DE1491511C - Frequenzstabile Elektronenstrahlroh - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf frequenzstabile stücke der zylindrischen Elektroden aus einem

Elektronenstrahlröhren nach Art eines Klystrons, Material hergestellt sind, das einen anderen ther-

einer Wanderfeldröhre oder eines Magnetrons. mis.chen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Die USA.-

Eine der grundlegenden Bedingungen, daß eine Patentschrift 2 815 467 zeigt beispielswe^:se eine Röhre, Elektronenstrahlröhre in Anlagen eingesetzt werden 3 in der ein Röhrenkörper aus Stahl und gemeinsam kann, die starken Änderungen in der Umgebungs- damit Laufelektroden mit nach außen abgerundeten temperatur ausgesetzt sind, besteht darin, daß die Enden verwendet sind. Diese Laufelektrodenenden Frequenzänderung der Röhre in Abhängigkeit von sind aus Kupfer hergestellt, das einen größeren therder Temperatur so niedrig wie möglich ist. Solch? mischen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl besitzt. Anlagen können beispielsweise nicht bediente, auto- ίο Durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung matische Radargeräte sein, die den Witterungs- zwischen dem Röhrenkörper und den Laufelektrcdenbedingungen ausgesetzt sind, können in Flugzeuge enden soll die Resonanzfrequenz des Hohlraumeingebaute Radaranlagen sein, oder es kann sich resonators konstant gehalten werden. Die USA.-auch um Geräte handeln, die sich in Raketen uder Patentschrift 2 880 357 zeigt dagegen eine Röhre, Raumfahrzeugen befinden. 15 in der eine Laufelektrode aus einem Material mit

Bekannte Reflexklystrons weisen beispielsweise Tem- einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienperaturkoeffizienten von bis zu 1000 kHz/°C auf. ten sowie ein Röhrenkörper aus Stahl vorgesehen Solche Frequenzänderungen können aber in Anlagen, sind, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient grödie in Flugzeugen montiert sind oder in hochemp- ßer als derjenige der Laufelektrode ist. Wenn nun findlichen parametrischen Verstärkern für freiliegende ao der Röhrenkörper auf Grund der thermischen AusRadaranlagen nicht zugelassen werden. Man hat dehnung länger wird, so daß .sich die Induktivität daher eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen und/oder des Resonators vergrößert, wird auch die Laufelekdie Umgebungsbedingungen für die Röhre konstant trode länger, jedoch in einem proportional niedrigeren gehalten. Verhältnis, so daß die Kapazität des Hohlraum-

Der Hauptcnind für eine so hohe Frequenzabhän- 35 resonators abnimmt und dadurch die Frequenz des

gigkeit einer Röhre liegt darin, daß während des Hohlraumresonators konstant gehalten wird.

Betriebs der Röhre iniierhalb der Röhre Temperatur- Solche Röhren, wie sie eben gerade beschrieben

gradienten auftreten. Der Grund für diese Tempe- wurden, weisen aber trotz allem noch Frequenz-

raturgradienten liegt wiederum a\ der geringen Wärme- Temperatur-Koeffizienten von größenoidnungsmäßig

leitfähigkeit des Materials, das in den bisherigen 30 1000 kHz/⁰ C auf, da in ihnen Temperaturgradienten

Röhren verwendet wird. Im Idealfall wäre es wün- vorkommen.

sehenswert, eine Röhre aus einem Material von sehr Ein weiterer großer Nachteil, der sich ergibt, wenn

hoher Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise aus man Elektronenstrahlröhren aus Kupfer aufbaut,

Kupfer aufzubauen, um solche störenden Tempe- liegt darin, daß Kupfer diamagnetisch ist und daher

raturgradienten zu vermeiden. Kupfer ist jedoch als 35 den Elektronenstrahl innerhalb der Röhre nicht

Material nicht starr genug und zeichnet sich außerdem gegenüber magnetischen Streufeldern abschirmen kann,

durch einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffi- Magnetische Streufelder können daher den Elek-

zienten aus. Materialien mit einem hohen thermischen tronenstrahl innerhalb einer solchen Röhre defo-

Ausdehnungskoeffizienten sind aber für den Bau kursieren und dadurch sowohl die Ausgangsleistung

einer Röhre ungünstig, da sich die Größe der Reso- 40 als auch die Frequenzstabilität der Röhre beein-

natoren, die aus solchen Materialien aufgebaut sind, trächtigen.

