DE1541026A1 - Kathode fuer eine Magnetronroehre - Google Patents

Description

Dr. Ing. Hans-Dietrir*

Patciitanwuk ν _

Anmelder: Philips Patentverwaltung GmbH. ' O H I U £.

Akte Na. PHD- 963

Anmeldung vom: 12₀ Dezember 1966

Kathode für eine Magnetronröhre· '

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für eine Magnetronröhre, bestehend aus mindestens einem. Kathodenträger, dessen eine Oberfläohe dem oder den Heizern augewandt ist und auf dessen anderer Oberfläche sich mindestens ein erster Elektronen emittierender und mit dem Kathodenträger fest verbundener Körper befindet» neben dem mindestens ein zweiter Elektronen emittierender,. aus einem anderen Werkstoff wie der erste Körper bestehender Körper angeordnet ist.

Bei dem Bau von Kathoden für eine Magnetronröhre, die meist mit einer Vorratskathode ausgestattet sind, ist es nioht nur wesentlich, die Kathode fest haftend mit dem Kathodenträger zu verbinden, sondern es müssen auch Maßnahmen ergriffen werden, um die Lebensdauer der Magnetronröhre durch besondere Ausbildung der Kathode zu erhöhen,.weil gerade in einer Magnetronröhre die Kathode einer besonderen Belastung ausgesetzt ist.

PHD 963
(EV 2587, „2-

9 0 9 8 3 9/.pß9.O ORIGINAL

Die beim Einschalten einer derartigen Magnetronröhre die ^ j Mathode verlassenden Primärelektronen bewegen sich in.: ... spiralförmigen Bahnen zur Anode. Die zur Kathode mit er- [ höhter Energie zurückkehrenden Elektronen schlagen aus der ; Kathode wiederum Sekundärelektronen hinaus. Beim Aufprall * . geben diese Elektronen ihre Energie an die Kathode ab, wodurch die Kathode weiter aufgeheizt wird. Dieser Vorgang,
das sogenannte Elektronenrückbombardement, setzt sich auch
während des Betriebes der Magnetronröhre fort, weswegen
besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, damit die
Kathode nicht überlastet wird. Das Elektronenrückbombar- * dement hängt weiterhin von der Eingangsleistung der Magnetronröhre ab. Aus diesem Grunde wird durch.die Be- ; lasturigsfähigkeit der Kathode die Eingangs- und damit
auch die Ausgangsleistung der Röhre bestimmt. Die Be- _: lastungsfähigkei-t der Kathode ist ihrerseits abhängig
von der Wirksamkeit der Wärmeableitung bzw. Kühlung der ' Kathode. Diese Wärmeableitung erfolgt bei Vorratskathoden zum größten Teil durch Wärmeleitung, da die Tempera- .
türen noch derart niedrig liegen, so daß noch keine wesentliche Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung erfolgt. :

t Es sind nun die verschiedensten Maßnahmen bekannt geworden, u.

um Kathoden mit hohen Stromdichten und großer Ergiebigkeit zu erhalten, wie in den deutschen Patentschriften : 885 898, 1 047 321 und 1 200 444 gezeigt. Ein Teil die- ; ser Patentschriften wie auch die deutsche Patentschrift , 879 872 zeigen weiterhin Kathoden mit unterschiedlichen
Oberflächen. ·

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Es ist weiterhin bekannt, Kathoden aus mehreren Zonen derart auszubilden, daß die der Anode zugewandte Oberfläche der Kathode in verschieden stark emittierende Zonen unterteilt ist» Eine derartige Kathode für Buchstabenwiedergäbe auf dem Bildschirm «eigt die USA-Patentsohrift 3 131 328* Kathoden mit untersohiedlioh emittierenden Oberflächen sind aus den französischen Patentschriften 1 077 643, 945 839, 80 996, 1 277 5I8 und aus der britischen Patentschrift 643 656 bekannt« Insbesondere zeigen die Fig. 1 und2 der britischen Patentschrift 643 656 und die Fig. 2 der französischen Patentschrift 1 277 518 Kathoden für Magnetronröhren, die aus Zonen unterschiedlicher Emission bestehen und bei denen diese Zonen auf einem gemeinsamen Kathodenträger angeordnet sind. Dabei besteht z.B. der Kathodenträger aus Molybdän. Die nicht oder weniger emittierenden Zonen der Kathode bestehen dagegen aus einem Werkstoff auf der gleichen Grundlage, dessen Zusammensetzungen jedooh prozentual anders als der für die emittierende Zone ausgebildet ist. Es kann allerdings auch ein ganz anderer Werkstoff angeordnet sein.

Diese bekannten Maßnahmen verringerten zwar schon etwas die störenden Eigenschaften durch ein ElektronenrÜokbombardement, aber die Lebensdauer der Magnetronröhre war immer nooh nicht zufriedenstellend, da trotz dieser bekannten Maßnahmen weiterhin die Kathoden im Betrieb zu stark aufgeheizt wurden und daher einer großen iermisohen Belastung unterworfen waren. ·

Aufgabe der Erfindung ist daher eine Änderung der Kathode für eine Magnetronröhre derart, daß die Lebensdauer der Röhre erheblich erhöht wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung für eine Kathode für

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Magnetronröhren der eingangs genannten Art dadurch, daß der zweite Körper mindestens in schlechtem Wärmekontäkt mit dem Kathodenträger auf diesem befestigt ist.

