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Nach hrt eineR Klystrons arbeitende Elektronen-Rohre Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit drei koaxial eine zentrale Kathode mit
Strahlformungselektroden umgebenden Gitterelektroden und einer äußeren zylindrischen
Anode0 Der gute Wirkungsgrad und die relativ einfache Hexatellung von Hochleitungs-?etroden
und Pentoden hat immer wieder die Prage aufgeworfen nach Möglichkeiten, die Verstärkung
bei diesen Röhrentypen zu erhöhen. Die geringe Verstärkung der Tetroden hat folgende
Ursachen: Infolge der Laufzeiteffekte im UHF-und VH2-Gebiet wirkt der Strahl als
hohe Belastung der EingangskreiseQ Der zur Verringerung dieser Laufzeiteffekte nötige
geringe Gitter-Kathodenabstand ergibt eine große Eingangskapazität, so daß der Einkoppelschwingkreis
einen sehr niedrigen Resonanzwiderstand besitzt. Aus beiden Gründen sind zur Erzielung
der HP-Steuerspannung erhebliche Steuerleistungen aufzubringen Wesentlich höhere
Verstärkungen lassen sich mit den bekannten Laufzeitröhren nach Art von Wanderfeldröhren
oder Klystrons erzielen, doch haben diese gegenüber den Hochleistungs-Pentoden den
Nachteil, daß sie zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls ein magnetisches
Sokussierungssystem benötigen, so daß sie wesentlich aufwendiger und schwieriger
herzustellen sind, Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt,
eine Elektronenröhre zu schaffen, die den einwachen robusten Aufbau von Hochleistungs-Tetroden
durch Verwendung eines neuartigen Steuermechanismuses mit einer hohen Verstärkung
verbindet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Elektronenröhre der eingangs
erwähnten Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die beiden inneren Gitter derart
beabstandet und mit einem Einkoppelkreis verbunden sind, daß ein sie durchsetzender,
von der Kathode ausgehender insbesondere aus mehreren Elektronenteilstrahlen bestehender
Elektronenstrahl eine Geschwindigkeitsmodulation erfährt, daß das dritte Gitter
und die Anode Teile eines Auskoppelkreises sind und daß das dritte Gitter vom zweiten
Gitter einen Abstand hat der die Laufraumbedingung eines Klystrons erfüllt. Unter
der Laufraumbedingung des Klystrons versteht man dabei, daß sich die im Eingangs-Kreis
dem Elektronenstrahl aufgeprägte Geschwindigkeitsmodulation auf dem Weg zum Auskoppelkreis
in eine Stromdichte-Modulation umgewandelt hat0 Um zur Einhaltung der Laufraumbedingung
den Abstand zwischen dem zweiten und dritten Gitter nicht zu groß machen zu müssen
und der Laufraum gleichzeitig eindeutig festlegen zu können, ist in Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, daß das dritte Gitter im Betrieb der Röhre mit einem solchen
Potential beaufschlagt ist, daß das Potential an den Stellen (9) am Ort dieses Gitters
an denen die Eiektronenteilstrahlen verlaufen zwischen Kathoden-und Anodenpotential
liegt. Das dritte der Anode benachbarte Gitter bildet d&oei gleichzeitig eine
Art Bremsgitter, daß einerseits durch Abbremsung des vom Einkoppelkreis kommenden
Elektronenstrahls den Laufraum, deho die Strecke zur Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation
in eine Stromdichte-Modulation notwendig ist, verkürzt und andererseits gegenüber
etwaigen von der Anode ausgehenden Sekundärelektronen die bekannte Funktion des
Bremsgitters einer Pentode Kbernimmt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gitter (3 und
4) radial auf Be Deckung mit den 8 trahlformungselektroden (2) liegen, Darüberhinaus
ist a zu sorgen, daß die Steigung der zum Gitter (5) verbundenen Streben ein ganzzahliges
Vielfaches der Steigung der Gitter (3) und (4) ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenröhre werden die beim Betrieb
