DE1764594B1 - Elektronenstrahlerzeugersystem - Google Patents

Description

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F i g. 2 eine Ansicht entsprechend der Linie 2-2 in abfangende Steuergitter 7 hindurchgetreten sind, kon-Fig. 1, vergieren diese, und jeder Einzelstrahl breitet sich

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch durch Raumladungskräfte aus, so daß alle Einzeleine magnetisch fokussierte Röhre mit Strahlerzeuger strahlen sich miteinander mischen und zu einem einnach der Erfindung und 5 heitlichen Strahl konvergieren, der durch die Mittel-

F i g. 4 einen Querschnitt entsprechend der öffnung 4 in der Beschleunigungselektrode 5 hin-Linie 7-7 in F i g. 1 durch eine Ausführungsform mit durchtritt.

einem Schattengitter auf der Oberfläche des Katho- Eine Möglichkeit, den Kathodenemitter 2 herzu-

denemitters. stellen, besteht darin, daß zunächst das mit vielen

In F i g. 1 ist ein Elektronenstrahlerzeugersystem io Öffnungen versehene Gitter 7 im richtigen Abstand nach der Erfindung dargestellt. Das System 1 weist über die sphärische Fläche 3 des Kathodenemitters 2 einen von der Laufrichtung der Elektronen weg ge- montiert wird. Durch jede der öffnungen 8 im krümmten Kathodenemitter 2, beispielsweise aus Gitter 7 wird dann ein Anreißwerkzeug eingesetzt, Nickel, auf, der mit seiner Emissionsfläche 3 axial wobei die Reißnadel längs einer radialen Linie einausgefluchtet mit einer Zentralöffnung 4 in einer 15 gesetzt ist, die von dem Krümmungsmittelpunkt 11 Beschleunigungselektrode 5 und im Abstand von des Kathodenemitters 2 ausgeht. Die Reißnadel mardieser angeordnet ist. Der gekrümmte Emitter 2 kiert den Mittelpunkt der einzelnen Vertiefungen 6 wird von einem Kugeloberflächenabschnitt gebildet, und definiert deren Außenumfang. Das Gitter 7 wird dessen Krümmungsradius R etwa gleich dem Ab- dann entfernt, und ein Prägestempel mit einem sphästand des sphärischen Emitters 2 von der Mitte des so risch gekrümmten Ende wird in die Fläche 3 des Eingangs der öffnung 4 in der Beschleunigungselek- Kathodenemitters 2 eingeschlagen, um sphärisch getrode 5 ist. formte Vertiefungen 6 zu bilden. Der geprägte

Die Emissionsfläche 3 des Emitters 2 besteht aus Kathodenemitter wird dann mit einer Schicht aus dem einer Vielzahl von einzelnen von der Laufrichtung Elektronenemissionsmaterial beschichtet und in übder Elektronen weg gekrümmten Vertiefungen 6. Ein 35 licher Weise behandelt. Wenn auch der Kathodenmit vielen öffnungen versehenes Steuergitter 7, bei- emitter 2 als Nickeloxydkathode beschrieben worden spielsweise aus Molybdän oder Wolfram, ist dicht an ist, so können auch andere Kathodenarten so hergeder gekrümmten Fläche 3 des Emitters 2 angeordnet stellt werden, daß sie die einzelnen gekrümmten Ver- und dieser entsprechend geformt. Die öffnungen 8 tiefungen 6 aufweisen. Solche anderen Kathoden im Steuergitter 7 sind axial mit einzelnen der ge- 30 sind beispielsweise Vorratskathoden und Wolframkrümmten Vertiefungen 6 ausgefluchtet, so daß eine kathoden.

