DE2453845B2 - Wanderfeldröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeldröhre mit einem evakuierten Kolben, der an einem Ende durch einen Elektronenfänger abgeschlossen ist und am anderen Ende vakuumdicht mit einem durch ein Bodenstück abgeschlossenen Sockelteil verbunden ist, dessen einen Teil des Kolbens bildende zylindrische Umfangswand durch mehrere Isolierzylinder gebildet ist, die unter Einfügung von ringförmigen Metallschei- «) ben, die im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie die Isolierzylinder haben und als Durchführungsleiter für den Anschluß äußerer Spannungsquellen ausgebildet sind, gleichachsig aneinandergefügt und vakuumdicht miteinander verbunden sind, und mit einer <>■> im Innern des Sockelteils angeordneten Elektronenkanone, die eine Katode und weitere Elektroden aufweist, die durch gleichachsig im Innern der Isolierzylinder angeordnete isolierende zylindrische Zwischenstücke in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten und elektrisch voneinander isoliert sind und mit den ringförmigen Metallscheiben über federnde Metallteile in elektrischem Kontakt stehen.

Bei einer bekannten Wanderfeldröhre dieser Art, deren die Elektronenkanone enthaltender Teil in F i g. 2 dargestellt ist, sind die Elektroden der Elektronenkanone im wesentlichen flach ausgebildet, und sie stehen mit den als Durchführungsleiter dienenden ringförmigen Metallscheiben über flache Federn in Verbindung, die zwischen die Elektroden und die nach innen in das Sockelteil ragenden Abschnitte der Metallscheiben eingefügt und beim Einbau axial zusammengedrückt sind. Der Kontaktdruck hängt also von dem beim Zusammenbau erzielten Grad der axialen Zusammendrückung ab, der verschiedenen Toleranzen unterworfen ist Vor allem aber erfordert diese Lösung einen verhältnismäßig großen Zwischenraum zwischen der äußersten Elektrode und der Umfangswand, damit eine ausreichende Kontaktfläche erhalten wird und die Kontaktteile mit den für die Erzielung eines ausreichend großen Kontaktdrucks erforderlichen Abmessungen ausgebildet werden können. Die radialen Abmessungen des Sockelteils quer zur Röhrenlängsachse können deshalb nicht so klein gemacht werden, wie dies aus bestimmten Gründen wünschenswert wäre.

Bei Wanderfeldröhren wird nämlich 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 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; das Fokussierungsmagnetfeld 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 Hochfrequenzausgang 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 Somit ist der Meinstmögliche Innendurchmesser der Spulen durch die Abmessungen des die Elektronenkanone enthaltenden Abschnitts des Röhrenkolbens bedingt die wiederum größer als die Abmessungen des übrigen Teils des Röhrenkolbens sind, der insbesondere die Verzögerungsleitungenthält

Das gleiche Problem besteht auch bei einer aus der US-PS 29 67 260 bekannten Wanderfeldröhre ähnlicher Art bei der außerdem die Fertigung dadurch erschwert ist daß die als Durchführungselektroden zwischen die Isolierzylinder eingefügten ringförmigen Metallscheiben mit den Elektroden verschweißt sind.

Bei einer in der US-PS 36 41387 beschriebenen Röhre sind zur Vermeidung dieser Schwierigkeit für jed? Elektrode zwei ringförmige Durchführungselektroden vorhanden, die mit dem einen bzw. dem anderen von zwei aufeinanderfolgenden Isolierzylindern verbunden und an den außerhalb der Isolierzylinder liegenden rechtwinklig umgebogenen Rändern ineinandergesteckt und verschweißt sind. Die Schweißstellen liegen somit außerhalb des Röhrenkolbens, wo sie leichter r< zugänglich sind, doch ergibt auch diese Konstruktion eine unerwünschte Vergrößerung der radialen Abmessungen.