Hierdurch wird es erstmalig möglich, zunächst einmal die Heizleistung herabzusetzen und die Anheizzeit einer Magnetronröhre wesentlich abzukürzen, weil bei Einsatz · der erfindungsgemäßen Anordnung für gleiche Ausgangsleistung der Magnetronröhre eine geringere Heizleistung erforderlich ist, da die aufzuheizenden Massen geringer sind. Beim Einschalten der Röhre emittiert zunächst der erste Körper. Während des Ausschwingens des Magnetrons wird nicht nur der erste Körper, sondern auch schon der benachbarte zweite Körper durch zurückkehrende Elektronen getroffen und emittiert Sekundärelektronen. Durch ein teilweises Abdampfen des Emissionswerkstoffes vom ersten Körper und Niederschlagen dieses Werkstoffes auf den zweiten kann dieser .auch, nachdem er sich durch den Anprall der zurückkehrenden Elektronen erwärmt hat, Primärelektronen emittieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung-kann zwischen , dem Kathodenträger und dem zweiten Körper ein schmaler Spalt vorhanden sein, wodurch eine schnellere Aufheizung des zweiten Körpers durch das Elektronenrüek- ·^: bombardement erreicht wird. Weil nach der Erfindung der ..^. zweite Körper einen etwas größeren Durchmesser als der erste Körper erhalten kann, wird wegen der dort höheren ' Feldstärke die Emission auf dieöe Körperflächen konzentriert und. daher der. erste Körper in -der Emiss-ion und auch vom -... ,_i} -,,, Elektronenbombardement entlastet. Wegen der schlechteren

Wärmeableitung steigt die Temperatur des zweiten Kör- ' ""'"'"

pers weit über die Betriebstemperatur^;'-"-" ^: ■ -■-·;·-: ν-^ccrc^

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des ersten Körpers an, weswegen dann der zweite Körper die Rüokbombardementsenergie in'erster Linie duroh Wärmestrahlung und nioht durch Wärmeleitung wieder abführt. Dadurch kann aber wiederum die Ausgangsleistung des Magnetrons vergrößert und die Lebensdauer des ersten Körpers der Kathode erhöht werden·

Da nur der erste Körper mit guter Wärmeleitung fest mit dem Kathodenträger verbunden ist und nur der auf diesen Körper entfallende ' Energieanteil des Elektronenrüokbombardements duroh Wärmeleitung über den Kathodenträger abgeleitet werden muß, kann die Leistung im Magnetron weiter erhöht werden, weil der erste körper im 7er- '.

hältnis zum zweiten Körper stärker gekühlt wird, >

Nach der Erfindung kann weiterhin der Kathodenträger in Höhe , mindestens eines von zweiten Körpern eine geringere Wandstärke aufweisen, weil die Wärmeableitung, wie bereits ausgeführt, von r

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zweiten Körpern nicht duroh Wärmeleitung, sondern im wesentlichen ;'· durch Wärmestrahlung erfolgt . · [>

Ein weiterer Vorteil na oh der Erfindung ergibt sioh bei Verwendung einer Vorratskathode, da bei dieser die relativ starke Abdampfung des Emissionswerkstoffes von der Oberfläche des ersten Körpers durch die Verkleinerung der aktiven Oberfläche des ersten. Korpora entsprechend herabgesetzt wird· Daduroh werden die schädlichen Bedampfungen der in Magnetronröhren in bekannter Weise eingebauten Abschirmkappen und des Anodensysternes ebenfalls stark verringert und die Lebensdauer des Magnetrone erhöht. Außerdem wird «loh, veil

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der zweite Körper, vie oben-genannt» nach der Erfindung einen größeren Durohmesser als der erste Körper aufweist, eine Saieeions« werkstoffabdampfüng vom ersten Körper duroh die überstehenden Kanten des zweiten Körpers nicht so leicht auf den Absohirmkappen niederschlagen.

Die Erfindung läßt sich am besten durch einen Vergleich einer bekannten mit der Anordnung nach der Erfindung beschreiben*

Die Erfindung ist anhand eines Aueführungsbeispieles f ür ewei zweite Körper in der Zeichnung dargestellt· Es aeigen

Fig. 1 einen Teils oiraitt duroh eine Hagnetronröhre in Höhe der Kathodenanordnung für eine bekannte Ausführung,

Fig. 2 die gleiche Ansicht vie Fig. 1 für eine Anordnung: nstdk der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 1 der Kathodenträger bezeichnet, der hier als Bohr ausgebildet ist und in dem der Heiser 2 zwisohen entsprechend ausgebildeten Haltevorrichtungen 3 und 4 befestigt ist· IuT der Außenseite des Kathodenträgers 1, also auf der dem Heiser 2 »fegewandten Oberfläche, ist mit dem Kathodenträger 1 ein Elektronen emittierender Körper 5 angeordnet. Dieser erste Körper 5 ist auf dem Kathodenträger 1 derart befestigt, daß eine Wärmeleitung in Richtung der Pfeile 6 erfolgen kann» Sie Wärme strömt in dem Kathodenträgerrohr su einer nicht dargestellten Kühleinrichtung·

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Mit 7 und 8 sind bekannte Abschirakappen einer Magnetronröhre bezeichnet und mit 9 die Anode.

