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Ultrakurzwellenröhre, bei der die Elektrodenflächen im wesentlichen
senkrecht zur Röhrenachse stehen und der Entladungsstrom in Richtung der Röhrenachse
fließt Die Erfindung betrifft eine Ultrakurzwellenröhre, bei der die -Elektrodenflächen
im wesentlichen senkrecht zur Röhrenachse stehen und der Entladungsstrom in Richtung
der Röhrenachse fließt. Kathode und Anode einer solchen Röhre werden bei dieser
Anordnung durch das Gitter voneinander getrennt, und es ist üblich, das. Gitter
an einem die Röhrenachse umschließenden leitenden Zylinder derart anzuschließen,
daß an jeder Seite des Gitters je ein koaxialer Hohlraumschwingkreis entsteht. (Zylinder
als Außenleiter und Anode bzw. Anode als Innenleiter.) Derartige Anordnungen haben
sich besonders im Dezimeterwellenbereich, z. B. bei io oder 2o cm Wellenlänge, bewährt.
Sie können entweder nach dem Prinzip der Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen,
nach dem Prinzip der Kathodensteuerung oder nach Art gewöhnlicher Dreielektrodenröhren
arbeiten.
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Die Arbeitsweise solcher Röhren setzt eine sehr kleine Elektronenlaufzeit
zwischen Kathode und Gitter voraus, und auch die Laufzeit zwischen Gitter und Anode
darf nicht groß sein. Infolgedessen ist man gezwungen diese Abstände sehr klein
zu machen, z. B. nur o,i mm. Die Erfindung gibt einen Elektrodenaufbau, der es ermöglicht,
so geringe Abstände einzuhalten.
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Durch die Benutzung geeigneter Hilfsgeräte kann man an sich den Abstand
zwischen den Elektroden mit großer Genauigkeit einstellen, und es ist auch möglich,
die bei der betriebsmäßigen Erwärmung
infolge der Wärmeausdehnung
auftretenden Abstandsänderungen zu berücksichtigen. Bei den im Verhältnis zum Elektrodendurchmesser
sehr kleinen Abständen ist es aber außerordentlich schwer, eine genaue axiale Stellung
der Elektroden zu gewährleisten. Schon ein geringes Verkantender Elektroden muß
aber zum Kurzschluß oder doch wenigstens zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades
infolge ungleichmäßiger Elektrodenabstände führen. Aufgabe der Erfindung ist es,
diese Empfindlichkeit gegenüber einem Verkanten der Elektrode zu beseitigen.
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Gemäß der Erfindung werden die Elektroden als Kugelkalotten mit einem
gemeinsamen Mittelpunkt ausgebildet, und dieser Mittelpunkt wird an die Stelle der
größten Bauungenauigkeit gelegt, d. h. an die Stelle, um die die Elektroden, insbesondere
die Kathode, bei ungenauem Aufbau verkanten. Im allgemeinen wird diese Stelle im
Fuß der Röhre liegen; jedoch sind auch andere Fälle denkbar. Verkantet bei einem
erfindungsgemäßen Entladungsgefäß z. B. die Kathode um den gewählten Punkt, s6 ändert
sich der Abstand der emittierenden Kathodenfläche vom Gitter nicht, da sie nur in
ihrer Fläche verschoben ist.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der
Erfindung schematisch dargestellt.
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In der Abb. i ist i das Glasgefäß einer Dreielektrodenröhre, die eine
Anode 2, eine Kathode 3 und zwischen beiden ein Gitter q. enthält. Die Anode 2 hat
die Gestalt eines Topfes, der in das obere Ende des Glasgefäßes i eingeschmolzen
ist. Die Kathode 3 ist durch eine Heizspirale 5, der der Strom durch zwei Stromzuführungen
6 und 7 zugeleitet wird, indirekt geheizt. Sie wird von einem Rohr 8 getragen, das
auf einer Anzahl in einem Kreis angeordneter Einschmelzdrähte befestigt ist, von
denen in der Abbildung die Drähte 9, io und ii und 12 dargestellt sind. Das Gitter
q. ist an einer ringscheibenförmigen Einschmelzung 13 befestigt.
