DE2535724A1 - Elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

• " E 1 e k t r o fl e n s t r a h 1 r ö h r e Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit einer Kathode mit rotationssymmetrischer Oberfläche und einen in dichtem Abstand vor dieser angeordneten Schattengitter, Zur Steuerung von Hochleistungs-Mirkowellenröhren, wie Wanderfeldröhren oderklystrons ist es bekannt, ein Steuergitter zu verwenden, das nahe der emittierenden Kathodenoberfläche angebracht ist.Zur Erzielung einer hinreichenden mechanischen Stabilität des Gitters müssen die Gitterstege bestimmte Abmaße aufweisen, wodurch sich ein Gitterbedeckungsfaktor bezogen auf die Kathodenoberfläche ergibt. Entsprechend diesem Bedeckungsfaktor läßt es sich nun nicht vermeiden, daß das Gitter einen Teil des von der Kathode emittierten Gesamtstromes aufnimmt.
• Durch die Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen entsteht bekanntermaßen eine Verlustleistung in Form von Wärme, Bei gegebenem Wärmeableitungsvermögen des Gitters ist die Grenze der thermischen Belastbarkeit des Gitter daher begrenzt.
• Um die Stromübernahme eines solchen Steuergitters zu reduzieren, ist es nun möglich, zwischen dem Steuergitter und der Kathodenoberfläche ein sogenanntes Schattengitter anzuordnen, das im wesentlichen deckungsgleich mit dem Steuergitter ausgeführt ist und auf Kathodenpotenial liegt. Dieses auf Kathodenpotential liegende Schattengitter schirmt gewissermaßen das Steuergitter gegen die anko enden Elektronen zumindest teilweise ab, wodurch die thermische Belastung des Steuergitters wesentlich verringert wird.
• Durch den Einbau eines solchen Gitters zwischen der Kathode und dem Steuergitter werden die Xquipotentiallinien deseLektrischen Feldverlaufs im Bereich vor der EathiEnoberfläche verzerrt, was eine ungleichmäßige Stromverteilung bzw. Elektronenaustrittsverteilung xon der emittierenden Kathodenoberfläche zur Folge hat.
• Im Endeffekt bedeutet dies, daß die effektive Emissionsfläche der Kathode verringert wird, so daß bei konstant gehaltenem Strom aus der effektiv verbleibenden nutzbaren Emissionsfläche ein erhöhter Strom bezogen wird. Dies kann nur durch erhöhte Betriebstemperatur erreicht werden. Dies führt aber zu unerwünscht höheren Abdampfraten.
• Es ist nun möglich, diese Verzerrungen der Äquipotentiallinien dadurch zu verringern, daß man die Kathodenoberfläche nicht als gleichmäßig ebene oder gleichmäßig gekrümmte Fläche ausbildet, sondern, daß man auf der Kathodenoberfläche Erhebungen vorsieht, deren Form und Verlauf in etwa dem Verlauf der Gitterstege des Schattengitters entsprechen. Xit anderen Worten bedeutet dies, rlaßwenn man die Kathode durch das Schattengitter hindurch betrachtext1 jeweils den Gitteröffnungen gegenüberliegende Vertiefungen in der Kathodenoberfläche vorhanden sind und die Erhöhungen der Kathodenoberfläche-durch die Stege des Schattengitters abgedeckt werden. Insgesam kann man mit einer solchen zusammenpassenden Anordnung von Schattengitter und Kathode eine gleichmäßigere Stromverteilung der Kathode erzielen. Bezüglich der Herstellung einer solchen mit Erhöhungen und Vertiefungen versehenen Kathodenoberfläche treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf 1 zumal, wenn man bedenkt1 daß zur Erzielung eines gut gebündelten Eloktrononstrahles die Kathodenoberflächen im allgemeinen eine konkav gewölbte Emissionsfläche ist.
• Der. vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine neuartige Anordnung einer Kathode mit Schattengitter anzugeben, die einen günstigen Kompromiß zwischen erleichteter Herstellung und verbesserter Strombelastung der Kathodenoberfläche darstellt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kathodenoberfläche konzentrisch zueinander und kreisringförmig angeordnete Erhebungen aufweist, daß das Schattengitter aus kreisringförmig und konzentrisch zueinander angeordneten Gitterstegen besteht, die durch eine Mindestanzahl von radial verlaufenden Halterungsstegen miteinander verbunden sind und daß das Schattengitter bezüglich derNsthodenooerfläche derart ausgebildet und anogeordnet ist, jaß jeder kreisringförmigen Erhebung der Kathodenoberfläche in deckungsgleicher Ausrichtung dazu ein dicht davorliegender kreisringförmiger Gittersteg des Schattengitters zugeordnet ist.
• Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäß beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die gewünschte Kathodenoberfläche sehr leicht herstellbar ist, da die Erhebungen in Form von konzentrischen Kreisringen ausgebildet sind und in Folge dessen auf einer Maschine nach Art einer Drehbank oder dergleichen herstellbar sind.
• Dabei wird die Herstellung dadurch, daß die Emissionsfläche insgesamt kugelschalenförmig oder ellipsenschalenförmig gewölbt ist, nicht wesentlich erschwert. Vor allem ist es möglich, die Erhebungen auf der Emissionsfläche der Kathode mit hoher Genauigkeit anzubringen, so daß eine sehr gute Deckungsgleichheit mit dem davorliegenden Schattengitter erzielt werden kann, wodurch das elektrische Feld im Bereich der Kathodenoberfläche sehr gleichmäßig gestaltet werden kann. Ebenso ist das Schattengitter, das im wesentlichen aus konzentrisch zueinander angeordneten kreisringförmigen Stegen besteht, einfach genau herzustellen.
• Die Lage der Halterung der einzelnen kreisringförmigen Stege wird durch radial verlaufende Halterungsstege bewirkt, deren Anzahl auf die zur Erzielung erforderliche Stabilität notwendigen Anzahl beschränkt wird.
• Zweifellos werden im Bereich dieser Halterungsstege nocht gewisse Verzerrungen der Äquipotentiallinien im Bereich von der Kathodenoberfläche auftreten. Dieæ sind jedoch in Anbetracht der geringen Anzahl von Halterungsstegen gering und werden soweit es ihre Auswirkung von der Gleichmäßigkeit der Elektronenemission betrifft, durch die erzielbare hohe Genauigkeit der Formgebung der Anordnung weitgehend ausgeglichen.
• Anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
• Die Fig. 1 zeit schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kathodenanordnung, die rotationssymmetisch zu der Röhrenlängsachse 9 ausgebildet ist. Die Kathode ist mit 1 und die emittierende Kathodenoberfläche mit 2 bezeichnet. Die konzentrischen Erhebungen sind mit 3 bezeichnet. Sie stellen kreisringförmige Erhebungen kozentrisch zu der Achse dar. Die Kathodenoberfläche 2 ist insgesamt konkav gewölbt. In dichtem Abstand vor der Kathodenoberfläche 2 ist das Schattengitter 4 angeordnet, dessen Stege 6 aus Kreisringen bestehen, die durch in Fig. 1 nicht dargestellte Halterungsstege 8 gehaltert sind. Die konzentrisch zueinander verlaufenden Gitterstege 6 des Schattengitters 4 sind bezüglich der Kathodenoberfläche 2 so angeordnet, daß sie sich jeweils vor den Vertiefungen 3 befinden, Deckungsgleich mit dem Schattengitter 4 befindet sich in Elektronenstrahlrichtung hinter dem Gittersteg 4 das eigentliche Steuergitter 5, dessen Stege 7 durch die davorliegenden Stege 6 gegen des Schattengitters/ankommenende Elektronen abgeschattet sind.
• Die Fig, 2 zeigt eine Aufsicht auf die Kathodenoberfläche 2 der Kathode 1 in schematischer Darstellung, wobei die kreisringförmigen Erhebungen mit 3 dargestellt sind. Die Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das Schattengitter 4 mit seinen konzentrisch zueinander angeordneten kreisringförmigen Stegen 6, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Halterungsstege 8 in ihrer Lage gehaltert sind. Das eigentliche Steuergitter 5 ist deckungsgleich zu diesem Schattengitter 4 ausgebildet und nicht gesondert dargestellt. Es ist aus dem Vergleich zwischen Fig, 2 und Fig. 3 zu ersehen, daß die Kathodenoberfläche 2 keine den Halterungsstegen 8 entsprechende Erhebungen aufweist, wodurch die Herstellung dieser Kathodenoberfläche wesentlich erleichtert wird.
• Die gewellte Kathodenoberfläche wird zweckmäßig gleichmäßig emissionsfähig ausgebildet. Ggf. kann es aber auch zweckmäßig sein, die Emissionsfähigkeit der Kathodenoberfläche an den Kuppen der Erhöhungen zu vermeiden oder zu verringern, was z. B. dadurch geschehen kann, daß man diese Oberflächenbereiche durch entsprechende Behandlung nicht emittierend macht oder durch nichtemittierendes Material abdeckt.

