DE1589613C3 - Elektronenröhre mit einer Kathode und einem Steuergitter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einer Kathode und einem Steuergitter, deren Kathode in Form eines röhrenförmigen Käfigs, der aus mindestens einer Lage emittierender Drähte gebildet ist, deren Enden jeweils auf dem Umfang von zwei durch starre, als Heizstromzuführungsleiter dienende und jeweils mit zwei koaxialen leitenden Durchführungen verbundene Stäbe gestützten Platten befestigt sind, und deren Steuergitter von einem röhrenförmigen Leiter gehalten und durch letzteren mit einem Durchgangsleiter verbunden ist, der koaxial zu den Durchführungen der Kathode angeordnet ist.

In den Elektronenröhren, die zum Arbeiten bei sehr hohen Frequenzen, z. B. über 900 MHz, bestimmt sind, ist dir; Kathode, die in diesem Fall genügend gedrängt sein muß, sehr oft durch einen zylinderförmigen Käfig gebildet, der durch eine oder mehrere Lagen von Drähten oder Bändern aus einem emittierenden Metall, wie

z. B. thoriertem Wolfram, hergestellt ist. An dem dem Röhrenfuß abgewandten Ende sind diese Drähte am Rand einer Platte, z. B. in Form einer Scheibe oder eines flachen Napfes befestigt, die durch einen zentralen starren Leiter gehalten und elektrisch mit einem Durchgangsleiter verbunden ist, der Teil des Röhrenfußes ist. An dem dem Röhrenfuß zugewandten Ende sind die Drähte bisweilen an dem Ende eines röhrenförmigen Leiters befestigt, der koaxial den zentralen Leiter umgibt und die Drähte mit einem ringförmigen Durchgangsleiter verbindet, der in dem Fuß koaxial zum ersten Durchgangsleiter angeordnet ist. Bisweilen aber sind die Drähte am Rand einer zweiten Platte befestigt, die mit dem Durchgangsleiter durch einen oder mehrere Leiter in Form von Stäben verbunden ist. Der zentrale Leiter geht frei durch eine öffnung in dieser zweiten Platte hindurch.

Die zweite Lösung bietet den Vorteil, daß während der gesamten Montagearbeit die die Platten haltenden Stäbe direkt zugänglich sind, wodurch es möglich ist, sich sehr einfacher Präzisionslehren zu bedienen zur gegenseitigen Einstellung der Platten und der Zentrierung der gesamten Kathode bezüglich des Röhrenfußes. Nebenbei ist die Platte als Halter vorteilhaft in thermischer Sicht. Die Heizstromzuführungsleiter, die ja einen genügenden Querschnitt aufweisen müssen, um den bedeutenden Heizstrom auszuhalten und die geforderte hohe Aufbaugenauigkeit sicherzustellen, kühlen unvermeidbarerweise die Enden der emittierenden Drähte ab. Es existiert so an den Enden der Kathode eine praktisch nicht emittierende Zone, die nichtsdestoweniger jedoch zur Eingangskapazität beiträgt, was desto schädlicher ist, je kurzer die Kathode ist. Mit einer Platte als Halter ist es einfacher als mit einem röhrenförmigen Halter, eine übermäßige Abkühlung zu vermeiden, denn sie wirkt gleichzeitig wie ein vorgeheizter thermischer Schirm.

Indessen hat die Nutzung von zwei Platten als Halter der Kathode den Nachteil, Unstetigkeiten in die die Eingangselektroden mit der Eingangshochfrequenzschaltung verbindenden elektrischen Leitung einzuführen. Tatsächlich ermöglichen es die an die ringförmigen Durchführungsleiter gelegten zylindrischen Elektroden bei sehr hohen Frequenzen, die Hochfrequenzschaltungen völlig durch Koaxialleitungen zu bilden, von denen jede einen inneren und einen äußeren Abschnitt der Röhre umfaßt. Im Idealfall müssen die Kathode und das Steuergitter mit ihren im Innern der Röhre gelegenen Zuführungsleitern und dem außerhalb gelegenen Leitungsabschnitt eine homogene Koaxialleitung bilden,

d. h. ohne Unstetigkeit des Wellenwiderstandes, wodurch sehr geringe ohmsche Verluste gesichert werden. Wenn man ferner dieser Koaxialleitung passende Abmessungen gibt, damit ihr Wellenwiderstand wenig unterschiedlich von dem inneren elektronischen Widerstand des Systems Kathode-Gitter ist, z. B. ungefähr 5 Ohm für den Fall der Kathodensteuerung, stellt diese Leitung unabhängig von ihrer Länge außerhalb der Röhre einen Eingangswiderstand dar, der immer gleich