Vielzahl von einzelnen Elektronenstrahlerzeugungs- In F i g. 3 ist eine Ausführungsform einer Röhre

systemen gebildet wird. Jedes System liefert einen mit Strahlerzeugungssystem nach der Erfindung darkonvergierenden, nicht abgefangenen Einzelstrahl, gestellt, bei der eine magnetische Strahlfokussierung der durch eine öffnung 8 im Steuergitter 7 hindurch- 35 mit beschränktem Fluß verwendet wird. Genauer getritt. Auf diese Weise wird das Abfangen des Strahl- sagt, die magnetische Strahlfokussierstruktur weist Stroms durch das mit öffnungen versehene Steuer- einen mit zentraler öffnung versehenen Anodenpolgitter 7 auf einen extrem kleinen Wert herabgesetzt, schuh auf, der auch die Beschleunigungselektrode 5 beispielsweise 0,2 °/o. Zusätzlich wird eine gleichför- für den Strahlerzeuger 1 bildet. Ein mit zentraler öffmige Elektronenemission von praktisch der ganzen 40 nung versehener Kollektorpolschuh 45 ist in der Nähe Oberfläche des Kathodenemitters 2 erreicht (vgl. des Strahlkollektors 14 angeordnet. Eine Zylinder-F i g. 2). spule 46 ist zwischen den beiden Polen 5 und 45 an-

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel hat das geordnet, um die Magnetpole 5 und 45 zu erregen. Steuergitter 7 etwa einen Abstand von ungefähr Ein zylindrisches, magnetisch permeables Joch 47 1 mm, und es ist eine dünne Schicht aus Oxyd- 45 verbindet die beiden Pole 5 und 45 außerhalb der Kathodenmaterial vorgesehen, um den zusammen- Spule 46, so daß ein Flußrückweg für die Spule 46 gesetzten Kathodenemitter 2 zu bilden, der eine Be- gebildet wird.

triebstemperatur von etwa 800° C hat. Das Gitter 7 Der Anodenpolschuh 5 weist einen zylindrischen

, . ., __n . „ , , Va Vorsprung 48 auf, der den Kathodenemitter 2 um-

hat em Mu von etwa 70, einen Sperrwert, d.h. ^- _{$o gibt}/_Der *_ylindrische Vorsprung 48 arbeitet mit dem

von etwa 200, und wird in einer Röhre mit linearem Anodenpolschuh 5 zusammen, so daß ein magne-

Strahl mit einem Tastverhältnis von 4^fl/o bei 10 kV tisches Randfeld gebildet wird, das durch den Katho-

Strahlspannung und 2 A Strahlstrom verwendet. Das denemitter 2 hindurchtritt und durch die Zentralöff-

Gitter hat einen Gitterabfanganteil von weniger als nung 4 im Beschleunigungselektrodenpolschuh 5 kon-

0,2% des Strahlstroms. Das Elektronenstrahlerzeu- 55 vergiert. Der Vorsprung 48 und der Polschuh 5 sind

gersystem mit Gitter nach der Erfindung kann auch so geformt, daß die magnetischen Flußlinien, die

in Dauerstrichbetrieb arbeiten. durch den Kathodenemitter 2 hindurchtreten, durch

Die einzelnen Vertiefungen 6 sind Kugelkalotten die Emissionsfläche 3 verlaufen und durch die An-

und haben eine kreisförmige Außenabmessung, so odenöffnung 4 Längslinien konvergieren, die den ge-

daß eine nicht emittierende gitterartige Struktur in 60 wünschten Bahnen der Elektronen angepaßt sind, die

der Oberfläche 3 des Kathodenemitters 2 gebildet vom Kathodenemitter 2 und dem Gitter 7 zur öff-

wird, die allgemein mit dem Schatten ausgefluchtet nung 4 verlaufen. Die Elektronen des Strahls werden

ist, der durch das Steuergitter 7 geworfen wird. Bei durch das Magnetfeld vom Emitter 2 durch die Be-

einer bevorzugten Ausführungsform hat das Steuer- schleunigungselektrode 5 und zwischen den Polen 5

gitter 7 hexagonal geformte Gitteröffnungen 8, so daß 65 und 45 längs der Röhrenachse eingeschränkt. Die

eine maximale Transparenz für die einzelnen Elek- den Strahl fokussierenden magnetischen Flußlinien

tronenstrahlen resultiert. werden im Kollektorpolschuh 45 gesammelt, und die

Nachdem die einzelnen Strahlen durch das nicht Elektronen verlassen den Einfluß des magnetischen