Claims (11)

1. P a t e n t a n X p r ü c h e

   ö Elektronenstrahlröhre mit einer Kathode mit rotationssymmetrischer Oberfläche und einen dichtem Abstand vor dieser angeordneten Schattengitter, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfläche konzentrisch zueinander und kreisringförmig angeordnete Erhebungen aufweist, daß das Schattengitter aus kreisringförmig und konzentrisch zueinander angeordneten Gitterstegen besteht, die durch eine Mindestanzahl von radial verlaufenden Halterungsstegen miteinander verbunden sind und daß das Schattengitter bezüglich der Kathodenoberfläche derart ausgebildet und angeordnet ist, daß jeder kreisringförmigen Erhebung der Kathodenoberfläche in deckungsleicher Ausrichtung dazu ein dicht davorliegender kreisringförmiger Gittersteg des Schattengitters zugeordnet ist.
2. 2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, durch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfläche konkav gewölbt ausgebildet ist.
3. 3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schattengitter entsprechend der konkaven Kathodenoberfläche gewölbt ausgebildet ist.
4. 4. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet1 daß zumindest die ringförmigen Vertiefungen zwischen den einzelnen Erhebungen der Kathode elektronenemittierend ausgebildet sind.
5. 5. Elektronenstrahlröhre nach einem der ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung betrachtet, auf das Schattengitter folgend wenigstens eine gitterförmige Elektrode vorgesehen ist, die im wesentichen deckungsgleich mit dem Schattengitter ausgebildet und angeordnet ist.
6. 6. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Hochleistungsmikro wellenröhre, insbesondere Wanderfeldröhre oder Klystron.
7. 7. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 8 radial verlaufende Halterungsstege des Schattengitters vorgesehen sind.
8. 8. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfläche infolge der ringförmigen Erhebungen wellenförmig ausgebildet ist.
9. 9. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Kathodenoberfläche elektronenemittierend ausgebildet ist.
10. 10. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppenbereiche der Erhebungen nichtemittierend oder verringert emittierend ausgebildet sind.
11. 11. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Emission der Kuppenbereiche einer gleichmäßig emissionsfähigen Kathodenoberfläche durch durch die Emissionsfähigkeit verringernde Behandlung oder Bedeckung mit Fremdmaterial erzielt ist.