dem Innenwiderstand des Systems ist. Dies ermöglicht es, leicht Eingangsschaltungen mit großer Bandbreite und/oder mit großem Abstimmbereich zu konstruieren. Nun besitzt in den mit einer auf zwei Platten befestigten Kathode versehenen bekannten Röhren der koaxiale Leitungsabschnitt, der als Innenleiter eine Anordnung von Stützstäben aufweist, einen hohen Wellenwiderstand, z.B. größer als 100Ohm, während der durch die ringförmigen Durchgangsleiter und den äußeren Leitungsabschnitt der Röhre gebildeten Teil der Leitung gewöhnlich in der Größenordnung von 50 Ohm liegt. Der Unterschied ist noch größer zwischen dem die Stäbe enthaltenden Abschnitt und dem durch das System Kathode-Gitter gebildeten. Die Stützstäbe stellen außerdem auf Grund ihrer geringen Oberfläche einen nicht vernachlässigbaren ohmschen Widerstand für die Ströme sehr hoher Frequenz dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Homogenität der durch die Zuführungsleiter der Kathode und des Gitters gebildeten Koaxialleitung bei Bewahrung der Vorteile der auf zwei Enden an Platten befestigten Kathode verbessert wird. Damit wird die Eingangsstruktur dieser Röhren verbessert, d. h. die Struktur der Anordnung Gitter-Kathode, insofern, als die Verbesserung die Eingangsimpedanz der Röhre betrifft. Diese Aufgabe wird bei der hier vorgeschlagenen Elektronenröhre dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die den Kathodendurchführungen nächstliegende Kathodenplatte mit dem ihr zugeordneten Durchführungsleiter außer durch ihre Stützstäbe über einen in Form einer Röhre geringer Wändstärke gehaltenen, die Stützstäbe der beiden Kathodenplatten umgebenden Leiter unter Bildung eines Nebenschlusses für die HF-Komponente des Kathodenstroms zu den Stützstäben verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der röhrenförmige Leiter geringer Wandstärke durch eine Lage dünner Metallbänder gebildet, die einerseits am Rand der einen Platte und andererseits an einem starren röhrenförmigen Leiter befestigt sind, der durch die betreffende Durchführung der Kathode gestützt ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist die durch den röhrenförmigen Leiter geringer Wandstärke und den ihn an die Durchführung legenden starren röhrenförmigen Leiter gebildete Anordnung auf zumindest einem Teil ihrer Länge im Durchmesser verringert.

In einer weiteren Ausführungsform ist der starre röhrenförmige Leiter von einem ringförmigen Teil umgeben, auf welchem das Ende des röhrenförmigen Leiters geringer Wandstärke befestigt.

In einer weiteren Ausführungsform ist das ringförmige Teil an der zu den Durchführungen gewandten Seite abgeschrägt.

In einer weiteren Ausführungsform weist der das Steuergitter stützende röhrenförmige Leiter in der Nähe seines Durchgangsleiters ein an seiner inneren Seitenwand anliegendes ringförmiges Teil auf.

Zum besseren Verständnis der technischen Eigenschaften und der durch die Erfindung hervorgerufenen Vorteile ist in der Zeichnung eine Elektronenröhre in beispielsweise gewählten Ausführungsformen veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise schematische Sicht einer Elektronenröhre in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 eine teilweise schematische Sicht einer Elektronenröhre nach einer zweiten Ausführungsform.

F i g. 1 ist eine teilweise schematische Sicht einer Elektronenröhre mit koaxialen Elektroden und einer metall-keramischen Hülle, auf der man eine von einem zylindrischen Steuergitter 2 umgebene zylindrische Kathode 1 sowie Teile des Fußes dieser Röhre sehen kann, die sich auf die Kathode und das Gitter beziehen, und zwar bei Kathodendurchführungen 3 und 4 und eine Gitterdurchführung 5. Die Durchführungsleiter haben die allgemeine Form von metallischen Näpfen. Die Durchführungen 4 und 5 haben eine zentrale öffnung

ίο und tragen beide jeweils einen röhrenförmigen Leiter 11,12, der koaxial zu den Elektroden sich ins Innere der Röhre erstreckt. Keramische Rundscheiben 6 und 7, die jeweils zwischen den Durchführungen 3 und 4 bzw. 4 und 5 angeordnet sind, sind mit ihren ebenen Flächen diesen verbunden mittels luftdichter Versiegelung.

