GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Wanderfeldröhrenaufbau mit
Wendel, und insbesondere Stützstäbe, die der zylindrischen
Wendel des Wanderfeldröhrenaufbaus zugeordnet sind.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Der Wanderfeldröhrenaufbau vom Wendeltyp, wie z.B. eine
Wanderfeldröhre oder eine Wanderfeldröhre mit rücklaufender
Wanderwelle, dient als Verzögerungsschaltungsaufbau. Da der
Elektronenstrahl nahe dem Wanderfeldröhrenaufbau mit Wendel
hindurchläuft, trifft ein Teil des Elektronenstrahls auf
diesen auf und erzeugt Wärme. Der Widerstandsverlust der
hochfrequenten elektrischen Leistung verursacht ebenfalls
Wärme. Wenn der Wanderfeldröhrenaufbau mit Wendel eine
geringe Wärmekapazität besitzt, erreicht der
Wanderfeldröhrenaufbau mit Wendel eine ziemlich hohe Temperatur, und
diese sehr hohe Temperatur erhöht die Widerstandsdämpfung
der hochfrequenten Leistung und fördert eine Gaserzeugung.
Dies führt zur Verschlechterung sowohl der Kennlinie der
Ausgangsleistung als auch der Strahlfortpflanzung, und
unerwünschtes Rauschen wird vermehrt. Diese unerwünschten
Erscheinungen verringern außerdem die Lebensdauer des
Wanderfeldröhrenaufbaus mit zylindrischer Wendel.
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Andererseits wird vom Wanderfeldröhrenaufbau vom Wendeltyp
erwartet, daß er einen Elektronenstrahl mit höherer
Frequenz und mit einer größeren Leistung fortpflanzen kann,
und in Forschung und Entwicklung wurden Versuche
hinsichtlich einer wärmewiderstandsfähigen zylindrischen Wendel,
Stützstäben aus einem Material mit einer großen
Dielektrizitätskonstante und Kühlverfahren unternommen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen ein typisches Beispiel des
Wanderfeldröhrenaufbaus, wobei der Wanderfeldröhrenaufbau
entsprechend dem Stand der Technik ein metallisches
Röhrenelement 1 enthält und in das metallische Röhrenelement 1 ein
Wendelelement 2 eingesetzt ist. Das Wendelelement 2
verläuft in Längsrichtung des metallischen Röhrenelementes 1
und besteht aus einem schwer schmelzbaren Metall, wie etwa
Wolfram oder Molybdän, da das schwer schmelzbare Metall
weniger deformierbar ist, wenn ein Elektronenstrahl darauf
auftrifft. Das Wendelelement kann aus einem schwer
schmelzbaren Metallband geformt sein. Der Wanderfeldröhrenaufbau
nach dem Stand der Technik enthält ferner drei Stützstäbe
3a, 3b und 3c, die zwischen dem metallischen Röhrenelement
1 und dem Wendelelement 2 eingesetzt sind, und die
Stützstäbe 3a, 3b und 3c und das Wendelelement 2 sind gegenüber
dem metallischen Röhrenelement 1 unbeweglich. Die
Stützstäbe 3a, 3b und 3c bestehen aus einem dielektrischen
Material. Als dielektrisches Material wurde Beryliumoxidkeramik
verwendet, da Beryliumoxidkeramik eine große
Wärmeleitfähigkeit besitzt. Es wurde jedoch auch Aluminiumnitrid oder
anisotropes Bornitrid, mit kleiner Delektrizitätskonstante
entwickelt, und stehen als dielektrisches Material zur
Verfügung. Ein derartiger Aufbau ist in FR-A-2 476 908
offenbart. Das anisotrope Bornitrid besitzt ein Lamellargefüge,
wobei die Richtung parallel zu den Komponentenschichten und
die Richtung senkrecht zu den Komponentenschichten als "a-
Richtung" beziehungsweise "c-Richtung" bezeichnet werden.
Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften sind
zwischen der a-Richtung und der c-Richtung äußerst
verschieden, wobei die physikalischen und die mechanischen
Eigenschaften in der a-Richtung besser sind als die in der c-
Richtung. Aus diesem Grund sind die Stützstäbe 3a, 3b und
3c in einer solchen Weise angeordnet, daß die a-Richtung im
wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen 4 mit dem
Wendelelement 2 liegen. Demzufolge liegt die c-Richtung im
wesentlichen parallel zu den Kontaktflächen 4. Um das
metallische Röhrenelement 1 herum sind magnetische Einheiten
(nicht gezeigt) so angeordnet, daß der Elektronenstrahl im
Wendelelement 2 eingegrenzt wird, und das metallische
Röhrenelement 1 wird gewöhnlich aus korrosionsfestem Stahl
hergestellt.
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Wie vorhergehend beschrieben wird, sind das Wendelelement 2
und die Stützstäbe 3a bis 3c gegenüber dem metallischen
Röhrenelement 1 starr festgelegt und hierfür wird eine
Deformationsklemmtechnik angewandt. Auf das metallische
Röhrenelement 1 wird hierbei eine nach außen gerichtete
Radialkraft ausgeübt und demzufolge vergrößert sich der
Durchmesser des metallischen Röhrenelementes 1. Das
Wendelelement 2 mit den Stützstäben 3a bis 3c wird in das radial
aufgeweitete metallische Röhrenelement 1 eingesetzt und die
Radialkraft vom metallischen Röhrenelement 1 weggenommen.
Dann spannt das metallische Röhrenelement 1 die Stützstäbe
3a bis 3c und das Wendelelement 2 ein, wobei die elastische
Kraft des metallischen Röhrenelementes 1 das Wendelelement
2 und die Stützstäbe 3a bis 3c gegenüber dem metallischen
Röhrenelementes 1 unbeweglich festlegt.
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Wenn die Stützstäbe 3a bis 3c aus Beryliumoxidkeramik oder
Aluminiumnitrid bestehen, sind die Wärmeleitfähigkeit und
die mechanische Festigkeit akzeptabel. Die
Dielektrizitätskonstante ist jedoch verhältnismäßg groß, d.h. Epsilon =
6,5 bis 8, und aus Sicht der Effizienz des
Wanderfeldröhrenaufbaus ist diese verhältnismäßig große
Dielektrizitätskonstante unerwünscht. Wenn die Stützstäbe 3a bis 3c aus
anisotropem Bornitrid bestehen, besitzt das anisotrope
Bornitrid eine geringe mechanische Festigkeit und die Kontakt
flächen 4 der Stützstäbe 3a bis 3c können infolge der beim
Klemmen darauf ausgeübten Scherkraft Risse bilden. Die
Risse verschlechtern das Hochfrequenzverhalten und
verringern den Verstärkungsgrad. Die Risse können sich infolge
der Wärmebelastung während einer langen Lebensdauer
entwikkeln und schließlich wird die Wanderfeidröhre unbrauchbar.
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Folglich muß ein Kompromiß zwischen der
Dielektrizitätskonstante und der mechanischen Festigkeit gefunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine wichtige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Wanderfeldröhrenaufbau vom Wendeltyp zu
schaffen, dessen Stützstäbe aus einem Material mit einer
sehr guten Dielektrizitätskonstante und mechanischen
Festigkeit bestehen.
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Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird in der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen, einen Stützstab unter Verwendung
eines Quarzstabes herzustellen, der mit Bornitrid oder
synthetischem Diamant beschichtet ist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein
Wanderfeldröhrenaufbau vorgesehen, enthaltend: a) ein metallisches
Röhrenelement mit einer inneren Oberfläche, die einen
Hohlraum definiert; b) ein in dem Hohlraum angeordnetes
Wendelelement; und c) eine Vielzahl von Stützstäben, die zwischen
der inneren Oberfläche und dem Wendelelement angeordnet
sind und die umfangsmäßig in einem vorgegebenen Winkel
voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Stützstäbe ein
mit Bornitrid oder synthetischem Diamanten beschichtetes
Quarzelement ist.
