DE2453845A1 - Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

Wanderfeidröhre

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre mit einer Elektronenkanone, welche bei gleichem Magnetfeld in der Achse der Röhre die Verwendung von Fokussierungsspulen ermöglicht, deren Durchmesser im Vergleich zu den Wanderfeldröhren nach dem Stand der Technik verringert ist.

Bei Wanderfeldröhren wird der von der Elektronenkanone erzeugte Elektronenstrahl auf seinem Weg zum Elektronenfänger einem axialen Magnetfeld unterworfen. Dieses Magnetfeld soll verhindern, daß der Elektronenstrahl auf seinem Weg divergiert, insbesondere entlang der Verzögerungsleitung, bevor er den Elektronenfänger erreicht, von dem er aufgefangen wird.

Sobald die der Röhre zugeführte Leistung einen gewissen

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Grenzwert übersteigt, ist die erforderliche Intensität des Magnetfeldes so groß, daß es nicht mehr möglich ist, zu diesem Zweck Permanentmagnete zu verwenden, wie dies bei Wanderfeldröhren geringerer Leistung geschieht. Man verwendet dann leitende Wicklungen oder Spulen, die zentrisch zur Röhrenachse liegen und durch die ein Gleichstrom fließt ι das Fokussierungsmagnetfeld ergibt sich als die resultierende der von den einzelnen Windungen der Spulen erzeugten elementaren Magnetfelder. Es hängt von der Windungszahl und von der Stärke des durch die Windungen fließenden elektrischen Stroms ab und wird in Amperewindungen/cm gemessen, d.h. als eine Größe, die dem Produkt aus der Windungszahl pro Längeneinheit der Wicklung mal der Stromstärke des hindurchfließenden Stroms proportional ist,

Die zur Erzielung eines vorgegebenen Magnetfeldes in der Achse der Röhre erforderliche Amperewindungszahl nimmt mit dem Innendurchmesser der Spulen sehr schnell zu; der Kleinstwert dieses Durchmessers ist jedoch durch den Durchmesser der Röhre bedingt, auf der die Spulen montiert sind. Es ist daher erwünscht, diesen Durchmesser möglichst klein zu halten, damit die zur Erzielung eines gegebenen Magnetfelds in der Röhrenachse erforderliche Amperewindungszahl verringert wird, d.h. der radiale Raumbedarf der Spulen und insbesondere ihr Gewicht.

Die in Frage stehenden Spulen werden am einen oder am anderen Ende der Röhre auf diese gesteckt. Bei den Wanderfeldröhren großer Leistung ist es jedoch ausgeschlossen, daß dieses Aufstecken von dem Ende her erfolgt, an dem sich der Elektronenfänger befindet, weil dieser im Hinblick auf die Verlustleistung beträchtliche Abmessungen hat und weil auch in den meisten Fällen dort ein Hochfrequenz-

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ausgang über Hohlleiter mit großer radialer Ausdehnung vorhanden ist.

Im Fall von Hochleistungsröhren werden die Spulen deshalb von dem die Elektronenkanone enthaltenden Ende her auf die Röhre aufgesteckt. Im Fall von Hochleistungsröhren ist somit der kleinstmögliche Innendurchmess.er der Spulen durch die Abmessungen der Elektronenkanone bedingt; es handelt sich dabei praktisch um die Abmessungen des die Elektronenkanone enthaltenden Vakuumgefäßes, die wiederum größer als die Abmessungen des übrigen Teils des Röhrenkolbens sind, der insbesondere die Verzögerungsleitung enthält.

Das Ziel, der Erfindung ist die Schaffung einer Wanderfeldröhre mit Elektronenkanone, welche die Verwendung von Spulen mit kleinerem Durchmesser ermöglicht und zugleich die erforderliche Isolierung zwischen den Bestandteilen der Elektronenkanone im Hinblick auf die vorkommenden hohen Spannungen ermöglicht.

