DE1945826A1 - Nach Art eines Klystrons arbeitende Elektronen-Roehre - Google Patents

Nach Art eines Klystrons arbeitende Elektronen-Roehre

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DE1945826A1 DE19691945826 DE1945826A DE1945826A1 DE 1945826 A1 DE1945826 A1 DE 1945826A1 DE 19691945826 DE19691945826 DE 19691945826 DE 1945826 A DE1945826 A DE 1945826A DE 1945826 A1 DE1945826 A1 DE 1945826A1
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
    • H01J25/10Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
    • H01J25/18Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator with radial or disc-like electron stream perpendicular to the axis of the resonators

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims (4)

  1. Patentansrüche 10 Elektronenröhre mit drei koaxial eine zentrale Kathode mit Strahlformungselektroden umgebenden Gitterelektroden und einer äußeren zylindrischen Anode, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die beiden inneren Gitter (3, 4) derart beabstandet und mit einem Einkoppelkreis (7) verbunden sind, daß ein sie durchsetzender, von der Kathode ausgehender insbesondere aus mehreren Elektronenteilstrahlen bestehender Elektronenstrahl eine Geschwindigkeitsmodulation erfährt, daß das dritte Gitter (5) und die Anode (6) Teile eines Auskoppelkreises (8) sind und.daß das dritte Gitter (5) vom zweiten Gitter (4) einen Abstand hat, der die @aufraumbedingung eines Klystrons erfüllt,
  2. 2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das dritte Gitter (5) im Betrieb der Röhre mit einem solchen Potential beaufschlagt ist, daß das Potential an den Stellen (9) am Ort des Gitters, an denen die Elektronenteilstrahlen verlaufen, zwischen Kathoden-und Anodenpotential liegt.
  3. 3. Blektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gitter ( 3 und 4) radial auf Deckung mit den Strahlformungselektroden (2) liegen.
  4. 4. Elektronenröhre nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steigung der zum Gitter (5) verbundenen Streben ein ganzzahliges Vielfaches der Steigung der Gitter (3) und (4) ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4567406A (en) * 1983-05-16 1986-01-28 Siemens Aktiengesellschaft High-gain Klystron-tetrode
FR2660796A1 (fr) * 1990-03-09 1991-10-11 Eev Ltd Appareil a tube a faisceau electronique comportant une cavite d'entree.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4567406A (en) * 1983-05-16 1986-01-28 Siemens Aktiengesellschaft High-gain Klystron-tetrode
FR2660796A1 (fr) * 1990-03-09 1991-10-11 Eev Ltd Appareil a tube a faisceau electronique comportant une cavite d'entree.

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