Die Kathode 1 ist aus Drähten aus thoriertem Wolfram gebildet, die ein Netz von gekreuzten Wendeln bilden. Die Enden der Drähte sind jeweils an den Platten 8 und 9 befestigt. Die obere Platte 8 wird durch einen

zentralen Stab 10 gehalten, der eine zentrale öffnung der unteren Platte 9, ohne diese Platte zu berühren, durchquert und mit der ersten Kathodendurchführung 3 verbunden ist. Die Kathodendurchführung 3 dient einzig zur Durchleitung des Heizstroms, der zur Kathode über den zentralen Stab und die obere Platte 8 abfließt. Die untere Platte 9 wird von drei Stäben, wie z. B. 13, gehalten, die über einen an dem röhrenförmigen Leiter 11 befestigten Zwischenboden 115 mit dem zweiten Kathodenausgang 4 verbunden sind. Die Durchführung 4 dient gleichzeitig zur Durchleitung des Heizstromes und zur Durchleitung des HF-Kathodenstroms. Gemäß früher bekannter Art floß sowohl der Heizstrom als auch der HF-Strom durch Stäbe wie z. B. 13, wobei der HF-Strom, der über die Oberfläche der Leiter lief, einen komplizierten Verlauf hatte, was starke ohmsche Verluste sowie ein empfindliches Abweichen von der gewünschten koaxialen Struktur zur Folge hatte. Zu dem Zweck, dem HF-Strom einen direkten Weg geringen Widerstandes zu bieten und der Struktur eine bestmögliche koaxiale Form zu geben, ist ein röhrenförmiger Leiter 14, bestehend aus Bändern dünnen Metalls, zwischen der unteren Kathodenplatte 9 und dem mit der Kathodendurchführung 4 verbundenen röhrenförmigen Element 11 vorgesehen, wobei die Enden jeden Bandes jeweils an der Kante der Platte 9 und des röhrenförmigen Elements 11 versiegelt oder punktgeschweißt sind. Der Durchmesser des röhrenförmigen Leiters 14 ist geringer als der der Kathode. Der durch die Anordnung der Bänder gebildete röhrenförmige Leiter verringert sich nun im Durchmesser von der Kathode zum Röhrenfuß hingehend derart, daß in dieser Richtung sich die Impedanz der Eingangsleitung progressiv erhöht.
Vorzugsweise bestehen die dünnen Metallbänder des röhrenförmigen Leiters 14 aus äußerlich poliertem Tantal. Diese Bänder können z. B. eine Breite von 1 cm und eine Stärke von maximal 0,1 mm haben. Die HF-Ströme, die im wesentlichen auf der Oberfläche der Leiter fließen, finden einen direkten Weg durch diese dünnen Bänder, der demgegenüber einen hohen Widerstand für Gleichströme oder Ströme sehr niedriger Frequenz besitzt. Der Heizstrom fließt nun hauptsächlich durch die die Kathode tragenden Stäbe. Die dünnen Bänder leiten nur einen geringen Teil des Heizstromes, der ungenügend ist, um sie zu erhitzen. Außerdem leiten die dünnen Bänder schlecht die Wärme und rufen so nur eine vernachlässigbare Abkühlung der Enden der Kathodendrähte hervor. Vorzugsweise besitzen die

dünnen Bänder eine Faltung oder eine genügend ausgeprägte Krümmung zur Mitte ihrer Höhe hin, um sich zu deformieren und so besser den Änderungen der Entfernung zwischen der Kathode und dem Röhrenfuß zu unterwerfen. Ihr an der Kathode anliegendes Ende kann entweder auf dem Umfang der unteren Platte 9 der Kathode oder auf dem Umfang einer Hervorhebung dieser Platte, z. B. auf dem Umfang eines durch Tiefziehen geformten Napfes, befestigt sein.

