DE2528396B2

DE2528396B2 - Hochfrequenzelektronenroehre

Info

Publication number: DE2528396B2
Application number: DE19752528396
Authority: DE
Inventors: Georges Port Marly Mourier (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1977-08-18
Also published as: DE2528396A1; US4034258A; DE2528396C3; GB1508326A; FR2276685A1; FR2276685B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzeleketronenröhre mit einem Widerstandselement zur Dämpfung von sehr kurzen Störwellen, die zwischen zwei leitenden Wänden einer Hochfrequenzeleketronenröhre entstehen.

Eine solche Hochfrequenzeiektronenröhre ist aus der GB-PS Π 42 037 bekannt.

E_S i_st weiterhin bekannt, die in Hochfrequenzelektronenröhren entstehenden Störschwingungen zu dämpfen, indem beispielsweise in den betreffenden Röhrenteil' sehr gedämpfte Schwingkreise eingefügt werden oder aber meiern solche Schwingkreise in den Verbraucherschaltungen der Hochfrequenzeiektronenröhre angeordnet werden (FR-PS 20 38 783).

Solche Schwingkreise weisen mehrere Nachteile auf. Sie arbeiten insbesondere in einem schmalen Frequenzband, da es sich um Resonanzkreise handelt. Das macht die Verwendung von mehreren verschiedenen Schwingkreisen erforderlich, wenn mehrere verschiedene Störresonanzen vorhanden sind. Das ist teuer und wegen des geringen Platzes, über den man in den Elektronenröhren verfügt, oft sogar unmöglich. Sie vergröbern die Anzahl von Resonanzen, was unerwünscht ist

Bei einer Hochfrequenzeiektronenröhre der aus der GBPS 11 42 037 bekannten Art werden die Störwellen durch ein Widerstandselement gedämpft, das sich in einem Raum befindet, in welchem die zu dämpfenden Störwellen auftreten, und in dem die Energie der Störwellen in Wärme umgesetzt wird. Ihm ist ein gut wärmeleitendes Metallteil zugeordnet, das die Abführung der Wärme nach außerhalb der Hochfrequenzeiektronenröhre erleichtert.

Damit aber die Störwellen bestmöglich gedämpft werden, ist es erforderlich, daß der durch diese Wellen in dem Widerstandselement erzeugte Strom stark ist und daß die Abführung der erzeugten Wärme schnell erfolgt. Ferner ist es erwünscht, daß das Widerstandselement die bestmögliche Verbindung zwischen den beiden leitenden Wänden der Hochfrequenzeiektronenröhre für die Hochfrequenzströme herstellt, damit diese abgeführt werden, wobei aber gleichzeitig eine gute elektrische Isolierung für die Gleichströme erhalten bleibt; die beiden leitenden Wände der Hochfrequenzelektronenröhren, zwischen denen diese Störwellen auftreten, liegen nämlich im allgemeinen auf unterschiedlichen Gleichstrompotentialen. Ferner muß das Widerstandselement in der Lage sein, elektromagnetische Weilen praktisch in dem gesamten Betriebsfrequenzband der Hochfrequenzeleketronenröhre zu absorbieren, die mit ihm ausgerüstet ist, und es muß deshalb derart angeordnet sein, daß es allein die Störwellen absorbiert und nicht die in dieser Hochfrequenzeiektronenröhre vorhandenen Nutzweilen dämpft.

Diese Forderungen lassen sich bei der bekannten Hochfrequenzeiektronenröhre aufgrund der Anordnung und des Aufbaus von dessen Widerstandselement nur unvollständig erfüllen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst weiden, eine Hochfrequenzeleketronenröhre der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß in ihr nur die Störwellen, die unterschiedliche Frequenzen haben können, absorbiert werden und daß dabei ein starker Strom und eine schnelle Abführung der erzeugten Wärme erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Widerstandselement zwischen zwei Leiterteilen montiert ist, wobei einer dieser beiden Leiterteile an einer der beiden leitenden Wände befestigt ist, während der andere Leiterteil der anderen der beiden Wände gegenüberliegt, mit der er eine KaDazität bildet, und das Widerstandselement zwischen

zwei leitenden Wänden der Hochfrequenzelektronenröhre angeordnet ist, wo keine Nutzwellen der Hochfrequenzelektronenröhre auftreten.

