DE2647727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gittergesteuerte Elektronenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Her­ stellung.

Eine gittergesteuerte Elektronenröhre der genannten Art ist aus der US-PS 28 17 031 bekannt. Bei dieser bekannten Röhre sind die Kathoden an allen Kathoden gemeinsamen Stützteilen befestigt, ebenso wie die Gitter an einem gemeinsamen Tragteil befestigt sind. Damit ergibt sich eine sehr aufwendige Montage, weil die einzelnen Kathoden und Gitter nacheinander von Hand an die betreffenden Tragteile montiert werden müssen, und ein Ausfall in einem der Kathoden-Gitter-Systeme kann dazu führen, daß die ganze Einheit Ausschuß wird. Ähnliche Röhrenkonstruktionen sind beschrieben in "Proceedings of the IEE Band 105, Nov. 1958, Seiten 550 bis 558 (Paper No. 2752 R), sowie in der US-PS 21 86 127.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gittergesteuerte Elektronenröhre der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, die einfacher zu mon­ tieren ist, wobei insbesondere mehrere Personen gleichzeitig arbeiten können sollen, und bei der auch leicht eine Reparatur möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale ge­ löst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben, wobei einzelne dieser Ausgestaltungen bei ähnlichen wie den eingangs genannten Röhren bekannt sind.

Ein Verfahren zum Herstellen einer gittergesteuerten Elektronenröhre nach der Erfindung ist im Anspruch 13 angegeben.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Elektronenröhre besteht darin, daß eine Konstruktion aus Modulen oder Baueinheiten verwendet wird, bei der eine Kathode und ein zugehöriges Steuergitter auf ein zugehöriges Stützteil montiert sind, so daß eine mechanische Kathoden-Gitter- Baueinheit erhalten wird. Diese Baueinheiten können in hoher Präzision und billig nach Massenherstellungsverfahren gefertigt werden. Eine Anzahl solcher Baueinheiten wird dann zu einer Kathoden-Gitter-Gesamtheit zusammenmontiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine bekannte Tetroden­ struktur mit einzeln montierten Kathoden­ elementen;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Röhre nach Fig. 1 entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Triode nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine Ansicht der Röhre nach Fig. 3 ent­ sprechend der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine Triode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine Tetrode nach einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung; und

Fig. 8 eine Darstellung von Elektronenlaufwegen in der Tetrode nach Fig. 7.

Fig. 1 und 2 zeigen eine gitter­ gesteuerte Elektronenröhre bekannter Art, die für Hoch­ leistungsbetrieb bei VHF-Frequenzen ausgelegt ist. Eine zylindrische Anordnung von Glühkathoden 10, in der Form von flachen Banddrähten, ist in Nuten 11 eines allge­ mein zylindrischen kupfernen Stützteils 12 angeordnet. Die Drähte 10 werden an ihren freien Enden mit Spann­ federn 13 abgestützt. Ein Steuergitter aus feinen Drähten 14 ist um den Stützteil 12 gewickelt, wobei es die offenen Enden der Nuten überbrückt und einen Abstand von den Kathoden 10 enthält. Im Abstand vom Steuergitter 14 befinden sich massive Schirmgitterstäbe 15, die gegenüber den zwischen den Nuten 11 ausgebildeten Stegen 16 des Stützteils 12 angeordnet sind. Eine umgebende Anode 17 sammelt die Elektronenströme 18, die von der Kathode 10 gezogen werden.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Teilschnitte einer Elektronenröhre nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die dargestellte Triode ist als Schalter für Gleichspannung, Gleichstrom hoher Stärke oder als Hochleistungs- HF-Verstärker geeignet ist.

Bei der Triode nach Fig. 3, 4 und 5 sind eine Vielzahl von Kathoden-Gitter-Baueinheiten 20 montiert, bei­ speilsweise dadurch, daß sie auf einen gemeinsamen Träger 21 befestigt sind, beispielsweise einen zylindrischen Kupfer­ pfosten, der wassergekühlt sein kann. Elektronen aus der Reihe von Baueinheiten 20 werden zu einer gemeinsamen Anode 22 gezogen, die beispielsweise eine Kupferschale ist, die einen Teil des Vakuumkolbens der Röhre bildet. Alternativ können die Röhrenelektroden invertiert sein, wobei sich die Anode innerhalb einer allgemein zylindrischen Kathoden-Gitter-Anordnung von Baueinheiten befindet, oder in einigen Fällen kann eine planare Anordnung verwendet werden.

