DE939390C

DE939390C - Method for generating negative pre-stresses during the operation of run-time tubes, in particular speed-controlled run-time tubes

Info

Publication number: DE939390C
Application number: DEF6472D
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl-Ing Mayer
Original assignee: FLUGFUNK FORSCHUNGSINSTITUT OB
Current assignee: FLUGFUNK FORSCHUNGSINSTITUT OB
Priority date: 1942-09-26
Filing date: 1942-09-26
Publication date: 1956-02-23

Description

Verfahren zur Erzeugung von negativen Vorspannungen beim Betrieb von Laufzeitröhren, insbesondere geschwindigkeitsgesteuerten Laufzeitröhren Elektronenröhren, insbesondere Strahlröhren, benötigen in :sehr vielen Fällen, z. B. zur elektronenoptischen Bündelung des Strahlstroms, Elektroden mit gegenüber der Elektronenquelle negativem Potential. Die Erzeugung dieser zum Betrieb der Röhren notwendigen, gegenüber der Kathode negativen Vorspannungen erfolgte bisher entweder durch eine eigene - zur Anodenspannungspuell!e zusätzliche - Spannungsquelle, oder sie erfolgte mit Hilfe eines sogenannten Kathodenwiderstands, im Stromkreis der eigentlichen Anodenspannungsquelle. Letztere Erzeugungsart hat den Nachteil, daß, insbesondere in den: Fällen, in denen .die Röhre mit großem Anodenstrom betrieben werden muß, eine beträchtliche zusätzliche Verlustleistung der Gesamtanordnung, nämlich WZ = 1a - UlL [Watt] (1a = Anodenstrom dar Röhre, Uh = Spannungsabfall am Kathodenwiderstand) in Kauf genommen werden muß, obwohl an sich z. B. die elektro;nenop.tische Bündelung praktisch leistu.ng@los erfolgen könnte. Eine Ausnutzung der an sich möglichen. leistungslosen elektronenoptischen Bündelung durch Erzeugung der negativen Vorspannungen nach der ersten Art hat aber wiederum den Nachteil, daß eine zur A.nodenspannungsquel'le zusätzliche Spannungsquelle benötigt wird.A method for generating negative bias voltages when operating time-of-flight tubes, in particular speed-controlled time-of-flight tubes, electron tubes, especially beam tubes, require in: very many cases, e.g. B. for electron-optical bundling of the beam current, electrodes with a negative potential with respect to the electron source. The generation of these negative bias voltages with respect to the cathode, which is necessary for the operation of the tubes, has so far been carried out either by a separate voltage source - additional to the anode voltage source - or with the help of a so-called cathode resistor in the circuit of the actual anode voltage source. The latter type of generation has the disadvantage that, especially in: cases in which the tube must be operated with a large anode current, a considerable additional power loss of the overall arrangement, namely WZ = 1a - UlL [watt] (1a = anode current of the tube, Uh = Voltage drop across the cathode resistance) must be accepted, although per se z. B. the electronic; neoptical bundling could take place in practice Leistu.ng@los. An exploitation of what is actually possible. Powerless electron-optical bundling by generating the negative bias voltages according to the first type, however, again has the disadvantage that an additional voltage source is required for the node voltage source.

Im allgemeinen muß man einen .der beiden Nachteile bei der Erzeugung der notwendigen negativen Spannungen in Kauf nehmen. Bei Röhren aber, bei denen die Laufzeit der Elektronen vergleichbar wird mit der Periodendauer der Schwingungen, besteht mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit, beide Nachteile zu vermeiden., :denn es ist in diesem Falle möglich, einen Teil -der in die Röhre hineingesteckten, prinzipiell unvermeidlichen Verlustleistung in der Röhre selbst zur Erzeugung der für den Betrieb der Röhre notwendigen negativen Vorspannungen heranzuziehen.In general one has to have one of the two disadvantages in the production the necessary negative Accept tensions. With tubes but, in which the transit time of the electrons is comparable to the period the vibrations, with the help of the method according to the invention there is the possibility of to avoid both disadvantages.,: because in this case it is possible to part - the power loss that is in principle unavoidable and that is plugged into the tube in the tube itself to generate the negative effects necessary for the operation of the tube Use pre-tensioning.

