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Elektronenröhre mit einem hohlzylindrischen Keramikabschni tt Die
Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einem hohlzylindrischen Keramikabschnitt
in Verbindung mit Elektroden, an den entgegengesetzten Enden des Keramikabschnittes,
wobei an den Elektroden eine hohe Gleichspannung anlegbar ist0 Als typisches Beispiel
für eine Elektronenröhre mit einem hohlen zylindrischen Keramikteil ist z.B. eine
Wanderwellenröhre bekannt.
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In einer solchen Röhre stehen eine Kathode und eine koaxial zur Kathode
angeordnete Bündelungselektrode mit scheibenförmigen Metallelektroden in Verbindung0
Auch eine Beschleunigerelektrode ist mit einer scheibenförmigen Ketallelektrode
in Kontakt und es ist allgemein üblich, diese Metallelektroden an hohlzylindrische
Keramikabschnitte anzuschweißen bzw. anzulöten, die zwischen den Elektroden angeordnet
sind.
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Bei einer solchen Konstruktion wird zur Erzeugung eines von der Kathode
ausgehenden Elektronenstrahles hoher Geschwindigkeit eine Hochspannung von einigen
Kilo-Volts an die mit einer Beschleunigerelektrode versehene Metallelektrode gelegt.
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Unter dieser Bedingung sind an der inneren Fläche des Keramikteiles,
welches den freien hoch evakuierten Raum der Röhre bestimmt, starke elektrische
Felder vorhanden, die parallel zur Achse der Elektronenröhre gerichtet sind. Es
wurde beobachtet,
daß häufig Bogenentladungen auf Grund starker
Luminiszenz entlang der inneren Fläche des Keramikteiles auftreten.
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Das Auf treten von Bogenentladungen ist nicht günstig, weil dann das
Vakuum innerhalb der Röhre merklich herabgesetzt wird, was sich nachteilig auf die
Arbeitsweise und die Lebenszeit der Röhre auswirkt und weil auch Fehler auftreten,
die dazu führen, daß die Stromversorgung überlastet und beschädigt wird.
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Es ist eine Methode zur Verhinderung der inneren Entladung in Elektronenröhren
allgemein bekannt, bei der während der Herstellung einer Elektronenröhre die angelegte
Spannung weit höher als die Betriebsspannung für einen normalen Betrieb gewählt
ist, um dadurch gezielte Entladungen zu erzeugen und auf Grund dieser Entladungsenergie
verschiedene Defekte zu beseitigen, die zu Entladungen während des Betriebes führen.
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Auch wenn eine solche Herstellungsmethode angewendet wird, kann das
Auftreten der vorgenannten bogenentladungen nicht vollständig verhindert werden.
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Als ergebnis umfangreicher Untersuchungen über die entstehung von
Bogenentladungen wurde erfinderseits folgendes festgestellt.
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Die mit feinen Löchern und Vorsprungen versehene innere Fläche des
Keramikteiles ist rauh und adsorbiert daher gewisse Gasmengen. Die innere Fläche
des Keramikbeiles liegt parallel zu den starken elektrischen Feldern. Elektronen
werden von der auf negativem Potential liegenden elektrode abgestrahlt und entlang
der inneren Fläche des Keramikteiles zu der auf positivem Potential liegenden Elektrode
geschleudert. Dabei wird das adsorbierte Gas in dem Keramikteil ionisiert.
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bs ist daher Aufgabe der Erfindung eine Elektronenröhre der eingangs
genannten Art anzugeben, die einen hohlzylindrischen Keramikteil besitzt, der einem
starken elektrischen Feld ausgesetzt ist, in welchem Bogenentladungen dadurch unterdrückt
werden, daß die Ionisierung des adsorbierten Gases an der
inneren
Fläche des Keramikteiles durch von der auf negativem Potential liegenden elektrode
ausgessrahlten elektronen untermunden wird.
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zie Aufgabe der ßrfindung besteht auch darin, daß Bogenentladungen
verringert werden, indem die Ausstrahlung solcher Elektronen weitgehend vermindert
wird, die auf das adsorbierte Gas an der inneren, starken elektrischen Feldern ausgesetzten
Fläche des Keramikteiles treffen und das Gas ionisieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innere Durchmesser
des Keramikabschnittes fortschreitend zunimmt in einem Maße, daß die innere Umfangsfläche
des Keramikabschnittes von seinem einen bunde an einer auf negativem Potential liegenden
elektrode hin zu seinem anderen Ende an einer auf positivem Potential liegenden
Elektrode divergiert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß innerhalb
des Keramikabschnittes mit Abstand von diesem ein konzentrisch zum Keramikabschnitt
angeordneter schildförmiger Metallkörper angeordnet ist, der auf dem Potential der
negativen Elektrode liegt und von dem ein Abschnitt einen Abstand gleich oder kleiner
als 2/3 der axialen Länge des Keramikabschnittes von dem Kreisumfang an der auf
positiven Potential liegenden Elektrode aufweist, wobei der Kreisumfang durch die
Projektion eines inneren Kreisumfanges an der Werbindung zwischen der auf negativem
Potential liegenden elektrode und dem Keramikabschnitt parallel zur Achse des Keramikabschnittes
gebildet ist0 weitere vorteilhafte Ausführungen und weiterbildungen nach der Erfindung
können den Merkmalen der Unteransprüche entnommen werden.
