EP1364382B1 - Device for producing high frequency microwaves - Google Patents
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- EP1364382B1 EP1364382B1 EP02726132A EP02726132A EP1364382B1 EP 1364382 B1 EP1364382 B1 EP 1364382B1 EP 02726132 A EP02726132 A EP 02726132A EP 02726132 A EP02726132 A EP 02726132A EP 1364382 B1 EP1364382 B1 EP 1364382B1
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- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/04—Tubes having one or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the modulation produced in the modulator zone is mainly density modulation, e.g. Heaff tube
Definitions
- a device for generating microwaves higher Frequency is disclosed in US Patents 5,883,367, 5,883,369 and 5,883,368.
- This device has two Resonance cavities on, an entrance cavity and a Exit cavity, wherein the entrance cavity is a cathode for emitting a linear electron beam, a blocking or throttle assembly for Abblokken a direct current and to forward a weak vibration and a grid for focusing of the electron beam and modulating it in terms of its density.
- the exit cavity has a grid and anode, which correspond to the in the density modulated electron beam or its Receiving electrons, wherein a microwave vibration is produced.
- the plug 31 is, as indicated in Fig. 1, Ground potential or a positive voltage to the anode and a negative voltage to the cathode housing created, with an unillustrated trim resistor between the grid holder 17 and the cathode housing 14 is provided.
- the trim resistor leads to a potential barrier in the grating 18 for electrons, causing the amount of through the holes in the Lattice 18 passing electrons is limited. Therefore, power control is possible.
- a Initial microwave vibration becomes that in the input cavity 12 generates, this oscillation a Electron flux modulated in density.
- the Indian Density modulated electron current 78 ( Figure 3) focused through the grids 18, 21 and to the anode. 3 through the voltage between cathode and anode accelerated.
- the output cavity 13 is transformed the kinetic energy of the electrons in microwave energy. Part of the microwave energy becomes fed back to the input cavity 12. this leads to to the fact that the vibrations in the entrance cavity and be harmonized the output cavity.
Landscapes
- Microwave Tubes (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Mikrowellen hoher Frequenz nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs 1.The invention relates to a device for generating
of high frequency microwaves according to the preamble
of the
Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz ist in den US Patenten 5 883 367, 5 883 369 und 5 883 368 offenbart. Diese Vorrichtung weist zwei Resonanzkavitäten auf, eine Eingangskavität und eine Ausgangskavität, wobei die Eingangskavität eine Kathode zum Emittieren eines linearen Elektronenstrahls, einen Sperr- oder Drosselaufbau zum Abblokken eines Gleichstroms und zum Weiterleiten einer schwachen Schwingung und ein Gitter zum Fokussieren des Elektronenstrahls und zum Modulieren desselben hinsichtlich seiner Dichte umfaßt. Die Ausgangskavität weist ein Gitter und eine Anode auf, die den in der Dichte modulierten Elektronenstrahl bzw. dessen Elektronen empfängt, wobei eine Mikrowellenschwingung erzeugt wird. Ein Rückkopplungsstab, durch den die Resonanzkavitäten miteinander gekoppelt sind, ist mit der Eingangskavität verbunden und ragt in die Ausgangskavität hinein, wodurch eine Teil der Mikrowellenenergie in die Eingangskavität rückgekoppelt wird. Die Mikrowellenenergie wird mittels einer mit der Ausgangskavität gekoppelten Antenne aus der Vorrichtung geleitet.A device for generating microwaves higher Frequency is disclosed in US Patents 5,883,367, 5,883,369 and 5,883,368. This device has two Resonance cavities on, an entrance cavity and a Exit cavity, wherein the entrance cavity is a cathode for emitting a linear electron beam, a blocking or throttle assembly for Abblokken a direct current and to forward a weak vibration and a grid for focusing of the electron beam and modulating it in terms of its density. The exit cavity has a grid and an anode, which correspond to the in the density modulated electron beam or its Receiving electrons, wherein a microwave vibration is produced. A feedback rod through which the Resonance cavities are coupled together, is with connected to the entrance cavity and protrudes into the exit cavity into it, creating part of the microwave energy is fed back into the input cavity. The microwave energy is by means of a with the Output cavity coupled antenna from the device directed.