Die Baueinheit 20 besteht aus einem massiven Stützteil 23, auf das ein feindrahtiges Gitter 24 montiert ist, das die allgemeine Form eines länglichen Zylinders mit ovalem Querschnitt hat. Das Gitter 24 ist eine gewickelte Wendel aus feinem Draht, beispielsweise Wolfram. Der Rückteil 25 jeder Windung ist am Stützteil 23 befestigt, beispiels­ weise durch Löten. Der vordere Teil 26 des Gitters, der zur Anode 22 weist, hat einen halbkreisförmigen Querschnitt. Konzentrisch damit ist die Kathode 27, bei der es sich um einen länglichen, geraden Kreiszylinder handelt, beispielsweise aus thoriertem Wofram. Aufgrund des engeren Abstandes wird der größte Teil der Emission von der vorderen Hälfte der Kathode 27 gezogen. Der Emissionsstrom wird damit leicht zur Anode gezogen.

Die Kathode 27 wird an über das Gitter 24 vorstehenden Enden mit Haltern 28 in Form von flachen Metallbändern abgestützt, beispiels­ weise aus Molybdän, die isoliert mit Stiften 29 auf das Stützteil 23 montiert sind. Die Halter 28 führen den Drahtheizstrom und sind über die Stifte 29 an gemeinsame, koaxiale Heizstromleitungen 30 und 31 angeschlossen. Der gemeinsame Träger 21 ist in gleicher Weise auf eine koaxiale Zuleitung 32 montiert. Die Zuleitungen 30, 31 und 32 und die Anode 22 sind in konventionelle, koaxiale dielektrische Dichtungen (nicht dargestellt) montiert, um das Vakuumgefäß zu vervollständigen und die Elektroden in isolierter Beziehung im Abstand voneinander abzustützen. Die Koaxialleitungen und der Träger 21 können durch nicht dargestellte Kanäle für zirkulierendes Wasser gekühlt werden.

Bei der Herstellung der Röhre nach Fig. 3, 4 und 5 können die Kathoden-Gitter-Baueinheiten 20 in Serie hergestellt werden. Es handelt sich um identische Teile, die zur Massenpro­ duktion geeignet sind, und die gleichen Baueinheiten können, in unterschiedlicher Anzahl, dazu verwendet werden, eine Vielzahl Röhren unterschiedlicher Leistung aufzubauen. Jede Baueinheit 20 wird als Einheit montiert und kann einzeln getestet werden, ehe sie in eine Röhre eingebaut wird. Bei der Endmontage können die Stützteile 23 an den Träger 21 gelötet werden, oder sie können einzeln mit Bolzen 33 befestigt werden, um Reparaturen zu erleich­ tern.

Die Kathoden-Gitter-Baueinheit kann natürlich in anderen Arten von Elektronenentladungsgeräten verwendet werden, beispiels­ weise in mit Elektronenstrahl erregten Gaslasern usw.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anode 22′ weist eine Reihe zylindrischer Hohlkehlen 40 auf, die teilweise die Gitter 24 umgeben. Der effektive Gitter-Anoden-Abstand ist im wesentlichen gleich­ förmig, so daß die Stromdichte und auch die Leistungs­ verteilungsdichte auf der Anode 22′ gleichförmiger werden. Der gleichförmige Abstand ergibt auch gleiche Elektronenlaufzeiten zwischen Gitter und Anode, so daß der Betrieb bei sehr hohen Frequenzen verbessert wird.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Tetrode. Das Schirmgitter ist eine Anordnung aus zylindrischen Stäben 50 parallel zu den Kathoden 27. Die Stäbe 50 sind seitlich von dem kürzesten Abstand 51 zwischen den Kathoden 27 und der Anode 22 angeordnet, um das Abfragen des Emissions­ stroms zu reduzieren. Jede Baueinheit 20′ weist noch einen Strahlfokussierstab 52 im Abstand auf jeder Seite des Gitters 24 auf. Die Stäbe 52 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Stück mit den Stützteilen 23′. Die Stäbe können alternativ getrennte Elektroden sein, die auf Kathodenpotential betrieben werden können.

Fig. 8 zeigt die Wirkung der Fokussierstäbe 52. Die Zeich­ nung ist eine zweidimensionale graphische Darstellung von computer-berechneten Elektronenlaufbahnen 60 in einem Schnitt durch eine Tetrode ähnlich der nach Fig. 7. Die Laufbahnen 60 gehen radial vom Gitter 24′ aus. Die diver­ gierenden Laufbahnen 60 werden von der Anode und den Schirmfeldern refokussiert, die zwischen die Stäbe 52′′ durchgreifen, um einen Strahl zu bilden, der zwischen den Schirmgitterstäben 50 zur Anode 22′′ hindurchtritt. Bei dieser exzellenten Fokussierung können die Schirmgitterstäbe 50 große Durchmesser haben, was für Hochspannungsbetrieb vor­ teilhaft ist, weil die elektrische Feldstärke an der Ober­ fläche der Stäbe 50 reduziert wird, so daß die Gefahr von Hochvakuumbogen reduziert wird.