Nach der Erfindung ist eine Wanderfeldröhre mit einem entlang einer Achse verlaufenden evakuierten Kolben, der an einem Ende durch einen Elektronenfänger abgeschlossen und am anderen Ende vakuumdicht mit einem Sockelteil verbunden ist, der durch ein Bodenstück verschlossen ist, wobei das Sockelteil durch Zylinder aus einem Isoliermaterial gebildet ist, die unter Einfügung von Metallscheiben aufeinander gestapelt sind, und wobei die Röhre ferner eine Elektronenkanone enthält, die im Sockelteil untergebracht ist und aus einer Katode sowie aus Elektroden besteht, die mit der Katode zur Erzeugung eines. Elektronenstrahls zusammenwirken, der entlang der Röhrenachse durch die Röhre geht und von dem Elektronenfänger aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode und die Elektroden zum Sockel hin

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Verlängerungen von im allgemeinen zylindrischer Form aufweisen, an deren Enden kegelstumpfförmige Teile angebracht sind, die an ihrer Außenfläche in direktem Kontakt mit den Metallscheiben stehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Elektronenkanone einer Wanderfeldröhre bekannter Art,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Elektronenkanone für eine Wanderfeldröhre bekannter Art und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Elektronenkanone für eine Wanderfeldröhre nach der Erfindung.

Alle in der Zeichnung dargestellten Strukturen sind rotationssymmetrisch in Bezug auf die Achse X-X, wie es bei Wanderfeldröhren im allgemeinen der Fall ist; die Figuren zeigen jeweils die Elektronenkanone und die benachbarten Teile des evakuierten Kolbens der Röhre.

Alle Figuren zeigen die Katode 1 der Elektronenkanone, die durch einen in der Zeichnung erkennbaren, nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Heizdraht indirekt geheizt wird, eine Fokussierungselektrode 2 und die Steuerelektrode 3. Diese Teile bilden zusammen die sogenannte Elektronenkanone 10.

In den Figuren 1 und 2 sind zwei aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen dargestellt.

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Fig. 1 zeigt eine sogenannte koaxiale Anordnung, bei der die drei zuvor erwähnten Elektroden zylindrische Teile 11, 21 bzw. 31 aufweisen, die alle koaxial zur Achse X-X liegen und über die die Elektroden nach außen verbunden sind. Diese Verbindungen erfolgen über leitende Durchführungen durch den isolierenden Röhrensockel 4 für den Heizdraht, die Katode und die Fokussierungselektrode und über das ringförmige Teil 6 für die Steuerelektrode; dies entspricht dem allgemein bekannten Stand der Technik auf dem Gebiet der Elektronenröhren. Fig. 1 zeigt ferner eine Anordnung von Zwischenstücken 7, die zwischen der nicht dargestellten Verzögerungsleitung und der Elektronenkanone angeordnet sind und im Betrieb im allgemeinen auf das gleiche Potential wie die Verzögerungsleitung gelegt werden, jedoch auch auf ein anderes Potential gelegt werden können; ein Abstandsstück bewirkt die Isolation zwischen den Teilen 3 und 7. Ein weiteres Isolierstück 9, das an dem ringförmigen Teil 6 befestigt ist,' trägt den Heizdraht, die Katode und die Fokussierungselektrode, die letzten Teile jeweils über ihre zylindrischen Teile 11 bzw. 21 sowie bei dem dargestellten Beispiel über weitere Metallteile 12 und 13 sowie über verschiedene kleine Hilfsteile, wie dies in der Technik bekannt ist; das Isolierstück 9 trägt auch die Steuerelektrode, wie aus der Zeichnung zu erkennen ist. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Isolierstücks 9 dargestellt, das eine im allgemeinen abgestufte Struktur hat, damit es gleichzeitig seine Funktionen der Halterung und der Isolierung ausüben kann. In Fig. 1 ist jedoch auch zu erkennen, daß bei dieser Art des Aufbaus die Isolation zwischen den Teilen 1, 2 und 3 durch die Abmessungen des Isolierstücks senkrecht zu der Achse X-X begrenzt ist. Daraus ergeben sich zwei Nachteile dieser Struktur. Das Isolierstück 9 erfordert eine beträchtlihe maschinelle Bearbeitung, die dadurch erschwert wird, daß es sich im' allgemeinen um ein

