DE4107552A1 - Elektronenstrahlroehren-anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhren-Anordnung und insbesondere den Eingangs-Resonatorhohlraum einer sol­ chen Anordnung, an den Hochfrequenzenergie angelegt wird.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einem Induktivausgangstetroden-Gerät (IOT) wie einer KLYSTRO- DE (Warenzeichen der Firma Varian Associates Inc.). Die Vor­ teile von Induktivausgangstetroden-Geräten (im folgenden als IOTs bezeichnet) sind wohlbekannt, jedoch leiden die bisher vorgeschlagenen Auslegungen insoweit an Problemen, als es notwendig ist, eine Anzahl von Röhren vorzusehen, bei denen jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Hohlräumen zu ver­ wenden erforderlich ist, um die geforderte Bandbreite (z. B. 8 MHz) über dem gesamten Fernsehfrequenzbereich (z. B. 470- 860 MHz) zu schaffen. Bei Klystrons wird diese Anforderung gegenwärtig erfüllt durch versetztes Abstimmen der verschie­ denen vorhandenen Hohlräume längs des Elektronenstrahlweges, um Ausgangssignale bei unterschiedlichen Frequenzen zu er­ halten, die sich zur Schaffung der erforderlichen Bandbreite addieren. Das ist jedoch bei der üblichen IOT-Auslegung nicht möglich.

Ein anderes auftretendes Problem ergibt sich durch die hohen Spannungen in der Größenordnung von 30 kV, die an Katode und Gitter gehalten werden müssen, da insbesondere der Eingangs­ hohlraum einen externen Teil der IOT bestimmen kann und so beim Normalgebrauch zugänglich ist.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein System zu schaf­ fen, das die angeführten Probleme, die mit der Aufrechterhal­ tung von hohen Kathoden- und Gitterspannungen zusammenhän­ gen, vermeidet oder beseitigt. Insbesondere hat die Erfin­ dung das Ziel, eine für Fernsehanwendung geeignete derartige IOT zu schaffen.

Durch die Erfindung wird eine Elektronenstrahlröhren-Anord­ nung geschaffen, welche umfaßt: einen Eingangs-Resonanzhohl­ raum, der mindestens teilweise durch einen internen Gehäuse­ abschnitt und einen externen Gehäuseabschnitt bestimmt ist, wobei der interne Gehäuseabschnitt mit Bezug auf den exter­ nen Gehäuseabschnitt auf einer hohen Spannung gehalten ist, und die Gehäuseabschnitte keine elektrisch leitende Verbin­ dung zwischeneinander besitzen.

Mit "hoher Spannung" ist eine Spannung im Bereich von eini­ gen 10 kV gemeint.

Obwohl die Erfindung entstand mit Hinblick auf IOT-Geräte, ist sie durchaus auch für andere Arten von Elektronenstrahl­ röhren-Anordnungen anwendbar, wie z. B. Klystrons, die Ein­ gangs-Resonanzhohlräume besitzen.

Der externe Gehäuseabschnitt liegt typischerweise an sehr niedriger Spannung und ist üblicherweise geerdet.

Bevorzugterweise werden die Gehäuseabschnitte physikalisch miteinander durch einen dielektrischen Isolatorabschnitt ver­ bunden, der vorteilhafterweise ein Formteil ist. Die Gehäuse­ abschnitte können auch mit gegenseitig eingreifenden Form­ schlußpassungsteilen ausgebildet werden, um das Verbinden der beiden Gehäuseabschnitte zu unterstützen. Diese Ausbil­ dungen werden vorteilhafterweise so ausgelegt, daß sie einen Weg mit sehr hoher Gleichstromimpedanz, jedoch niedriger Wechselstromimpedanz an der Verbindungsstelle bestimmen, um ein Austreten von HF-Spannung aus dem Hohlraum verhindern, aber gleichzeitig die erforderliche Spannungsdifferenz zwi­ schen den externen und internen Gehäuseabschnitten aufrecht erhalten können.