Neben den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind andere Ausführungsformen möglich. Mehrere Kathoden-Gitter-Systeme können auf jedes Stützteil montiert werden. Andere geometrische Anord­ nungen der Anordnungen von Baueinheiten, bei­ spielsweise planar, sektoral oder auf der Innenseite eines Zylinders können verwendet werden. Die Kathode kann andere Formen haben als ein gerader Kreiszylinder, beispielsweise ein Halbzylinder, usw.

Claims (13)

1. Gittergesteuerte Elektronenröhre mit einer Elektrodenan­ ordnung aus einer zylindrischen Anode und einer Vielzahl von der zylindrischen Anode derart gegenüberstehenden, in Richtung der Zylinderachse länglichen Kathoden-Gitter- Systemen, daß die länglichen Kathoden zueinander parallel sind und in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, und daß sich bei jedem der länglichen Kathoden-Gitter-Systeme jeweils mindestens ein Teil des Gitters zwischen der länglichen Kathode und der zylindrischen Anode befindet, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kathoden-Gitter-System (20) einen länglichen Stütz­ teil (23) enthält, an dem eine zylindrische Kathode (27) mit der Zylinderachse in Längsrichtung des Stützteils (23) und ein Gitter (24) befestigt sind, und zwar derart, daß die eine dieser zwei Elektroden (24, 27) elektrisch leitend mit dem Stützteil (23) verbunden und die andere gegen das Stützteil (23) elektrisch isoliert ist, und daß diese me­ chanischen Kathoden-Gitter-Baueinheiten (20) der zylindri­ schen Anode (22) gegenüber mit ihren Längsachsen in Richtung der Achse der zylindrischen Anode (22) auf einem Träger (21) auswechselbar befestigt sind.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an dem länglichen Stützteil (23) befestigte Halter (28) die zylindrische Kathode (27) in der Nähe ihrer beiden Enden halten.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Halter (28) so ausgebildet sind, daß sie Strom zum Heizen der Kathode (27) führen und daß wenigstens einer der zwei Halter (28) in Richtung der Achse der zylindrischen Kathode (27) verformbar ist.

4. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der zwei Halter (28) aus einer Feder besteht, mit der die Kathode (27) unter mechanischer Spannung gehalten wird.

5. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gitter (24) aus einer Reihe von Drähten besteht.

6. Elektronenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Drähte des Gitters (24) gleichförmigen Abstand von wenigstens einem Teil der Oberfläche der Kathode (27) hat.

7. Elektronenröhre nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte des Gitters (24) einen konstanten Abstand von der Zylinderachse der Kathode (27) aufweisen und daß jeder der Gitterdrähte an dem länglichen Stützteil (23) befestigt ist.

8. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gitterdrähte die zylindrische Kathode (27) einschließen und mit dem länglichen Stützteil (23) an Punkten verbunden sind, die von der anodennahen Seite der Kathode (27) abgewandt sind.

9. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Oberfläche der Katho­ de (27) die Oberfläche eines geraden Kreiszylinders ist.

10. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Gitterdrähte auf einem geraden Kreiszylinder koaxial zur Kathode (27) liegt.

11. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Fokussierstäbe (52) parallel zur Achse des Gitters (24) und in seitlichem Abstand vom Gitter (24) zu den beiden Seiten des direkten Weges von der Kathode (27) zur Anode (22) vorgesehen und so auf dem länglichen Stützteil (23) befestigt sind, daß sie auf einem Potential nahe dem der Kathode (27) oder des Gitters (23) betrieben werden können.

12. Elekronenröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schirmgitterstäbe (50) parallel zu der Achse der Kathode (27) im Abstand zwischen den Fokussierstäben (52) und der Anode (22) vorgesehen sind.

13. Verfahren zum Herstellen einer gittergesteuerten Elektronen­ röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Gitter (24) und dann eine Kathode (27) von dem Gitter (24) isoliert auf einem länglichen Stützteil (23) befestigt werden, daß eine Vielzahl dieser mechanischen Kathoden-Gitter- Baueinheiten (20) auswechselbar auf einem Träger (21) mechanisch vereinigt und die Elektroden (24, 27) elektrisch entsprechend verbunden werden, und daß mit dieser Kathoden-Gitter-Gesamtheit und den übrigen Elektroden die gesamte Elektrodenanordnung aufge­ baut wird.