Wenn nämlich die Laufzeit,der Elektronen vergleichbar wird mit ,der Periodendauer der Schwingungen, so entnimmt ein kleiner Teil der Elektronen, nämlich,die soggenannten falschphasigen Elektronen, dem ,hochfrequenten Wechselfeld Energie derart, daß es innen möglich ist, Potentialflächen mit Geschwindigkeiten zu durchlaufen, die größer sind als die,diesem Potential entsprechenden Voltgeschwindigkei.ten, d. h. diese Elektronen können ihr Ausgangspotential, das Kathodenpotential und auch Potentiale, die ,gegenüber diesem Potential negativ sind, noch mit endlichen Geschwindigkeiten erreichen. Anders ansgedrücktheißtdas aber:,Diese@ falschphasigen Elektronen können Elektroden, die sich auf freiem Potential befinden oder über einen genfügend: großen Widerstand mit der Kathode verbundien sind; je nach der Größe dieses Widerstandes mehr oder weniger stark negativ gegenüber der Kathode aufladen, nämlich so stark ,negativ, bis der durch die schnelleren falschphasigen Elektronen im Widerstand erzeugte Spannungsabfall so groß geworden ist, daß die restlichen falschphasigen Elektronen geringerer zusätzlicher Energie dieses negative Potential nicht mehr erreichen können. Die falschphasigen Elektronen stellen also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sozusagen Iden. zur Erzeugung der negativen Vorspannungen notwendigen Gleichstromgenerator dar, der die Verwenr Jung einer eigenen, zur Anodenspannungsquelle zusätzlichen Spannungsquelle bzw. die Verwendüng eines die Verlustleistung der Gesamtanordnung unter Umständen stark erhöhenden Kathodenwiderstands überflüssig macht. Wie stich gezeigt hat, hat der Betrieb geschwindigkeitsgesteuerter Laufzeitröhren nach Art des erfindungsgemäßen Verfahrens noch den Vorteil einer erhöhten Stabilität gegenüber dem Fall, bei dem die negativen Vorspannungen außerhalb der Röhre erzeugt werden.Namely, if the running time of the electrons is comparable to that of the Period duration of the oscillations, a small part of the electrons, namely the so-called wrong-phase electrons, the high-frequency alternating field energy in such a way that inside it is possible to traverse potential surfaces at speeds, which are greater than the voltage corresponding to this potential, d. H. These electrons can have their starting potential, the cathode potential and also Potentials that are negative compared to this potential, still with finite speeds reach. In other words, this means: 'These @ wrong-phase electrons can Electrodes that are at a free potential or have a sufficient: large Resistance are connected to the cathode; depending on the size of this resistance charge more or less strongly negative compared to the cathode, namely so strongly , negative, until the by the faster out-of-phase electrons in the resistor generated voltage drop has become so large that the remaining out of phase Electrons with lower additional energy no longer have this negative potential reachable. The wrong-phase electrons are thus in the case of the invention Process iden, so to speak. necessary to generate the negative biases Direct current generator, which uses its own as an anode voltage source additional voltage source or the use of the power loss of the overall arrangement under certain circumstances makes a strongly increasing cathode resistance superfluous. How stab has shown, the operation of speed-controlled transit time tubes according to Art the method according to the invention still has the advantage of increased stability the case where the negative biases are generated outside the tube.