Fokussierfeldes am Pol 45 und dehnen sich durch die Raumladung aus, so daß sie gleichmäßig über die ganze Innenfläche des Strahlkollektors 14 gesammelt werden.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Kathodenemitterstruktur im wesentlichen die gleiche, wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, nur daß ein zweites Gitter 65 mit vielen Öffnungen vorgesehen ist, das im wesentlichen identisch dem Gitter 7 aufgebaut ist und im wesentlichen auf oder in der Oberfläche des Kathodenemitters 2 angeordnet ist, um die Wanderung von Kathodenmaterial auf die stehengebliebenen Teile zwischen benachbarten Emissionsflächen 3 zu verhindern. Das Gitter 65 arbeitet auf Kathodenpotential, und die stegartigen Teile des Gitters sind im wesentlichen mit den ähnlichen stegartigen Teilen des Gitters 7 ausgerichtet. Ein solches Gitter 65 ist in der Technik als Schattengitter bekannt und erleichtert die Fokussierung der einzelnen Elektronenstrahlen durch die einzelnen Öffnungen des Gitters 7, so daß das Abfangen des Strahls durch das Gitter 7 weiter herabgesetzt wird. Die Verwendung des Schattengitters 65 sorgt für ein noch geringeres Abfangen des Strahls als eine Kathode der in F i g. 1 dargestellten Art, bei der nur ein Gitter 7 verwendet wird. Die Konstruktion eines Kathodenemitters mit einem Schattengitter 65 ist jedoch schwieriger als die Herstellung einer Kathoden- und Gitter-Struktur nach Fig. 1. Das Schattengitter 65 wird deshalb üblicherweise nur für Anwendungsfälle mit extrem hoher Leistung verwendet, bei denen das Abfangen des Strahls auf ein Minimum herabgesetzt werden muß, oder in solchen Fällen, in denen ein Gitterstrom nicht zugelassen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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der von der Kathode abgegebenen Elektronen vom Patentansprüche: Steuergitter abgefangen, so daß sich wegen der hohen

Strahldichte eine unzulässige Erhitzung des Steuer-1. Elektronenstrahlerzeugersystem zur Erzeu- gitters ergibt.

gung eines konvergierenden linearen Elektronen- 5 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Strahls hoher Strahldichte, insbesondere für eine Röhren dieser Art so auszugestalten, daß das Steuer-Laufzeitröhre hoher Leistung, dessen Glüh- gitter praktisch keine Strahlelektronen abfängt, und kathode eine von der Laufrichtung der Elektronen diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, weg gekrümmte emittierende Oberfläche aufweist, daß fluchtend zu jeder Öffnung des Steuergitters in der ein der Krümmung der Oberfläche ange- io der emittierenden Oberfläche der Glühkathode je eine paßtes, mit vielen Öffnungen versehenes, aus von der Laufrichtung der Elektronen weg gekrümmte Metallstegen bestehendes Steuergitter unmittelbar Vertiefung vorgesehen ist, daß die von der Laufrichgegenüberliegt, dadurch gekennzeich- tung der Elektronen weg gekrümmten Vertiefungen net, daß fluchtend zu jeder Öffnung(8) des derart dicht aneinander angeordnet und ihre Krüm-Steuergitters (7) in der emittierenden Oberfläche 15 mungsradien gegenüber dem Krümmungsradius der (3) der Glühkathode (2) je eine von der Laufrich- gesamten emittierenden Oberfläche derart klein getung der Elektronen weg gekrümmte Vertiefung wählt sind, daß die von der Oberfläche der Vertiefun-(6) vorgesehen ist, daß die von der Laufrichtung gen emittierten Elektronen zunächst zu an den Meder Elektronen weg gekrümmten Vertiefungen (6) tallstegen des Steuergitters vorbeilaufenden Teilelekderart dicht aneinander angeordnet und ihre ao tronenstrahlen konvergieren und sich anschließend zu Krümmungsradien (R 2) gegenüber dem Krüm- einem einzigen Elektronenstrahl vereinigen, mungsradius (R) der gesamten emittierenden Die Bildung von Teil-Elektronenstrahlen mit Hilfe

