DE1566033B2

DE1566033B2 - Lauffeldroehre mit einer verzoegerungsleitung mit leitungstrenner

Info

Publication number: DE1566033B2
Application number: DE19671566033
Authority: DE
Inventors: Robert M. Redwood City Calif. Phillips (V.StA.)
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1967-02-21
Filing date: 1967-12-21
Publication date: 1972-05-10
Also published as: DE1566033A1; US3466493A; FR1555143A; GB1196072A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Auffänger und einem metallischen, länglichen Vakuumgefäß, in dem eine Verzögerungsleitung mit einer Anzahl länglicher dielektrischer Tragelemente gehaltert ist, die zwischen dem Gefäß und der Verzögerungsleitung liegen, wobei die Verzögerungsleitung einen Leitungstrennerbereich aufweist, d.h.

einen Bereich, in dem die Verstärkung im wesentlichen Null ist und reine HF-Absorption vorliegt, der aber einen modulierten Elektronenstrahl durchläßt, und eine verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht auf den Tragelementen beidseitig des Leitungstrennerbereichs angeordnet ist. .

Eine Möglichkeit zur Bildung eines Leitungstrennerbereichs besteht darin, im Raum zwischen der Verzögerungsleitung und dem Vakuumgefäß einen

ίο Block aus Widerstandsmaterial anzuordnen (LJSA.-Patentschrift 2 939 996). Bei einem solchen Leitungstrenner ergibt sich zwängläufig ein erheblicher Abstand zwischen dem Außenumfang der Verzögerungsleitung und dem Vakuumgefäß, und damit ein großer Abstand vom Elektronenstrahl zum Vakuumgefäß, so daß bei magnetischer Fokussierung des Elektronenstrahls die zur Erzeugung des Fokussierfeldes erforderlichen Magnete sehr kräftig und damit massiv ausgebildet werden müssen.

sso Eine andere bekannte Möglichkeit zur Bildung eines Leitungstrennerbereichs besteht darin, die Verzögerungsleitung zu unterbrechen und die beiden aufeinander zu weisenden Enden zum Vakuumgefäß kurzzuschließen. Voraussetzung dazu ist, daß das Röhrengefäß leitend, in der Regel also metallisch ist, eine Voraussetzung, die für die erstgenannte Möglichkeit zum Aufbau eines Leitungstrennerbereichs nicht erfüllt sein muß. Bei dieser zweiten Möglichkeit kann zwar der Abstand zwischen der Verzögerungsleitung und dem Vakuumgefäß, und damit dem Elektronenstrahl und dem Vakuumgefäß, deutlich kleiner gehalten werden, es ist jedoch notwendig, die Verzögerungsleitung und die zugehörigen Tragele-

. mente aus mehreren Teilen aufzubauen, so daß die Herstellung der Röhre kompliziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lauffeldröhre der eingangs genannten Art so aufzubauen, daß die einfache Herstellungstechnik der Leitungstrennerkonstruktion der erstgenannten Art mit dem

kleinen Abstand zwischen Verzögerungsleitung und Vakuumgefäß bei der Leitungstrennerkonstruktion der anderen Art verwendet.werden kann, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

·, im Leitungstrennerbereicb die Tragelemente eine leitende Metallschicht aufweisen, die an der Verzögerungsleitung und am metallischen Gefäß anliegt und einen Gleichstrom-Kurzschluß zwischen dem Vakuumgefäß und der Verzögerungsleitung bildet, and die ,HF-Absorptionsschicht sich beidseitig der leitenden Metallschicht erstreckt. Durch die Herstellung eines Gleichstrom-Kurzschlusses zwischen dem Vakuumgefäß und der Verzögerungsleitung ist es nicht mehr erforderlich, die Verzögerungsleitung und die zuge-. hörigen Tragelemente mehrteilig auszuführen, so daß die gesamte Verzögerungsleitung einer Röhre in einem Stück hergestellt und vor allem montiert werden kann, gleichzeitig wird aber auch erreicht, daß der Abstand zwischen Verzögerungsleitung und Vakuumgefäß so klein wie möglich bemessen wer-

den kann. ' _;

