehnungekoreffizient etwa demjenigen der Polschuhe 63 und 64 gleidht. Dafür ist ein Elkonite aus 65% Kupfer und 35% Wolfram geeignet. Die Erfindung läßt sichauch besonders gut auf Wanderfeldröhren anwenden, die mit einer periodischen Pokussierung über Permanentmagnete arbeiten, bei denen also, wie es für Wanderfeldröhren bekannt istg das magnetische Pokussierungsfeld hintereinander-angeordnete Feldabschnitte aufweist, in denen die Feldlinien azial gerichtet, aber periodisch in entgegengesetztem Richtungeainn verlaufen* Eine Ausführungs'forja einer solchen Wanderfeldröhre ist in den Figuren 7 und 8 ge-# zeigt. In dieser Ausführungeform sind zwischen eine Anzahl von magnetischen Polochuhen 65, die in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, eine Anzahl von Abstandestücken 66 eingesetzt. Die Polochuhe und die Abstandestüoke 66 sind aus Materialien hergestellt# die sich miteinander hart verlöten lassen, so daß man aus den Polschuhen 65 und den Abstandsstücken 66 den Vakuumraum für die Röhre herstellen kann. Die Polachuhe 65 und die Abstandestücke 66 müssen aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, da die Polschuhe ei e hohe, die Abstandästücke dagegen eine niedrige magnetische Suszeptibilität aufweisen müssen. Die 2olochuhe 65 und die Abstandsetücke 66 sollen aber beide eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten miteinander vergleichbar sein, um Risse und Lecks in den Vakuum,-lötverbindungen zu vermeiden. Die Wanderfeldröhre nach den figuren 7 und 8 enthält eine Kathode 67, eine Mode 68, eine Vergögerung I awendel 69 sowie einen Kollekt-or 71. Die Hauptv&kÜumkammer der Röhre weist zahlreiche r:,Lugeörmige Polsähuhe 65 sowie zahlreiche ringförmige AbstandestUcke 66.auf, die miteinander hart.ver-,lötet sind. Die Verzögerungswendel 69,ist mit Hilfe von Saphirstäben 72,i=erhalbeiner tä,*6$3'bohrung gehaltert, die azial durch die Nitte der Polschuhe 65 und der Abstandestücke 66 hindurchgeht..Innerhalb dieser Beugruppe aus Polochuhen und Abstandestüoksie sind Ein- und Auskoppelvorrichtungen 73-vakuumdicht eingeidte-#e- Die Magnete-74, die die periodischen Magnetfelder hervorrufent sind als 0-förmige Hälften ausgebildet und sind dieht neben den P;Oleeuhen 65 um die Abstands-Btücke 66'herum geklemmt. Diese Magnete sind so angeordnet, daß sie die perliodiaoh.ihre Riohtuziä,wechselnden, axial verlaurenden Magnettelder zwischen den Polochuhen 65 hervorrufen. Außen um die Permanentmagziete isteih hohl#i3, zylindrisches Rohr 75 geschobeng das die ganze.4nordnung zusammenhält. In dieser Ausführungsform sind die Polschuhe aus einer Poeudolegierung hergestellt, die eine gute Wä-rmeleitfähigkeit aufweist und eine hohe magnetische Buszeptibilität besitzt. Ein dafür geeignetes Material kann zu wesentlichen Teilen aus Eisen bestehen - und sich beispielsweise aus 23% - 30% Kupfer und aus 70% - 77% Eisen zusammensetzen. Die ringförmigien AbstandBatücke 66 sind aus einer Pseudolegierung hergestellt# die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine niedrige magnetische Suszeptiblilität besitzt. Dafür ist beispielsweise eine Pseudolegierung aus Kupfer und Wolfram geeignet, die sich aus 49% Kupfer und 51% Wolfram zusammensetzt. Die thermisehen Ausdahnungskoeffizienten dieser beiden Pseudolegierungen sind miteinander vergleichbarg so daß sich bezüglich einer Leck- oder Rissebildung in den Lötetellen oder eines Verziehens auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zwischen den Polschuhen und den Abstandsstücken keine Sohwierigkeiten ergeben. In der Figur 9 ist gezeigt, wie sich die Erfindung auf ein Magnetron anwenden läßt. Die Figur 9 stellt dabei einen Längsschnitt durch ein Klystron dar, wie es unter der Typenbezeichnung SPD-303 von der Firma S-F-D-Laboratories of Union, New.Jersey-q vertrieben wird. Der Hauptkörper dieses Magnetrozie ist mit der Bezugeziffer 81 bezeichnet. An ihn ist eine Anode 82 und eine Kathode 83 hart angelötet, die einen zylindrischen Kathodenemitter 84 aufweist. Der Wechselwirkungeraum des Magnetrons ist durch den zylindrischen.Raum definiert, der sich zwischen dem äußeren Umfang des zylindrischen Kathodenemitters 84 und den inneren Spitzen von kreisförmig angeordneten., nach innen ra..enden Anodenfahnen 85 befindet, die an ihrem c;#ußeren Ende von der inneren Oberfläche einer zylindrisehen Anodenwandung 86 getragen sind. Es ist bekannt, daß die Räume zwischen zwei nebeneinanderliegenden Anodenfahnen im Inneren der zylindrischen Anodenwandung 86 innere Hohlraumresonatoren abgrenzen, die mit dem Elektronenstrahl- oder Strom des Magnetrone in Wechsel,virkung stehen. Der äußere Hohlraumresonator 87 ist innerhalb des Hauptblockes 88 gebildet und dist in'bekannter Weise durch Koppelöffnungen in der Wandung 86 an die inneren Resonatoren angekoppelt, die durch die Anodenfahnen 85 und die Wandungen 86 abgegrenzt sind. Die Energie wird aus dem Magnetron über einen Auskoppelschlitz 89, einen Wellenleiter 91 und ein wellendurchlässiges Vakuumfenster 92 ausgekoppelt. Dieses bekannte Ma#gnetron beinhaltet ein Magnetsystem oder einen ma,#netischen Kreis, der ein röhrenförmiges Magnetfeld hervorruft, das zwischen den inneren Enden der zylindrischen Polschuhe 93 und 94 verläuft. Diese Polschuhe stehen über zylindrische Magnetkörper 97, 98 und 981 mit einem C-förmigen Permanentmagneten in Verbindung (nicht gezeigt).
