DE833092C - Elektrostatisches System zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Stromdichte - Google Patents

Description

• Elektrostatisches System zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Stromdichte Der Nutzwirkungsgrad von Laufzeitröhren ist wesentlich bedingt durch die Stromdichte und den Strahlw,ider-stand des Elektronenstrahls. Um die Verluste im Resonator möglichst klein zu halben, muß ,die Stromdichte mägl,ichst groß und der Strahlwiderstand möglichst klein gemacht wenden. Die Forderung nach möglichst :kleinem Strahdw-iderstand muß deshalb gestellt werden, da bei gleichbleibendem Strom die Resonatorverluste mit dem Quadrat der Spannung, die erzeugte Hochfrequenzleistung jedoch nur linear mit dieser wächst.
• Die Forderung nach hoher Stromdichte (kleinem Strahlquerschnitt) hängt mit den Eigenschaften des als Hohlraum ausgebildeten Resonators zusammen, der an der Stelle seines maximalen elektrischen Feldes vom Elektronenstrahl durchschossen wind. Ein kleiner Strahlquerschnitt entspricht dabei einer kleinen kapazitiven Belastung; die wiederum ein großes L: C-Verhältnis und damit einen hohen Resonanzwiderstand zur Folgte hat.
• Um diesen Gesichtspunkten Rechnung zu tragen, sind schon Elektrodensysteme entwickelt worden; die als Hauptmerkmal eine Beschleunigungselektrode aufweisen, ,die nach der Kathode zu konvex gekrümmt ist. Will man ein solches System mit einem Doppelhohlraum der üblichen Bauart verbinden, so muß man eine nachteilige Verlängerung .des Elektronenstrahles ein Kauf nehmen. Der Elektronenstrahl muß aber insbesondere deshalb so kurz als möglich ,gehalten werden, um eine durch die gegenseitige Abstoßung der Elektronen hervorgerufene Aufspreizung des Strahles so gering als möglich zu halten.
• Erlinduagsgemäß wird ,diese Aufgabe dadurch gelöst, (laß die geometrische Anordnung des elektrostatischen Systems so gewählt wird, daß die von der Kathode ausgehenden Fl.ektronenlialinen so verlaufen, (laß die Elektronen beim Eintritt in einen Laufrauen auf einen bestimmten Punkt hin konvergieren. Dalwi :wird die Lage des Konvergenzuni die Verluste klein zu halten, vorteilliaft so gewählt, daß die Elektronenbahtieti svinmetrisch zur Mittelebene des Laufraumes verlaufen, d. 1i. daß der Spreizeffekt die Elektronen so beeinflußt, ° (laß ihre Bahnen in der Austrittsebene in demselben Nlaße divergieren, wie sie in der Eintrittsel)etie konvergieren.
• Zweckmäßitg wird :die Kathode so ausgebildet, (laß ihr Durchmesser senkrecht zur Rohrachse mindestens gleich groß; vortei-lliafterweise jedoch größer als der Durchmesser des Laufraumes ist. Wird die Kathode konkav ausgebildet, so kann man den erfindungsgemäßen Elektronenbahnenverlauf dadurch erreichen, daß der Krümmungsradius der I`atlio(le etwa gleich dem Abstand des Scheitelpunktes der Kathode von der 1?intrittsel>ene des Laufraumes ist, von diesem jedoch nicht 'um mehr als 20% abweicht. Um die Beeinflussung des Elektronenstrahles durch das Ilochfrequenzfeld möglichst wirksam zu machen, wird die elektronenoptisclie Abbildung der Kathodenfläche auf die Eintrittsebene des Laufrauinizylinders so gewählt, (laß die Dichte des Elektronenstrahles iin Laufraum längs eines Querschnitts in der Weise variiert, daß am Rande des Laufrautnzylinders eine :größere Elektronendichte als in der Achsennähe besteht.
• Diese Bedingung kann @insbesonidere dadurch erfüllt werden, daß der Krümmungsrad,ius der Kathode der Gleichung r = const. x rf genügt, twobei d der Durchmesser des Laufraurnzylinders ist und die Konstante einen zwischen eins und zwei liegenden Wert hat. Die größeren ';-Werte der Konstante werden vorteilhaft 1)ei-geringeren Stronistiirken gewählt.
• Uni auch die von den äußersten Randzonen der Katiiod e stammenden Fl,elctrolien in den Laufraum zu zwingen, kann an der Kathode ein schmaler überstehender zylindrischer Rand angeordnet werden. Störeffekte durch Randelektronen können aber auch dadurch vermieden werden, daß die äußersten Ringzonen nicht mit Ennissionsinasse bedeckt werden.
• Ail (lern kathodenseitigen Ende des Laufraumes hvir<l zweckmäßig in Gestalt einer tricliterförm,igeti Erweiterung eine Zuganode angeordnet, deren lfaiitellinie mit der Rohrachse einen Winkel von etwa :I3° bildet.
• Eine besonders vorteilhafte gedrängte Bauweise des Systems wird dadurch erreicht, daß die Zuganode gleichzeitig die Begren-zungs@wan(1 des kathodenseitigen Hohlraumresonators bildet.
• Um ein Durchgreifen des statischen ]3esclileunigung..fel(les in den Laufraum zu verhindern, ist es bei großen Ouersclinittcli eles Laufratitiies zweclcmäßig, ein mit der Zuganode verbundenes Gitter anzuordnen.
• Eine besonders einfache Ailordnung ergiht sich. wenn man den Wehn eltzvlincle r, (/er iin allgeineineti die Kathode eng ulnscliließt und in den Raum zwischen Kathode und Anode hineinragt, unmittelbar mit der Kathode verbindet, so daß er einen trichterförmigen :Ansatz an der Kathode bildet.
• In der Abbildung ist ein :lusführungsl>eispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in schematischer Weise dargestellt. t ist eine konkav ausgebildete Kathode 1, die von einem sie eng umschließenden Wehneltzylitider 2 umgeben ist. Die Ztiga.node weist einen trichterförmigen Ansatz .1 auf. so daß durch die Gesanitanordnun;g die v(-n der hatliode ausgehenden Elektronen scliwacli konvergierend in den Laufraum eintreten, aus welchem sie ohne Verluste nach svnimetrischein Durchgang wieder austreten. Dabei ist die Dichte des l,:lekti-onensti-ahles in fleh äußeren IZiti@gzoneti gr@ificr als in :\clisenniihe.