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Verläuft die innere Fläche des Keramikabschnittes erfindungsgemäß
nicht parallel zum elektrischen Feld, das auf Grund der
angelegten
hohen Spannung innerhalb des Keramikabschnittes vorhanden ist, dann wird das an
der inneren Fläche adsorbierte Gas in einem wesentlich geringerem Maße einem Xlektronenbeschuß
ausgesetzt, wodurch Bogenentladungen auf Grund einer Ionisierung des adsorbierten
Gases vermieden werden.
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Befindet sich innerhalb des Keramikabschnittes ein schildförmiger
Metallkörper zur Abschwächung des elektrischen Feldes im Bereich der Verbindungsstelle
zwischen der auf negativem Potential liegenden Elektrode und dem Keramikabschnitt,
dann wird die Ausstrahlung von elektronen die für die Ionisierung des an der inneren
Fläche des Keramikabschnittes adsorbierten Gases verantwortlich sind, wesentlich
unterdrückt, so daß auch auf diese ulleise Bogenentladungen vermieden werden können0
erden beide Lösungsmöglichkeiten zur Verhinderung von Bogenentladungen innerhalb
des ionisierten Gases an der inneren Fläche eines Izramikabschnittes einer Elektronenröhre
gemeinsam verwendet, so lassen sich optimale Ergebnisse im Hinblick auf die Arbeitsweise
und die Lebensdauer der blektronenröhre erzielen.
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weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und/oder der nachfolgenden Beschreibung für Ausführungsbeispiele nach der Erfindung,
die in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Hierin zeigt: Fig.
1 einen Längs schnitt durch eine lektronenröhre mit einem hohlen zylindrischen Keramikteil
in einer bekannten Ausführung, wobei vor allem die Umgebung der Mittel zur Erzeugung
des Elektronenstrahles dargestellt sind, Fig0 2 einen Längsschnitt ähnlich dem nach
Fig. 1 zur Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,
Fig.
3 einen Längsschnitt ähnlich dem nach Fig. a zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles
nach der Erfindung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen wesentlichen eil eines
dritten susführungsbeispieles nach der brfindung, Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich
dem nach Fig0 1 zur Darstellung eines vierten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung
und Fig0 6 einen Längsschnitt durch einen wesentlichen eil eines fünften Ausführungsbeispieles
nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine bekannte Wanderwellenröhre 1 mit einer Linrichtung
2 zur Erzeugung des Elektronenstrahles. Die binrichtung 2 umfaßt hohle zylindrische
Keramikabschnitte 4, 5 und 6 mit gleichen Durchmessern und koaxialer Anordnung in
Achsrichtung der Röhre 1. Die linken und rechten stirnseiten der Keramikteile grenzen
jeweils an scheibenartige metallische elektroden 7, 8, 9 und 10, die mit den Keramikabschnitten
dicht verschweißt sind, so daß an den Verbindungsstellen ein luftdichtes Vakuum
aufrechterhalten wird.
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Die bündelnde Elektrode 13 ist an die Elektrode 8 und die Kathode
11 ist an die elektrode 9 angeschweißt oder angelötet.
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Mit 3 ist ein Teil eines Niedrigwellenkreises zur Verstärkung von
Signalen durch Zusammentreffen mit dem blektronenstrahl bezeichnet, der von dem
Elektronenstrahlerzeuger 2 ausgesendet wird. Außerdem gehören zu der Röhre 1, obwohl
nicht dargestellt, ein Kollektor zum Auffangen des Elektronenstrahles, der das Zusammentreffen
zur Signalverstärkung beendet, ein Generator zur Ausrichtung des Elektronenstrahles
und eine Sin- und Ausgangskupplung für Hochfrequenzsignale. Das Innere der Elektronenröhre
1 wurde während ihrer Herstellung über ein hMakuierungsrohr 14 in der Mitte der
elektrode 10 hoch evakuiert und zwar bis auf etwa 10 9 Torr.