Vorzugsweise bildet die leitende Metallschicht ein Band um jedes der Tragelemente und erstreckt sich längs einer Anzahl Periodenlängen der Verzögerungsleitung und ist. die verlustbehaftete HF-Absorptions- schicht direkt auf der Oberfläche des Bandes angeordnet und erstreckt sich längs wenigstens einer Anzahl Periodenlängen der Verzögerungsleitung auf ,beiden Seiten des Bandes. Vorzugsweise besteht die ver-,

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lustbehaftete HF-Absorptionsschicht aus pyrolyti- in F i g. 5 ersichtlich ist. Die Ring-Schleife ist eine

schem Graphit. einfache Variante der Ring- und Stange-Leitung

Die eingangs erläuterte Forderung nach geringem (USA.-Patentschrift 2 937 311), bei der die üblichen Abstand zwischen dem Elektronenstrahl und dem Stangen durch Schleifen 24 ersetzt sind. Vorzugs-Vakuumgefäß gilt besonders für Lauffeldröhren mit 5 weise wird eine Stützung mit zwei Stäben gemäß Fokussierung durch räumlich periodische magne- F i g. 5 bei der Ring-Schleife-Leitung 22 verwendet, tische Felder, die durch Permanentmagneten erzeugt Um einen guten thermischen Kontakt zwischen der werden; eine solche Fokussierung soll im folgenden Verzögerungsleitung und dem sie umgebenden Meals »PPM-Fokussierung« bezeichnet werden. Eine tallgefäß zu erhalten, sind Eindellungen 25, 26 sodazu erforderliche PPM-Fokussiereinrichtung kann io wohl in den Außenumfang der Leitung 22 als auch gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung in den Innenumfang des Gefäßes 10 geschnitten, so eng am Vakuumgefäß anliegend an diesem ab- daß zwei diametral einander gegenüberliegende, axial gestützt sein, so daß praktisch kein Abstand zwi- längliche Schlitze mit Krümmungen gebildet werden, sehen dem Vakuumgefäß und der PPM-Fokussier- die den zylindrischen Stützabkrümmungen angepaßt einrichtung ist. 15 sind, so daß eine maximale Wärmeleitung und eine

Weitere zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung gute Steifigkeit der ganzen Einrichtung erreicht wird,

ergeben sich aus den Unteransprüchen und der fol- Die Leitung kann im Gefäß 10 in irgendeiner be-

genden Beschreibung in Verbindung mit der Zeich- kannten Weise festgelegt werden,
nung; es zeigt In F i g. 2 ist ein typischer Leitungstrenner be-

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine PPM- ₂₀ kannter Art dargestellt, bei dem das Vakuumgefäß

fokussierte Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung, und die Leitung in Abschnitte aufgespalten sind, und

Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung zwischen die Leitungsenden und die Abschnitte 31,

einer bekannten Leitungstrennerkonstruktion, 32 des Gefäßes sind Zungen 30 eingesetzt, mit denen

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1, abgefangener Strahlstrom abgeleitet wird und ebenso

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie4-4 in Fig. 3, 25 die HF-Isoliereigenschaften des Trenners in Verbin-

F i g. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in dung mit der verlustbehafteten HF-Beschichtung 33

F i g. 3 und auf den Tragstäben 34 verbessert werden. Der Tren-

F i g. 6 einen Schnitt durch eine dielektrisch ge- ner nach der Erfindung ist am besten in F i g. 3 und 4

stützte Verzögerungsleitung und das zugehörige erkennbar. Eine Metallschicht 40 ist auf jeden Trag-

Vakuumgefäß zur Veranschaulichung des typischen 30 stab niedergeschlagen, so daß vielleicht zwei oder

Lochfraßes und sich daraus ergebener Niederschlag- drei Periodenlängen der Leitung (Windungen, Stei-

probleme, die bisher bei Röhren mit Leitungstrenner gungen usw.) überdeckt werden. Irgendein gut lei-