Es kann bevorzugt durch das Isolatormaterial eine elektri­ sche Verbindung zwischen der Außenseite des Hohlraums und dem inneren Gehäuseabschnitt vorgesehen werden.

Vorteilhafterweise ist bei dem Eingangs-Resonanzhohlraum ein Primär-Hohlraum, mit dem ein Sekundär-Resonatorhohlraum ge­ koppelt ist, enthalten.

Bevorzugterweise werden die Hohlräume auf jeweils unter­ schiedliche Frequenzen abgestimmt, so daß eine größere Band­ breite erzielbar ist, als dann, wenn nur ein Hohlraum be­ nutzt würde.

Vorteilhafterweise sind die Resonanzfrequenzen der primären und sekundären Hohlräume abstimmbar. Die Abstimmung kann un­ abhängig ausgeführt werden oder sie kann beispielsweise so miteinander verbunden werden, daß eine Änderung der Resonanz­ frequenz eines Hohlraums eine entsprechende Änderung der Re­ sonanzfrequenz des anderen Hohlraums ergibt.

Das Volumen des Primär-Hohlraums kann zum Einstellen der Re­ sonanzfrequenz durch in dem externen Gehäuseabschnitt enthal­ tene Mittel verändert werden.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol­ gend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seiten-Schnittansicht einer IOT er­ findungsgemäßer Art (wobei bestimmte Teile aus Über­ sichtlichkeitsgründen weggelassen sind),

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Art eines primären Eingangs-Hohlraums; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen erfin­ dungsgemäßen Ausführung.

Die in Fig. 1 dargestellte IOT umfaßt eine Elektronenkanone 10 mit einer Katode 12 und einem Gitter 14 und einen Aus­ gangsabschnitt 16, der Triftröhren 18, 20 enthält. Die Ein­ gangsanordnung einschließlich der Elektronenkanone 10, der Katode 12 und des Gitters 14 ist von einem primären Eingangs­ hohlraum 22 umgeben, der mit einem sekundären Eingangshohl­ raum 24 mit einer Ausgabekopplung 26 gekoppelt ist. Der Aus­ gangsabschnitt 16 ist von einem primären Ausgangshohlraum 28 umgeben, der mit einem sekundären Ausgangshohlraum 30 mit einer Ausgangskopplung 32 gekoppelt ist.

Im Gebrauch wird eine HF-Spannung von einigen wenigen 100 V zwischen der Katode und dem Gitter erzeugt, während beide bei etwa 30 kV gehalten werden. Es ist auch notwendig, das Gitter 14 bei einer negativen Nenn-Gleichvorspannung in der Größenordnung von einigen 100 V gegenüber der Katode zu hal­ ten.

Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung den primä­ ren Eingangshohlraum 22 des in der Zeichnung gezeigten Geräts. Ein interner Gehäuseabschnitt 40 umfaßt obere und untere Metallringplatten 70, 71, die durch ein dielektri­ sches Material 73 so aus Abstand gehalten sind, daß sie einen Ringkanal bestimmen. Die obere Platte 70 ist mit der Katode und die untere Platte 71 mit dem Gitter elektrisch verbunden. Der offene Teil des Kanals ist nach außen gewen­ det und umgibt den offenen Teil eines weiteren Ringkanals, der einen aus Metall bestehenden äußeren Gehäuseabschnitt 42 umfaßt, wobei der Eingangshohlraum 22 durch die Abschnitte 40 und 42 bestimmt ist.