Es sind andererseits, beispielsweise aus der US-PS 30 04 183, Röhren mit koaxialem Aufbau bekannt, bei ω denen alle Elektrodenanschlüsse durch das Bodenstück des Sockelteils nach außen geführt sind. Eine solche Röhre bekannter Art ist auch in F i g. 1 dargestellt. Bei diesen koaxialen Anordnungen besteht das Problem, eine ausreichende Isolation und Spannungsfestigkeit zwischen den Elektroden zu erzielen. Die Isolation ist nämlich in diesem Fall durch die radialen Abmessungen der Isolierteile bedingt. Wenn man zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit diese radialen Abmessungen vergrößert, entsteht wieder das Problem, daß der Innendurchmesser der Magnetspulen entsprechend vergrößert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Wanderfeldröhre der eingangs angegebenen Art, welche die Verwendung von Spulen mit kleinem Innendurchmesser ermöglicht und zugleich die erforderliche Isolierung zwischen den Bestandteilen der Elektronenkanone im Hinblick auf die vorkommenden hohen Spannungen ermöglicht, und die bei einfachem Zusammenbau einen sicheren Kontakt zwischen den Durchführungsleitern und den Elektroden gewährleistet

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Elektrode mit einem dem Bogenstück zugewandten rohrförmigen Metallteil verbunden ist, >> und daß die federnden Metallteile durch federnde kegelstumpfförmige Metallringe gebildet sind, die jeweils an der Außenfläche eines der rohrförmigen Metallteile angebracht sind und federnd an der an der Innenseite der Umfangswand des Sockelteils freiliegen- wi den Innenfläche einer der ringförmigen Metallscheiben anliegen.

Bei der Wanderfeldröhre nach der Erfindung wird durch die federnden kegeistumpfförmigen Metallringe eine sichere Kontaktgabe in einem sehr engen t» Zwischenraum gewährleistet, so daß die π dialen Abmessungen des die Elektronenkanone enthaltenden Sockelteils der Röhre sehr klein gehalten werden können; der Innenquerschniit der Umfangswand ist nicht viel größer als der Querschnitt der äußersten Elektrode. Dennoch ist eine gute Isolation und Spannungsfestigkeit gewährleistet, da diese in erster Linie durch die axialen Abmessungen der isolierenden zylindrischen Zwischenstücke bestimmt sind, die ohne Nachteil für die radialen Abmessungen beliebig groß gemacht werden können. Da die Kontaktgabe ohne Schweißverbindungen durch Federn erfolgt ist der Zusammenbau sehr einfach; die fertig montierte Elektronenkanone braucht nur aixial in die bereits vakuumdicht miteinander und mit den ringförmigen Metallscheiben verbundenen Isolierzylindern eingeschoben zu werdea Dabei ist der erzielte Kontaktdruck unabhängig von einem axialen Zusammendrücken der Teile; er ist durch eine radiale Zusammendrückung der kegeistumpfförmigen Metallringe bestimmt der allein von den relativen Querschnittsabmessungen der scheibenförmigen Metallringe und der kegeistumpfförmigen Metallringe abhängt

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht des die Elektronenkanone enthaltenden Teils einer Wanderfeldröhre bekannter Art,

F i g. 2 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des die Elektronenkanone enthaltenden Teils einer Wanderfeldröhre bekannter Art und

Fig.3 eine Schnittansicht des die Elektronenkanone enthaltenden Teils einer 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 Fig. zeigen jeweils die Elektronenkanone und die benachbarten Teile des evakuierten Kolbens der Röhre, insbesondere den die Elektronenkanone enthaltenden Sockelteil.

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 F i g. 1 und 2 sind zwei aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine 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 mit äußeren Spannungsquellen verbunden sind. Diese Verbindungen erfolgen über leitende Durchführungen 5 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. F i g. 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 8 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 F i g. 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 F i g. 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 9 senkrecht zu der Achse X-X begrenzt ist. Daraus ergeben sich zwei Nachteile dieser Struktur.

Das Isolierstück 9 erfordert eine beträchtliche maschinelle Bearbeitung, die dadurch erschwert wird, daß es sich im allgemeinen um ein 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. Wenn dagegen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit die radialen Abmessungen des Isolierstücks 9 vergrößert werden, ist es nicht mehr möglich, die für den Betrieb der Röhre erforderlichen Magnetspulen mit dem erwünschten kleinen Innenquerschnitt über das Sockelteil zu schieben.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Anordnung, bei der man versucht hat, diesen Nachteilen dadurch abzuhelfen, daß die Isolierung axial ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist die Umfangswand des Sockelteils durch mehrere Isolierzylinder 14, 15, 16 gebildet, die unter Einfügung von ringförmigen Metallscheiben 18, 19, die als Anschlußteile für die äußeren Spannungsquellen ausgebildet sind, vakuumdicht miteinander verbunden sind. Im Innern des Sockelteils werden die Elektroden 1, 2 und 3 durch koaxial angeordnete isolierende zylindrische Zwischenstücke 17Λ, 175, die beispielsweise aus Keramik bestehen, in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten und voneinander isoliert. Das metallische Zwischenstück 7 stellt, wie das entsprechende Teil in Fig. t, die Verbindung mit dem nicht dargestellten übrigen Teil des Röhrenkolbens her.

Eine derartige Anordnung erlaubt eine wesentlich bessere Isolationsmöglichkeit, die nach Wunsch dadurch erhöht werden kann, daß die Höhe der Isolierzylinder 14, 15, 16 und der zylindrischen Zwischenstücke 17Λ, 17ß vergrößert wird. Die Verbindung der Elektroden, insbesondere der Fokussie:rungselektrode 2 und der Steuerelektrode3, mit den ringförmigen Metallscheiben 18 und 19 erfolgt über Federn 20 bzw. 22, die zwischen die Elektrode 2 und die Metallscheibe 18 bzw. zwischen die Elektrode 3 und die Metallscheibe 19 flach eingefügt und zwischen diesen Teilen axial zusammengedrückt sind. Die Erzielung eines für einen guten Kontakt ausreichenden Drucks macht es erforderlich, die Teile 2 und 3 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 Widerspruch zu dem Ziel steht, das im Fall von Wanderfeldröhren großer Leistung angestrebt wird, nämlich der Schaffung einer Elektronenkanone mit geringer radialer Ausdehnung.

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

An das untere Ende der Katode 1, der Fokussierungselektrode 2 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 10 umgebende Teil des Vakuumkolbens ist durch axial aneinandergefügte

ίο Isolierzylinder 14, 15 und 16 gebildet, zwischen die, ähnlich wie in Fig.2, ringförmige Metallscheiben 18 und 19 eingefügt sind. An die auf diese Weise gebildete Umfangswand schließt sich im oberen Teil der F i g. ein nicht näher bezeichnetes Verbindungsteil an, das diesen

ι', Teil des Kolbens mit dem Rest der Röhre verbindet, der nicht dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 3 bilden die Katode 1 und die Fokussierungselektrode 2 mit den daran angebrachten rohrförmigen Metallblechteilen 11,

:ii 21 eine gemeinsame Büchse, die durch einen Boden 23 abgeschlossen ist und vollkommen auf dem gleichen Potential liegt, das auch das Potential der dünnen Blechmäntel 11 und 21 ist. Die ganze Anordnung ist in der auf dem Gebiet der Elektronenröhren bekannten

2Ί 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.

in An die Blechmäntel U und 21 und den damit verbundenen Boden 23 schließt sich ein abgestuftes rohrförmiges Metallteil 26 an, das durch Punktschweißung befestigt ist.

Die elektrische Verbindung zwischen der Katoden-

r, Fokussierungselektroden-Anordnung und der ringförmigen Metallscheibe 18 erfolgt über einen kegelstumpfförmigen Metallring 27, der eine Feder bildet und am Umfang des rohrförmigen Metallteils 26 angebracht ist. Bei dem beschriebenen Beispiel besteht der federnde

ic kegelstumpfförmige Metallring 27 aus einem Stück mit dem rohrförmigen Metallteil 26, es kann aber bei einer anderen Ausführungsform auch an dem Metallteil 26 angeschweißt sein. Der kegelstumpfförmige Metallring 27 liegt mit seiner Außenfläche federnd an der

r> Innenseite der ringförmigen Metallscheibe 28 an, wodurch der Kontakt hergestellt wird. In der Zeichnung ist ferner ein Wärmeschirm 29 dargestellt.

Ebenso erfolgt die elektrische Verbindung des zylindrischen Metallblechteils 31 der Steuerelektrode 3

ίο mit der ringförmigen Metallscheibe 19 über einen kegelstumpfförmigen Metallring 28, der beispielsweise durch Punktschweißung an dem Blechmantel 31 angebracht ist Der kegelstumpfförmige Metallring wirkt als Feder und stellt den Kontakt zwischen dem

5) Blechmantel 31 der Elektrode 3 und der ringförmigen Metallscheibe 19 her. Die kegelstumpfförmigen Metallringe 27 und 28 sind beispielsweise beide aus der unter dem Handelsnamen Kovar bekannten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung hergestellt. Diese Ringe können entwe- .