An Hand: der schematischen Abbildung sei das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb von Lauf -zeitröhren an einem Beispiel einer geschwindigkeitsgesteuerten Laufzeitröhre kurz erläutert. Von der Elektronenquelle ,der Kathode i kommend; durchsetzt der Elektronenstrahl das Anodengitter 2 und, das Gitterpaar 3 und 4 des Hohlraumresonators 5, der sich auf Anodenspannung befinden möge. Durch,die ultrahochfrequente Wechselspannung an den Gittern 3 und 4 wird der Elektronenstrahl geschwindigkeitsmoduliert und wandelt sich dann im anschließenden, von ultrahochfrequenten Feldern freien Raum, infolge der endlichen Laufzeitunterschiede der Elektronen in einen: dichtemodulierten Elektronenstrahl um. Nach Reflexion an bzw. vor der Elektrode 6 läuft dieser dichtemodulierte Elektronenstrom wieder durch das Gitterpaar 3 und q. und wird die Schwingungen, des Hohlraumresonators 5@ anfachen bzw. diesen entdämpfen und dann die Anode 2 beaufschlagen bzw. vor der Kathode umkehren und das Gitterpaar des Hohlraumresonator .s noch mehrmals durchlaufen. Bei genügend großer Entdämpfung wird sich .diese geschwindigkeitsgesteuerte Laufzeitröhre selbst erregen.With reference to: the schematic illustration is the method according to the invention for the operation of runtime tubes using an example of a speed-controlled one A brief explanation of the transit time tube. Coming from the electron source, the cathode i; interspersed the electron beam the anode grid 2 and, the grid pair 3 and 4 of the cavity resonator 5, which may be at anode voltage. By, the ultra-high frequency AC voltage at the grids 3 and 4 the electron beam is speed-modulated and converted then in the subsequent space free of ultra-high frequency fields, as a result the finite transit time differences of the electrons in a: density-modulated electron beam around. After reflection at or in front of the electrode 6, this density-modulated electron flow runs again through the grid pair 3 and q. and becomes the vibrations, of the cavity resonator 5 @ fan or de-steam it and then apply the anode 2 or before the Invert the cathode and go through the grid pair of the cavity resonator several times. If the attenuation is sufficiently large, this speed-controlled transit time tube excite yourself.

Zum richtigen Betrieb der Rönne sind nun am Wehneltzylinder-7, an den Bündelungselektroden 8 und 9 und an der Spiegelelektrode 6 negative Vorspannungen gegenüber der Elektronenquelle i notwendig. Man könnte nun,diese negativen Vorspannungen durch eine zusätzliche Spannungsquelle oder mit Hilfe eines Kathodenwiderstandes erzeugen. Um aber die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden, kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren diejenigen Elektronen, welche dem ultrahochfrequenten- Wechselfeld zwangläufig Energie entziehen und die .deshalb die zunächst auf Kathod@enpotential befindliche Spiegelelektrode beaufsch'lagen, dazu benutzen, diese Elektrode negativ aufzuladen. Die Größe des Widerstandes io wird man so wählen, .daß die sich einstellende Spannung an der Spiegelelektrode den Betriebsdaten beim optimalen Wirkungsgrad der Röhre zugeordnet ist. Bildet man diesen Widerstand als Spannungsteiler aus, so kann man an ihm zugleich die .notwendigen negativen Vorspannungen für die Elektroden 7, 8 und 9 entnehmen. Diese geschwindigkeitsgesteuerte Röhre benötigt dann, sieht man von der unter Umständen auch entbehrlichen Heizstromquelle ab, nur .eine Anodenspannungsquelle, deren Gesamtspannung man zwischen Kathode und Anode legen kann, so daß hierbei also nicht eine unter Umständen beträchtliche Verlustleistung zur Erzeugung der notwendigen Vorspannungen an einem Kathodenwiderstand von der Anodenspannungsquelle zusätzlich geliefert werden muß.For the correct operation of the Rönne are now on the Wehnelt cylinder-7 the bundling electrodes 8 and 9 and on the mirror electrode 6 negative bias voltages compared to the electron source i necessary. Well, you could see these negative biases by an additional voltage source or with the help of a cathode resistor produce. However, in order to avoid the associated disadvantages, one can use the method according to the invention those electrons which the ultra-high frequency Alternating field inevitably withdraw energy and therefore the first on cathode potential applied mirror electrode, use this electrode negative to charge. The size of the resistance will be chosen in such a way that the resulting Voltage at the mirror electrode corresponds to the operating data with the optimum efficiency of the Tube is assigned. If this resistor is designed as a voltage divider, then one at the same time the .necessary negative bias voltages for the electrodes 7, 8 and 9. This speed-controlled tube then needs looks from the heating current source, which may also be dispensable, only an anode voltage source, whose total voltage can be placed between the cathode and anode, so that here not a possibly considerable power loss to generate the necessary Bias voltages on a cathode resistor from the anode voltage source in addition must be delivered.