Diese bekannte Vorrichtung wird im wesentlichen für Mikrowellenofen verwendet, wobei in Mikrowellenofen als Mikrowellenquelle häufig ein zylindrisches Magnetron verwendet wird. Die oben beschriebene Vorrichtung weist gegenüber dem Magnetron den Vorteil auf, daß keine Magnete benötigt werden, um Elektronen zu fokussieren. Die Betriebsspannung ist mit etwa 500 bis 600 Volt niedriger als bei einer Mikrowellenquelle mit Magnetron und ein Transformator wird nicht benötigt. Die Ausgangsleistung ist veränderbar durch Verwendung eines Widerstandes zwischen Gitter und der Kathode. Der elektromagnetische Rauschpegel der Vorrichtung ist sehr niedrig, da die Mikrowellenenergie durch eine Linearbewegung der Elektronen erzeugt wird.This known device is essentially for Microwave oven used where in microwave oven As a microwave source often a cylindrical magnetron is used. The device described above has the advantage over the magnetron, that no magnets are needed to charge electrons focus. The operating voltage is around 500 to 600 volts lower than a microwave source with magnetron and a transformer is not needed. The output power is changeable by Using a resistor between grid and the Cathode. The electromagnetic noise level of the device is very low, because the microwave energy generated by a linear movement of the electrons becomes.
Bei der bekannten Vorrichtung ist eine präzise Ausrichtung der Bauelemente, d.h. der Kathode, zwei Gitter und einer Anode wichtig. Die Zwischenabstände liegen in dem Bereich von 0,1 bis 1 mm, die üblicherweise bei einer kalten Anordnung kein Problem darstellen. Allerdings liegt die Temperatur der Kathodenflächen im Bereich von 600°C bis 1.000°C. Bei solchen hohen Temperaturen ist es aufgrund der thermischen Deformationen schwer, die präzise Ausrichtung beizubehalten, wodurch es beispielsweise zu einem Kontakt zwischen dem Gitter und der Kathode, aber auch zwischen den Gittern selbst oder zwischen dem Gitter und der Anode kommt. Dies ist ein kritisches Problem zum Betreiben der oben genannten Vorrichtung.In the known device is a precise alignment of the components, i. the cathode, two grids and an anode important. The intermediate distances are in the range of 0.1 to 1 mm, usually pose no problem with a cold arrangement. However, the temperature of the cathode surfaces is in the range of 600 ° C to 1,000 ° C. In such high temperatures it is due to the thermal Deformations difficult, precise alignment for example, making it one Contact between the grid and the cathode, but also between the bars themselves or between the bars Grid and the anode is coming. This is a critical one Problem for operating the above device.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz zu schaffen, bei der elektrische Kurzschlüsse, insbesondere zwischen Kathode und Gitter aufgrund thermischer Deformationen weitgehend vermieden werden.The invention is therefore based on the object, a Apparatus for generating high frequency microwaves to create, at the electrical short circuits, in particular between cathode and grid due thermal deformations are largely avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs 1 in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Durch die
in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.This object is achieved by the characterizing
Features of the
Durch die präzise Positionierung mindestens der ersten Gitteranordnung und der Kathodenanordnung über Positioniermittel sowie das Vorsehen einer die Verformung der Kathode unter Reduzierung des Abstandes zwischen Gitteranordnung und Kathodenanordnung vermeidenden Halterung für die Kathode wird eine thermisch stabile Anordnung geschaffen, die kleine Abstände zwischen Kathode und Gitter ohne Kurzschlüsse erlaubt.Due to the precise positioning of at least the first one Grid arrangement and the cathode arrangement via Positioning means and the provision of a deformation the cathode while reducing the distance avoiding between grid arrangement and cathode arrangement Holder for the cathode becomes a thermal Stable arrangement created, the small distances between cathode and grid without shorts allowed.
Die Halterung umfaßt ein Kathodengehäuse, an oder in dem die Kathode als von dem Gehäuse getrenntes Teil mit Abstand zur Gehäusewand angeordnet ist, wodurch eine Verformung der Kathodenanordnung aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen beheizbarer Kathode und umgebenden Gehäuse vermieden wird. Die das Kathodengehäuse umfassende Halterung hält die Kathode gegebenenfalls mittels eines Kathodenkörpers unter Einhaltung einer Lücke zwischen den Teilen. Die Lücke dient als Puffet für die Ausdehnung aufgrund von Wärme.The holder comprises a cathode housing, on or in the cathode as a separate part of the housing is arranged at a distance from the housing wall, whereby a deformation of the cathode assembly due to different coefficients of thermal expansion between heated cathode and surrounding housing avoided becomes. The holder comprising the cathode housing optionally holds the cathode by means of a Cathode body while keeping a gap between the parts. The gap serves as a puff for expansion due to heat.