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Beim Betrieb der Röhre 1 liegt zwischen den elektroden 9 und 10 eine
Heizspannung, die von der Spannungsquelle 16 herrührt. Eine Beschleunigerspannung
von einigen xilo-Volts der Spannungsquelle 15 liegt zwischen den blektroden 7 und
8 um die elektrode 7 auf positivem Potential und die elektrode 8 auf negativem Potential
zu halten. Außerdem ist die ßlektrode 9 in Verbindung mit der Kathode für die Beschleunigerspannung
an die auf negativem potential liegende elektrode 8 angeschlossen, so daß die Bündelungselektrode
13 und die Kathodenelektrode 11 auf gleichem Potential gehalten werden.
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Bei einer solchen Konstruktion sind die äußeren Flächen der hohlen
zylindrischen Keramikabschnitte 4, 5 und 6 der Atmosphäre ausgesetzt, während ihre
inneren Flächen unter der Wirkung eines hohen vakuums in der Größenordnung von 10
9 orr stehen, wie vorstehend erwähnt ist. Beim Anlegen der vorgenannten Betriebsspannungen
ist die innere Fläche des Keramikabschnittes 4 einem starken elektrischen Feld ausgesetzt,
das parallel zur Achse der Röhre 1 gerichtet ist. Hierbei wurde beobachtet, daß
eine Bogenentladung begleitet von einer intensiven Lumineszenz entlang der inneren
Fläche des Keramikabschnittes 4 in Erscheinung trat, Das Auftreten von Bogenentladungen
ist nicht günstig, weil das Vakuum innerhalb der Röhre erniedrigt wird, was nachteilige
Einflüsse auf die Arbeitsweise und die Lebensdauer der nlektronenröhre hat und weil
außerdem der Netzanschluß überladen und zerstört werden kann.
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Fig0 2 zeigt eine Einrichtung zur itrzeugung von Dlektronenstrahlen
gemäß einer bevorzugten Ausführung nach der Erfindung, in der, mit xusnahme des
Keramikabschnittes 4 in Fig. 1, der durch den erfindungsgemäßen Keramikabschnitt
4a in Fig. 2 ersetzt ist, die übrigen zeile mit den entsprechenden Teilen in Fig.
1 übereinstimmen. In Fig. 2 befindet sich der zylindrische Keramikabschnitt 4a zwischen
den metallischen Elektroden 7 und 8, an die von der Spannungsquelle 15 eine hohe
Spannung
angelegt wird. Der innere Durchmesser des Keramikabschnittes
4a nimmt von der elektrode 8 zur elektrode 7 fortschreitend zu wie Fig. 2 zeigt.
Das heißt, die innere Umfangsfläche des Keramikabschnittes erweitert sich konusartig
von seinem inneren Ende in Verbindung mit der auf negativem potential liegenden
elektrode 8 unter einem bestimmten Winkel zu seinem äußeren sonde in Verbindung
mit der auf positivem Potential liegenden elektrode 7. enn daher die starken elektrischen
Felder in richtung der Xöhrenachse 23 der röhre 1 verlaufen, treten die elektronen,
die von dem inneren Kreisumfang 21 an der Verbindung zwischen der auf negativem
Potential liegenden elektrode und dem Keramikabschnitt 4a ausgestrahlt werden1 durch
den hoch evakuierten #aum,ohne entlang der inneren Fläche des Keramikabschnittes
4a zu laufen, Dabei ist an der rauhen inneren Fläche Gas adsorbiert, ohne daß die
Elektronen das Gas ionisieren, so daß eine bogenentladung verhindert wird0 Fig.
3 zeigt eine Einrichtung zur #rzeugung eines blektronenstrahles gem. einer zweiten
bevorzugten ausführungsform nach der Prfnndung. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der bekannten Einrichtung nach Fig. 1 nur dadurch, daß zusätzlich ein schirmartiger
bzw. schildartiger etllkörper 17 vorgesehen ist, während die übrigen Teile der öhre
mit der röhre nach Fig 1 übereinstimmen. Innerhalb des hohlen zylindrischen Keramikabschnittes
4 zwischen den elektroden 7 und 8, an denen eine hohle spannung der Spannungsquelle
15 liegt, ist der schildförmige Metallkörper 17 angeordnet, der sich von der Elektrode
8 aus konzentrisch in wichtung auf die elektrode 7 erstreckt und dessen vordere
Begrenzungskante 22 einen abstand d gleich etwa 2/3 der axialen Länge h des Keramikabschnittes
4 von der elektrode 7 aufweist, wie in Rig. 3 dargestellt ist. Das heißt, der Abstand
d bemißt sich von dem inneren Umfangskreis 20 an der Verbindung zwischen der auf
positivem Potential liegenden elektrode 7 und dem Keramikteil 4 zu der Begrenzungskante
22 des schildförmigen Metallkörpers 17, der ausreichend kürzer als der Abstand h
zwischen den positiven und negativen elektroden ist0 Die
elektrischen
Kraftlinien, die sich von der auf positivem Potential liegenden elektrode 7 zu der
auf negativem Potential liegenden Elektrode 8 erstrecken, konzentrieren sich an
der vorspringenden Kante 22 des schildförmigen Metallkörpers 17,.