Claims (7)

1. PATEN TA NS YRLCHE: 1. Elektrostatisches Svstein zur Erzeugung von I?lelctronetistralilen hofier Stromdiclitc für Laufzeitröhren, dadurch gekennzeichnet, Bali die von der Katlio(le ans@gehenden Elektronenbahnen so in eitlen Laufraum einmünden, daß sie auf einen bestimmten Punkt der Laufrauinachse konvergieren.
2. 2. Elektrostatisches Svstein nach Alisprucli i. dadurch gekennzeichnet, -dali die 1?1el:trotienbahnen im Laufrahm svninietriscli zur mittleren Ouerschnittsehene 'des Laufraumes verlaufen.
3. 3. Elektrostatisches System nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeicliiiet, daß die 1?lektronenbahnen in den änheren Ringzonen des Laufraumes eine grül@ere 1)iclite als in ,Visen- nähe aufweisen. .I.
4. Elektrostatische: S@ stelii nach Anspruch t bis 3, dadurch gekennzeichnet, dal.l der 1)it@ciimesser der l#,atlio(le senkrecht zur Systemachse mindestens gleich (lein oder gr@ler als Durchmesser Jes L aufraumes ist.
5. 5. Elektrostatisches System nach Anspruch i bis .+, dadurch gehennze@ichnet, (laß der l@rünitnungsmittelpunkt der Kathode etwa in der Nähe der Eintrittsclxcne liegt, je,clocll von dieser Eintrittsebene nicht weiter entfernt ist, als es einem Fünftel des Kathodenabstandes voll der Eintrittsebene entspricht.
6. 6. Elektrostatisches System nach Alisprucli i bis j, dadurch gelcctilizciclinet, dati der Kriiinmungsradius (ler Katlic>cle etwa -leich dem l.aufraumdurchniesser ist.
7. 7. Elektrostatisches Svstein nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, (laß die Kathode einen über den Kathodenrand überstehenden zylindrischen Ansatz aufweist. B. Elektrostatisches System nach Anspruch t bis C, dadurch gel:ennzeichnet. da13 dic äüßersteh Ringzonen der Tathode frei von Emissionsniasse sind. g. Elektrostatisches System nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem kathodenseitigen Ende des l.aufraümes eine Zuganode in Gestalt einer trichterförmigen Erweiterung angeordnet ist, deren Offtnungs@N-inkel zwischen 70 und 1l0° beträgt. io. Elektrostatisches System nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ,die Zuganode als Begrenzungswand des kathodenseitigen Hohlraumresonators dient. i i. Elektrostatisches System nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsebene des Laufraumes ein mit der Zuganode verbundenes Gitter angeordnet ist.