mit der Umgebungstemperatur ändert. Als Folge Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese davon tritt eine Verstimmung der Elektronenstrahl- Schwierigkeiten zu überwinden und die Elektronenröhre auf. Wenn man dagegen ein Material mit strahlröhre frequenzstabiler zu machen. Gemäß der einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ^5 Erfindung geschieht dies dadurch, daß wenigstens wie beispielsweise Kupfer mit einem mechanisch wesentliche frequenzbestimmende Teile der Röhre stabileren Material wie beispielsweise Stahl oder mit sowie gegebenenfalls auch wesentliche Teile des magnetischen Materialien wie beispielsweise Eisen, magnetischen oder elektrostatischen Strahlführungswie es in solchen Röhren für Polschuhe verwendet systems aus einer Pseudolegierung hergestellt sind, wird, gemeinsam verwendet, treten in der Röhre 50 die aus einem porösen Körper aus einem harter auf Grund der unterschiedlichen thermischen Aus- Metall, dessen Poren mit einem weichen Metall dehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien gefüllt sind (Füllmaterial), besteht und deren Wärme-Wärmespannungen auf, die dazu führen können, leitfähigkeit größer als die des Wolframs ist. Pseudodaß sich in den gelöteten Vakuumverbindungen legierungen der in Rede stehenden Art sind untei Risse oder Lecks bilden, daß die mechanische Justie- 35 der Bezeichnung »Verbundmetalle« bekannt, rung der Röhre verlorengeht oder daß auch andere Es ist beispielsweise immer günstig, die verschie· störende Effekte hervorgerufen werden. denen Röhrenteile mit einer guten Wärmeleitfähig·

Um nun eine thermische Verstimmung von Röhren keit zu versehen, um die störenden Temperaturgra-

zu vermeiden, die aus Materialien mit einem großen dienten innerhalb der Röhre möglichst klein zt

thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut sind, 60 machen. Demzufolge wird ein guter Wärmeleitei

sind Elektronenstrahlröhren wie beispielsweise KIy- wir beispielsweise Kupfer oder Silber in die Porer

strong aus Materialien mit einem geringen ther- eines porösen Metallkörpers eingebaut, der eine

mischen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut und andere erwünschte Eigenschaft, wie beispielsweise nui

außerdem mit einer eingebauten Temperaturkom- mechanische Festigkeit oder mechanische Festigkeil

pensation versehen worden. Solche Röhren sind «3 zuzüglich einer hohen magnetischen Suszeptibilität

SeiipJeltweise so aufgebaut, daß der Röhrenkörper aufweist. Beispiele für Materialien, aus denen sich

aus einem Material mit einem niedrigen thermischen solche porösen Metallkörper aufbauen lassen, sine

Ausdehnungskoeffizienten besteht, während die End- Wolfram und Eiaen. Die so entstehende Pseudo

legierung hat eine höhere mechanische Festigkeit als F i g. 2 ist ein Schnitt des Klystrons längs de

das gut wärmeleitende Material für sich allein, sowie Linie 2-2 der F i g. 1;

eine bessere Wärmeleitfähigkeit als das mechanisch F i g. 3 ist ein Querschnitt durch das Klystroi

festere Material. Im Falle einer Pseudolegierung auf nach F i g. 2 längs der Linie 3-3 in Richtung de

Eisengrundlage weist die Pseudolegierung außerdem 5 Pfeile;

noch eine charakteristische magnetische Suszeptibili- F i g. 4 ist eine Ansicht eines Reflexklystron

'ät auf. oscillators mit Merkmalen der Erfindung;

Eine Wärmeleitfähigkeit soll im Sinne der Erfindung F i g. 5 ist ein Schnitt durch das Reflexklystron dann als »gut« oder »hoch« bezeichnet werden, wenn der F i g. 4 längs der Linie 5-5;
sie größer als die Wärmeleitfähigkeit von Wolfram io F i g. 6 ist ein Längsschnitt durch einen Mehrist. Ein niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient kammerkiystronverstärker mit Merkmalen der Erh'nsoll kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient dung;

von Eisen sein. Demzufolge soll ein thermischer F i g. 7 ist ein Längsschnitt durch eine Wander-Ausdehnungskoeffizient als hoch gelten, wenn er feldröhre, die mit periodischer Fokussierung mit größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient 15 Hilfe von Dauermagneten arbeitet und die Merkvon Eisen ist. Eine geringe magnetische Suszeptibilität male der Erfindung aufweist;

soll eine nicht ferromagnetische Suszeptibilität bedeu- F i g. 8 ist ein Querschnitt durch die Röhre nach

ten, während eine große magnetische Suszeptibilität F i g. 7 längs der Linie 8-8;

eine ferromagnetische Suszeptibilität bedeuten soll. F i g. 9 ist ein Längsschnitt durch ein Magnetron

