DE3608268A1 - Klystron-vakuumroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klystron-Vakuumröhre, und insbesondere eine sog. Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre.

W/ Ein Teil eines Aufbaus einer typischen Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre, wie sie z.Zt. gebaut wird, ist in Figur 1 dargestellt. In Figur 1 ist ein Vakuum-Wandabschnitt 1 in Form eines dielektrischen Zylinders gezeigt, der für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Es wird so ein Fenster gebildet, durch das wirksam Leistung übertragen wird. Der zylindrische Abschnitt 1 besitzt an beiden Enden zylindrische Kupferringe 2, 3, die so geformt sind, daß sie die Enden des zylindrischen Wandteiles 1 aufnehmen und durch Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser Anlageflächen für Federfinger 4 schaffen, die an den Innenkanten eines die Zylinderwand 1 umgebenden Kastenteiles 5 angebracht sind, welches einen Außenhohlraum bildet. Um die Resonanzfrequenz des Außenhohlraumes einstellbar zu machen, sind zwei bewegbare Abstimmstößel (die sich rechtwinklig zur Zeichenebene erstrecken und nicht dargestellt sind) vorgesehen, jeweils ein Stößel an jeder Seite des zylindrischen Wandteiles 1. In der Darstellung in Figur 1 links vom zylindrischen Wandteil 1 befindet sich eine durch Drehung abstimmbare Koppelschleife 7, durch die Ausgangsleistung an eine Außen-Übertragungsleitung und eine Antenne ausgekoppelt wird. Leitung und Antenne sind in der Figur nicht gezeigt.

Es soll besondere Aufmerksamkeit auf das Verfahren gerichtet werden, mit dem eine Vakuum-Abdichtung zwischen der Zylinderwand und den Kupferringen 2 und 3 gebildet wird. Da das Zylinderwandteil 1 normalerweise aus hochreiner Aluminiumoxid- oder BeryHiumoxid-Keramik entsprechend seiner Funktion als Fenster besteht, tritt ein Dehnungsunterschied zwischen dem zylindrischen Teil 1 und den Kupferringen 2 und 3 auf. Der Dehnungskoeffizient des Materials, aus dem das zylindrische Wandteil 1 besteht, ist viel geringer als der des Kupfers.

Um diesen Dehnungsunterschied aufzunehmen, ist die Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Wandteil 1 und jedem Kupferring 2 oder 3 normalerweise so ausgebildet, wie es im einzelnen in Figur 2 dargestellt ist.

In Figur 2 ist zu sehen, daß das zylindrische Wandteil 1 in einem Einschnitt 8 im Kupferring 3 sitzt (wobei eine gleichartige Anordnung am anderen Ende des Teiles 1 bezüglich des Kupferringes 2 vorhanden ist). Es werden zur Abdichtung an dem Wandteil 1 und an dem Kupferring 3 (bzw. 2) Zusatz-Wandabschnitte 9 und 10 von etwa zylindrischer Form eingesetzt. Das innere Zusatzwandteil 9 ist mit seinem einen Ende 11 zwischen den Endabschnitt des Keramik-Wandteiles 1 und einem Keramik-Ausgleichsring 12 hart eingelötet. Das äußere Zusatzwandteil 10 ist an die Außenumfangswand der Vertiefung 8 im Kupferring 3 hart angelötet. Schließlich wird die Vakuumabdichtung dadurch fertiggestellt, daß die beiden Zusatzwandteile, das Innenwandteil 9 und das Außenwandteil 1O₇ miteinander verschweißt werden.

Der gesamte Aufbau bildet so eine vakuumdichte Verbindung, wobei sich der Ausgleichsring 12 gegen den Boden der Vertiefung 8 im Kupferring 3 andrückt und den bei evakuierter Röhre infolge des Außendrucks entstehenden Axialschub aufnimmt. Zusätzlich bildet der Ausgleichsring 12 einen Gleitanschlag am Boden der Vertiefung 8, und nimmt so Dehnungsunterschiede des zylindrischen Wandteiles 1 gegenüber dem Kupferring 3 auf.

