DE4107552C2 - Elektronenstrahlröhren-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Elektronenstrahlröhren-Anordnung und einer Tetrodenanordnung mit induktivem Ausgang, die einen Eingangs-Resonanzhohlraum aufweist, 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.).

Eine derartige Elektronenstrahlröhren-Anordnung ist aus Procedings of the IEEE, Vol. 70, Nr. 11 (Nov. 1982 Seite 1318 bis 1325 bekannt.

Die Vorteile 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 verwenden 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 verschiedenen vorhandenen Hohlräume längs des Elektronenstrahlweges, um Ausgangssignale bei unterschiedlichen Frequenzen zu erhalten, 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 Eingangshohlraum einen externen Teil der IOT bestimmen kann und so beim Normalgebrauch zugänglich ist.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein System zu schaffen, das die Probleme, die mit der Aufrechterhaltung von hohen Kathoden- und Gitterspannungen zusammenhängen, vermeidet und für Fernsehanwendung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 33 gelöst.

Demnach wird eine Elektronenstrahlröhren-Anordnung geschaffen, welche umfaßt: einen Eingangs-Resonanzhohl­ raum, der durch einen internen Gehäuseabschnitt und einen externen Gehäuseabschnitt gebildet ist, wobei der interne Gehäuseabschnitt in Bezug auf den externen Gehäuseabschnitt auf einer hohen Spannung gehalten ist, zwischen den Gehäuseabschnitten keine elektrisch leitende Verbindung vorgesehen ist, der Eingangs-Resonanzhohlraum zwei transversale Wände umfaßt, wenigstens eine dieser Wände einen dem internen Gehäuseabschnitt zugeordneten Teil und einen dem externen Gehäuseabschnitt zugeordneten Teil bildet und zwischen diesen Teilen dielektrisches Isoliermaterial vorgesehen ist.

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.

Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.

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

Bevorzugterweise werden die Gehäuseabschnitte mechanisch 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 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfol­ gend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seiten-Schnittansicht einer IOT, 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 eines anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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.

Wesentlich ist der primäre 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 auf 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 Wände 42′, 42′′ aufweisenden 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 läng­ 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 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt, bei dem nur ein Eingangshohlraum in der Anordnung enthalten ist. Bei dieser besonderen Anordnung ist der Ein­ gangshohlraum gleichartig dem in Fig. 2 dargestellten.

Claims (27)

1. Elektronenstrahlröhren-Anordnung, welche einen Eingangs- Resonanzhohlraum (22, 90) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Resonanzhohlraum (22, 90) durch einen internen Gehäuseabschnitt (40) und einen externen Gehäuseabschnitt (42) gebildet ist, daß der interne Gehäuseabschnitt (40) auf einer hohen Spannung in bezug auf den externen Gehäuseabschnitt (42) gehalten ist und daß zwischen den Gehäuseabschnitten (40, 42) keine elektrisch leitende Verbindung vorgesehen ist, wobei der Eingangs-Resonanzhohlraum (22, 90) zwei transversale Wände (70, 42′; 71, 42″) umfaßt, wenigstens eine dieser transversalen Wände (70, 42′; 71, 42″) einen dem internen Gehäuseabschnitt (40) zugeordneten Teil (70, 71) und einen dem externen Gehäuseabschnitt (42) zugeordneten Teil (42′, 42″) bildet und zwischen diesen Teilen (70, 71; 42′, 42″) dielektrisches Isoliermaterial (52) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Gehäuseabschnitt (42) sich auf niedrigem Potential 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) mechanisch 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) hindurch eine elektrische Verbindung (54, 71) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (22, 90) einen ringförmigen Querschnitt besitzt und eine Elektronenkanone (10) umgibt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum (90) einen Teil besitzt, der eine 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) miteinander formschlüssige Ausbildungen (44, 42, 46, 70, 71) besitzen, die so bemessen sind, daß ein Weg mit sehr niedriger HF-Impedanz an der Verbindungsstelle zwischen den Gehäuseabschnitten (40, 42) geschaffen ist, um ein Auslecken von HF-Spannung aus dem Hohlraum zu sperren.

10. Anspruch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander formschlüssigen Ausbildungen erste Ringscheiben (70, 71) umfassen, die von dem inneren Gehäuseabschnitt (40) nach außen abstehen und zweite (42) und dritte (48, 50) Ringscheiben, die von den äußeren Gehäuseabschnitten nach innen abstehen und die ersten Ringscheiben (70, 71) überdecken, wobei die Bereiche zwischen den zweiten und den ersten und den ersten und den dritten Scheiben von dielektrischem Material (52) eingenommen sind, das zum Isolieren der hohen Spannung geeignet 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, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Gehäuseabschnitt Mittel (93, 94) zur Volumenänderung des Hohlraums (22) enthält.

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

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

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre (22) und der sekundäre (24) Hohlraum mittels einer in jeweils jedem Hohlraum vorgesehenen Schleife (60, 62) gekoppelt sind, wobei die Schleifen 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 gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des primären Hohlraums (22) abstimmbar ist.

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

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des sekundären Hohlraums (24) mittels 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 gekennzeichnet, daß die primären und die sekundären Hohlräume (22, 24) unabhängig voneinander abstimmbar sind.

22. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlröhre eine Tetrode mit induktivem Ausgang (IOT) ist.

23. Tetrodenanordnung mit induktivem Ausgang, welche einen Eingangs-Resonanzhohlraum (22, 90) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Resonanzhohlraum (22, 90) durch einen internen Gehäuseabschnitt (40) und einen externen Gehäuseabschnitt (42) gebildet ist, daß der interne Gehäuseabschnitt (40) auf einer hohen Spannung in bezug auf den externen Gehäuseabschnitt (42) gehalten ist und daß zwischen den Gehäuseabschnitten (40, 42) keine elektrisch leitende Verbindung vorgesehen ist.

24. Tetrodenanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Gehäuseabschnitt (42) geerdet ist.

25. Tetrodenanordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem internen Gehäuseabschnitt (40) und dem externen Gehäuseabschnitt (42) dielektrisches Isoliermaterial (52) eingesetzt ist.

26. Tetrodenanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Gehäuseabschnitt (40) auf einem Potential von einigen 10 kV gehalten ist.

27. Tetrodenanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Elektrodenkanone (10) mit einer Katode (12) und einem Gitter (14) umfaßt und daß der interne Gehäuseabschnitt (40) einen elektrisch mit dem Gitter (14) verbundenen Teil und einen elektrisch mit der Katode (12) verbundenen Teil aufweist.