Eine Elektronenstrahlröhre wird dann besonders ao mit Merkmalen der Erfindung.

robust und frequenzstabil, wenn einige ihrer Teile In den Zeichnungen sind Elektronenstrahlröhren nach der Erfindung aus einer Pseudolegierung auf- mit Glühkathoden gezeigt, die spezielle Ausführungsgebaut sind, die sich durch eine gute Wärmeleit- formen von Klystrons, Magnetrens und von Wanderfähigkeit, einen niedrigen thermischen Ausdehnungs- feldröhren sind. Aus der Beschreibung geht hervor, koeffizienten sowie eine niedrige magnetische S^szep- 25 daß die Vorteile der Erfindung bei diesen Röhrentibilität auszeichnet. Bei einem Klystron wird diese arten besonders deutlich werden, daß aber die Anbesondere mechanische und thermische Stabilität wendung der Erfindung auch auf andere Röhrendadurch erreicht, daß man die Kopfstücke der Hohl- arten viele Vorteile mit sich bringt,
raumresonatoren sowie die zylindrischen Elektroden In den F i g. 1 und 2 ist ein Mehrkammerklystronaus einem groben Mischmateria) aufbaut, das diese 30 verstärker gezeigt, der mit elektrostatischer Fokus-Eigenschaften besitzt. Ein solcnes Material kann sierung arbeitet und nach der Erfindung aufgebaut beispielsweise Wolfram und Kupfer oder Molybdän ist. Der Klystronverstärker weist einen Hauptkörper 11 und Ki'pfer in vergleichbaren Mengen enthalten. auf, der aus einem Stück aus einem Metallblock

Überall dort, wo für den Betrieb der Röhre eine hergestellt ist, durch den eine Längsbohrung hinhohe magnetische Suszeptibilität eine Rolle spieJt, 35 durchgeht. Das Material des Metallblockes wird können wesentliche Teile der Elektronenstrahlröhre noch im einzelnen näher beschrieben. Innerhalb der aus einer Pseudolegierung aufgebaut sein, die sich Längsbohrung 12 des Metallblockes 11 sind hohle durch eine hohe magnetische Suszeptibilität und zylindrische Elektroden 13 starr eingesetzt, die an eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Bei einem ihren Enden mit kreisförmigen Resonatorgittern ver-KJystron kann man den Röhrenkörper, der die 40 sehen sind. Die Elektroden 13 sind dabei in der Seiter.wände des Hohlraumresonators oder der Hohl- Längsbohrung 12 mit Hilfe von Flanschen 15 beraumresonatoren bildet, aus einer Pseudolegierung festigt, die kreisförmig sind und sich von den Elekmit diesen Eigenschaften aufbauen. Eine dafür geeig- troden aus nach außen erstrecken. Die Wandungen nete Pseudolegierung kann Kupfer und Eisen ent- der Elektroden 13 verlaufen parallel zur Achse der halten. ₄₅ Längsbohrung 12, außerdem geht der Elektronen-

In einem Magnetron beispielsweise kann man den strahl durch die Elektroden hindurch.
Wellenleiter aus einer Pseudolegierung herstellen, die In das eine Ende der Längsbchrung 12 innerhalb eine niedrige magnetische Suszeptibilität, aber eine des Metallblockes U ist ein schmales, kreisförmiges hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Polschuhe des Anodenkopfstück 16 mit einem Resonatorgitter 17 Magnetrons wird man dagegen aus einem Material 50 eingesetzt. Dieses Kopfstück kann in der Längsherstellen, das sich durch eine hohe magnetische bohrung beispielsweise hart eingelötet sein. In das Suszeptibilität sowie durch eine hohe Wärmeleit- andere Ende der Längsbohrung 12 innerhalb des fähigkeit auszeichnet. MeSallblockes 11 ist ein kreisförmiger' Kopfstück 18