nach F i g. 2 auftraten. tendes Metall kann in Verbindung mit üblichen di-

In F i g. 1 ist eine PPM-fokussierte Wanderfeld- elektrischen Tragelementen, beispielsweise aus Tonröhre 8 dargestellt, die eine Verzögerungsleitung 9 35 erde, Saphir usw., verwendet werden. Beispielsweise mit einem Leitungstrennerbereich 11 in einem me- hat sich eine Legierung aus 80% Molybdän und tallenen Vakuumgefäß 10 aufweist. 20% Mangan als befriedigend erwiesen, die aufge-. Die Röhre 8 arbeitet mit einem Elektronenstrahl- strichen und in einem Ofen bei etwa 1450 bis 1500⁰C erzeugungssystem 12 üblicher Art, das am strahlauf- 45 Minuten lang gebrannt wurde, es ergaben sich wärtigen Ende innerhalb des Vakuumgefäßes ange- 40 dann gut haftende Metallbeschichtungen von 0,013 ordnet ist, das einen Isolierteil 13 aufweist, der um bis 0,025 mm Stärke. Selbstverständlich kann irgenddas Elektronenstrahlerzeugungssystem 12 herum an- eine andere bekannte Metallbeschichtung auf Kerageordnet ist und vakuumdicht mit einem Haupt- mik verwendet werden. Das verlustbehaftete HF-Beschleunigungsanoden-Bereich 14 verbunden ist, absorbierende Material 41, 42 beispielsweise Aquader seinerseits vakuumdicht mit einem länglichen 45 dag, pyrolytischer Graphit u. dgl. wird auf beiden rohrförmigen Gefäß 10 verbunden ist, in dem die Seiten des Metallbandes 40 niedergeschlagen, oder Verzögerungsleitung 9 angeordnet ist. vorzugsweise wird gemäß F i g. 4 das Verlustmate-

Das strahlabwärtige Ende der Röhre ist mit einem rial 43 über dem Band auf eine Dicke von etwa

Auffänger 15 abgeschlossen. 0,013 mm, oder vorzugsweise weniger, niedergeschla-

Zu verstärkende elektromagnetische Schwingungs- 50 gen. Eine sehr gute Lösung, die hervorragende Er-

energie wird mit einem Koaxialkoppler 16 einge- gebnisse geliefert hat, besteht darin," chemisch aus

speist, und nach der Verstärkung wird sie am strahl- dem Dampf niedergeschlagenen Kohlenstoff als

abwärtigen Ende mit einem Koaxialkoppler 17 ausge- Schicht zu verwenden (pyrolytischen Graphit). Gute

koppelt. Eine PPM-Fokussiereinrichtung 18 dient Ergebnisse sind erhalten worden, indem H₂-Trägergas-

dazu, die Strahlgeometrie in bekannter Weise auf- 55 in Blasen durch Benzol geleitet wurde, wobei die

rechtzuerhalten. Die PPM-Fokussiereinrichtung weist Stäbe auf etwa 1500° C gehalten wurden. In 5 Minu-

eine Anzahl axial polarisierter Permanentmagneten ten wurden gute Schichten von etwa 0,013 mm Stärke

19 auf, die längs der Röhre in Verbindung mit einer erhalten. Geeignete Maskiertechniken können dazu

Anzahl Polschuhe 20 aus Weicheisen od. dgl. ange- verwendet werden, die getaperten Bereiche zu bil-

ordnet sind. Um Magnetgewicht einzusparen und 60 den, die HF-Reflektionen verringern. Irgendeine be-

den Wirkungsgrad der PPM-Fokussiereinrichtung liebige Anzahl von Leitungsperiodenlängen kann

zu optimieren, ist es unbedingt erforderlich, daß die überdeckt werden, je nach dem erforderlichen Grad

Verzögerungsleitung so dicht wie möglich an der der HF-Absorption, beispielsweise 5 oder 6 Perioden-

PPM-Fokussieremrichtung angeordnet wird, weil die längen.

Feldstärke exponential von den Polschuhen aus ab- 65 Ein großes Problem bei Hochleistungs-Wander-

fällt. Die spezielle Verzögerungsleitung 9 gemäß feldröhren mit solchen Verzögerungsleitungen und