Die aus dem ersten Körper 5 austretenden Elektronen bewegen sioh auf spiralförmigen Bahnen um die Kathode zur Anode 9· Zurückkehrende Elektronen treffen auf den ersten Körper 5 und schlagen aus diesem Sekundärelektronen aus· Der erste Körper 5 wird also vollständig vom Elektronenbombardement getroffen· Ist der erste Körper 5 weiterhin als Vorratskathode, wie in Magnetronröhren üblich, ausgebildet, so kann sioh der abdampfende EmissionswerkBtoff ungehindert auoh an den vorspringenden Kappenteilen 10 und 11 niederschlagen, woduroh ebenfalls die Lebensdauer des Magnetrons begrenzt wird.

Fig« 2 zeigt dagegen die Anordnung nach der Erfindung· Mit gleiohen Bezugszeiohen sind wieder die gleichen Teile bezeichnet. Gegenüber der Anordnung naoh Fig. 1 ist auf den ersten Bliok erkennbar, daß der Heiser 2 für die Anordnung nach der Erfindung wesentlich kleiner ausgebildet werden kann.

Neben diesem ersten Körper 5 sind xweifceKörper 12 angeordnet, deren Außendurchmessergrößerals der äußere !Durchmesser des ersten Körpers 5 sind*!' Wie oben bereits ausgeführt} werden durch diese ebenfalls ringförmig ausgebildeten zweiten Körper 12 die äußeren Enden tö und 11 der Absohirmkappen 7 und 8 abgeschirmt und der aus dem ersten"Körper 5 verdampfende Emissionswerketoff schlägt εϋοη vorzugsweise auf den-zweiten Körpern 12 nieder, wodurch diese während'des Betriebs- der Magnetronröhre ebenfalls Primärelektronen emittieren können. Die Wärmeableitung von dem ersten Körper 5 erfolgt

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wieder durch Wärmeleitung, wie mit den Pfeilen 6 angedeutet, da der erste Körper 5 fest und damit gut wärmeleitend auf dem Kathodenträger 1 befestigt ist. Die zweiten Körper 12 sind dagegen lediglich über Halteringe 13 auf dem Kathodenträger gehalten und zwischen den zweiten Körpern 12 und dem Kathoden- |

träger 1 befindet sich ein Spalt 14, so Haß eine Wärmeableitung . ' von den zweiten Körpern 12 nicht durch Wärmeleitung auf den ■ j

Kathodenträger 1 erfolgen kann, sondern lediglich durch Wärme- !

strahlung*

Ba die Wärmeableitung von den zweiten Körpern 12 lediglich durch j·' Wärmestrahlung erfolgt_f kann dit Wundstärkt dtg Kathodtnträgeri <1, wie im unteren Teil der Pig. 2 bei 15 gezeigt, geringer sein, woduroh wiederum die aufzuheizende Masse des Kathodenträgers verringert wird. .

Besonders vorteilhaft ist, wenn nach der Erfindung der erste [·.'

Körper 5 als Vorratskathode ausgebildet ist, die im wesentlichen £■ aus Wolfram besteht, und die zweiten Körper 12 mindestens überwiegend aus dem Werkstoff Molybdän bestehen. I

Patentansprücheι

BAD ORIGINAL

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Claims (6)

1. Patentansprüche <

   Kathode für eine Magnetronröhre, bestehend aus «indesten* einem Kathodenträger, dessen eine Oberfläche dem oder den Heizern zugewandt ist und auf dessen anderer Oberfläche ,sieh mindestens ein erster Elektronen emittierender und mit dem Kathodenträger fest verbundener Körper befindet neben dem mindestens ein zweiter Elektronen emittierender, aus einem anderen Werkstoff wie der erste Körper bestehender Körper angeordnet ist, daduroh gekennzeichnet, daß der zweite Körper (12) mindestens in schlechtem Wärmekontakt mit dem Kathodenträger (1) auf diesem befestigt ist«
2. 2. Kathode nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß zwischen, dem Kathodenträger (i) und dem zweiten Körper (12) ein schmaler Spalt(14) vorhanden ist.
3. 3. Kathode nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des zweiten Körpers (12) größer als der des ersten Körpers (5) ist.
4. 4* Kathode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Kathodenträger (i) in Höhe mindestens eines von zweiten Körper^ (12) eine kleiner« Wand«» stärke aufweist.
5. 5· Kathode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der erste Körper (5) als Vorratskathode ausgebildet ist, die im wesentlichen aus Wolfram * besteht.

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6. 6. Kathode naoh einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche_f dadurch gekennzeichnet, daß der «weite Körper (12) überwiegend aus Molybdän·besteht·

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