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Keramikteil handelt, wobei diese Bearbeitung nach dem Brennen vorgenommen werden muß, damit das Isolierstück auf die gewünschten genauen Abmessungen gebracht wird. Außerdem wird der ganze Vorteil des koaxialen Aufbaus der Teile 11, 21 und 31 durch die kleine radiale Abmessung des Isolierstücks 9 zunichte gemacht, weil dadurch die zwischen der Katode 1 und der Elektrode 3 anlegbaren Spannungen und demzufolge auch die Leistung der Röhre begrenzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der man versucht hat, diesen Nachteilen dadurch abzuhelfen, daß die Isolierung axial ausgebildet ist, nämlich durch isolierende Abstandsstücke 14, 15» 16 und in deren Inneren durch Abstandsstücke 17A und 17B,die beispielsweise ebenso wie das zuvor erwähnte Isolierstück 9 aus Keramik bestehen. Das in Fig. 2 dargestellte Teil 7 ist dem Teil 7 von Fig. 1 analog. Auf diese jedem Fachmann auf dem Gebiet der Elektronenröhren geläufige Struktur soll hier nicht weiter eingegangen werden.

Eine derartige Anordnung erlaubt eine wesentlich bessere Isolationsmöglichkeit, die nach Wunsch dadurch erhöht werden kann, daß die Höhe der Abstandsstücke 14, 15» 16 vergrößert wird; wie jedoch aus der Zeichnung zu erkennen ist, erfolgt bei dieser Struktur die Verbindung der Elektroden, insbesondere der Fokussierungselektrode 2 und der Steuerelektrode 3» mit den äußeren Anschlußteilen 18 und 19 mit Hilfe von Federn 20 und 21, die einerseits zwischen die Elektrode 2 und das Anschlußteil 18 und andererseits zwischen die Elektrode 3 und das Anschlußteil 19 flach eingefügt und zwischen diesen Teilen flach zusammengedrückt sind. Die Erzielung eines ausreichenden Drucks für einen guten Kontakt macht es erforderlich, die Teile 2 und 3

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massiv und mit großer radialer Ausdehnung, d.h. senkrecht zur Achse X-X, auszuführen, was bei Röhren kleiner Leistung ohne Nachteil ist, was jedoch im Gegensatz zu dem Ziel steht, daß im Fall von Wanderfeldröhren großer Leistung angestrebt wird, nämlich der Schaffung einer Elektronenkanone mit geringer radialer Ausdehnung wegen der zuvor angegebenen Gründe.

Fig. 3 zeigt den die Elektronenkanone enthaltenden Endabschnitt einer Wanderfeldröhre nach der Erfindung.

An das untere Ende der Katode 1, der Fokussierungselektrode und der Steuerelektrode 3 schließen sich, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, zylindrische Teile 11, 21 bzw. 31 aus dünnem Metallblech an. Der die Elektronenkanone umgebende Teil des Vakuumkolbens ist durch einen Stapel von zylindrischen Teilen 14, 15 und 16 gebildet, die in der in Fig. 2 gezeigten Weise voneinander durch Metallscheiben 18 und 19 getrennt sind. An diesen Stapel schließt sich im oberen Teil der Figur ein nicht näher bezeichnetes Verbindungsteil an, das diesen Teil des Kolbens mit dem Rest der Röhre verbindet, der nicht dargestellt ist, da er keine Bedeutung für die Erfindung hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bilden die Katode 1 und die Fokussierungselektrode 2 eine gemeinsame Büchse, die durch den Boden 23 abgeschlossen ist und vollkommen auf dem gleichen Potential liegt, das auch das Potential des dünnen Blechmantels 11 ist, der sich an die Katode nach unten anschließt. Die ganze Anordnung ist in der auf dem Gebiet der Elektronenröhren bekannten Art montiert. Es ist zu bemerken, daß ein an dem leitenden Bodenstück 25 angelötetes Metallteil 24 als Anschluß für das eine Ende des Heizdrahtes dient, während das andere Ende des Heizdrahtes mit der Katodenbüchse verbunden ist.

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An den Blechmantel 11 schließt sich ein stufenförmiges Teil 26 an, an denes durch Punktschweißung nach der allgemein bekannten Technik befestigt ist. Bei 17A und 17B sind zwei isolierende Abstandsstücke dargestellt.