einer Tetrode störenden Laufzeiteigenschaften unter Abwandlung des Steuerungsprinzips
bewußt ausgenutzt, Während bei einer normalen Tetrode infolge der Raumladungs-oder
Intensitätssteuerung (die Stromstärke variiert im Takte der Prequenz) der Einkoppelkreis
zwischen Kathode und dem ersten Gitter liegt, haben wir bei einer erfindungsgemäßen
Röhre infolge der Ausbildung des Einkoppelkreises zwischen erstem und zweitem Gitter
einen im wesentlichen konstanten Strom, dessen Geschwinaigkeit variiert wird0 Der
Einkoppelkreis zwischen den ersten beiden Gittern arbeitet also nach Art eines Klystronkreises
und soll deshalb eine möglichst kleine Kapazität und eine große Induktivität aufweisen,
Anhand der in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden0 Binader
entsprechende Teile sind dabei jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
Dabei zeigt: Fig. 1 eine Schnittskizze einer erfindungsgemäßen Röhre, bei der eine
raditSlc Vielstrahlelektronenoptik verwendet wird, Fig. 2 die schematische Darstellung
des Arbeitsprinzips einer Röhre nach Figo 1 unter Einbeziehung der anzulegenden
Potentiale, Fig. 3 einen Schnitt durch die Achse einer erfindungsgemäßen nach Art
einer bekannten Hochleistungs-Tetrode aufgebauten Elektronenröhre und Fig. 4 einen
Ausschnitt zur Verdeutlichung des Zusammenwirkens des zweiten und dritten Gitters0
In Figur 1 ist mit 1 eine zentrale Kathode bezeichnet, der übliche zur Strahlformung
dienende Wehnelt-Elektroden 2 zugeordnet sind und die in radialer Richtung Elektronen
zur Anode 6 emittiert. Zwischen dem aus der Kathode 1 und den Wehnelt-Elektroden
2 bestehenden ElektronenstraJll-Erzeugungssystem und der Anode 6 sind drei konzentrisch
zu diesen
liegende Gitter 3, 4 und 5 vorgesehen, wobei das erste
Gitter 3 und das zweite Gitter 5 Teile eines Sinkoppelkreises 7 (Fig0 2) und das
dritte Gitter 5 und die Anode 6 Teile eines Auskoppelkreises 8 sinde Durch das gegenüber
der Kathode positive Potential des ersten Gitters 3 hat der Elektronenstrahl beim
Durchlaufen des Einkoppelkreises bereits eine gewisse Geschwindigkeit, so daß ihm
- abweichend von der bei Tetroden üblichen Strommodulation - zwischen den Gittern
3 und 4 eine Geschwindigkeitsmodulation aufgeprägt wird0 Der so geschwindigkeitsinodulierte
Strahl muß gegen das negative Potential des dritten Gitters 5 anlaufen, wobei sich
die Geschwindigkeitsmodulation in eine Stromdichtemodulation umwandelt die vom Ausgangskreis
8 abgenommen werden -kann0 Das Abbremspotential am dritten Gitter 5 dient dazu,
den Lauf- I raum, d.h. den Abstand zwischen den Gittern 4 und 5 su ver; kürzen,
um die Röhre nicht unnötig vergrößern zu müssen, Für die Abbremswirkung-des dritten
Gitters 5 sind lediglich die ( vom Durchgriff der Anode mitbestimmten ) PotentialverhBl*nisse
an den Stellen 9 maßgeblich an denen die Elektronenteilstrahlen verlaufen.
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Der Aufbau eines technisch brauchbaren Ausführungsbeispiels ist in
Figur 3 dargestellt, die einen Schnitt durch die Achse einer erfindungsgemaßen Anordnung
darstellt, wobei der Einfachheit halber nur die eine Hälfte der symmetrisch zur
strichpunktierten Mittellinie sich erstreckenden rotationssymmetrische Anordnung
gezeigt ist0 Ebenso wie in der Figur 2 sind dabei die Wehnelt-Elektroden 2, die
direkt mit der Kathode verbunden sein können, nicht dargestellt0 Das erste Gitter
3 und das zweite Gitter 4 sind mit einem Binkoppelkreis verbunden, der als Topfkreis
7 ausgebildet und mit Hilfe eines Schiebers 11 auf die gewünschte Frequenz abgestimmt
werden kann0 Um nicht den vom Schieberstab 12 durchsetzten Eopfkreis 7 vakuumdicht
ausbilden zu müssen, ist dieser gegen die Röhre durch ein vakuumdichtes Keramikfenster
13 abgeschlossen.