Das Kathodengehäuse isoliert die Kathode von der eingangsresonanzkavität und wird für eine Anordnung der Kathodenfläche und des ersten Gitters im Mikrometerbereich verwendet. Es minimiert einen radialen Verlust von Wärmeenergie der Kathode und verringert eine radiale Ausdehnung der Kathode die die Dimension der Eingangsresonanzkavität beeinflussen könnte.The cathode housing insulates the cathode from the input resonant cavity and is for an arrangement of Cathode area and the first grid in the micrometer range used. It minimizes radial loss of heat energy of the cathode and reduces one Radial expansion of the cathode which the dimension of Could affect the input resonance cavity.
Vorzugsweise ist das Kathodengehäuse als Zylinder mit an der Umfangsfläche des Zylinders angesetztem Flansch ausgebildet, wobei die Kathode in dem Zylinder mit Lücke angeordnet ist. Auf diese Weise wird entsprechend der Erfindung in der Eingangskavität eine klare Trennung zwischen der Elektronen emittierenden Fläche und der Resonanzfläche vorgegeben. Die Gitteranordnung besteht in vorteilhafter Weise aus einem ringförmigen Gitterhalter mit speichenförmigen Stegen, das heißt es ist ein Innenring und ein Außenring vorgesehen, der durch Speichen verbunden ist, und das Gitter liegt auf dem Rand und den Stegen des Gitterhalters auf und ist kraft- und/oder formschlüssig an diesem festgelegt.Preferably, the cathode housing is as a cylinder with attached to the peripheral surface of the cylinder Flange formed with the cathode in the cylinder arranged with a gap. This way will according to the invention in the entrance cavity a clear separation between the electron-emitting Surface and the resonance surface given. The Grid arrangement is advantageously made an annular grid holder with spoke-shaped Bars, that is, it is an inner ring and an outer ring provided, which is connected by spokes, and the grid lies on the edge and the ridges of the Grid holder on and is non-positive and / or positive fixed on this.
Die Ausbildung der Kathode als Kombination eines Kathodenkörpers und Elektronen emittierenden Metallplättchen minimiert eine thermische Verformung durch hohe Betriebstemperaturen.The formation of the cathode as a combination of a cathode body and electron-emitting metal flakes minimizes thermal deformation high operating temperatures.
In vorteilhafter Weise ist das Kathodengehäuse, ein zwischen Kathodengehäuse und Gitterhalter der ersten Gitteranordnung angeordnetes ringförmiges Sperr- oder Drosselelement und die Gitterhalter der zwei Gitteranordnungen mittels Ausrichtstiften zueinander ausgerichtet und in ihrer Lage zueinander festgelegt, wodurch die Ausgangskavität sicher oberhalb der Eingangskavität und parallel zu ihr ausgerichtet ist, wobei die elektrische Isolierung zwischen den zwei Kavitäten unter Verwendung von keramischen Abstandselementen, die die Ausrichtstifte abschirmen, realisiert ist.Advantageously, the cathode housing, a between cathode housing and grid holder of the first Grid arrangement arranged annular Sperr- or Throttle element and the grid holders of the two grid arrangements by means of alignment pins to each other aligned and fixed in relation to each other, whereby the exit cavity safely above the entrance cavity and is aligned parallel to her, the electrical insulation between the two Cavities using ceramic spacers, which shield the alignment pins realized is.
Aufgrund der obigen Anordnung wird ein optimales Design und eine optimale Anordnung der Komponenten gewährleistet und eine thermische Deformation, wie ein Durchsacken der Gitter, wird aufgrund der Brücken-oder Stegstruktur erfolgreich reduziert, wobei aufgrund der sauberen Abstandshaltung und Ausrichtung der Komponenten zueinander Kurzschlüsse zwischen den Komponenten vermieden werden und wodurch eine gute Fokussierung der Elektronenstrahlen gewährleistet wird.Due to the above arrangement will be an optimal design and ensures an optimal arrangement of the components and a thermal deformation, such as Sagging of the grid, due to the bridge or Web structure successfully reduced, due to clean spacing and alignment of the components to each other short circuits between the Components are avoided and which makes a good one Focusing the electron beams ensured becomes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 mit Eingangskavität und Ausgangskavität,
- Fig. 3
- einen vergrößerten Schnitt durch Teile der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2 mit Eingangskavität,
- Fig. 4
- eine Aufsicht von unten auf ein Kathodengehäuse sowie eine Seitenansicht des Kathodengehäuses,
- Fig. 5
- eine Aufsicht auf einen Kathodenkörper sowie eine Schnittansicht und eine Aufsicht auf ein Elektronen emittierenden Plättchen,
- Fig. 6
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der Rückkopplungsanordnung,
- Fig. 7
- eine Aufsicht auf ein Sperr- bzw. Drosselelement,
- Fig. 8
- eine Aufsicht auf und einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der ersten Gitteranordnung,
- Fig. 9
- eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der zweiten Gitteranordnung, und
- Fig. 10
- eine Aufsicht auf die Anode von unten gesehen.