Handelt es sich dagegen um eine Wanderfeldröhre, mit einem Resonatorgitter 19 eingesetzt, das am Ende

die mit periodischer Fokussierung über Permanent- 55 eines Röhrenteiles sitzt, das von der öffnung in dem

magnete arbeitet, können die Polschuhe zusammen Kopfstück 18 ausgeht und sich in axialer Richtung

mit den zugeordneten Abstandsstücken den Vakuum- durch diese Öffnung hindurch erstreckt,

raum innerhalb der Röhre einschließen. Dann wird Das Anodenkopfstück 16 und der erste ringförmige

man die Polschuh« aus einer Pseudolegierung von Flansch 15 begrenzen innerhalb des Metallblockes 11

hoher magnetischer Suszeptibilität und hoher Wärme- 60 einen Eingangsresonator. Die drei ersten ringförmigen

leitfähigkeit und die Abstandsstücke aus einer Pseudo- Flansche 15 begrenzen zwei weitere Resonatoren 22,

legierung mit niedriger magnetischer Suszeptibilität, in denen die Bündelung des Elektronenstrahles ver-

aber ebenfalls hoher Wärmeleitfähigkeit herstellen. stärkt wird. Der dritte ringförmige Flansch 15 sowie

Im folgenden sol! die Erfindung in Verbindung das ringförmige Kopfstück 18 grenzen einen Aus-

mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. 0j gargsresonator 23 ab.

F i g. 1 ist eine Ansicht eines elektrostatisch fokus- An den Mcrallblock 11 ist vakuumdicht eine Elek-

sxrten Vierkammerklystrons mit Merkmalen der ionenstrahlerzeuger 24 angesetzt, der einen Elek-

Erflndung; tronenstrahl axial durch den Metall'nlncli Il hinHnrch-

schicken kann. Der Elektronenstrahlerzeuger kann an dem Metallblock hart angelötet sein.

Neben dem ringförmigen Kopfstück 18 · ist am Ende des Metallblockes Π 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 Eingangsund Ausgangswellenleiter 27 und 28 befestigt, die mit dem Eingangsresonator 21 und dem Ausgangsresonator 23 durch öffnungen in Verbindung stehen, die in den Metallblock 11 eingefräst sind. Die nach außen ragenden Enden der Eingangs- und Ausgangswellenleiter 27 und 28 sind mit Flanschen 31 versehen, die wellendurchlässige 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 Hohlraumresonator eine Abstimmembrane enthält (nicht gezeigt). Jede der Abstimmembranen ist mit Hilfe der Abstimmschrauben 35 bewegbar.

Nun soll auf die F i g. 3 Bezug genommen werden. Jedes der Resonatorgitter 14, 17 und 19 ist aus einem kreisförmigen Gittermontagering 36 hergestellt, der einen Halterungsrand 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° 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 F i g. 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 ein Elektronenstrahlerzeuger 47 und an dem anderen Ende der Bohrung eine Reflektorelektrode 48 vakuumdicht angeschmolzen. Die beiden Wandungen 49 und 51 sind zusammen mit den ihnen beigegebsnen Resonatorgittern 52 in die Längsbohrung des Hauptblocks 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 Haupiblock 46 und die Kopfstücke 49 und 51 dieses Reflexklystrons hergestellt sind, werden noch im einzelnen beschrieben, und zwar zusammen mit den Materialien, die zum Aufbau des Klystrons nach den F i g. 1 und 2 verwendet worden sind.

Um innerhalb von Mehrkammer- oder von Reflexklystrons störende Temperaturgradienten zu ver-S meiden und auch die Verwendung von Materialien zu umgehen, die einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, sind die ringförmigen Kopfstücke sowie die Elektroden, die diejenigen HF-führenden Teile der Röhre sind die dem Elektronenstrahl am nächsten liegen, aus einer Pseudolegierung hergestellt, die sich durch eine große Wärmeleitfähigkeit sowie durch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet.