3ei der Hochfrequenzelektronenröhre nach der Erfindung werden Störwellen mit verschiedenen Fre- s quenzen durch das Widerstandselement gedämpft, ohne daß Nutzwellen gedämpft werden, und dabei ist die aus dem Widerstandselement und den Leiterteilen bestehende Dämpfungseinrichtung billiger, leichter herstellbar und platzsparender als das Widerstandselement in ι ο der bekannten Hochfrequenzelektronenröhre.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Hochfrequenzelektronenröhre nach der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt '5

F i g. 1 im Schnitt einen Teil einer Hochfrequenzelektronenröhre nach der Erfindung mit einem Widerstandselement zur Dämpfung kurzer Störwellen, das zwischen zwei Wänden angeordnet ist, zwischen denen die Störwellen auftreten,

Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung von F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Schnittansicht eines Magnetrons, als Beispiel einer Hochfrequenzelektronenröhre nach der Erfindung, und

Fig.4 eine schernatische Schnittansicht eines Teils einer Tetrode als weiteres Beispiel der Hochfrequenzelektronenröhre nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Hochfrequenzelektronenröhre mit zwei einander gegenüberstehenden leitenden Wänden 1 und 2. Zwischen diesen beiden Wänden bilden zu beseitigende Hochfrequenzstörwellen ein elektrisches Hochfrequenzfeld aus, dessen Kraftlinien zu den Wänden 1 und 2 senkrecht sind.

Die zur Störwellendämpfung vorgesehene Ausbildung der Hochfrequenzelektronenröhre, die nun beschrieben wird, stellt im wesentlichen eine Schaltung dar, die einen zwischen den Wänden 1 und 2 mit einer Kapazität in Reihe liegenden Widerstand enthält. Das zwischen den Wänden 1 und 2 vorhandene elektrische Hochfrequenzfeld erzeugt in dieser Schaltung einen Hochfrequenzstrom, der in dem Widerstand Energie in Wärme umsetzt. Die entsprechenden Hochfrequenzwellen werden somit gedämpft.

Diese Schaltungsanordnung enthält ein Ohmsches Widerstandselement 6, das beispielsweise durch Hartlöten, zwischen zwei Leiterteilen 4 und 5 befestigt ist

Der Leiterteil 5 ist an der Wand 2 befestigt, während auf dem Leiterteil 4 einer kapazitiv wirksamer Leiterteil

3 befestigt ist, die mit der ihr gegenüberliegenden Wand 1 eine Kapazität bildet. Es ist anzumerken, daß die Leiterteile 3 und 4 auch nur einen einzigen Teil bilden können.

Die auf diese Weise zwischen den Wänden 1 und 2 gebildete elektrische Schaltungsanordnung enthält die durch die Wand 1 und den Leiterteil 3 begrenzte Kapazität Q, die mit dem das Widerstandselement bildenden Widerstand R in Reihe liegt. Es ist außerdem anzumerken, daß eine Kapazität C₂, deren Elektroden die einander gegenüberliegenden Teile der Leiterteile 3, <>"

4 einerseits und dem Leiterteil 5, sowie der Wand 2 andererseits sind, parallel zu dem Widerstand R liegt.

Damit das zwischen den Wänden 1 und 2 vorhandene elektrische Feld ausreichend gedämpft wird, ist es erforderlich, daß der in dem Widerstandselement 6 <\s fließende Strom ausreichend stark ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß gegenüber dem Widerstand R einerseits die Impedanz der Kapazität Q klein genug und andererseits die Impedanz der Kapazität Ci groß genug ist.

Der Wert der Kapazität Ci wird durch die Abmessungen des Leiterteils 3 und durch den Abstand zwischen diesem Leiterteil 3 und der Wand 1 festgelegt..

Um zu vermeiden, daß die Kapazität Ci eine gegenüber dem Widerstand R zu kleine Impedanz aufweist und seine Absorptionswirkung reduziert, wird das Widerstandselement 6 aus einem Material hergestellt, welches keinen zu großen spezifischen Widerstand aufweist Das kann beispielsweise ein poröses Dielektrikum sein, welches mit leitenden oder halbleitenden, z. B. durch Dotierung halbleitenden Stoffen durchsetzt ist.

Eine dichte Isolierhülle 7 ist an den Leiterteilen 4 und 5, beispielsweise durch Hartlöten oder Löten, derart befestigt, daß das Widerstandselement 6 von der Umhüllung, in der es angeordnet ist, körperlich vollkommen isoliert ist

Das Widerstandselement 6 erhitzt sich nämlich unter der Einwirkung der in ihm in Wärme umgesetzten Energie sehr stark, und die meisten der Materialien, welche den zur Bildung dieses Widerstandselements geeigneten spezifischen Widerstand aufweisen, insbesondere die mit leitenden Stoffen durchsetzte Dielektrika, scheiden verhältnismäßig große Mengen Gas aus, wenn sie erwärmt werden. Es ist selbstverständlich unerwünscht, daß sich diese Gase in die Hochfrequenzelektronenröhre ausbreiten, die damit ausgerüstet ist. Die Isolierhülle 7 verhindert diese Erscheinung, indem sie diese Gase auf die Umgebung des Widerstandselements 6 beschränkt