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Die,. Röhre ist in einem Gehäuse dargestellt, das zusammen mit deji
Elektroden zwei koaxiale Schwingkreise bildet. Das Gehäuse besteht in der Hauptsache
aus einem Zylinder 1q., der das Rohr gleichachsig umschließt. Der Zylinder dient
als Außenleiter. Innenleiter sind einerseits die Anode 2 und andererseits die Kathode
3 mit dem Rohr 8, den Durchschmelzungen 9 bis 12 und einem diese Durchschmelzungen
verlängernden Rohr 15. Beide gleichachsigen Schwingungskreise werden durch eine
Ringscheibe 16 voneinander getrennt, die einerseits an den Zylinder 14 und andererseits
an den das Gitter q. tragenden Ring 13 angeschlossen ist. Zum Zwecke der Abstimmung
sind verschiebbare Anordnungen 17 und 18 vorgesehen, die aus je zwei metallischen
Ringscheiben mit zwischengelegter Glimmerisolation bestehen. Außerdem ist im Anodenkreis
eine Auskopplungsschleife 2o angeordnet.
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Wenn die in der Abb. i dargestellte Röhre beispielsweise nach Art
der Kathodensteuerungsröhren arbeiten soll, so muß der Abstand zwischen Kathode
und Gitter außerordentlich gering sein. Er liegt im allgemeinen zwischen o,r und
o,2 mm. Um auch bei diesem geringen Abstand durch ein Verkanten der Kathode bei
fehlerhaftem Aufbau keinen Kurzschluß zwischen Kathode und Gitter zu erhalten, sind
Kathode und Gitter und zweckmäßig dann auch die Anode gemäß der Erfindung als Kugelkalotten
mit gemeinsamem Mittelpunkt ausgebildet. Dieser gemeinsame Mittelpunkt ist mit M
bezeichnet. Er liegt in der Röhrenachse, und zwar im vorliegenden. Fall im Fuß der
Röhre,- da dort bei dem gewählten Aufbau erfahrungsgemäß die größte Wahrscheinlichkeit
für eine Aufbauungenauigkeit vorliegt.
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Die Röhre nach Abb. 2 ist eine Metallröhre, bei der die Metallwandung
die Aufgabe des Metallzylinders 14 der Röhre gemäß Abb. i übernimmt. Es ist 2 wiederum
die Anode, 3 die Anode, q. das Gitter, 5 die Kathodenheizung und 8 das die Kathode
tragende Rohr. Das System wird von dem Metallrohr 21 umschlossen, das als Röhrenwandung
und Außenleiter dient. Der Abschluß zwischen Anode 2 und Rohr 21 erfolgt. durch
eine ringförmige Keramikplatte 22, während das Rohr unten, ähnlich wie bei den Rundfunkstahlröhren,
durch eine Metallplatte 23 abgeschlossen ist. Diese Platte 23 enthält in üblicher
Weise durch Glaspfropfen geschlossene Hülsen, und durch diese Hülsen sind die Stromzuführungen
6 und 7 zum Heizer und 9 bis i2 zum Kathodenrohr hindurchgeführt. Die Abstimmung
des Kathodenschwingkreises geschieht in diesem Fall in einer Fassung, in die die
Röhre eingesetzt wird; außerdem kann man zwischen rohrförmigen Verlängerungen des
Rohres 21 und der Anode 2, ähnlich wie bei der Anordnung nach Abb. i, zum Zwecke
der Abstimmung einen verschiebbaren Ring anbringen.
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Im vorliegenden Fall liegt die größte Bauungenauigkeit in der Gegend
der Einschmelzungen der Kathodenzuführungen 9 bis i2 und der Befestigungsstellen
der von diesen Einführungsdrähten 9 bis 12 zum Kathodenrohr 8 führenden. Blechstreifen
24 bis 27. Infolgedessen muß der gemeinsame Mittelpunkt der Elektrodenkalotten hier
etwas höher liegen. Man legt den Mittelpunkt M zweckmäßig in die Höhe der Oberkanten
der Glaspfropfen.
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Die Abb. 3 zeigt ein Entladungsgefäß, das in elektrischer Beziehung-völlig
dem Entladungsgefäß nach Abb.2 entspricht. Die vorhandenen Unterschiede sind mechanischer
. Natur. Das als Außenleiter dienende Rohr ist aus zwei Teilen 29 und 31 zusammengesetzt,
welche an der Verbindungsstelle Flansche 32 und 33 aufweisen, die miteinander vakuumdicht
verschweißt sind. Diese Ausbildung des Außenleiters erleichtert den Zusammenbau
der Röhre. An die Stelle der metallischen Abschlußplatte 23 ist eine Keramikplatte
34 getreten, durch die Stromzuführungen (dargestellt sind 11,. 6, 7 und 9) mit Hilfe
nachgiebiger Hülsen 35, 36, 37 und 38 hindurchgeführt sind. Außerdem nimmt diese
Platte den Pumpstutzen 39 auf.