- Dieses bekannte Magnetron läßt sich verbessern, wenn man nach der Erfindung die Anodenfahnen 85, die zylindrische AnodenWandung 86 und/oder die Wandung 88 des äußeren Hohlraumresonators 88 aus einer Pseudolegierung herstellt, die eine gute Wärme-
leitfähigke-it aufweist und eine niedrige magnetische SuazeptibilitUt besitzt.- W ür sind beispielsweise Pseudo- legierungen auf Kupfer-volfram- oder auf Silber-Wolfram- Grundlage#geeignet. »uröh die gute Wä-meleitfähigkeit ist ein schneller Abtransport der während der niedrige t.h»rmioghe Auadehnungekoaffizient dafür sorgt, daß die' geo"triä.eheu Größenändorungen auf Grund von Tempo- raturändeittmgen klein bleiben. Darüberhimmä kann m*n die magnetischen Bauteile 957 969 97p 98 und .98f aus einer Pseudölegierung herstellen, die eine gute Wällmleitfähigkeit aufwöiat und eine hohe magnetische Suszeptibilität besitzt. Dafür ist beispielsweise eine Paeudolegierung geeignet, die auf einer Kupfer-Eisen-Grund- lage hergentellt#ist.
Claims (1)
- Patentansprüche 1) Elektronenstrahlröhre, insbesondere zur Erzeugung und/oder Verstärkung von Mikrowellen, die ein Strahlfüllirungsaystem wie beispielsweise eine magnetische oder elektrostatische Pokussierungsanordnung aufweiste und die eine Wechselwir-kungsstrecke wie bei-, spielsweise eine Verzögerungeleiturig oder einen oder mehrere hinter-, einander angeordnete Hohlraumresonatoren.aufwe:#st, in der der 31 - ektronenstrahl mit einem Hf-Feld in 7.""echselwirk#ing trittg d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß hochfrequenzführende Teile der Röhre, insbesondere solche* die dicht an dem Elektronenstrahl liegen, aus einer Pseudolegierung hergestellt sind, deren #Wärmeleitfähigkeit diejenige von Wolfram übersteigt, und deren
thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Eisens DeiLle ist, und oder, daß siajo der Röhre, die in dem magnetischen geställt eindg die eine ferromagnetische Suszeptibilität aufweiät, deren Wärmeleitfähigkeit jedoch diejenige von r.rolfr-äm übersteigt. 13) Resonatorgitter uach.Aüä Tuch 12- d a d u r o h g e k e n n z e i o h ni e#t die Peeudolegierung für den Halte- rungering aus Kupfer sow-le einem- warmfesten#Material wie be:Lapiele- weise Wolfram-gder Molybdän aufgebau-t iHt*'' 14) Blektronenstrählr?Jhre naoh e-iüee oder mehreren der Ansprüche 1 - 7e die ein aus Eisen aufgabautee magnetisches Strahlführangs- system besitztg das in-d#n einen Teil dea Vakuumraumes beg:#enzenden Röhrenkörper eingesetzt Ist, d a a U r #c Ja g e,k e n n z e i'.o:W - n e t d" der Ri5hrenkörper aus einer Poeudolegierung aufgebaut ist, deren Wämeleitfähigkeit hooh.und deren magnetische Suazepti- bilität niedrig ist. 15) Blektronienistrahlröhre #nach Ins pruah -149- d a d u r c 'h e k e n n z e a h n o t daß"der thermische Auadehnungekoeffi- zient des RöhrenkUrpers innerhalb von 3'0 % des thermischen Aundeh- nungskoeffixionten fUr das Eisen dem Strah lführungssystems liegt. 16) Blektronensträhl:töhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 7# die eine Wanderfeldröhrd iett deren Röhrenkörper durch ein vakuum- dichtes Zue.mäanfügen von itohlzylindrisohen blagnetpolstücken und hohlzy1J.ndri'13,ehen Abetandeatücken hergestellt ist, die zwischen den Magnetpolstück-en liegen't d a d u r o h #g e k'e n n z e i c h n e t daSIdie Polochuhatücke aus einer Poeudolegieru:6g herge- stellt sind' deren Wärmeleitfähigkeit hooh und deren Suozäptibilieät ferromagnetisch ist und/bder deren AbstandAetücke aus einer Poeu- dolegierung mit niedriger Suszeptitnität und hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind. 17) Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 16, d a d u r 0 h g e k e n n z e i c h-n e t 9 da3 der theimische Ausdehnunga- koeffizient der Poeudolegierung für die AbstandestWeke innerhalb von 30 % des thermischen Auadehnungskoeffizienten der Poeudolegie- rung-für die Polschuhe liegt.
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