Die elektrische Verbindung zwischen der Katoden-Fokussierungselektroden-Anordnung und dem Anschlußstück 18 erfolgt über ein Teil 27» das bei dem dargestellten Beispiel ein kegelstumpfförmiger Ring ist, der eine Feder bildet und am Umfang des Teils 26 anliegt, im Gegensatz zu den Strukturen bekannter Art, von denen ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, wo die Federn 20 und 22 flach zwischen die Teile eingefügt sind, zwischen denen sie einen Kontakt herstellen sollen. Bei dem beschriebenen Beispiel besteht die Feder 27 aus einem Stück mit dem Teil 26. Diese Feder kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch an dem Teil 26 angeschweißt sein. In der Zeichnung ist ferner ein Wärmeschirm 29 dargestellt.

Ebenso erfolgt die elektrische Verbindung des Teils 31 der Steuerelektrode 3 mit dem Anschlußstück 19 über ein Teil 28, das beispielsweise durch Punktschweißung an dem Blechmantel 31 angebracht ist. Das Teil 28 besteht wie das Teil 27 aus einem kegelstumpfförmigen Ring, der als Feder wirkt und den Kontakt zwischen dem Blechmantel 31 der Elektrode 3 und dem Anschlußstück 19 herstellt. Die Teile 27 und 28 sind beispielsweise beide aus der unter dem Handelsnamen Kovar bekannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung hergestellt. Diese Ringe können entweder in einem Stück gefertigt sein oder aus mehreren getrennten Abschnitten bestehen. Schließlich sind in den Teilen 27 und 28 Löcher vorgesehen, von denen einige in der Zeichnung zu erkennen sind; sie sind dazu bestimmt, das Evakuieren der Röhre zu erleichtern. Wie bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist mit Absicht darauf verzichtet worden, gewisse Hilfsteile

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zu erwähnen, die der üblichen Praxis entsprechend bei allen Elektronenröhren verwendet werden und ohne Bezugszeichen in der Zeichnung vorkommen. Fig. 3 zeigt noch einerseits die Endteile 32 des Röhrenkolbens und die Endteile 30, 33 der Fokussierungseinrichtung (Spulen 30 und Polschuhe 33).

Dank der zuvor erwähnten Federn in Form der Ringe 27 und 28 erfolgt der Kontakt zwischen den Teilen der Elektronenkanone und den Anschlußstücken ohne zusätzlichen radialen Raumbedarf über die Seitenfläche dieser Ringe.

Bei einer praktischen Anwendung der Erfindung wurden Wanderfeldröhren hergestellt, die im Band von 5,9 bis 6,4 GHz bei einer Anodenspannung von 1OkV und einem Magnetfeld von 2000 Gauss entlang der Achse über eine Länge von 240 mm arbeiteten, wobei das Gesamtgewicht der Spulen etwa 11 kG betrug und das Gesamtgewicht des vollständigen Fokussierungssystems einschließlich der magnetischen Abschirmung 20 kg nicht überschritt. Die HF-Ausgangslejstung betrug 1k¥ im Dauerbetrieb. Gleichwertige Ausführungen nach dem Stand der Technik würden ein Fokussierungssystem mit doppeltem Gewicht erfordern.

Natürlich kann die Erfindung ohne weiteres auch bei Wanderfeldröhren kleiner Leistung angewendeb werden, obwohl die Notwendigkeit dafür in diesem Fall weniger spürbar ist.

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Claims (2)

1. •JO -

   Patentansprüche

   (A ./Wanderfeldröhre mit einem entlang einer Achse verlaufenden evakuierten Kolben,der an einem Ende durch einen Elektronenfänger abgeschlossen und am anderen Ende vakuumdicht mit einem Sockelteil verbunden ist, der durch ein Bodenstück verschlossen ist, wobei das Sockelteil durch Zylinder aus einem Isoliermaterial gebildet ist, die unter Einfügung von Metallscheiben aufeinander gestapelt sind, und wobei die Röhre ferner eine Elektronenkanone enthält, die im Sockelteil untergebracht ist und aus einer Katode sowie aus Elektroden besteht, die mit der Katode zur Erzeugung eines Elektronenstrahls zusammenwirken, der entlang der Röhrenachse durch die Röhre geht und von dem Elektronenfänger aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode und die Elektroden zum Sockel hin Verlängerungen von im allgemeinen zylindrischer Form aufweisen, an deren Enden kegelstumpfförmige Teile angebracht sind, die an ihrer Außenfläche in direktem Kontakt mit den Metallscheiben stehen.
2. 2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Teile aus mehreren getrennten Abschnitten bestehen.

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