- Fig. 1
- a section through the device for generating microwaves according to an embodiment of the present invention,
- Fig. 2
- 3 shows a section through the lower part of the device according to FIG. 1 with inlet cavity and outlet cavity, FIG.
- Fig. 3
- an enlarged section through parts of the device according to Fig. 1 and Fig. 2 with inlet cavity,
- Fig. 4
- a bottom view of a cathode housing and a side view of the cathode housing,
- Fig. 5
- a plan view of a cathode body and a sectional view and a plan view of an electron-emitting plate,
- Fig. 6
- an enlarged sectional view of the feedback arrangement,
- Fig. 7
- a view of a blocking or throttle element,
- Fig. 8
- a top view and a section through an embodiment of the first grid assembly,
- Fig. 9
- a plan view of an embodiment of the second grid assembly, and
- Fig. 10
- a view of the anode seen from below.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist
eine von einem Gehäuse 32 umgebene Vakuumkammer 2
auf, in der eine Kathodenanordnung, eine Gitteranordnung
und teilweise eine Anodenanordnung aufgenommen
sind, die näher in Fig. 2 zu erkennen sind. Ein Teil
der an dem Gehäuse 32 der Vakuumkammer 2 festgelegten
Anode 3 ragt in eine Kühlkammer 4 hinein, in der
Kühlrippen 5 zur Ableitung der Wärme von der Anode 3
zwischen Anode 3 und einem Gehäuse 6 angeordnet sind.
Eine stabförmige Antenne 7 ist mittig zur Anode 3
ausgerichtet und durch eine Keramikscheibe 8 gegen
die Anode 3 isoliert. Sie endet anodenseitig in einem
Koppelelement 9 während das andere Ende in einer Kappe
10 aufgenommen ist, wobei ein keramischer Zylinder
11 die Antenne 7 vom übrigen Gehäuse isoliert.The
In Fig. 2 sind die Bestandteile, die in der Vakuumkammer
2 aufgenommen sind, genauer dargestellt. Es
sind zwei Resonanzräume bzw. Resonanzkavitäten parallel
übereinander angeordnet, eine Eingangskavität 12
und eine Ausgangskavität 13. Die als Ringraum ausgebildete
Eingangskavität 12 wird begrenzt von einer
Ringanordnung, die von einem Kathodengehäuse 14, einer
Sperr- oder Drosselanordnung 16 und einem Gitterhalter
17 gebildet wird. In das Kathodengehäuse 14
ist eine Kathode 15 eingesetzt und auf dem Gitterhalter
17 ist ein Gitter 18 angeordnet. Eine Rückkopplungsanordnung
19 ist im mittleren Bereich innerhalb
des Kathodengehäuses 14 vorgesehen. Die Eingangskavität
12 ist im Bereich zwischen Gitter 18 und Kathode
15 sehr eng bemessen, d.h. der Abstand zwischen den
Bauelementen liegt etwa im Bereich von 0,1 mm. Daher
müssen die Abstände auch im Betrieb eingehalten werden,
damit keine Kurzschlüsse auftreten. In der Darstellung
wurde der Abstand zwischen Gitter 18 und Kathode
15 sehr viel größer gewählt, in der Realität
liegt z.B. die untere Fläche des Gitterhalters im Bereich
des oberen Abschlusses des Kathodengehäuses 14
und darunter, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.In Fig. 2, the components are in the
Oberhalb der Eingangskavität 12 ist in paralleler Anordnung
die Ausgangskavität 13 vorgesehen, die als
toroidaler Raum ausgebildet ist und die von der Anode
3, einem Gitterhalter 20 für ein Gitter 21 sowie einer
die Ausgangskavität 13 ringförmig umgebenden Wand
22, die Bestandteil der Anode 3 ist, begrenzt. In einen
mittleren Raum zwischen Anode 3 und Gitterhalter
20 ragt das mit der Antenne 7 verbundene Kopplungselement
9 hinein. Weiterhin durchgreift ein Abstimmstift
23 die Umgebungswand 22, der zur Änderung der
Resonanzfrequenz in der Ausgangskavität 13 dient.Above the
In Fig. 3 ist die Kathodenanordnung, die das Kathodengehäuse
14 und die Kathode 15 aufweist, die Drosselanordnung
16 und die erste Gitteranordnung mit
Gitterhalter 17 und Gitter 18 näher dargestellt. Dazu
ist zu bemerken, daß zur Verdeutlichung der Abstand
zwischen Kathode 15 und Gitter 18 ebenso wie in Fig.