Es hat sich gezeigt, daß ein in der in Figuren 1 und 2 aufgebautes Klystron eine ernsthafte Versagensquelle aufweist. Der Ausgangshohlraum 5 arbeitet bei höchster Leistung und die am Hohlraum anliegende Spitzen-HF-Spannung ist annähernd die gleiche wie die Betriebsspannung des Klystrons, typischerweise zwischen 20 und 26 kV bei einem Hochleistungs-TV-Klystron. Es hat sich gezeigt, daß in dem Hohlraum manchmal Lichtbogen auftreten, wodurch nicht nur die Dichtung zwischen den Zusatz-Wandteilen 9 und 10 beschädigt werden kann, sondern sogar eine Betriebsunter-

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brechung, falls, wie es meist der Fall ist, ein Lichtbogenfühler eingebaut ist, der die HF-Antriebsleistung bei Erfassung eines Lichtbogens vom Klystron abnimmt.

Λ Durch die Erfindung soll nun ein verbesserter Aufbau geschaffen werden, der bei gutem Ausgleich der Dehnungsunterschiede der verwendeten· Materialien die Gefahr der Lichtbogenbildung und damit des Auftretens der besprochenen Probleme weitestgehend beseitigt.

Erfindungsgemäß wird eine Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre geschaffen mit einem zylindrischen Wandabschnitt, der für elektromagnetische Strahlung transparent ist und von einem Außenhohlraum umgeben wird, wobei der zylindrische Wandabschnitt ein durch einen Ring abgeschlossenes Ende besitzt, der Ring seinem Außenumfang benachbart einen Ringeinschnitt besitzt, und ein flexibler Ring, der einen Teil einer mit dem Ring verbundenen Abdichteinrichtung bildet, zwischen dem Ende des zylindrischen Wandabschnittes und einem Ausgleichsringteil befestigt ist, welches gegen die Grundfläche der Vertiefung anliegt, wobei die Röhre sich dadurch auszeichnet, daß der flexible Ring einen Außenrand-Abschnitt besitzt, der sich als ein abgebogener Flansch in die Vertiefung hinein erstreckt.

Vorzugsweise ist der flexible Ring zwischen dem zylindrischen Wandabschnitt und dem Ausgleichsringteil durch Hartlöten befestigt.

Bei einer Ausführung der Erfindung ist der abgebogene Flansch mit seinem Umfang an einer Wand der Vertiefung befestigt, normalerweise an der Außenwand der Vertiefung. Normalerweise ist der flexible Ring auch an der Wand der Vertiefung durch Hartlöten befestigt.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform enthält eine Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre einen zylindrischen Wandabschnitt, der für

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elektromagnetische'Strahlung transparent ist, und durch einen Außenresonanzhohlraum umgeben wird, wobei der zylindrische Wandabschnitt durch einen Ring abgeschlossen wird, an den in der Nähe seines Außenumfangs ein Ausgleichsringteil anliegt, und bei der ein flexibler Ring, der Teil einer mit dem Ring dicht verbundenen Abdichteinrichtung bildet, zwischen dem Ende des zylindrischen Wandabschnittes und dem Ausgleichsringteil befestigt ist, wobei · sich die Röhre dadurch auszeichnet, daß der Ring an seinem Außenumfang gestuft ist und der Innenrand eines weiteren flexiblen Ringes an der Grundfläche der Stufe befestigt ist, während der Außenrand desselben über die Außenkante des Ringes von dem Innenraum des Hohlraumes weg abgebogen ist, wobei der Außenrand des ersten flexiblen Ringes ebenfalls vom Inneren des Hohlraumes weg abgebogen ist, um so einen abgebogenen Flansch zu bilden, und die Außenkanten der beiden Ringteile miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind dabei die Außenkanten der beiden Ringteile durch Schweißen miteinander verbunden.

Vorzugsweise ist an dem Abschlußring ein Kragen angebracht, der sich über die Außenkante des ersten flexiblen Ringes erstreckt, wobei dieser Kragen mit einem gleichartigen Kragen am anderen Ende des zylindrischen Wandabschnittes Anschläge für die den Außenhohlraum bildenden Wände schafft. Vorzugsweise sind die Wände des Außenhohlraumes durch an den beiden Kragen anliegende Federfinger abgeschlossen.

Vorzugsweise bestehen das zylindrische Wandteil und das Ausgleichsringteil aus Keramikmaterial.