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so daß. das elektrische Feld in der Nachbarschaft des inneren Kreisumfanges
21 an der Verbindung zwischen der auf negativem Potential liegenden Elektrode 8
und dem Keramikteil 4 geschwächt ist0 Da der Schirmeffekt des schildförmigen Körpers
17 in der Nachbarschaft des inneren Kreisumfanges 21 an der Verbindung zwischen
dem Keramikabschnitt 4 und der «elektrode 8 wirksam ist, ist es eine notwendige
Bedingung, daß der Abstand d kleiner ist als der Abstand h, aber um einen praktisch
wirksamen Effekt erhalten zu können, ist es notwendig, daß der Abstand d gleich
oder kleiner als 2/3 des Abstandes h ist.
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Ein besserer Scifrmeffekt wird in dem Maße erreicht, wie der Abstand
d kleiner wird. Der kleinste zulässige Abstand d ist bestimmt durch eine das Vakuum
direkt durchschlagende bntladung zwischen der auf positivem Potential liegenden
Elektrode 7 und aßm schildförmigen Metallkörper 17. Wenn die Distanz zwischen dem
schildförmigen Metallkörper 17 und der inneren Fläche des Keramikabschnittes 4 zu
klein ist, kann auch ein direkter Beschuß von ausgesendeten elektronen mit einer
radialen Geschwindigkeitskomponente gegen die innere Fläche des Keramikabschnittes
4 auftreten. Diese Distanz muß daher besonders festgelegt werden. Durch die Anordnung
des schildförmigen Metallkörpers 17 kann daher das elektrische Feld in der Nachbarschaft
des inneren Kreisumfanges 21 an der Verbindung zwischen der auf negativem Potential
liegenden elektrode 8 und dem Keramikabschnitt 4 geschwächt werden und die blektronenemission
in diesem Bereich kann ebenfalls verringert werden, so daß die Ionisierung des adsorbierten
Gases an der inneren Fläche des Keramikabschnittes 4 in der Nachbarschaft dieses
Abschnittes heruntergedrückt und die Erzeugung von Bogenentladungen vermieden werden
kann.
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Fig. 4 zeigt einen wesentlichen feil einer weiteren Ausführungsform
nach der bindung, wobei die Bündelungselektrode 13 und der schildförmige Metallkörper
17 in Fig. 3 zu einem Konstruktionsteil 18 integriert sind. Da der Abstand d zwischen
der vorstehenden Kante 22 des Teiles 18 und dem inneren Kreisumfang 20 an der Verbindung
zwischen der auf positivem Potential liegenden elektrode 7 und dem Keramikabschnitt
4 gleich oder kleiner als 2/3 der axialen Länge h des Keramikabschnittes 4 ist,
wird das elektrische Feld in der Nachbarschaft des inneren Kreisumfanges 21 an der
Verbindung zwischen der auf negativem Potential liegenden hlektrode 8 und dem Keramikabschnitt
4 geschwächt. Außerdem wird die Elektronenemission in diesem Bereich unterbrochen.
Bei der abgeänderten Ausführung nach Fig. 3 wird der schildförmige Metallkörper
zusammen mit der bandenden elektrode als ein Bauteil gebildet. Damit besitzt die
Ausführung nach Fig. 4 den zusätzlichen Vorteil einer leichteren Herstellbarkeit
im Vergleich zu der Ausführung nach Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt eine noch weitere, bevorzugte Ausführungsform nach der
Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 durch den schildförmigen
Metallkörper 17 zur Verringerung der ausgestrahlten Elektronen unterscheidet0 Mehr
im einzelnen ist in Fig. 5 die auf negativem Potential liegende Elektrode 8 mit
dem schildförmigen Metallkörper 17 von zylindrischer Gestalt versehen, der konzentrisch
zum Keramikabschnitt 4a liegt und sich in ichtung auf die auf positivem Potential
liegende Elektrode 7 erstreckt, Dabei befindet sich der schildförmige Metallkörper
17 an der Llektrode 8 nahe der inneren Fläche des Keramikabschnittes 4a.