Das vorstehend angeführte Beispiel stellt selbstverständlich nur eine der vielen möglichen Anwendungen des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb von Laufzeitröhren dar. Als ein Beispiel sei nur noch kurz .erwähnt, d:aß auch bei der als Klystron bezeichneten geschwindigkeitsgesteuerten Laufzeitröhre die z. B. für die elektronenoptische Bündelurig des Strahls notwendig-an negativen Vorspännungen mit Hilfe der falschphasigen Elektronen, also unter Vermeidung einer eigenen Spannungsquelle bzw. eines die Gesamtverlustleistung erhöhenden Kathodenwiderstandes, gewonnen., werden können. Es ist zu diesem Zweck in Ausübung des, erfindungsgemäßen Verfahrens nur notwendig, die Röhre miit einer Hilfselektrode, zweckmäßigerweise in der Nähe der Klystronanode, zu versehen und dieselbe über einen .hochohmigen Widerstand mit,der Elektronenquelle zu verbinden: An @diesem hochohmigen Widerstand können dann die z. B. zur Strahlenbündelung notwendigen, gegenüber der Kathode negativen Vorspannwngen abgegriffen werden. Bei Materialien, die schon bei geringen Geschwindigkeiten der sie beaufschlagenden Elektronen einen Sekundäremiss.ionsfaktor größer als eins haben, könnte statt der negativen Aufladung eventuell eine positive Aufladung eintreten; man wird deshalb die zu beaufschlagende Elektrode unter Umständen aus einem Material mit kleinem Sekundäremissionsfaktor anfertigen.The above example is of course only one of the many possible applications of the proposed method according to the invention for the operation of time-of-flight tubes. As an example, only briefly mentioned. d: also ate at the speed-controlled transit time tube known as the klystron the z. B. necessary for the electron-optical bundling of the beam-to negative Pre-tensioning with the help of the wrong-phase electrons, thus avoiding a own voltage source or a cathode resistance that increases the total power loss, won., can be. It is for this purpose in practice of the invention Procedure only necessary, the tube with an auxiliary electrode, expediently in the vicinity of the klystron anode, and the same via a .high-ohmic Resistance to connect the electron source: At @this high resistance can then the z. B. necessary for the bundling of rays, negative compared to the cathode Preloads can be tapped. For materials that are already at low velocities of the electrons impacting them a secondary emission factor greater than one, could possibly have a positive charge instead of the negative charge Enter charge; the electrode to be acted upon may therefore become one made of a material with a low secondary emission factor.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for generating negative biases when operating time tubes, especially speed-controlled time tubes, characterized in that those electron nerves which are the ultra-high frequency Alternating field inevitably withdraw energy - the so-called out-of-phase electrons - for the production of a part, but preferably the whole, for the operation of the tubes necessary negative bias voltages compared to the electron source will.

2. A method for operating time-of-flight tubes according to claim i, characterized in that that the electrode acted upon by the fastest of the wrong-phase electrons is connected to the cathode via a sufficiently high resistance and at this Resistance the necessary negative bias voltage compared to the electron source: ge.n be tapped.

3. A method for operating time-of-flight tubes according to claim i and 2, characterized in that the resistance value of the between the fastest of the wrong-phase electrons applied to the electrode and the cathode lying resistance is chosen so large that the resulting negative Preload: assigned to operating data when the tubes are optimally efficient is. q ..

Method for operating time-of-flight tubes according to Claims i and 2, characterized marked that in cases where not one for the operation of the tubes Basically necessary electrode for generating the negative bias voltages against the cathode can be used, the speed-controlled tube with an auxiliary electrode, preferably near the anode, and this via a high-ohmic resistor is connected to the electron source.

5. Procedure for operating time-of-flight tubes according to claim i to q., characterized in that the out of phase electrons applied electrodes consist of materials with a low secondary emission factor.