Vorzugsweise ist der oder jeder flexible Ring aus Kupfernickel. Vorzugsweise besteht der Abschlußring aus Kupfer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 der Zeichnung näher erläutert, die zwei unterschiedliche Klystron-

Vakuumröhren-Aufbauten erfindungsgemäßer Art zeigen.

/ In Figur 3 ist im einzelnen eine Vakuumdichteinrichtung gezeigt, die in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dabei sind für Bauteile, die den in Figuren 1 und 2 benutzten entsprechen, entsprechende Bezugszeichen verwendet.

Es ist zu sehen, daß diese Ausführung der Erfindung es vermeidet, eine Kante zwischen einer Innen- und Außenzusatzwand zum Inneren des Außenhohlraumes 5 und der Kupplungsschleife 7 (nach Figur 1) hin vorstehen zu lassen. Untersuchungen haben nahegelegt, daß es diese Kante bei dem Aufbau nach Figuren 1 und 2 ist, die die Lichtbogenbildung hervorruft und damit die beschriebenen Probleme erzeugt. Bei dem bekannten Aufbau nach Figuren 1 und 2 konzentriert sich das elektrische Feld im Außenhohlraum 5 an der geschweißten Kante, an der die beiden Zusatzwandteile vereinigt sind, und es entstehen leicht hohe elektrische Felder zwischen der Schweißkante der Zusatzwandteile und der Auskoppelschleife l_f durch die Leistung an eine nach außen führende Sendeleitung und von dort zu einer Antenne ausgekoppelt wird.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Aufbau wird eine Abdichtung mittels eines durchgehenden Ringteiles 13 aus Kupfernickel bewirkt, dessen Innenkante 14 zwischen dem zylindrischen Wandteil 1 und dem Ausgleichsring 12 durch Hartlöten befestigt ist. Der Außenrand 15 des durchgehenden Ringteiles 13 ist so gebildet, daß er einen gebogenen Flansch mit einheitlichem Krümmungsdurchmesser bildet, und der zurückgefaltete Umfang ist in der Vertiefung 8 an deren Außenwand befestigt. Es ist bei dieser Anordnung zu sehen, daß keine in den Außenhohlraum 5 hinein vorstehende Kante vorhanden ist. Die sanft gerundete Oberfläche des Außenrandes 15 des durchgehenden Rings setzt die Lichtbogenbildung weitestgehend herab. Gleichzeitig ergibt diese gebogene Ausführung die erforderliche Flexibilität zur Aufnahme der Dehnungsunterschiede.

In der Ausführung nach Figur 4 besitzt der Kupferring 3 eine Ringstufe oder Ringschulter 18 an seinem Außenumfang, und der Innenrand 19 eines flexiblen Kupfernickel-Ringes 20 ist hart an der Grundfläche der Stufe 18 angelötet und bildet so eine Anlagefläche für den Ausgleichsring 12. Der Außenumfang dieses Kupfernickel-Ringes 20 ist in der in Figur 4 dargestellten Weise außerhalb der Kante des Abschlußringes 3 vom Inneren des Außenhohlraumes 5 weg umgeschlagen. Ein dünner Kupfernxckelring 21 ist mit seinem Innenrand 22 zwischen dem Wandteil 1 und dem Ausgleichsring 12 hart eingelötet. Der Außenrand des Ringes 21 ist ebenfalls in der gezeigten Weise über die Kante des Abschlußringes 3 vom Inneren des Außenhohlraumes 5 weg umgeschlagen, und trifft dort den Außenumfang des Ringes 20. Die so gebildeten Kanten werden miteinander verschweißt, um die erforderliche vakuumdichte Verbindung zu schaffen. Um eine Anlagefläche für die Federfinger 4 des den Hohlraum 5 bildenden Kastenabschnittes zu schaffen (die nicht an der Oberfläche des Ringes 21 anliegen sollten, da dann das Risiko eines Ausbrennens an der Fingeranlage und damit eine Lochbildung in dem Zusatz-Wandring besteht), ist ein Kupferkragen 23 passend um den Dichtring 21 gesetzt. Der Kupferkragen 23 ist entweder mittels eines Gewindes aufgeschraubt oder ist in der dargestellten Weise an die Unterseite des Kupfer-Abschlußringes angelötet. Dieser Aufbau erinnert zwar etwas an den in Figur 2 gezeigten, jedoch ist anzuerkennen, daß die die Außenumfänge der Ringe 20 und 21 verbindende Schweißkan-te nicht nach innen in den Hohlraum 5 hinein vorsteht, sondern daß der Ring 21 in dieser Richtung eine glatt gerundete Oberfläche bildet.