Um eine einfache Zusammenfügung der Röhre und insbesondere ihres Fußes zu sichern, hat man dem Halter 12 des Gitters die Form eines Hohlzylinders gegeben, der einen größeren Durchmesser als der der Kathode und der der zentralen öffnung der Durchführung 5 besitzt. Wenn man voraussetzt, daß der Leiter 11 einen genügend geringen Durchmesser haben muß, um diese öffnung frei zu durchqueren, kann es passieren, daß der koaxiale Leitungsabschnitt, der als Innenleiter dieses Element 11 aufweist, einen höheren Wellenwiderstand besitzt als die Durchführungen 4 und 5 und die mit diesen letzteren außerhalb der Röhre verbundene Koaxialleitung (nicht dargestellt). In diesen Fällen kann ein ringförmiges Teil 15, das in geringer Entfernung von der Durchführung 5 an die Innenwand des röhrenförmigen Elements 12 geschweißt ist, das gewünschte gleichförmige Wachsen des Wellenwiderstandes zwischen den Elektroden 1, 2 und den Durchführungen 4,5 wieder herstellen.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher ein ringförmiges Teil 16 mit dem röhrenförmigen Element 11 des Kathodenausgangs statt mit dem röhrenförmigen Träger 12 des Gitters wie in dem Fall nach F i g. 1 verbunden ist. Die düngen Metallbänder des röhrenförmigen Leiters 14 sind nun mit diesem ringförmigen Teil 16 verbunden. In gewissen Fällen wird so verfahren, um einen besten Übergang des Wellenwiderstandes zu erhalten. Er kann noch verbessert werden, indem man dem unteren Teil des ringförmigen Teils 16 eine Abschrägung 17 gibt.

In der vorliegenden Röhre bilden die Kathode und das Steuergitter mit ihren Zuführungsleitern und den koaxialen Durchführungen eine Koaxialleitung, die kei-

ne plötzliche Änderung der Entfernung zwischen dem Innen- und dem Außenleiter aufweist. Wenn man äußerlich an die Röhre eine geometrisch an die Ausgangselemente der Kathode und das Gitter angepaßte Koaxialleitung anschließt, bietet die daraus entstehende gesamte Koaxialleitung, wenn sie auch nicht vollständig homogen ist, nun weiche Übergänge des Wellenwiderstandes. Der Eingang der Leitung stellt einen Widerstand dar, der nicht absolut identisch dem direkt zwischen dem Gitter und. der Kathode abgegriffenen

Widerstand auf Grund der Änderungen der Abmessungen längs der Leitung, jedoch nichtsdestoweniger proportional diesem Gitter-Kathodenwiderstand ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronenröhre mit einer Kathode und einem Steuergitter, deren Kathode in Form eines röhrenförmigen Käfigs, der aus mindestens einer Lage emittierender Drähte gebildet ist, deren Enden jeweils auf dem Umfang von zwei durch starre, als Heizstromzuführungsleiter dienende und jeweils mit zwei koaxialen leitenden Durchführungen verbundene Stäbe gestützten Platten befestigt sind, und deren Steuergitter von einem röhrenförmigen Leiter gehalten und durch letzteren mit einem Durchgangsleiter verbunden ist, der koaxial zu den Durchführungen der Kathode angeordnet ist, d a durch gekennzeichnet, daß die den Kathodendurchführungen (3,4) nächstliegende Kathodenplatte (9) mit dem ihr zugeordneten Durchführungsleiter (4) außer durch ihre Stützstäbe (13) über einen in Form einer Röhre geringer Wandstärke ausgebildeten, die Stützstäbe (10, 13) der beiden Kathodenplatten (8, 9) umgebenden Leiter (14) unter Bildung eines Nebenschlusses für die HF-Komponente des Kathodenstroms zu den Stützstäben (10, 13) verbunden ist.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige Leiter (14) geringer Wandstärke durch eine Lage dünner Metallbänder gebildet ist, die einerseits am Rand der einen Platte (9) und andererseits an einem starren röhrenförmigen Leiter (11) befestigt sind, der durch die betreffende Durchführung (4) der Kathode gestützt ist.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den röhrenförmigen Leiter (14) geringer Wandstärke und den ihn an die Durchführung legenden starren röhrenförmigen Leiter gebildete Anordnung auf zumindest einem Teil ihrer Länge im Durchmesser verringert ist.

4. Elektronenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der starre röhrenförmige Leiter (11) von einem ringförmigen Teil (17) umgeben ist, auf welchem das Ende des röhrenförmigen Leiters (14) geringer Wandstärke befestigt ist.

5. Elektronenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (17) an der zu den Durchführungen gewandten Seite abgeschrägt ist.

6. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Steuergitter stützende röhrenförmige Leiter in der Nähe seines Durchgangsleiters ein an seiner inneren Seitenwand anliegendes ringförmiges Teil (15) aufweist.