F i g. 1 ist eine Ring-Schleife-Leitung 22, die mit di- irgendeinem Material, das Kontakt mit einem oder

elektrischen Stäben 23 gestützt wird, wie am besten mehreren der Stäbe, dem Gefäß und der Leitung her-

stellt, liegt in der Tatsache, daß elektrostatische Ladungen sich auf der Leitung durch Abfangen des Strahls aufbauen, und zwar mit Geschwindigkeiten, die einfache Hochfrequenz-Verlust-Schichten nicht aufnehmen können. Dadurch ergeben sich unter Umständen Bogenüberschläge zwischen dem Verlustmaterial und der Leitung in einem Ausmaß, bei dem Metall aus der Leitung tatsächlich entfernt wird und auf dem Verlustmaterial niedergeschlagen wird, oder auf dem, was davon übrigbleibt, da das Material bei Bogenentladungen ziemlich schnell abbrennt. Dadurch ergibt sich eine Korrosion 48 der Leitung, eine Beschädigung der Verlustschicht und selbst Kurzschlüsse Windung-Windung 49, wie in F i g. 6 dargestellt ist, und zwar noch jenseits des Trenners selbst. Diese Erscheinungen können einen katastrophalen Röhrenausfall herbeiführen, weil sie einfach in unkontrollierbarer Weise weglaufen, wenn sie einmal angefangen haben. Erfindungsgemäß werden alle diese Probleme dadurch beseitigt, daß ein Metallband in Verbindung mit der Verlustschicht auf den Stützstäben selbst verwendet wird. Diese Lösung liefert beispielsweise einen Weg von V2 Ohm, mit dem abgefangener Strahlstrom abgeleitet wird, und damit werden Bogenüberschläge beseitigt, weil das Metallband 40 einen Gleichstrom-Kurzschluß zwischen der Leitung 22 und dem Metallgefäß 10 bildet. Das Metallband bildet auch einen HF-Kurzschluß, der beim Einsetzen eine Dämpfung von etwa 25 dB und mehr über die Dämpfung hinaus bringt, die das Dämpfungsmaterial allein hervorruft. Die Stäbe können auch direkt an das metallene Trennband gelötet werden, wenn das erwünscht sein sollte, um eine höhere Steifigkeit zu erhalten, um Schlupfprobleme herabzusetzen. Ein einfacher Preßsitz hat ausgereicht, eine gute Berührung des Metallbandes 40 mit der Leitung direkt durch die dünne pyrolytische Graphitschicht herbeizuführen, die direkt über das metallisierte Band aufgebracht werden kann, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 4 dargestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lauffeldröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Auffänger und einem metallischen, länglichen Vakuumgefäß, in dem eine Verzögerungsleitung mit einer Anzahl länglicher dielektrischer Tragelemente gehaltert ist, die zwischen dem Gefäß und der Verzögerungsleitung liegen, wobei die Verzögerungsleitung einen Leitungstrennerbereich aufweist, d. h. einen Bereich, in dem die Verstärkung im wesentlichen Null ist und reine HF-Absorption vorliegt, der aber einen modulierten Elektronenstrahl durchläßt, und eine verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht auf den Tragelementen beidseits des Leitungstrennerbereichs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungstrennerbereich die Tragelemente eine leitende Metallschicht aufweisen, die an der Verzögerungsleitung und am metallischen Gefäß anliegt und einen Gleichstrom-Kurzschluß zwischen dem Vakuumgefäß und der Verzögerungsleitung bildet, und die HF-Absorptionsschicht sich beidseitig der leitenden Metallschicht erstreckt.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Metallschicht ein Band um jedes der Tragelemente bildet und sich längs einer Anzahl Periodenlängen der Verzögerungsleitung erstreckt und daß die verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht direkt auf der Oberfläche des Bandes angeordnet ist und sich längs wenigstens einer Anzahl Periodenlängen der Verzögerungsleitung auf beiden Seiten des Bandes erstreckt.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht pyrolytischer Graphit ist.

4. Röhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine PPM-Fokussiereinrichtung an am Vakuumgefäß anliegend an diesem abgestützt ist.

5. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht beidseis der leitenden Metallschicht getapert ist und daß die dielektrischen Stützelemente längliche Stäbe sind, die in Eindellungen ähnlicher Krümmung sowohl in dem Vakuumgefäß als auch in der Verzögerungsleitung angeordnet sind.

6. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die leitende Metallschicht als auch die verlustbehaftete HF-Absorptionsschicht eng an dem Vakuumgefäß und an der Verzögerungsleitung anliegen und sich längs einer Anzahl Periodenlängen der Verzögerungsleitung erstrecken.