- Leerseite -

Claims (12)

1. - Patentansprüche -

   Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre mit einem für elektromagnetische Strahlung durchlässigen zylindrischen Wandabschnitt, der durch einen Außen-Resonanzhohlraum umgeben ist, wobei die Zylinderwand ein durch einen Abschlußring abgeschlossenes Ende besitzt und der Abschlußring in der Nähe seines Außenumfanges oder an demselben eine ringförmige Vertiefung besitzt und wobei ein flexibler, einen Teil einer Abdichteinrichtung bildender Ring zwischen dem Ende der Zylinderwand und einem Ausgleichs-Ringteil befestigt ist, das an der Grundfläche der Vertiefung anliegt, dadurch gekennzeichnet , daß

   der flexible Ring (13) einen Außenrand (15) besitzt, der als ein sich in die Vertiefung (8) erstreckender abgebogener Flansch ausgebildet ist.
2. 2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Ring (13) zwischen dem zylindrischen. Wandabschnitt (1) und dem Ausgleichs-Ringteil (12) durch Hartlöten befestigt ist.
3. 3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der abgebogene Flansch mit seinem Umfang an einer Wand der Vertiefung (8) befestigt ist.
4. 4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem abgebogenen Flansch verbundene Wand der Vertiefung (8) die Außenwand der Vertiefung (8) ist.
5. 5. Röhre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Ring (13) durch Hartlöten an der Wand der Vertiefung (8) befestigt ist.
6. 6. Außenhohlraum-Klystron-Vakuumröhre mit einem zylindrischen, für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Wandabschnitt, der durch einen Außen-Resonanz-Hohlraum umgeben ist, wobei der zylindrische Wandabschnitt ein durch einen Abschlußring abgeschlossenes Ende besitzt, und wobei an der Oberfläche des Abschlußringes zu dessen Außenumfang hin ein Ausgleichs-Ringteil anliegt, und wobei ein einen Teil einer Dichteinrichtung, die mit dem Abschlußring dicht verbunden ist, bildender flexibler Ring zwischen dem Ende des zylindrischen Wandabschnittes und dem Ausgleichs-Ringteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschlußring (3) eine Ringstufe (18) an seinem Außenumfang besitzt und der Innenrand (19) eines zweiten flexiblen Ringes (20) an der

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   Grundfläche der Ringstufe (18) befestigt ist, und dessen Außenbereich über die Außenkante des Abschlußringes (3) vom Inneren des Außenhohlraumes (5) weg abgebogen ist, wobei der Außenabschnitt des ersten flexiblen Ringes (22) ebenfalls über die Außenkante des Abschlußringes (3) vom Inneren des Außenhohlraumes (5) weg abgebogen ist, um einen abgebogenen Flansch zu bilden, und daß die Außenkanten der beiden flexiblen Ringe (20, 22) miteinander verbunden sind.
7. 7. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten der beiden flexiblen Ringe (20, 22) durch Schweißen miteinander verbunden sind.
8. 8. Röhre nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kragen (23) an dem Abschlußring (3) angebracht ist und sich über die Außenkante des ersten flexiblen Ringes (22) erstreckt, wobei der Kragen (23) zusammen mit einem gleichartigen Kragen am anderen Ende des zylindrischen Wandabschnittes (1) Anschläge für die den Außenhohlraum (5) bildenden Wände schafft.
9. 9. Röhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Außenhohlraums (5) durch Federfinger (2, 3) abgeschlossen sind, und daß diese an den Kragen (23) und den gleichartigen Kragen angelegt sind.
10. 10. Röhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das zylindrische Wandteil (1) und das Ausgleichs-Ringteil (3) aus Keramikmaterial bestehen.
11. 11. Röhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der oder jeder flexible Ring (13; 20, 21) aus Kupfernickel besteht.
12. 12. Röhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschlußring (3) aus Kupfer besteht.