Eine solche typische Pseudolegierung ist beispielsweise ein Material, wie es von der »Mallory Metallurgical Company« 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

ao Wärmeleitfähigkeit besitzt. Zum anderen ist zu seiner Herstellung noch ein zweites Material wie beispielsweise Woh'ram verwendet, das sich durch gute mechanische Festigkeit sowie durch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet. Die

»5 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, einschmilzt

Pseudolegierungen können aber auch auf andere Weise hergestellt werden, beispielsweise über eine Ausscheidungshärtung, die sich so durchführen 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 isi es möglich, denjenigen Teilen einer Röhre, die sehi heiß werden, eine gute Wärmeleitfähigkeit und trotzdem eine hohe mechanische Stabilität zu geben. Diese Pseudolegierungen können zusätzlich auch so ausgewählt werden, daß ihr thermischer Ausdehrungs koeffizient demjenigen gleicht, den die daneber angeordneten Teile der Röhre besitzen, so daß eint differentielle Ausdehnung der Röhrenteile vermieder wird, die zu Verstimmungen der Röhre oder zi mechanischen Spannungen' in den Vakuumverbin düngen führen können.

Als Beispiel sind in der nun folgenden Tabelle Daten zusammengestellt, die die Verwendung voi Pseudolegierungen als Werkstoffe zum Bau de zylindrischen Elektroden und der Kopfstücke fü bestimmte Reflexklystronoszillatoren nach den Fig.· und 5 zeigen.

Tabelle 1

Röhre	Material	Elektroden	Temperatur	Maximale Strahlleistung
Nr.	für Röhrenkörper	und Kopfstückmaterial	koeffizient	bis zum Verglühen des Gitte
1	Stahl	Stahl	-1000kHz/oC	35 bis 41 Watt
2	Stahl	Molybdän-Kupfer	größer als	35 bis 41 Watt
		laminiert	±500kHz/°C
3	Stahl	Elkonite	kleiner als	75 Watt
		44°/0 Kupfer	±100kHz/°C	wahrscheinlich
		56 % Wolfram
4	Indar	Elkonite	kleiner als	100 Watt
	ZJ 70 K.uprer	4*f"7rt KuniCf	■ cn 1.1 i_;o /~*	wahrscheinlich
	77% Eisen	56% Wolfram

Wie man der Tabelle I entnehmen kann, besitzen Rö''i-en. bei denen der Röhrenkörper, die zylindrischen Elektroden und die Kopfstücke aus Stahl hergestellt sind, einen außerordentlich hohen Temperatur-Frequenzkoeffizienten. Urn diei.cn Koeffizienten zu verkleinern, wurde in der Röhre 2 die Elektrode aus laminiertem Molybdän-Kupfer hergestellt. Eine solche Röhre wies immer noch einen Temperaturkoeffizienten auf, der größer als ±500kHz/°C war. Bei einer Röhre, in der eine Pseudolegierung verwendet wird, insbesondere Elkonite aus 44°/₀ Kupfer und 56°/₀ Wolfram, ist dagegen der Temperaturkoeffizient in der Regel kleiner als ilOOkHz/°C.

Die besondere Elkonitequalität wurde so ausgewählt, daß sie eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten 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. W.jnn das Material für die Kopfstücke und die zylindrischen Elektroden einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als die Materialien des Röhrenkörpers aufweist, dehnt sich das Material der Elektroden, 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 zylindrischen Elektroden vergrößert sich aber gleichzeitig der Wechselwirkungsspalt, d. h., die Kapazität des Hohlraumresonators nimmt gleichzeitig ab, so daß die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators konstant gehalten wird.

Der Hauptkörper 11 der Klystronverstärkerröhre nach den F i g. 1 und 2 sowie der Hauptkörper 46 des Reflexklystrons nach den F i g. 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

ίο die Ausgangsleistung der Röhre beeinträchtigen und die Betriebsfrequenz der Röhre ändern könnten. Eine Pseudolegierung, die sich zur Herstellung der Hauptkörper von Llektronenstrahlröhren eignet, wird unter dem Warenzeichen »Indar« von der Indar-Corporation hergestellt. In einer bestimmten Röhre wurde eine Indar-Qualität verwendet, die 23°/₀ Kupfer und 77% Eisen enthielt.