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Bei der in der Abb. 3 dargestellten Ausbildung des elektrischen Entladungsgefäßes
liegt die Stelle M der größten Bauungenauigkeit etwa in derselben Höhe wie beim
Entladungsgefäß nach Abb. 2.
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Bei dem Entladungsgefäß nach Abb. q: wird der Kathodenschwingkreis
zwar ebenso wie bei den Entladungsgefäßen nach den Abb. 2 und 3 von der
Kathode
3 und den zugehörigen Metallteilen einerseits und den aus den Teilen 29 und 31 zusammengesetzten
Außenleiter andererseits gebildet; auf der Anodenseite ist jedoch ein von dem Metallgefäß
40 gebildeter Topfkreis angeschlossen. Den Abschluß des Entladungsgefäßes auf dieser
Seite übernimmt eine etwa halbkugelförmige Keramikschale 41, die also im wesentlichen
die Stelle der Teile 22 und 29 der Röhre nach Abb. 3 einnimmt. Auf der Kathodenseite
erfolgt der vakuumdichte Abschluß durch zwei konzentrische, nicht in derselben Ebene
liegende Keramikringe 43 und 44, zwischen denen sich die Metallzylinder 45 und 46
befinden, die durch Metallbänder 47 und 48 an das Metallrohr 8 angeschlossen sind
und einen Teil des kathodenseitigen Innenleiters bilden. Im vorliegenden Fall dient
das metallische Pumprohr als eine Heizstromzuführung, während die andere Heizstromzuführung
über die Metallzylinder 45 und 46 geht.
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Bei der gewählten Ausführung gemäß Abb. 4 liegt der Punkt höchster
Bauungenauigkeit etwa in der Höhe der inneren Keramikscheibe 44. Um diesen Punkt
sind also die Elektrodenkalotten gekrümmt.
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Um bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 4 eine bequeme Einstellmöglichkeit
für den Abstand Gitter-Kathode zu haben, benutzt man die beiden Metallzylinder 45
und 46, von denen der äußere mit dem Keramikring 43 und der innere mit dem Keramikring
44 verbunden ist. Die Metallrohre werden dann bis zur genauen Einstellung des Abstandes
Gitter-Kathode verschoben und in der gewünschten Stellung vakuumdicht miteinander
verbunden. Diese Verbindung erfolgt zweckmäßig durch Eintauchen der nach außen überstehenden
Ränder der Metallröhre in ein ringförmiges mit Lotmetall gefülltes Bad.
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Die Oberflächen der hochfrequenzführenden Metallteile müssen gute
elektrische Leiter sein. Zweckmäßig sind sie daher versilbert. Die Verbindung zwischen
Keramik und Metallteilen läßt sich am einfachsten herstellen, wenn die Metallteile
aus einer Eisen-Nickel-Legierung geeigneter Wärmeausdehnung bestehen und die Keramikteile
an den Verbindungsstellen einen porigen Überzug aus Molybdänpulver od. dgl. aufweisen.
Die Wärmeausdehnungszahlen nehmen vorzugsweise von außen nach innen ab. Als Lotmetall
zwischen den Metallteilen und den porigen Metallüberzügen benutzt man vorteilhaft
ebenfalls Silber, um auf diese Weise auch an der Verbindungsstelle eine geringe
Dämpfung zu haben.
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Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Anode zum Zwecke
der Kühlung von außen zugänglich. Es können hier alle die aus der Röntgenröhrentechnik
bekannten Kühlanordnungen angewandt werden. Besonders bewährte sich jedoeh die in
der Abb. 4 dargestellte Kühlanordnung. Diese besteht aus einem Kupferblock 48, der
mit der Rückseite der Strombelasteten Anodenflächen zweckmäßig unter Verwendung
eines Silber-Kupfer-Eutektikums verlötet ist. Der Kupferblock 48 trägt einen Kupferring,
der die hohle Anode axial durchsetzt und in radialer Richtung geschlitzt ist, .so
daß Kühlfahen 49 stehengeblieben sind. Zum Zwecke der Kühlung führt man dann in
den inneren Hohlraum ein an die Kühlfahen anliegendes Rohr ein, das nicht ganz bis
auf den Kupferblock 48 herunterreicht. In dieses Rohr eingeblasenes Wasser oder
Preßluft tritt dann unmittelbar über dem Kupferblock 48 durch die radialen Schlitze
in den Außenraum über und kühlt zunächst über den Kupferblock 48 die Anode 2 und
anschließend die Verbindungsstelle zwischen der Anode und der Keramikschale 41.