ίο der in einem Stück gefertigt sein oder aus mehreren getrennten Abschnitten bestehen. Schließlich sind in den Metallringen 27 und 28 Löcher vorgesehen, von denen einige in der Zeichnung zu erkennen sind; sie sind dazu bestimmt, das Evakuieren der Röhre zu erleichtern.

to Die Elektroden 1, 2 einerseits und 3 andererseits werden durch isolierende zylindrische Zwischenstücke MA, MB, die koaxial im Innern des Sockelteils angeordnet sind, voneinander isoliert und in der

richtigen gegenseitigen Lage gehalten. Das Zwischenstück 17/4 ist zwischen die unteren Enden der rohrförmigen Metallteile 26 und 31 eingefügt, und das Zwischenstück 17ß trennt das untere Ende des rohrförmigen Metallteils 26 vom Bodenstück 25. Wie im Fall von F i g. 2 ist die Isolation und Spannungsfestigkeit im wesentlichen durch die axiale Länge der Zwischenstücke 17/4 und 17S bestimmt. Mit Absicht ist darauf verzichtet worden, gewisse Hilfsteile zu erwähnen, die der üblichen Praxis entsprechend bei allen Elektronenröhren verwendet werden und ohne Bezugszeichen in der Zeichnung vorkommen. Fi g. 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 federnden Metallringe 27 und 28 erfolgt der Kontakt zwischen den

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15

Elektroden der Elektronenkanone und den Anschlußstücken ohne zusätzlichen radialen Raumbedarf über die Seitenflächen der Metallringe.

Es wurden Wanderfeldröhren mit der in Fig.3 gezeigten Ausbildung hergestellt, die im Band von 5,9 bis 6,4 GHz bei einer Anodenspannung von 10 kV 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-Ausgangsleistung betrug 1 kW im Dauerbetrieb. Gleichwertige Ausführungen nach dem Stand der Technik wurden ein Fokussierungssystem mit doppeltem Gewicht erfordern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wandlerfeldröhre mit einem evakuierten Kolben, der an einem Ende durch einen Elektronenfänger abgeschlossen ist und am anderen Ende vakuumdicht mit einem durch ein Bodenstück abgeschlossenen Sockelteile verbunden ist, dessen einen Teil des Kolbens bildende zylindrische Umfangswand durch mehrere Isolierzylinder gebil- ι ο det ist, die unter Einfügung von ringförmigen Metallscheiben, die im wesnetlichen den gleichen Außendurchmesser wie die Isolierzylinder haben und als Durchführungsleiter für den Anschluß äußerer Spannungsquellen ausgebildet sind, gleichachsig aneinandergefügt und vakuumdicht miteinander verbunden sind, und mit einer im Innern des Sockelteils angeordneten Elektronenkanone, die eine Katode und weitere Elektroden aufweist, die durch gleichachsig im Innern der Isolierzylinder angeordnete isolierende zylindrische Zwischenstükke in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten und elektrisch voneinander isoliert sind und mit den ringförmigen Metallscheiben über federnde Metallteile in elektrischem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (1, 2, 3) mit einem dem Bodenstück (25) zugewandten rohrförmigen Metallteil (11, 21, 26; 31) verbunden ist, und daß die federnden Metallteile durch federnde kegelstumpfförmige Metallringe (27; 28) gebildet )o sind, die jeweils an der Außenfläche eines der rohrförmigen Metallteile (26; 31) angebracht sind und federnd an der an der Innenseite der Umfangswand (14,15,16) des Sockelteils freiliegenden Innenfläche einer der ringförmigen Metallschei- J ben (18,19) anliegen.

2. Wandlerfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde kegelstumpfförmige Metallring (27; 28) aus einem Stück mit dem entsprechenden rohrförmigen Metallteil (26; 31) gebildet ist.

3. Wandlerfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde kegelstumpfförmige Metallring (27; 28) an dem entsprechenden rohrförmigen Metallteil (26; 31) angeschweißt ist.

4. Wandlerfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde kegelstumpfförmige Metallring (27; 28) aus mehreren getrennten Abschnitten besteht

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