Abgewinkelte Flanschabschnitte 44, 46 sind an beiden Seiten des äußeren Gehäuseabschnitts 42 so vorgesehen, daß sie wei­ tere Ringkanäle 48, 50 definieren, in welche die freien Kanten des inneren Gehäuseabschnitts 40 vorstehen. Es be­ steht jedoch keine direkte elektrische Verbindung zwischen irgendeinem Teil des inneren Gehäuseabschnitts 40 und irgend­ einem Teil des äußeren Gehäuseabschnitts 42 und den Flan­ schen 44, 46, sondern es ist ein Formteil 52 aus isolieren­ dem dielektrischen Material dazwischen vorgesehen. Dieses dient dazu, den äußeren Gehäuseabschnitt 42 gegen den inne­ ren Gehäuseabschnitt 40 und dadurch gegen die beim Gebrauch anzutreffende sehr hohe Spannung zu isolieren.

Während die Verwendung des Dielektrikums 52 die Gehäuseab­ schnitte 40, 42 elektrisch voneinander isoliert, besteht jedoch ein Potentialweg für HF-Leckspannung durch das Dielek­ trikum 52. Folglich werden die Abmessungen der einander über­ deckenden Wege der Abschnitte 40, 42 so ausgewählt, daß ein Weg mit sehr geringer HF-Impedanz entsteht, und dadurch das Austreten von HF-Spannung soweit wie möglich verhindert wird.

Das Volumen und damit die Resonanzfrequenz des Hohlraums 22 kann in üblicher Weise verändert werden, beispielsweise durch Benutzung von Abstimmschiebern 94.

Eine alternative Form des primären Eingangshohlraums 22 ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Falle ist der äußere Gehäu­ seabschnitt 42 in Axialrichtung so vergrößert, daß ein lang­ licher Ringbereich 90 gebildet ist, der durch fortgeführte Zylinderwände 91, 92 des Gehäuseabschnitts 42 bestimmt ist. Das effektive Volumen des Bereichs 90 kann mittels einer Gleitplatte 93 verändert werden, die durch geeignete Mittel in Axialrichtung bewegt werden kann.

In der Zeichnung sind die Oberflächen des Dielektrikums glatt dargestellt, jedoch kann die Spannungs-Abhaltewirkung noch verbessert werden, wenn eine Oberfläche vorgesehen wird, die beispielsweise mit Rippen und Nuten wellenartig ge­ staltet ist.

Eine Energie-Zuleitung 54 ist durch das Dielektrikum 52 gezo­ gen, um das Gitter 14 an der angemessenen Vorspannung zu halten, unter Aufrechterhaltung der elektrischen Isolierung des äußeren Gehäuseabschnitts 42, und die Verbindung kann über die Zuleitung 54 und die Platte 71 hergestellt werden.

Das Innere des primären Eingangshohlraums 22 ist mit dem se­ kundären Eingangshohlraum 24 über Koppelschleifen 60, 62 ver­ bunden. Das Innenvolumen des sekundären Eingangshohlraums 24 und damit seine Resonanzfrequenz ist mittels eines bewegba­ ren Stößels 64 einstellbar, der von einem Bohrungsteil 66 vorsteht. Bei dieser Ausführung der Erfindung sind die Volu­ mina des primären Hohlraums 22 und des sekundären Hohlraums 24 unabhängig voneinander veränderbar, jedoch können die Ab­ stimmorgane auch so miteinander verbunden sein, daß sie sich miteinander bewegen. Die primären und sekundären Hohlräume 22 und 24 sind so angeordnet, daß sie jeweils unterschiedli­ che Resonanzfrequenzen besitzen.

Am Ausgangsende der IOT umgibt ein primärer Ausgangshohlraum 28 den Ausgangsabschnitt 16, und dieser ist in üblicher Weise abstimmbar. Der Hohlraum 28 ist mit dem sekundären Aus­ gangshohlraum 30 über eine Kopplungsschleife 80 verbunden, und die Verbindung mit dem sekundären Hohlraum 30 enthält eine an der Innenwand desselben vorgesehene gewölbte Kuppel­ ausbildung 82. Das Abstimmen des sekundären Hohlraums 30 kann mit konventionellen Mitteln erreicht werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführung der Erfindung darge­ stellt, bei der nur ein Eingangshohlraum in der Anordnung enthalten ist. Bei dieser besonderen Anordnung ist der Ein­ gangshohlraum gleichartig dem in Fig. 2 dargestellten.

