DE2210160B2 - Elektronenstrahlerzeugersystem für Laufzeitröhren - Google Patents

Description

und die beiden Teilflächen elektrisch voneinander zu isolieren. Damit kann eine Leistungsstufenregelung von Laufzeitröhren über die Emission der Kathode des Elektronenstrahlerzeugers durch Anlegen von Potentialen verschiedener Polarität gegenüber der Kathode an den ringförmigen Teil des Steuergitters [nachfolgend auch ringförmiges oder äußeres (Teil-) Gitter genannt] vorgenommen wurden. Eine derartige Stromregelung benötigt nur relativ kleine Spannungsänderungen zum Schalten des Strahlstromes und ist frei von unerwünschten elektronenoptischen Nebenwirkungen. Sie ist sowohl bei Elektronenstrahlerzeugern, die im Dauerstrichbetrieb arbeiten, als auch bei gepulsten Elektronenstrahlerzeugern verwendbar.

Bei einer lür Impulsbetrieb bevorzugten Ausgestaltung ar* Erfindung ist das Elektronenstrahlerzeugersystem so ausgebildet, daß ein zusätzliches, mechanisch und elektrisch vom Ringgitter getrenntes, auf gleichem räumlichem Niveau angeordnetes, den zentralen Bereich der Emissionfläche überdeckendes Steuergitter (zentrales <.-^;tter) vorgesehen ist.

Wenn man zunächst diese Ausgestaltung betrachtet, hat ein erfindungsgemäßes Elektronenstrahlerzeugersystem (Elektronenstrahlerzeuger) folgende Eigenschaften:

Erfindungsgemäß wird hier die Gitterfläche, die normalerweise die gesamte Kathode bedeckt, in zwei mechanisch und elektrisch voneinander getrennte Teile aufgeteilt, von denen der innere Teil kreisförmig der äußere Teil ringförmig ausgebildet ist. I, ist je nach angelegten Potentialen durch die Flächenanteile der beiden Teilgitter bestimmt. Ist Z₁ der kleinere und J₂ der größere von zwei möglichen Strömen, so gilt die Beziehung

überdecken. Es gilt dann nach Relation 1 näherungsweise bei nicht zu starker Krümmung der Kathodenfläche

wenn D₁ der Durchmesser des inneren Teilgitters und ίο D₂ der Kathodendurchmesser ist. Daraus folgt

D,

wobei J₁ und d₂ die zu den Strömen J₁ bzw. I₂ gehörenden Strahldurchmesser sind Diese Gleichung (3) kann auch in der Form

nr n-i

(3a)

F₂

(D

wobei F₁ die vom zentralen Gitter [nachfolgend auch inneres (Teil-)Gitter genannt] bedeckte Fläche und F₂ die gesamte Kathodenfläche ist.

Es können bezüglich des Strahlstromes I_s drei verschiedene Betriebszustände unterschieden werden.

1. J₅ = J₁

Das innere Teilgitter ist positiv, das äußere ist negativ gegenüber der Kathode. Die Spannung am inneren Steuergitter gegenüber der Kathode ist etwa V₂₅ bis V50 der Anodenspannung. Die Spannung am äußeren Teilgitter ist von der gleichen Größenordnung, aber negativ.

2. J₅ = J₂

Beide Teilgitter sind positiv gegenüber der Kathode. Ihre Spannung ist etwa ¹Z₂₅ bis ¹Z₅₀ der Anodenspannung.

3. Jj = 0 (gesperrter Zustand)

Die beiden Teilgitter sind negativ gegenüber der Kathode, Die Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Teilgitter liegt in der Größenordnung von V_5C bis ¹Z₁₀O der Anoden-Kathodenspannung.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein axialsymmetrischer Elektronenstrahlerzeuger dar, bei dem das Ringgitter einen Kreisring bildet, das zentrale Gitter einen Kreisumfang aufweist und beide Teilgittcr die Kathodenfläche geschrieben werden.

Da das zum Fokussieren ein<» Rundstrahls vom Durchmesser d und der Stromstärke / notwendige Magnetfeld ebenfalls pror>ortional zu

ist, genügt zum Fokussieren der Stärke J₁ und J₂ das gleiche Magnetfeld. Man erhält also in beiden Fällen einen Strahl mit konstantem Durchmesser ohne das Erfordernis einer elektronenoptischen Korrektur.

Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers besteht darin, daß ausschließlich ein Ringgitter vorgesehen ist und daß der vom Ringgitter nicht überdeckte Bereich der Emissionsfläche der Anode derart angenähert ist, daß das räumliche Niveau des äußeren Randes dieses Emissionsflächenbereiches dem räumlichen Niveau des inneren Randes des Ringgitters entspricht. Diese Ausführung ist besonders für einen Elektronenstrahlerzeuger für Dauerstrichbetrieb geeignet. Dabei verhält sich der Elektronenstrahlerzeuger bezüglich zweier möglicher Strahlströme sinngemäß ebenso wie eine Ausführung mit innerem Teilgitter. Abweichend muß lediglich zur Sperrung des Strahlstromes die Anode auf Kathodenpotential gelegt werden.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen eingehender erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt

F i g. 1 ein im Längsschnitt dargestelltes erstes AusFührungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers, die

F i g. 2 und 3 in der Draufsicht das innere bzw.

äußere Teilgitter des Ausrührungsbeispiels der Fig. 1.

F i g. 4 ein im Längsschnitt dargestelltes zweites

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers,

F i g. 5 in der Draufsicht das äußere Teilgitter des Ausführungsbeispiels aus F i g. 4,

F i g. 6 ein im Längsschnitt dargestelltes drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers, die

F i g. 7, 8 und ·9 in der Draufsicht das innere bzw. äußere Teilgitter des Steuergitters bzw. das Schaftengitter.

In den Darstellungen sind erfindungsunwesentliche Teile sowie die Vorrichtungen zum Anlegen der gewünschten Potentiale an die Teilgitter des Steuergitters gegenüber der Kathode weggelassen.

Das Ausführungsbeispici in F i g. 1 ist ein axialsymmetrischer Elektronenstrahlerzeuger einer Laufzeitröhre mit einer Kathode 1, einer Fokussierungselektrode 3 und einem Steuergilter 2, das aus einem inneren Teilgitter 15 und einem äußeren Teilgitter 18 besteht. Steuergitter und Emissionsfläche der Kathode 1 sind konkav gekrümmt und haben einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkl. Die mechanische und elektrische Trennung der beiden Teilgitter voneinander und von anderen Potentialträgern ist konstruktiv dadurch erreicht, daß eine Trageplatte 7 für das innere Teilgitter 15 und eine Trageplatte 8 für das äußere Teilgitter 18 mit Aussparungen 27 und 28 für die drei Stützbolzen 23, 24, 25 für die Fokussienmgselektrode 3 (Wehneltzylinder) in unterschiedlichen Ebenen zur Röhrenwandung 11 führen und daß die Röhrenwandung an den notwendigen Stellen von Isolierzylindern 9 aus Keramik unterbrochen ist. Die Stützbolzen, von denen Stützbolzen 23 und 24 dargestellt sind, ruhen auf einem Unterstützungszylinder 26. Die Kathode selbst ist in bekannter Weise ausgebildet, mit dem Heizelement 4 und dessen in einer Keramikscheibe 21 eingebeUer Stromzuführung 22, dem auf der Grundplatte 10 ruhenden Haltezylinder 5 und den Strahlungsschutzblenden 6.

F i g. 2 zeigt in der Draufsicht das innere Teilgitter 15 samt seiner Halterung. Teilgitter 15 besteht aus einer Anzahl radial angeordneter und über einen Kreisring 12 verbundener Siege 13. von welchen einige zu Stützstieben 14 verlängert sind. Die Stützstreben enden in einer gut wärmeleitenden ersten Tragplatte 7. Die Aussparungen 27 sind für eine berührungsfreie Durchführung der Stützbolzen 23, 24, 25 der Fokussierungselektrode 3 vorgesehen.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf das äußere Teilgitter 18 samt dessen Halterung. Teilgitter 18 besteht ebenfalls aus einer Anzahl radial angeordneter Stege 16, deren achsennahe Enden über einen Kreisring 17 verbunden sind und deren achsenferne Enden in einer gut wärmeleitenden zweiten Tragplatte 8 enden. Teilgitter 18 weist dabei Aussparungen 32 für die Stützstreben des inneren Teilgitters auf. Die Aussparungen 28 in der Tragsplatte 8 dienen zur berührungsfreien Durchführung der Stützbolzen 23, 24. 25.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4, ebenfalls einem axialsymmetrischen Elektronenstrahlerzeuger, ist das innere Teilgitter weggelassen. Zur Vermeidung störender elektronenoptischer Effekte ist der vom ringförmigen äußeren Teilgitter nicht überdeckte zentrale Bereich 19 der Emissionsfläche der Kathode dabei der Anode um den Abstand zwischen der übrigen Kathodenoberfläche und dem Steuergitter genähert. In dieser Ausführung ist zwischen dem Steuergitter 2 und der Kathode 1 ein weiteres, vom Unterstützungszylinder 26 der Fokussierungselektrode 3 gehaltenes und im Betrieb des Elektronenstrahlerzeugers auf Kathodenpotential liegendes Gitter 20 angeordnet. Dieses Doppelgitter sowie die Emissionsfläche der Kathode 1 sind gekrümmt und haben den gleicher Krümmungsmittelpunkt. Vom Krümmungsmittel· punkt aus gesehen sind die Gitterelemente vom Steuergitter und Schattengitter in Deckung. Eine elektronen-5 optisch günstig geformte Anode 30 zieht bei einen gegenüber der Kathode 1 negativen Potential des Steuergitters 2 einen Elektronenstrom J₁, bei einem positiven Potential den Elektronenstrom I₂ aus dei Kathodenoberfläche. Alle übrigen konstruktiven