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Quarz besitzt eine große Bruchdehnung von 7 kg/mm², und die
Dielektrizitätskonstante liegt in der Größenordnung von
3,9. Die Wärmeleitfähigkeit von Quarz beträgt jedoch nur
etwa 1 Watt/m k und ist im Vergleich mit der von
Berylliumoxid von 250 Watt/m k zu gering, um als Material für einen
Stützstab verwenden zu können. Andererseits besitzen
Bornitrid und synthetischer Diamant eine große
Wärmeleitfähigkeit von etwa 60 Watt/m k und die Dielektrizitätskonstante
liegt zwischen 3 bis 6. Deshalb ist ein daraus
zusammengesetztes Material für einen Stützstab einem Material nach
dem Stand der Technik überlegen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Merkmale und Vorteile des Wanderfeldröhrenaufbaus mit
zylindrischer Wendel entsprechend der vorliegenden
Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit
den Zeichnungen deutlicher hervor, in denen:
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Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene perspektivische
Ansicht des Aufbaus einer Wanderfeldröhre
entsprechend dem Stand der Technik zeigt;
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Fig. 2 eine Schnittsansicht der Anordnung des
Wanderfeldröhrenaufbaus entsprechend dem Stand der Technik
zeigt;
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Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene perspektivische
Ansicht des Aufbaus einer Wanderfeldröhre
entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 4 eine Schnittsansicht der Anordnung des in Fig. 3
gezeigten Wanderfeldröhrenaufbaus zeigt;
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Fig. 5 eine teilweise weggeschnittene perspektivische
Ansicht der Konstruktion eines anderen
Wanderfeldröhrenaufbaus entsprechend der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 6 eine Schnittsansicht der Anordnung des in Fig. 5
gezeigten Wanderfeldröhrenaufbaus zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
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In den Fig. 3 und 4 der Zeichnungen enthält der
Wanderfeldröhrenaufbau entsprechend der vorliegenden Erfindung ein
metallisches Röhrenelement 11 aus korrosionsfestem Stahl,
ein Wendelelement 12 aus Wolfram, das in den inneren
Hohlraum des metallischen Röhrenelementes 11 eingesetzt ist,
und Stützstäbe 13a, 13b und 13c. Das Wendelelement 12
ersteckt sich in Längsrichtung des metallischen
Röhrenelementes 11 und besteht aus einem Wolframband mit einer Breite
von etwa 1,5 Millimeter und einer Stärke von etwa 1
Millimeter. Das Wendelelement 12 besitzt einen Innendurchmesser
von etwa 2 Millimeter.
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Jeder der Stützstäbe 13a bis 13c besitzt einen rechteckigen
Querschnitt von 1 Millimeter mal 2 Millimeter, und eine
Länge von etwa 100 Millimeter. Die Stützstäbe 13a bis 13c
besitzen voneinander einen Abstand von etwa 120 Grad und
jeder der Stützstäbe 13a bis 13c besteht aus einem
Quarzstab 14, der mit einer Bornitridschicht 15 beschichtet ist.
Die Bornitridschicht 15 wird mit Hilfe eines
plasmaunterstützten chemischen Dampfabscheideverfahrens in einer
Stärke von etwa 50 Mikron abgeschieden.
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Das Wendelelement 12 und die Stützstäbe 13a bis 13c werden
mit Hilfe der Deformationsklemmtechnik an dem metallischen
Röhrenelement 11 befestigt. Dabei wird eine Radialkraft in
Richtung nach außen auf das metallische Röhrenelement 11
ausgeübt und dadurch der Durchmesser des metallischen
Röhrenelementes 11 vergrößert. Das Wendelelement 12 zusammen
mit den Stützstäben 13a bis 13c wird in den Hohlraum des
radial aufgeweiteten metallischen Röhrenelementes 11
eingesetzt, und die Radialkraft wird von dem metallischen
Röhrenelement 11 weggenommen. Dann verklemmt das metallische
Röhrenelement 11 die Stützstäbe 13a bis 13c und das
Wendelelement
12, wobei die elastische Kraft des metallischen
Röhrenelementes 11 das Wendelelement 12 und die Stützstäbe
13a bis 13c gegenüber dem metallischen Röhrenelement 11
unbeweglich festgelegt.
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Da die mechanische Festigkeit von Quarz groß genug ist, um
der elastischen Kraft zu widerstehen, tritt an den
Kontaktflächen der Stützstäbe 13a bis 13c mit dem Wendelelement 12
kein Riß auf und es wird eine hohe Zuverlässigkeit
erreicht. Außerdem besitzt die Bornitridschicht 15 eine
kleine Dielektrizitätskonstante und eine große
Wärmeleitfähigkeit, und der Wanderfeldröhrenaufbau gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel erreicht eine hohe Effizienz und eine
gute Hochfrequenzausgangskennlinie.
Zweite Ausführungsform
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In den Fig. 5 und 6 der Zeichnungen ist ein anderer
Wanderfeldröhrenaufbau entsprechend der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Der in den Fig. 5 und 6 gezeigte
Wanderfeldröhrenaufbau gleicht mit Aussnahme der Stützstäbe 23a, 23b
und 23c dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels, wobei
die übrigen Komponenten mit denselben Bezugszeichen der
entsprechenden Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels
bezeichnet sind, aus Gründen der Vereinfachung ohne
ausführliche Beschreibung. Jeder der Stützstäbe 23a, 23b und
23c besitzt eine Länge von etwa 100 Millimeter und
gewöhnlich einen rechteckigen Querschnitt von 1 Millimeter mal 2
Millimeter. Die Stützstäbe 23a bis 23c werden jeweils aus
Quarzstäben 24 realisiert, die jeweils mit einer
synthetischen Diamantschicht 25 beschichtet sind, wobei die Stärke
jeder synthetischen Diamantschicht 25 zwischen etwa 5
Mikron bis etwa 100 Mikron liegt. Der synthetische Diamant
wird mit Hilfe eines plasmaunterstützten chemischen
Dampfabscheideverfahrens abgeschieden und das Wendelelement
12 und die Stützstäbe 23a bis 23c werden mit Hilfe der
Deformationsklemmtechnik an dem metallischen Röhrenelement 11
befestigt.
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Da die mechanische Festigkeit des synthetischen Diamanten
groß genug ist, um der elastischen Kraft zu widerstehen,
tritt an den Kontaktflächen der Stützstäbe 23a bis 23c mit
dem Wendelelement 12 kein Riß auf und es wird eine hohe
Zuverlässigkeit erreicht. Außerdem besitzen die synthetischen
Diamantschichten 25 eine kleine Dielektrizitätskonstante
und eine große Wärmeleitfähigkeit, und demzufolge erreicht
der Wanderfeldröhrenaufbau, der in dem zweiten
Ausführungsbeispiel realisiert wird, ebenfalls eine hohe Effizienz und
eine gute Hochfrequenzausgangskennlinie.
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Obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den
Fachmann naheliegend, daß verschiedene Veränderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel kann
das Wendelelement aus einem anderen schwer schmelzbaren
Metall hergestellt werden und für das Wendelelement kann ein
schwer schmelzbarer Metalldraht in Frage kommen. Zur
Herstellung der Bornitridschichten und der synthetischen
Diamantschichten stehen verschiedenartige Abscheideverfahren
zur Verfügung. Außerdem ist das metallische Röhrenelement
nicht auf korrosionsfesten Stahl eingeschränkt.