Claims (22)

1. Elektronenstrahlröhren-Anordnung, welche einen Eingangs- Resonanzhohlraum enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (22, 90) mindestens teilweise durch einen inter­ nen Gehäuseabschnitt (40) und einen externen Gehäuseab­ schnitt (42) bestimmt ist, wobei der interne Gehäuseab­ schnitt (40) auf einer hohen Spannung mit Bezug auf den externen Gehäuseabschnitt (42) gehalten ist, und daß die Gehäuseabschnitte keine elektrisch leitende Verbindung zwischeneinander besitzen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Gehäuseabschnitt (42) sich auf relativ niedri­ ger Spannung befindet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Gehäuseabschnitt (42) geerdet ist.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte (40, 42) durch einen dielektrischen Isolatorabschnitt (52, 73) physika­ lisch miteinander verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenseite des Hohlraums und dem internen Gehäuseabschnitt durch den Isolatorabschnitt (52, 73) eine elektrische Verbindung (54, 71) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (22, 90) im we­ sentlichen ringförmigen Querschnitt besitzt und eine Elek­ tronenkanone (10) umgibt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (90) einen Teil besitzt, der größere radiale Ausdehnung als ein anderer Teil hat.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil sich in einer zum Ringradius senkrechten Richtung weiter erstreckt als der eine Teil.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte (40, 42) mitein­ ander formschlüssige Ausbildungen (44, 42, 46, 70, 71) be­ sitzen, die so bemessen sind, daß ein Weg mit sehr niedri­ ger HF-Impedanz an der Verbindungsstelle zwischen den Ge­ häuseabschnitten (40, 42) geschaffen ist, um ein Auslec­ ken von HF-Spannung aus dem Hohlraum zu sperren.

10. Anspruch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander formschlüssigen Ausbildungen erste Ring­ scheiben (70, 71) umfassen, die von dem inneren Gehäuse­ abschnitt (40) nach außen abstehen und zweite (42) und dritte (48, 50) Ringscheiben, die von den äußeren Gehäu­ seabschnitten nach innen abstehen und die ersten Ring­ scheiben (70, 71) überdecken, wobei die Bereiche zwi­ schen den zweiten und den ersten und den ersten und den dritten Scheiben von dielektrischem Material (52) einge­ nommen sind, das zum Abhalten der hohen Spannung fähig ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10 in Abhängigkeit von Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Teil durch den äußeren Gehäuseabschnitt (42) definiert ist.

12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der äußere Gehäuseabschnitt Mittel (93, 94) zur Volumenänderung des Hohlraums (22) enthält.

13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Resonanzhohlraum einen primären Hohlraum (22) und einen mit dem primären Resonanzhohlraum gekoppelten sekundären Resonatorhohl­ raum (24) enthält.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (22, 24) auf jeweils unterschiedliche Fre­ quenzen abgestimmt sind.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der primäre (22) und der sekundäre (24) Hohl­ raum mittels einer in jeweils jedem Hohlraum vorgesehe­ nen Schleife (60, 62) gekoppelt sind, wobei die Schlei­ fen elektrisch miteinander verbunden sind.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen bewegbar sind, und daß der Kopplungsgrad durch Bewegung einer oder beider Schleife(n) steuerbar ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des primären Hohl­ raums (22) abstimmbar ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des sekundären Hohlraums (24) abstimmbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des sekundären Hohlraums (24) mit­ tels eines Stößels (64) einstellbar ist, der von einer Bohrung (26) in den sekundären Hohlraum (24) vorstehend angeordnet ist, um so dessen Volumen zu verändern.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Stößels mittels einer Einstellschraube einstellbar ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die primären und die sekundären Hohlr­ äume (22, 24) unabhängig voneinander abstimmbar sind.

22. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlröhre eine IOT ist, wie in dieser Anmeldung definiert.