ι ο Merkmale entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels. Eine derartige Ausführung eines Elektronenstrahlerzeuger ist dann zu empfehlen, wenn du Laufzeitröhre im Dauerbetrieb arbeitet.
Die F i g. 5 zeigt in der Draufsich* das äußere Teilgitter 18 des Ausfuhrungsbeispiels aus F i g. 4. Diesmal bestehen die Gitterelemente nur aus den radia: angeordneten Stegen 16, die wie bei der Teilgitterausführung der F i g. 3 in der mit den Aussparungen 2t versehenen Tragplatte 8 enden.

Für ein drittes Ausführungsbeispiel ist in F i g. ί schematisch im Längsschnitt der zentrale Teil eines Elektronenstrahlerzeugers dargestellt, dor im wesentlichen Kathodenoberfläche und Steuergitter umfaßt Der Elektronenstrahlerzeuger dieser Ausführung isl

wiederum axialsymmetrisch mit einem gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt für das Doppelgitter (Steuergitter und Schattengitter) und die Kathodenoberfläche Vom Krümmungsmittelpunkt aus gesehen liegen das Steuergitter und das Schattengitter in Deckung. In

dieser schematischen Darstellung sind die Strahlstromberandungen bei den jeweiligen Leistungsstufen der Röhre eingezeichnet Dabei ist mit a die Berandung für den Teilstrom /,, mit b die Berandung für den vollen Strom /₂ bezeichnet.

In den F i g. 7, 8 und 9 sind der Reihe nach das äußere Teilgitter 18. das innere Teilgitter 15 und das Schattengitter 20 des Ausführungsbeispiels aus F i g. 6 in der Draufsicht gezeichnet. Die beiden Teilgitter des Steuergitters sind hierbei so geformt, daß das Schattengitter unter Wahrung vollständiger Deckungsgleichheit ein mechanisch zusammenhängendes und damit realiiv einfach zu fertigendes Gebilde ist. Sämtliche Gitter bestehen vorwiegend aus ringförmigen Elementen mit nur wenigen radialen Streben.

Für den Fall, daß sich das Schattengitter auf Ka-

- thodenpotential und die beiden Teilgitter auf einem mäßig hohen positiven Potential gegenüber der Kathode C/_w bis V₁₀₀ der Anodenspannung) befinden, ist die Stromübernahme durch die Teilgitter verschwindend klein. Typische Werte liegen zwischen 0,01 und 0,1% des gesamten Kathodenstromes. Für die drei Betriebszustände (Z₀, /, oder I₂) gelten die

■ gleichen weiter oben angeführten Regeln.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So braucht etwa der Elektronenstrahlerzeuger nicht axialsymmetrisch zu sein, sondern kann auch eine zur Erzeugung von Bandstidhlen (Flachstrahlen) geeignete Form besitzen. Darüber hinaus kann die Erfindung sinngemäß übertragen werden, wenn die Laufzeitröhren der genannten Art nicht nur in zwei sondern in mehreren Betriebszuständen betrieben werden sollen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlerzeugersystem für Laufzeitröhren, insbesondere des O-Typs, mit einer Kathode zur Emission eines Elektronenstrahls, einem im Abstand von der Kathode angeordneten, einen zentralen Bereich der Kathode nicht überdeckenden Steuergitter (Ringgitter) und einer darauffolgenden Anode, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringgitter (18) in bezug auf die Kathode (1) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es durch Anlegen eines geeignet negativen Potentials gegenüber der Kathode (1) im wesentlichen nur die von ihm überdeckte Emissionsfläche der Kathode (1) an der Emission hindert.

2. Elektronenstrahlerzeugersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Ringgittei (18) nicht überdeckte Bereich der Emissionsfläche der Anode (3) derart angenähert ist, daß das räumliche Niveau des äußeren Randes dieses Emissionsnachenbereiches dem räumlichen Niveau des inneren Randes des Ringgitters (18) entspricht

3. Elektronenstrahlerzeugersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches, mechanisch und elektrisch vom Ringgitter (18) getrenntes, auf gleichem räumlichem Niveau angeordnetes, den zentralen Bereich der Emissionsfläche überdeckendes Steuergitter (zentrales Gitter 15) vorgesehen ist.