Aus der Tabelle II geht klar hervor, daß ein Röhrenkörper aus Indar die Röhre gegenüber magnetischen Streufeldern abschirmt. Ohne diesen Körper aus Indar mußte ein magnetisches Dämpfungsglied oder ein Ferritisolator, der in einer Anordnung mit der Röhre verwendet wurde,,mindestens 20cm von der Röhre entfernt sein. Wurde der Röhrenkörper jedoch

»5 aus Indar hergestellt, konnte man den Ferritisolator

innerhalb von 5 cm von der Röhre entfernt anordnen

und ihn tatsächlich 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 Temperaturausgleich, 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 Nr.
3

Röhrenkörpermaterial
Elektrodenmaterial

Gitterringmaterial und Größe der

Gitterfahnenerhöhung
Frequenzverschiebung

bei Strahlspannung 1500 V
Kleinster Abstand des Ferritisolators

Kupfer
Kupfer

Nickel
0,0 mm

Kupfer Kupfer ' Kupfer

Kupfer Kupfer Kupfer

Nickel : Nickel Elkonite

0,25 mm j 0,375 mm 0,375 mm

Tndar

23°/o Kupfer
77 °/₀ Eisen
Elkonite
44 °/o Kupfer
56 °/o Wolfram Elkonite
0.375 mm

-70MHz ! -50MHz : -45 MHz -20 MHz ^! -10 MHz

20 cm

cm

20 cm

20 cm

5 cm

Wie man dieser Tabelle entnehmen kann, vermindert die Verwendung von Elkonite als Gitterring die Frequenzverschiebung bei erhöhter Strahlspannung erheblich.

Für Elektronenstrahlröhren, die mit magnetischer Fokussierung arbeiten, wie beispielsweise für ein magnetisch fokussiertes Mehrkammerklystron nach der F i g. 6, kann die Verwendung einer Pseudolegierung empfohlen werden, die eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine hohe magnetische Suszeptibilität aufweist, tin solches material Ksnn ^CiSpiSiSwsiss aus Kupfer und Eisen aufgebaut sein. Das Klystron nach F i g. 6 gleicht dem Klystron, das in der USA.-Patentschrift 2 963 616 offenbart ist, so daß es hier nur insoweit beschrieben zu werden braucht, wie es notwendig ist. um die Anwendung der Erfindung auf dieses Klystron zu verstehen. Dieses Klystron enthält ganz allgemein eine Kathode 55, einen Kollektor 57, eine Mehrkammer-HF-Wechselwirkungsstrecke 57 sowie eine magnetische Fokussierungsvorrichtung 58 für den Elektronenstrahl.
Um die Wärmeleitfähigkeit der Rö^hrA »n

9 10

sind zwei Polschuhc 63 und 64, die zu der magne- mige Abstandsstücke 66 auf, die miteinander hart tischen Fokussieriingsvorrichtiing 58 für den Elek- verlötet sind. Die Verzögernngswendel 69 ist mit tronenstrahl gehören, aus einer Pseudolegierung her- Hilfe von Saphirstäben 72 innerhalb einer Längsgestellt, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine bohrung gehaltert, die axial durch die Mitte der hohe magnetische Suszeptibilität besitzt. Das kann 5 Polschuhe 65 und der Abstandsstücke 66 hindiirchbeispielsweise eine Pseudolegierung aus 20 bis 30⁰Z₀ geht. Innerhalb dieser Baugruppe aus Polschuhen Kupfer und 80 bis 70% Eisen sein. Um innerhalb und Abstandsstücken sind Ein- und Auskoppelvordieses Mehrkammerklystrons die Wärmeleitung weiter richtungen 73 vakuumdicht eingelötet. Die Magnete74, zu verbessern, sind die Wandungen des Röhren- die die periodischen Magnetfelder hervorrufen, sind körpers 59. die Endwa ndungen oder Kopfstücke der io als C-förmige Hälften ausgebildet und sind dicht Hohlraumresonatoren 61 sowie die zylindrischen Elek- neben den Polschuhen 65 um die AbstandsstT'cke 66 troden 62 aus einer Pseudolegierung hergestellt, die herumgeklemmt. Diese Magnete sind so angeirdnet, eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine niedrige daß sie die periodisch ihre Richtung wechselnden, magnetische Suszeptibilität besitzt und deren ther- axial verlaufenden Magnetfelder zwischen den Polmischer Ausdehnungskoeffizient etwa demjenigen der 15 schuhen 65 hervorrufen. Außen um die Permanent-Polschuhe 63 und 64 gleicht. Dafür ist beispielsweise magnete ist ein hohles, zylindrisches Rohr 75 geeine Pseudolegierung aus 70% Kupfer und 30% schoben, das die ganze Anordnurg zusammenhalt.
Wolfram geeignet. In dieser Ausführungsform sind die Polschuhe