Oberfläche (3) derart klein gewählt sind, daß die einer Mosaikkathode zusammen mit mit vielen Öffvon der Oberfläche der Vertiefungen (6) emittier- nungen versehenen Steuergittem ist bekannt (USA.-ten Elektronen zunächst zu an den Metallstegen 35 Patentschrift 3 107 313). Bei dieser bekannten Maßdes Steuergitters (7) vorbeilaufenden Teilelek- nähme ging es jedoch nicht um das Abfangen von tronenstrahlen konvergieren und sich anschließend Strahlelektronen, sondern darum, eine Potentialzu einem einzigen Elektronenstrahl vereinigen. absenkung in der Mitte des Strahls zu vermeiden und

2. Elektronenstrahlerzeugersystem nach An- eine bessere Kopplung des Strahls zu erreichen; und sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 30 dazu wurde der Strahl in Teil-Elektronenstrahlen aufden einzelnen Vertiefungen (6) auf der emittieren- geteilt, und zwar mit Hilfe von Gitterelektroden, die den Oberfläche (3) der Kathode nicht emittierende längs des Strahlweges angeordnet sind. Eine solche Bereiche vorgesehen sind. Mehrstrahlröhre ist zwar bei niedrigen Strahlspan-

3. Elektronenstrahlerzeugersystem nach An- nungen und relativ niedriger Strahlleistung brauchspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den 35 bar, ist jedoch bei Hochleistungsröhren mit linearem nicht emittierenden Bereichen der emittierenden Strahl, die im Mikrowellenbereich arbeiten, nicht geOberfläche (3) der Kathode (2) ein mit dem eignet, bei denen der Strahl in einem relativ kleinen Steuergitter (7) im wesentlichen identisches und zu Bereich der Mikrowellenleitung komprimiert werden diesem fluchtend angeordnetes, auf Kathoden- muß, um mit den elektromagnetischen Feldern der potential befindliches Gitter (65) (Schattengitter) 40 Mikrowellenleitung in Wechselwirkung zu treten, vorgesehen ist. Um eine deutliche Trennung der Teilelektronen-

4. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem strahlen im Bereich des Steuergitters zu erhalten, wird der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, zweckmäßigerweise dafür gesorgt, daß zwischen den daß die Öffnungen im Steuergitter (7) bzw. in den einzelnen Vertiefungen auf der emittierenden Ober-Gittern (7, 65) hexagonal geformt sind. 45 fläche der Kathode nicht emittierende Bereiche vor-

5. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem gesehen sind. Bei extrem hoher Strahldichte kann diese der Ansprüche 1 bis 4 mit magnetischer Strahl- Trennung der Teil-Elektronenstrahlen noch gesteigert fokussierung, dadurch gekennzeichnet, daß das werden, indem in den nicht emittierenden Bereichen magnetische Strahlfokussierfeld den Kathoden- der emittierenden Oberfläche der Kathode ein mit emitter (2) durchsetzt. 50 dem Steuergitter im wesentlichen identisches und zu

diesem fluchtend angeordnetes, auf Kathodenpotential befindliches Gitter (Schattengitter) vorgesehen wird.

Die Öffnungen im Steuergitter bzw. in den Gittern

sind zweckmäßig hexagonal geformt, so daß sich eine 55 möglichst günstige Raumausnutzung ergibt.

Zur Fokussierung von Elektronenstrahlen wird

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeu- häufig eine magnetische Strahlfokussierung angewengersystem zur Erzeugung eines konvergierenden line- det, und in solchen Fällen kann auch eine Fokussiearen Elektronenstrahls hoher Strahldichte, insbeson- rung der einzelnen Teilelektronenstrahlen mit der dere für eine Laufzeitröhre hoher Leistung, dessen 60 gleichen Strahlfokussierung erreicht werden, wenn Glühkathode eine von der Laufrichtung der Elek- das magnetische Strahlfokussierfeld auch den Kathotronen weg gekrümmte emittierende Oberfläche auf- denemitter durchsetzt, so daß keinerlei zusätzlicher weist, der ein der Krümmung der Oberfläche ange- Aufwand erforderlich ist.

paßtes, mit vielen Öffnungen versehenes, aus Metall- Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher

siegen bestehendes Steuergitter unmittelbar gegen- 65 erläutert werden; es zeigt

überliegt (RCA-Review, September 1960, S.389 bis Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines

413; USA.-Patentschrift 3 160 782). Elektronenstrahlerzeugers mit Merkmalen der Erfin-

Bei den bekannten Röhren dieser Art wird ein Teil dung,