4. Elektronenstrahlerzeugersystem nach Anspruch 3 mit axialsymmetrischer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Gitter (15) aus einer Anzahl radial angeordneter und über einen Kreisring (12) verbundener Stege (13) besteht, von welchen einige zu Stützstreben (14) verlängert sind, die in einer gut wärme'eitenden ersten Tragplatte (7) für das zentrale Gitter enden, während das Ringgitter (18) ebenfalls aus einer Anzahl radial angeordneter Stege( 16) besteht, deren achsennahe Enden über einen Kreisring (17) verbunden sind und deren achsenferne Enden in einer gut wärmeleitenden zweiten Tragplatte (8) enden, wobei im äußeren Teilgitter Aussparungen (32) für die Stützstreben des zentralen Gitters vorgesehen und die beiden Tragplatten in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

5. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsfläche der Kathode (1) und das aus dem Ringgitter (18) und gegebenenfalls dem zentralen Gitter (15) bestehende Steuergitter (2) jeweils konkav gekrümmt sind und einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben.

6. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuergitter (2) und der Kathode (1) ein weiteres im Betrieb des Elektronenstrahlerzeugersystems auf Kathodenpotential liegendes Gitter (Schattengitter 20) angeordnet ist, dessen Gitterelemente von der Kathode (1) bzw. vom gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt aus gesehen mit dem Steuergitter (2) in Deckung sind.

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugersystem für Laufzeitröhren, insbesondere des O-Typs, mit einer Kathode zur Emission eines Elektronenstrahls, einem im Abstand von der Kathode angeordneten, einen zentralen Bereich der Kathode nicht überdeckenden Steuergitter (Ringgitter) und einer darauffolgenden Anode. Ein derartiges Erzeugersystem ist aus der USA-Patentschrift 3 500 110 (deutsche Auslegeschrift 1 764 860) bekannt

In modernen Mikrowellenanlagen für Nachrichtenübermittlung und Radar wird häufig die Forderung erhoben, daß die Senderöhre bei zwei verschiedenen Leistungsstufen betrieben werden kann. Die beiden Leistungsstufen können sich beispielsweise um einen is Faktor 5 oder 10 unterscheiden. Aus Gründen der Leistungsersparnis wird im normalen Betrieb die niedrigere Leistung verwendet, während die höhere Leistung nur unter gewissen Umständen, z. B. bei Störung durch einen anderen Sender, eingeschaltet wird.

Im Falle einer Laufzeitröhre kann eine solche Leistungsregelung nuir über den Strahlstrom (Elektronenstrom) erfolgen. Eine Änderung der Strahl spannung ist wegen der einzuhaltenden Phasen-

beziehung zwischen Elektronenstrahl und zu verstärkendem Signal ungeeignet. Die notwendige Regelung des Strahlstromes in einem Elektronenstrahlerzeuger stell* ein sehr schwieriges Problem dar, das bisher noch nicht befriedigend gelöst worden ist Wolke man den Strahlstrom durch die Fokussicrungselektrode (Wehneltelektrode) oder mit Hilfe der Anodenspannung regeln, wird das elektronenoptische Verhalten des Elektronenstrahlerzeugers unerwünscht geändert. Das gleiche gilt, wenn man den

Strahlstrom durch eine zusätzliche Steuerelektrode regeln wiiirde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Elektronenstrahlerzeuger für Laufzeitröhren, insbe-

" sondere des O-Typs, so zu gestalten, daß die Laufzeit-

röhre ohne störende elektronenoptische Einflüsse in zwei verschiedenen Leistungsstufen betrieben werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Elektronenstiahlerzeugersystem der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Ringgitter in bezug auf die Kathode derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es durch Anlegen eines geeignet negativen Potentials gegenüber der Kathode im wesentlichen nur die von ihm überdeckte Emissionsfläche der Kathode an der Emission hindert.

Unter einem Ringgitter wird dabei nicht nur ein Kreisring, sondern auch eine andere Ringgeometrie

verstanden, falls der Elektronenstrahl nicht runden Querschnitt hat, beispielsweise ein Flachstrahl ist.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Steuerung (Schaltung) des Stromes Steuergitter verwendet werden, die dicht vor der emittierenden Kathodenfläche liegen. Derartige Steuergitter sind in verschiedenen Ausführungen bekannt Es kann sich dabei sowohl um einfache Gitter handeln, die im Durchlaßbereich einen gewissen Anteil des Stromes abfangen (ein Ausführungsbeispiel ist etwa der USA.-Patentschrift 2 967 260 zu entnehmen), als auch um Doppelgitter mit vorgeschaltetem sogenanntem Schattengitter, die keinen oder nur einen vergleichbar kleinen Strom aufnehmen (ein Doppelgitter dieser Art ist beispielsweise in der bereits zitierten deutschen Auslegeschrift 1 764 860 beschrieben). Das Wesen der Erfindung liegt nun darin, die Fläche eines Steuergitters zu teilen