Diese beiden zuletzt genannten Pseudolegierungen aus einer Pseudolegierung hergestellt, die eine gute

lassen sich auch mit Vorzug in Klystrons verwenden, 20 Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine hohe magne-

die anders aufgebaut sind, beispielsweise in einem tische Suszeptibilität besitzt. Ein dafür geeignetes

Klystron mit einer Fokussierung mit Hilfe eines Material kann zu wesentlichen Teilen aus Eisen

Permanentmagneten, wie es in dem USA.-Patent bestehen und sich beispielsweise aus 23 bis 30%

291 567 offenbart ist. Kupfer und aus 70 bis 77% Eisen zusammensetzen.

Man kann die Erfindung aber auch so ausführen, 25 Die ringförmigen Abstandsstücke 66 sind aus einer daß man die beiden Polschuhe, die zu dem Strahl- Pseudolegierung hergestellt, die eine gute Wärmeleitführungssystem gehören, aus Eisen herstellt. In diesem fähigkeit aufweist und eine niedrige magnetische Falle werden die Wandungen des Hauptkörpers 59, Suszeptibilität besitzt. Dafür ist beispielsweise eine die Resonatorendwandungen 61 und die zylindrischen Pseudolegierung aus Kupfer und Wolfram geeignet. Elektroden 62 aus einer Pseudolegierung hergestellt, 30 die sich aus 49% Kupfer und 51% Wolfram zudie eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe sammensetzt. Die thermischen Ausdehnungskoeffimechanische Festigkeit aufweist, deren Suszeptibilität zienten dieser beiden Pseudolegierungen sind mitniedrig ist und deren thermischer Ausdehnungs- einander vergleichbar, so daß sich bezüglich einer koeffizient etwa demjenigen der Polschuhe 63 und 64 Leck- oder Rissebildung in den Lötstellen oder eines gleicht. Dafür ist ein Elkonite aus 65% Kupfer 35 Verziehens auf Grund unterschiedlicner thermischer und 35% Wolfram gee-'gnet. Ausdehnung zwischen den Polschuhen und den

Die Erfindung läßt sich auch besonders gut auf Abstandsstücken keine Schwierigkeiten ergeben.
Wanderfeldröhren anwenden, die mit einer perio- In der F i g. 9 ist gezeigt, wie sich die Erfindung dischen Fokussierung über Permanentmagnete arbei- auf ein Magnetron anwenden läßt. Die F i g. 9 stellt ten, bei denen also, wie es für Wanderfeldröhren 40 dabei einen Längsschnitt durch ein Klystron dar, bekannt ist, das magnetische Fokussierungsfeld hinter- wie es unter der Typenbezeichnung SFF-303 von einander angeordnete Feldabschnitte aufweist, in der Firma S-F-D-Laboratories of Union, New Jersey, denen die Feldlinien axial gerichtet, aber periodisch vertrieben wird. Der Hauptkörper dieses Magnetrons in entgegengesetztem Richtungssinn verlaufen. Eine ist mit der Bezugsziffer 81 bezeichnet. An ihn ist Ausführungsform einer solchen Wanderfeldröhre ist 45 eine Anode 82 und eine Kathode 83 hart angelötet, in den F i g. 7 und 8 gezeigt. In dieser Ausführungs- ^ie einen zylindrischen Kaihodenemitter 84 aufweist, form sind zwischen eine Anzahl von magnetischen Der Wechselwirkungsraum des Magnetrons ist durch Polschuhen 65, die in einem gewissen Abstand von- den zylindrischen Raum definiert, der sich zwischen einander angeordnet sind, eine Anzahl von Abstands- dem äußeren Umfang des zylindrischen Kathodenstücken 66 eingesetzt. Die Polschuhe und die Ab- 50 emitters 84 und den inneren Spitzen von kreisförmig Standsstücke 66 sind aus Materialien hergestellt, die angeordneten, nach innen ragenden Anodenfahnen 85 sich miteinander hart verlöten lassen, so daß man befindet, die an ihrem äußeren Ende von der inneren aus den Polschuhen 65 und den Abstandssiücken 66 Oberfläche einer zylindrischen Anodenwandung 86 den Vakuumraum für die Röhre herstellen kann. getragen sind. Es ist bekannt, daß die Räume zwischen Die Polschuhe 65 und die Abstandsstücke 66 müssen 55 zwei nebeneinanderliegenden Anodenfahnen im Inneaus verschiedenen Materialien hergestellt sein, da ren der zylindrischen Anodenwandung 86 innere die Polschuhe eine hohe, die Abstandsstücke dagegen Hohlraurnresonatoren abgrenzen, die mit dem Elekeine niedrige magnetische Suszeptibilität aufweisen tronenstrahl- oder Strom des Magnetrons in Wechselmüssen. Die Polschuhe 65 und die Abstandsstücke 66 wirkung stehen. Der äußere Hohlraumresonator 87 sollen aber beide eine gute Wärmeleitfähigkeit be- 60 ist innerhalb des Hauptblockes 88 gebildet und ist sitzen und in ihrem thermischen Ausdehr.ungskoeffi- in bekannter Weise durch Koppelöffnungen in der zienten miteinander vergleichbar sein, um Risse und Wandung 86 an die inneren Resonatoren angekop-Lecks in den Vakuumlötverbindungen zu vermeiden. pelt, die durch die Anodenfahnen 85 und die Wan-