Es kann angemerkt werden, daß das Widerstandselement 6, wenn es aus einem mit einem halbleitenden Stoff durchsetzten porösen Dielektrikum hergestellt ist, während seiner Erwärmung kein Gas freisetzt, und somit die Isolierhülle 7 nicht erforderlich ist. Bei dieser Ausführung des Widerstandselements 6 ergibt sich jedoch ein anderer Nachteil. Da sich der spezifische Widerstand eines halbleitenden Stoffes mit der Temperatur ändert, hängt nämlich die Absorption der Höchstfrequenzstörwellen von dieser Temperatur ab. Die Dämpfungseinrichtung, wie sie anhand von F i g. 1 beschrieben worden ist, weist außer dem Hauptvorteil, in einem großen Frequenzband wirksam zu sein, da sie nicht in Resonanz geraten, und technisch einfach herstellbar zu sein, eine Anzahl weiterer Vorteile auf.

Die Abführung der in dem Widerstandselement 6 gebildeten Wärme erfolgt aufgrund des metallischen Leiterteils 5, welcher zwischen dem Widerstandselement 6 und der leitenden Wand 2 eine gute Wärmeverbindung herstellt, zweckmäßig zu der leitenden Wand 2.

Die durch den Leiterteil 3 gegenüber der leitenden Wand 1 hergestellte kapazitive elektrische Verbindung weist mehrere Vorteile auf.

Während sie eine elektrische Verbindung für die Hochfrequenzströme darstellt, bildet sie nämlich gleichzeitig eine gute elektrische Isolierung*für die Gleichströme, was von Vorteil ist, wenn die beiden leitenden Wände 1 und 2 auf unterschiedlichen Gleichstrompotentialen liegen. Außerdem verhindert das Nichtvorhandensein einer mechanischen Verbindung die Ausbildung von mechanischen Spannungen, die durch Verformungen der Dämpfungseinrichtung oder der mit ihr ausgerüsteten Wände hervorgerufen wurden und zur Gefahr von Rißbildungen in dem Widerstandselement 6 führen würden.

In einem Ausführungsbeispiel, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, könnte man, damit die Wirkung des energieverbrauchenden Widerstands R, wie bereits erwähnt, gegenüber der der Kapazitäten Q (in Reihe mit dem Widerstand R) und Ci (parallel zu dem Widerstand R) überwiegt, bei leitenden Wänden 1 und 2 mit einem Abstand von 25 mm folgende Werte wählen.

Wenn man das Widerstandselement 6 so wählt, daß der Widerstand R, den es darstellt, 300 Ohm beträgt, und wenn man annimmt, daß die Störwellen mit einer Frequenz von etwa 3000 MHz gedämpft werden sollen, wird ein dünner Leiterteil 3 hergestellt und so dimensioniert, daß er sich in einem Abstand von 5 mm von der leitenden Wand 1 befindet. Die Dämpfungseinrichtung kann dann eine Gleichspannung von mehreren 10 Kilovolt zwischen den Wänden 1 und 2 halten. Da der Leiterteil 3 ungefähr 20 mm von der leitenden Wand 2 entfernt ist, gilt Ci = 4C₂. Zur Verwirklichung der vorgenannten Impedanzbedingungen kann man dann

C,

150U

wählen, d.h.:

Ci = 0,35
C₂ = 0,09

10-¹² Farad und
10-'²Farad.

Die Fläche des Leiterteils 3 beträgt dann 2 cm². Das Widerstandselement 6 kann eine Länge von 15 mm, einen Durchmesser von 8 mm und einen spezifischen Widerstand von lOOflcm haben. Die so ausgebildete Dämpfungseinrichtung absorbiert dann die Störwellen wie ein Widerstand von 450 Ω, der direkt zwischen die leitenden Wände 1 und 2 geschaltet ist.

F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung von F i g. 1, die, außer den bereits beschriebenen und mit den gleichen Bezugszahlen versehenen Teilen, eine federnde und elektrisch leitende Verbindung 8 aufweist, die zwischen einem äußeren Ende des Widerstandselements 6 und einem der Leiterteile 4 oder 5 (hier ist es der Teil 4) angeordnet ist und erlaubt mechanische Spannungen zu vermeiden, die aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen des Widerstandselements 6 und der Isolierhülle 7 hervorgerufen würden. Diese abgewandelte Ausführungsform enthält außerdem ein Pumpröhrchen 9, über welches die dichte Umhüllung, in der sich das Widerstaiidselement 6 befindet, ausgepumpt oder gegebenenfalls mit einem Gas gefüllt werden kann, welches die Bildung einer Entladung verhindert. In Fig.2 sind weder der Leiterteil 3 noch die leitenden Wände 1 und 2 dargestellt, zwischen denen die Dämpfungseinrichtung angebracht ist.