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Die axiale Länge des Metallkörpers 17 ist in einem Bereich gewählt,
daß eine das Vakuum durchbrechende Entladung auf Grund einer zu großen Annäherung
des Metallkörpers 17 an die auf positivem Potential liegende elektrode 7 nicht eintritt.
Um einen Abschirmeffekt in der Nachbarschaft des inneren Ereisumfanges
21
an der Verbindung zwischen der auf negativem Potential liegenden Elektrode 8 und
dem Keramikabschnitt 4a zu erhalten, ist es notwendig, den Abstand d zwischen der
vorspringenden Kante 22 und dem Kreis 20 einzuhalten, der durch Projektion des inneren
Ereisumfanges 21 auf die auf positivem Potential liegenden Elektrode 7 parallel
zur achse des Keramikabschnittes 4a gebildet ist. Der abstand d ist gleich oder
kleiner als 2/3 der axialen Länge h des Keramikabschnittes 4a. In Gegenwart des
schirmförmigen sletallkörpers 17 kann das elektrische Feld in der Nachbarschaft
des inneren Kreisumfanges 21 an der Verbindung zwischen dem Keramikabschnitt und
der elektrode 8 geschwächt und die nlektronenemission in diesem Bereich verringert
werden, so daß eine Ionisierung von adsorbiertem Gas an der inneren Fläche des Keramikabschnittes
4 reduziert wird. Das Auftreten von Bogenentladungen kann daher im Vergleich zu
der Ausführungsform nach Fig. 2 noch weiter unterdrückt werden.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführung nach der Erfindung mit einer gegenüber
Fig. 5 abgeänderten Gestaltung für den schildförmigen çletallkörper 17, wie sie
in mig. 4 Verwendung findet. Da der Körper 18 als ein Bauteil den schildförmigen
Metallkörper und die bündelnde elektrode umfaßt, besitzt diese Ausführung einen
zusätzlichen Vorteil in seiner leichteren Herst-ellbarkeit im Vergleich zu einer
Ausführung, in der der Xletallkörper und die bündelnde Elektrode separat hergestellt
und dann miteinander verbunden werden Da, wie vorstehend beschrieben, die innere
Fläche des zylindrischen Keramikabschnittes, an dem eine hohe Spannung liegt, vom
negativen Potential zum positiven Potential sich konisch erweitert, wandern Elektronen,
von dem inneren Kreisumfang an der Verbindung zwischen der auf negativem Potential
liegenden Elektrode und dem Keramikabschnitt in richtung auf die auf positivem Potential
liegende elektrode, ohne entlang der inneren Fläche des Keramikabschnittes zu laufen,und
die Blektronen, die gegen die innere Fläche des Keramikabschnittes prallen,sind
gering. Daher wird die Ionisierung des adsorbierten
Gases ebenfalls
verringert. Im Ergebnis kann damit das Auftreten von Bogenentladungen verhindert
werden. Außerdem kann bei zusätzlicher Verwendung eines schildförmigen Metallkörpers
das elektrische Feld in der Nachbarschaft des inneren Umfangskreises an der Verbindung
zwischen der auf negativem Potential liegenden Elektrode und dem Keramikabschnitt
geschwächt werden.
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Dabei kann eine Elektronenemission in diesem Bereich unterdrückt werden.
Folglich kann die Ionisierung des adsorbierten gases an der inneren Fläche des Keramikabschnittes,
die durch den Beschuß dieser elektronen bewirkt wird, reduziert werden und das Auftreten
von Bogenentladungen jann dadurch weiter eingedämmt werden, so das: die erfindungsgemäße
Elektronenröhre eine stabile arbeitsweise und eine lange Lebensdauer besitzt0 Die
Erfindung wurde anhand einer ninrichtung zur erzeugung von xlektronenstrahlen in
einer -rvanderwellenröhre beschrieben.
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Xs ist klar, daß die erfindung bei anderen nlektronenröhren, wie z.B.
Klystrons, entsprechend anwendbar ist.
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Da eine große Zahl von konstruktiven Abwandlungen von den vorstehend
beschriebenen Konstruktionen sowie viele unterschiedliche Ausführungen für den Fachmann
ohne weiteres moglich sind, ohne dabei von dem allgemeinen Erfindungsgedanken abzugehen,
sind alle ninzelheiten in der vorstehenden teschreibung oder der beigefügten Zeichnung
nur im Hinblick auf eine beispielsweise Veranschaulichung der Erfindung und nicht
als eine Beschränkung zu versehen.
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Patentansprüche