Die Wanderfeldröhre nach den F i g. 7 und 8 düngen 86 abgegrenzt sind. Die Energie wird aus

enthält eine Kathode 67, eine Anode 68, eine Ver- 63 dem Magnetron über einen Auskoppelschlitz 89,

zögerungswendel 69 sowie einen Kollektor 71. Die einen Wellenleiter 91 und ein wellendurchlässiges

Hauptvakuumkammer der Röhre weist zahlreiche Vakuumfenster 92 ausgekoppelt,

ringförmige Polschuhe 65 sowie zahlreiche ringför- Dieses bekannte Magnetron beinhaltet ein Magnet-

system oder einen magnetischen 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 98' 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 Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine niedrige magnetische Suszeptibilität besitzt. Dafür sind beispielsweisePseudolegierungen auf Kupfer-Wolfram- oder auf Silber-Wolfram Grundlage geeignet. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit ist ein schneller Abtransport der Wärme sichergestellt, während der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient dafür sorgt, daß die geometrischen Größenänderungen auf Grund von Temperaturänderungen klein bleiben. ao

Darüber hinaus kann man die magnetischen Bauteile 95, 96, 97, 98 und 98' aus einer Pseudolegierung herstellen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine hohe magnetische Suszeptibilität besitzt. Dafür ist beispielsweise eine Pseudolegierung geeignet, die auf einer Kupfer-Eisen-Grundlage hergestellt ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Art eines Klystrons, einer Wanderfeldröhre oder eines Magnetrons, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzstabilität dadurch verbessert ist, daß wenigstens wesentliche frequenzbestimmende Teile der Röhre sowie gegebenenfalls auch wesentliche Teile des magnetischen oder elektrostatischen Strahlführungssystems aus einer Pseudolegierung hergestellt sind, die aus einem porösen Körper aus einem harten Metall, dessen Poren mit einem weichen Metall gefüllt sind (Füllmaterial), besteht und deren Wärmeleitfähigkeit größer als die des Wolframs ist.

2. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre .lacli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper aus einem nichtferromagnetischen Material besteht und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Pseudolegierung kleiner als der von Eisen ist.

3. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper aus Wolfram und das Füllmaterial aus Kupfer besteht.

4. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper aus einem ferromagnetischen Material besteht.

5. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Klystron die ringföimigen Kopfstücke (16) sowie die zylindrischen, vom Elektronenstrahl durchsetzten Elektroden (13) aus einer Pseudolegierung auf Kupfer-Wolf ram- oder Silber-Wolfram-Grundlage hergestellt sind.

6. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Wanderfeldröhre die Polschuhe (65) aus einer Pseudolegierung von Kupfer und Eisen bestehen, während die ringförmigen Abstandsstücke (66) aus einer Pseudolegierung aus Kuptei und Wolfram bestehen.

7. Frequenzstabile Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Magnetron die Anodenfahnen (85), die zylindrische Anodenwandung (86) und die Wandung (88) des äußeren Hohlraumresonators aus einer Pseudolegierung auf Kupfer-'Volfram- oder Silber-Wolfram-Grundlage bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen