DE703971C - istungen - Google Patents

istungen

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DE703971C
DE703971C DE1937R0100904 DER0100904D DE703971C DE 703971 C DE703971 C DE 703971C DE 1937R0100904 DE1937R0100904 DE 1937R0100904 DE R0100904 D DER0100904 D DE R0100904D DE 703971 C DE703971 C DE 703971C
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DE
Germany
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screen
grid
anode
cathode
tube
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Expired
Application number
DE1937R0100904
Other languages
English (en)
Inventor
Andrew V Haeff
Leon S Nergeard
Paul D Zottu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
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Publication date
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
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Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J21/00Vacuum tubes
    • H01J21/02Tubes with a single discharge path
    • H01J21/06Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only
    • H01J21/065Devices for short wave tubes

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  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Description

  • Schirmgitterröhre für kurze Wellen und große Leistungen Die Erfindung betrifft Schirmgitterröhren zur Erzeugung oder Verstärkung ultrakurzer Wellen von großer Leistung.
  • Da die Elektrodenkapazitäten von: Entladungsröhren für Ultrahochfrequenz einerseits klein sein müssen und andererseits mit der Zunahme der Elektrodenabmessungen wachsen, ist bei Kurzwellenröhren der Größe der Elektroden. bei normalem Elektrodenaufbau eine Grenze gesetzt, die natürlich auch die zulässige Leistung, die abgestrahlt werden kann, begrenzt. Dem Abstand zwischen der Kathode und der Anode ist bei ultrahoher Frequenz durch die Laufzeit der Elektroden von der Kathode zur Anode eine Grenze gesetzt, da die Betriebsfrequenz unterhalb der Frequenz bleiben muß, bei der die Laufzeit einen nennenswerten Bruchteil der Periodendauer ausmacht.
  • Sender für Ultrahochfrequenz, beispielsweise für Fernsehsendungen, bei denen die Bandbreite des bildmodulierten Trägers ziemlieh groß sein muß, erfordern breit abgestimmte Resonanzkreise mit kleiner Impedanz. Damit ein guter Wirkungsgrad erzielt wird, müssen die an diese abgestimmten Kreise angeschlossenen Röhren eine entsprechend kleine Impedanz. aufweisen und sowohl eine hochemissionsfähige Kathode als auch einen kleinen Anoden-Kathodenabstand besitzen, um schon bei geringen Spannungen hohe Entladungsströme zu liefern. Da die hohen Kathodentemperaturen und die unter Hochspannung erfolgende Entladung in der Röhre eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen, muß auch noch die Aufgabe der Wärmeabfuhr von in ihrer Größe begrenzten Elektroden gelöst werden.
  • Wegen der bei Ultrahochfrequenzröhren erforderlichen sehr kleinen Elektroden- , abstände ist eine wirksame elektrostatische Entkopplung von Eingangs- und. Ausgangselektroden besonders. wichtig. Die Verwendung eines gewöhnlichen Schirmgitters zur Neutralisierung der Elektrodenkapazitäten ist zwar auch schon für Ultrakurzwellenröhren angegeben worden, führt aber nicht zum Ziel, da die Induktivität und der Widerstand der Elektrode und ihrer Zuleitungsdrähte bei Ultrahochfrequenz ausreicht, um schädliche Schwankungen der Schirmgitterspannung und stehende Wellen zu erzeugen. Auch die gewöhnlichen Schirme zum Abfangen der elektromagnetischen und elektrostatischen Kraftlinien, die von den verschiedenen abgestimmten Kreisen ausgehen, sind bei einer Ultrakurzwellenröhre mit hoher Leistung ungeeignet. Beispielsweise genügt bei diesen Frequenzen schon die Kopplung zwischen geraden kurzen Drahtstücken innerhalb des Entladungsgefäßes, um den Wirkungsgrad zu verschlechtern und Störungen zu erzeugen.
  • Ziel der Erfindung ist eine Schirnigitterröhre für kurze Wellen und große Leistungen, bei der auch bei Ultrahochfrequenz- eine wirksame Abschirmung zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis erreicht ist. Dabei wird von verschiedenen baulichen Einzelheiten Gebrauch gemacht, die an sich schon bekannt sind. Man hat Ultrakurzwellenröhren in der Weise aufgebaut, daß die -zylindrische Anode einen Teil des Vakuumgefäßes bildet und an beiden Stirnseiten durch je einen Glaskörper abgeschlossen ist. Es ist ferner bekannt, das Steuergitter einer Hochleistungsröhre aus achsparallelen, auf einer Zylindermantelfläche angeordneten Drähten zusammenzusetzen und an den Enden durch Blechzylinder zusammenzuhalten. Auch der Aufbau einer Kathode aus mehreren parallelen Drähten ist bekannt. Auch der Aufbau von zylinderförmigen, konzentrischen Steggittern, deren einzelne Elemente im Elektronenschatten angeordnet sind, sowie auch wassergekühlte Außenanoden sind bekannt.
  • Erfindungsgemäß wird eine Schirmgitterröhre fürkurze Wellen und große Leistungen mit einer zugleich als Teil der Gefäßwand dienenden Anode, die an beiden Enden durch je einen Glaskolben abgeschlossen ist, derart ausgebildet, daß das Schirmgitter an beiden Enden durch rohrförmige Schirme verlängert ist, die das Schirmgitter tragen und an je einem in den Glaskolben eingeschmolzenen, radial durch die Gefäßwand nach außen führenden Metallring befestigt sind und die Kathoden- und Steuergitterzuleitungen gegen die Anode abschirmen.
  • Die gemäß der Erfindung gebauten Ultrakurzwellenröhren können bei einer Wellenlänge von 21j2 m mehrere Kilowatt Leistung abgeben. Eine solche Röhre besteht aus einer an sich bekannten zylindrischen Kathode mit einem an sich bekannten konzentrischen Steuergitter und einer gleichfalls konzentrischen Anode. Zur Abschirmung des Steuergitters von der Anode ist in dem ringförmigen Zwischenrauen zwischen diesen Elektroden ein zylindrisches Schirmgitter angeordnet, welches an beiden Enden in an sich bekannter Weise von koaxialen Röhren, die für elektrostatische Felder undurchdringlich sind und an den beiden Enden des Schirmgitters befestigt sind, getragen wird. Die äußeren Ränder dieser Röhren sind an ringförmigen Durchführungen befestigt, die radial durch isolierende Abschnitte des Gefäßes hindurchführen und darin eingeschmolzen sind. Der äußere Rand eines jeden Ringes ragt über das Gefäß hinaus und verläuft konzentrisch dazu. Das Steuergitter und die Kathode werden innerhalb des Schirmgitters von entgegengesetzten Enden des Gefäßes her abgestützt und im Abstand voneinander gehalten. Durch Anschließen von Schirmen bekannter Art an die äußeren Ränder der beiden Schiringitterdurchführungsringe kann man erreichen., daß die einzelnen Kreise für die Anode, für das Steuergitter und für die Kathode vollkommen umschlossen und elektrisch entkoppelt «-erden. Die Schirme können leicht geerdet und gegebenenfalls zur mechanischen Abstützung der Röhre benutzt werden. Dieser unterbrechungslose Zusam: menhang der elektrostatischen und elektromagnetischen Schirme von den Enden des Schirmgitters bis zu den äußeren, die Kreise voneinander trennenden Schirmen macht die eigentliche Erfindung aus.
  • In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Gemäß den Abb. i und z besteht das Röhrengefäß aus einer zylindrischen Metallanode i, die an beiden Enden vakuumdicht von zylindrischen Glaskolben 2 und 3 abgeschlossen wird, die koaxial mit Hilfe der Ringverschmelzungen an die Anode angeschrnolzen sind. Für die Verschmelzungen ist ein besonderer Metallrin9 q. aus einem Metall vorgesehen, welches leicht vom Glas benetzt wird und sich gut mit dem Anodenmetall verschweißen oder verlöten- läßt. Innerhalb der Anode sind konzentrisch angeordnet das Schirmgitter 5, das Steuergitter 6 und die Kathode 7, wobei die Kathode in bekannter Weise aus einer Anzahl von geraden, parallelen Heizdrähten besteht, die in einer zur Anode konzentrischen Zylinderfläche angeordnet sind. Die parallelen Drähte des Steuergitters sind zylindrisch angeordnet und an ihren Enden an runden Kragen 6o und 01 befestigt. Der untere Kragen ist an einer rohrförmigen Tragstrebe 62 befestigt, die unten in den Glaskolben 3 so eingeschmolzen ist, daß die Gitterdrähte konzentrisch um die Heizdrähte liegen. Wegen der Wärmeentwicklung in der Röhre werden die Gitterdrähte und die angrenzenden Teile des Traggerüstes in bekannter Weise aus hochsehmelzendem Metall, z. B. Tantal, angefertigt.
  • Um die Impedanz des Schirmgitters über seine ganze Länge klein zu halten, wird es, was an sich bekannt ist, aus geraden Drähten gebildet, die sich parallel zur Anodenachse erstrecken und ähnlich wie die Steuergitter-und Kathodendrähte in einer Zylindermantelfläche angeordnet sind, die konzentrisch zu den anderen Elektroden verläuft. Um die Impedanz der Zuleitungen für das Schirmgitter zu verringern und die Kathoden und Steuergitterzuführungen vollkommen von der Anode und ihren Kreisen abzuschirmen, De= stehen die Tragstreben für das Schirmgitter aus Röhren 5o und 51, die an den Kragen. am Ende des Schirmgitters angeschlossen sind und die an ihren äußeren Rändern mit konzentrischen, ringförmigen Durchführungen 52 und 53 verbunden sind. Jede dieser Ringdurchführungen führt radial durch die Glaswand hindurch nach außen. Im därgestellten Beispiel ist das Tragrohr 5o an einem aufwärts gerichteten Flansch des Ringes 52 befestigt, und zwar vorzugsweise damit verschweißt. Schirmgitter und Tragrohr 5o sind durch ein kegelstumpfförmiges Metallrohr 54 miteinander verbunden. Das untere Tragrohr 51 ist mit dem Schirmgitter durch ein lcegelstumpfförmiges Rohrstück 55 verbunden und an dem Flansch des Durchführungsringes 53 gleitend gelagert, um Längsausdehnungen des Schirmgitters zu gestatten. Um eine freie Bewegung des unteren Schirmgittertragrohres in der Längsrichtung zu ermöglichen und gleichzeitig das Tragrohr längs seines ganzen Umfangs mit dem Einschmelzring elektrisch leitend zu verbinden, ist ein ringförmiges, blasebalgartiges Verbindungsstück 56 am Rohr einerseits und am Durchführungsring befestigt. Die rohrförmigen Verbindungsstücke zwischen dem Schirmgitter und den Durchführungsringen 52 und 53 machen die Hochfrequenzimpedanz zwischen dem Schirmgitter und seinen äußeren Verbindungen praktisch vernachlässigbar klein. Gleichzeitig stellen sie eine ununterbrochene Fortsetzung der Abschirmung zwischen der Anode, der Kathode, dem Steuergitter und ihren Zuleitungeni dar. Die Kopplung zwischen zwei übernächsten Zylindern einer Reihe von koaxialen Zylindern ist Null. Zur Vervollständigung der Abschirmung kann man an den äußeren Rändern der beiden Schirmgitterdurchführungsringe gewöhnliche Schirme befestigen, die die Kreise für die Anode, für das Steuergitter und -für die Kathode gegebenenfalls vollkommen einschließen und- elektrisch trennen, wobei man diese äußeren Schirme am besten unmittelbar mit der Vorspannungsbatterie für das Schirmgitter verbindet. Eine besondere Ausführungsform dieser Abschirmung, bei der auch die Röhre von der Abschirmung getragen wird, wird im Zusammenhang mit Abb.3 näher beschrieben werden.
  • Zur Erzielung des erforderlichen geringen Widerstandes und der hohen Leistung besteht die Kathode aus einer Anzahl von dicht beieinander angeordneten parallelen Heizdrähten, die praktisch eine emittierende Zylinderfläche darstellen, bei der alle Punkte den günstigsten Abstand von der Anode besitzen. Um die Hochfrequenzimpedanz zwischen den Enden des Heizkreises klein und um den Gleichstrom für die Heizung innerhalb vernünftiger Grenzen zu halten, ist eine Anzahl von parallel geschalteten Kreisen vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind sechs Kreise gezeigt. Jeder Kreis besteht aus einem U-förmigen Heizdraht, dessen Enden mit den Zuführungsdrähten verbunden sind, während der obere Bogen des Heizdrahtes von einem zentralen Stab isoliert gehalten und gespannt wird. Die Feder für die Spannung der verschiedenen Drähte und die Trag- . stäbe sind so ausgebildet, daß sie sich leicht innerhalb' des Schirmgitters zusammen- undeinbauen lassen, so daß auch sie vom Anodeneinfluß abgeschirmt sind.
  • Die verhältnismäßig große Anodenverlustleistung wird durch eine an sich bekannte Flüssigkeitskühlung abgeführt.
  • Abb.3 zeigt den Aufbau von zwei erfindungsgemäßen Röhren für Gegentaktbetrieb. Die oberen und die unterem Schirmgitterdurchführungsringe 52 bzw. 53 werden durch Schrauben oder Bolzen, vorzugsweise mit Hilfe biegsamer Flansche, an der oberen bzw. unteren Deckplatte eines kastenförmigen Metallschirmes go befestigt. Die Heizstromzuführungen gi sind miteinander .verbunden, wobei das Verbindungsstück vorzugsweise eine halbe Wellenlänge lang ist. Ihre Mittelpunkte, die Knotenpunkte der stehenden Wellen, sind mit der Heizgleichspannungsquelle verbunden. Die Gitter sind gleichfalls durch einen Leiter g-- abgestimmt, der et-,vas kürzer als 1/4 der Wellenlänge in Luft oder ein Vielfaches davon ist und dessen Mittelpunkt mit der Gittervorspannungsquelle verbunden ist. Die Gitterzuleitung ist über eine Lecherdrahtschleife an eine Steuerspannungsquelle angeschlossen. Die Einlaß- und Auslaßstutzen der Wasserkühlmäntel für die Anoden sind über rohrförmige Leiter 93 miteinander verbunden, an deren Mittelpunkt Kühlmittelzuleitungen 94 angeschlossen sind., die sich durch eine Öffnung im Ab- Schirmkasten nach unten erstrecken mögen. Die Gleichspannung für die Anoden wird ain besten im 'elektrischen Mittelpunkt der Leiter 93 zugeführt. Ein Hochfrequenzausgangskreis, bestehend aus einem Leiter 95, ist in der dargestellten Weise an die Leiter 93 angeschlossen und ist durch eine Öffnung des Kastens an der Seite nach außen geführt.
  • Die in den. Abb. 1 und 2 dargestellte Röhre läßt sich bequem herstellen. Die fertig mit den Wassermänteln ausgerüstete Anode wird zunächst an beiden Enden mit Kragen q. aus einer Fe-Ni-Co-Legierung verschweißt. Dann werden auf beiden Seiten der ringförmigen Schirmgitterzuleitungen und der Kragen q. Glasringe angeschinolzen, die den Durchmesser der Kolben besitzen. Darauf werden die Ringe an die Anodenglasringe angeschmolzen. Das fertig zusammengebaute Schirmgitter einschließlich der Endringe und der kegelstumpfförinigen Röhre 54 und 55 bzw. der Rohrstücke 50 und 51 wird nunmehr in die Anode eingeschoben und der Flansch 52 an das Rohr 50 bzw. der Blasebalgflansch 56 an den Ring 53 und die Rohre 62 angeschweißt. Darauf wird das Steuergitter mit einem Glaskolben, der die untere Hälfte des unteren Glasteiles darstellt und mit dem Tragrohr 62 verschmolzen ist, in die Anode eingeschoben und der Rand des Glaskolbens an den Glasring des Schirmgitterdurchführungsringes 53 angeschmolzen. Das freie obere Ende des Steuergitters wird währenddessen durch eine Lehre zentriert. Die Steuergitterlehre wird entfernt und die fertig aufgebaute Anode vom anderen Ende her mit dem angeschmolzenen Glasteil an den Ring 52 angeschmolzen, wobei das untere Ende des Heizfadenaufbaus durch eine durch das untere Ende der Steuergittertragröhre eingeführte Lehre zentriert wird. Das Tragrohr besitzt einen Zentrierkragen 63 mit einer Öffnung, die die Lehre genau an der Achse des Gefäßes zentriert. Die Öffnung im unteren Ende der Steuergitterzuleitung kann durch einen Purnpstutzen 64 abgeschlossen «erden. Nachdem der Kathodenaufbau am oberen Ende eingeschmolzen ist, kann man die Lehre durch den Pumpstutzen 64 aus der Röhre entfernen. Um den Pumpstutzen herum kann ein mit einem Gewinde versehener Kragen vorgesehen sein, auf den eine Schutzkappe für die Abziehspitze, die gelegentlich als Zuführung für das Steuergitter dienen kann, aufgeschraubt werden kann..
  • Eine Leistung von 5 Kilowatt umnodulierter Trägerwelle von etwa 2112 in wurde mit einer Röhre mit folgenden Maßen erzielt: Anode etwa 15,5 cm lang und mit einem Innendurchmesser von etwa 7,2 cm. Innendurchmesser des Schirmgitters, des Steuergitters und des Kathodenzylinders 4,2 bzw. 3,2 bzw. 2,4 cm. Gesamtheizstrom bei sechs parallel geschalteten Kreisen und 16,4 Volt Heizspannung q.qo Ampere.
  • Untersuchungen haben ergeben, daß bei dieser Röhre die Kapazität zwischen Anode und Schirmgitter etwa 33,7 PF und da.ß die Anodensteuergitterkapazitit etwa 0,31 pF betrug. Die Stromaufnahme des Steuer- und des Schirmgitters betrug etwa 2o,5 Ampere, die Anodenspannung etwa 9ooo Volt.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schirmgitterröhre für kurze Wellen und große Leistungen mit einer zugleich als Teil der Gefäßwand dienenden Anode, die an beiden Enden durch je einen Glaskolben abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schirmgitter an beiden Enden durch rohrförmige Schirme verlängert ist, die das Schirmgitter tragen und an je einem in den Glaskolben eingeschmolzenen, radial durch die Gefäßwand nach außen führenden Metallring befestigt sind und die Kathoden- und Steuergitterzuleitungen gegen die Anode abschirmen.
  2. 2. Schirmgitterröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus mehreren auf einer Zylinderfläche angeordneten, zur Zylinderachse parallelen Heizdrähten besteht.
  3. 3. Schirmgitterröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Steuergitter und das Schirmgitter aus auf Zylinderflächen angeordneten, zueinander und zur Zylinderachse parallelen Drähten bestehen. q..
  4. Schirmgitterröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer der rohrförmigen Schirme an seinem Einschmelzring über ein biegsames Verbindungsstück befestigt ist, so daß eine Längsausdehnung des Schirmgitters möglich ist.
  5. 5. Anordnung mit einer oder mehreren Röhren nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Schirme, die die einzelnen Kreise voneinander ab- schirmen, an die äußeren Enden der Einschmelzringe des Schirmgitters angeschlossen sind.
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