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Das Einkoppeln der zu verstärkenden Hochfrequenz-Eingangssignale erfolgt
mit Hilfe einer Einkoppelschleife 14. Das dritte Gitter 5 und die Anode 6 sind mit
einem als Topfkreis ausgebildeten Auskoppelkreis 8 verbunden, der wiederum durch
ein Fenster 15 vakuumdicht gegen die Röhre abgeschlossen ist und aus dem die verstärkten
Ausgangssignale über eine Koppelschleife 16 ausgekoppelt und auf einer nur schematisch
angedeuteten Koaxialleitung 17 weitergeführt werden. Die Zufuhr der Eingangssignale
an den Einkoppelkreis 7 erfolgt entsprechend mit Hilfe einer Koaxialleitung 18.
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Abweichend von einer normalen Hochleistungstetrode oder -Pentose ist
dafür zu sorgen, daß zumindest der als Klystronspalt wirkende Einkoppelkreis 7 mit
den beiden Gittern 5 und 4 eine möglichst kleine Kapazität und eine relativ große
Induktivität aufweist.
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In Fig. F ist ein Ausschnitt aus einer Darstellung analog Fig. 1 dargestellt,
der das Zusammenwirken des zweiten Gitters 4 und des dritten Gitters 5 verdeutlichen
soll. Wie bereits gesagt, soll die Steigung der zum Gitter 5 verbundenen Streben
ein ganzzahliges Vielfaches der Gitter 3 und 4 sein, wobei dieses ganzzahlige Vielfache
auch Eins sein kann. Dadurch soll bewirkt werden, daß die Bahn der Elektronenteilstrahlen
10 nicht durch die Streben des Gitters 5 gestört wird. Im Beispiel der Fig. 4 verlaufen
Jeweils,drei ElektronenteilÇtrahlen 10 zwischen zwei benachbarten Streben des dritten
Gatters 5 und werden durch die Wirkung der gemäß den gestriche ten Linien verlaufenden
Potentiallinien mehr oder weniger stark zu einem gemeinsamen Strahl zusamnengefaßt,
der dann auf ie Anode 6 auftrifft, ri. Erfindung schafft eine neuartige Elektronenröhre,
welche den einfachen und robusten AuSbau einer bekannten Soohlaistungstetrode mit
den Vorteilen eines Xlystrone verbindet, da di. Steuerung zwischen den Gittern 3
und 4 leistungslos .rfol$t.
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Obwohl es sich bei der erfindungsgemäßen Röhre in ihrer Funktion nur
um ein Zweikreis-Klystron handelt, lassen sich bereits außerordentlich hohe Verstärkungswerte
erreichen. Die Gründe dafür liegen hauptsächlich in der sehr kleinen Betriebsspannung
im Eingangsteil der Röhre, wodurch schon mit geringer Steuerleistung eine große
Stromaussteuerung erzielbar ist, Der große Leistungsgewinn wiid dadurch möglich,
daß bei ausreichend großer Güte des Ausgangskreises die Anodenspannung sehr hoch
gewählt werden kann. Man erzielt also einen Leistungsgewinn durch Anheben der Geschwinaigkeit
des gebündelten Strahls, bæwO richtiger der vielen zwischen den Maschen der Gitter
gebündelt verlaufenden Einzelstrahlen. Darüber hinaus ist im Vergleich mit normalen
Klystrons die Perveanz des Strahls außerordent-t lich hoch und liegt beispielsweise
bei einor Gitterspannung U g1 = Zg2 = 300 V an den beiden Gittern 3 und 4 und einem
von der Kathode ausgehenden Strom 10 = 600 mA bei einem Wert P = 116.10-6, wobei
zu beachten ist, daß diese hohe Perveanz ohne magnetische Fokussierungsfelder erzielt
wird.
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4 Patentansprüche 4 Figuren