Wie bereits erwähnt, können die hier beschriebenen Dämpfungseinrichtungen an jeder Stelle von Hochfrequenzelektronenröhren angeordnet werden, wo ein starkes elektrisches Feld zwischen zwei leitenden Wänden vorhanden ist, welches zu Hochfrequenzstörwellen gehört, die unterdrückt werden sollen. Die F i g. 3 und 4 zeigen das schematisch am Beispiel eines

is Magnetrons bzw. einer Tetrode.

F i g. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Magnetron, dessen Anode beispielsweise Flügel 11 hat, die in üblicher bekannter Weise um eine zylindrische Katode 12 herum angeordnet sind.

Widerstandselemente zur Störwellendämpfung können, wie dargestellt, entweder an der Stelle 13 oder an den Stellen 14 und 15 angeordnet sein.

Das Widerstandselement 13 ist an der leitenden Wand 16 befestigt, die den Boden des Magnetrons

2s bildet, wobei der kapazitiv wirksame Leiterteil 3 dem entsprechenden äußeren Ende der Katode 12 gegenüberliegt.

Die Widerstandselemente 14 und 15 sind mit dem Außenleiter der Katodenverbindung derart verbunden, daß ihre kapazitiv wirksamen Leiterteile 3 dem Innenleiter 18 dieser Verbindung gegenüberliegen. Es können hier eine, zwei oder mehr als zwei Widerstandselemente vorgesehen werden.
In Fig.4 sind im Längsschnitt die beiden letzter Elektroden einer Tetrode dargestellt, nämlich ihre Anode 20 und ihr Schirmgitter 21. Die Widerstandselemente zur Störwellendämpfung sind, wie beispielsweise an den Stellen 22 und 23 dargestellt, zwischen derr Scheitel 24 der Anode 20 und dem Scheitel 25 de; Schirmgitters 21 angeordnet. Es können ein odci mehrere solche Widerstandselemcnte vorgesehen wer den, wobei man sie beispielsweise dem Scheitel 24 dci Anode 20 befestigt und ihre kapazitiv wirksamer Leiterteile 3 dem Scheitel 25 des Schirmgitters 21 gegenüberliegen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzeiektronenröhre mit einem Widerstandselement zur Dämpfung von sehr kurzen Störwellen, die zwischen zwei leitenden Wänden einer Hochfrequenzelektronenröhre entstehen, d a durch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (6) zwischen zwei Leiterteilen (3,4,5) montiert ist, wobei einer (5) dieser beiden Leiterteile ι ο an einer (2) der beiden leitenden Wände befestigt ist, während der andere Leiterteil (3,4) der anderen (1) der beiden Wände gegenüberliegt, mit der er eine Kapazität bildet, und das Widerstandselement (6) zwischen zwei leitenden Wänden der Hochfrequenzelektronenröhire angeordnet ist, wo keine Nutzwellen der Hoehfrequenzelektronenröhrfc auftreten.

2. Hochfrequenzelektronenröhre nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dichte Isolierhülle (7), welche zwischen den beiden Leiterteilen (3, 4,5) befestigt ist, das Widerstandselement (6) umgibt.

3. Hochfrequenzelektronenröhre nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpröhrchen (9) in der dichten, aus Isolierhülle (7) und den beiden Leiterteilen (3, 4, 5) bestehenden Umhüllung des Widerstandselernents (6) vorgesehen ist.

4. Hochfrequenzelektronenröhre nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Umhüllung (4,5,7) ausgepumpt ist.

5. Hochfrequenzeiektronenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Umhüllung (4,5,7) ein Gas enthält, welches die Bildung von elektrischen Entladungen verhindert.

6. Hochfrequenzeleketronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der äußeren Enden des Wicierstandselements (6) an einem (4) der Leiterteile mittels einer federnden und elektrisch leitenden Verbindung (8) befestigt ist.

7. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest ein Widerstandselement (13) zur Dämpfung kurzer Störwellen aufweist, das zwischen der den Boden des Magnetrons bildenden Wand (16) und dem äußeren Ende der ihr gegenüberliegenden Katode (12) angeordnet ist.

8. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest ein Widerstandselement (14, 15) zur Dämpfung von kurzen Störwellen aufweist, das in der Kathodenverbindung zwischen dem Außenleiter (17) und dem Innenleiter (18) dieser Verbindung angeordnet ist.

9. Tetrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Widerstandselement (22, 23) zur Dämpfung von kurzen Störwellen aufweist, das zwischen der Spitze (24) der Anode (20) und der Spitze (25) des Schirmgitters (21) deir Tetrode angeordnet ist.

ho