2 sehr viel größer dargestellt ist, als er maßstabgetreu
wäre.In Fig. 3, the cathode assembly, which is the
Die Kathode 15 ist als thermoionische Kathode ausgebildet,
daher ist unterhalb der Kathode 15 eine Heizvorrichtung
24 angeordnet, die einen spiralförmigen
Heizdraht 25 aufweist. Die Heizvorrichtung 24 ist in
einem zylinderförmigen Gehäuse 26, das einen Schenkel
parallel zur Kathode 15 aufweist, aufgenommen, wobei
ein mit dem Kathodengehäuse 14 z.B. durch Schweißen
verbundener Zylinder 76 mit abgebogenem Schenkel das
Gehäuse 26 nach oben drückt. Vorzugsweise bestehen
das Gehäuse 26 und der Zylinder 76 aus Tantal. Der
spiralförmige Heizdraht 25 ist über keramische Ringe
27 an dem Heizgehäuse 26 befestigt, wobei die elektrischen
Anschlüsse 28 für den Heizdraht 25 mittels
einer keramischen Durchführung 29 mit zwei Bohrungen
realisiert ist. Das Heizgehäuse 26 weist in dem Bereich
der Durchführung 29 einen Zylinderansatz 30
auf, der die Durchführung 29 abstützt. Die elektrischen
Anschlüsse 28 sind mit einem Stecker 31 verbunden,
der an dem die Vakuumkammer 2 umgebenden Gehäuse
32 befestigt ist (s. Fig. 1).The
Das Gehäuse 26 der Heizvorrichtung 24 wird am äußeren
Umfang vom Kathodengehäuse 14 umgriffen, wobei das
Kathodengehäuse näher in Fig. 4 dargestellt ist. Das
Kathodengehäuse 14 weist einen Innenzylinder 33 auf,
an dem ein Flansch 34 angesetzt ist. Der Flansch ist
eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 35, die, wie später
beschrieben wird, zur Ausrichtung über Ausrichtstifte
dienen. Der Innenzylinder 33 weist über seinen
Umfang gesehen vier Einschnitte 36 auf, die mit dem
Gitterhalter 17 zusammenarbeiten. Wie in Fig. 4 zu
erkennen ist, weist der Zylinder eine nach innen gerichtete
Abbiegung 37 auf.The
In dem Zylinder 33 des Kathodengehäuses 14 ist die
Kathode 15 aufgenommen, die in Fig. 5 dargestellt ist
und die einen Kathodenkörper 38 und eine Elektronen
emittierende oder sensitive Fläche 39 aufweist. In
Fig. 5 ist die Elektronen emittierende Fläche 39 als
ringsegmentartige Plättchen ausgebildet, die mittels
Stiften 40 an dem Kathodenkörper 38 befestigbar sind.
Der Kathodenkörper 38, der gleichfalls ringförmig
ausgebildet ist, weist an seinem inneren und äußeren
Umfang Abstufungen 41 auf, die zur Festlegung in Bezug
auf das Kathodengehäuse 14 dienen. Dazu greift
die Abbiegung 37 über die Abstufung.In the
Die Kathode 15 ist in das Kathodengehäuse 14 eingesetzt,
wobei der Kathodenkörper 38 einerseits auf dem
zylinderförmigen Heizgehäuse 26 aufliegt und andererseits
von einem Zylinder 42 abgestützt wird, der auf
einer Abstufung eines zentral angeordneten Rückkopplungskörpers
43 aufliegt. Der Rückkopplungskörper 43
ist Bestandteil der Rückkopplungsanordnung 19, die
weiter unten beschrieben wird. Weiterhin ist eine Abdeckung
44 mit dem Rückkopplungskörper 43 z.B. durch
Schweißen verbunden, wobei die Abdeckung 44 den Kathodenkörper
38 umgibt und die Abstufung 41 am Innendurchmesser
des Kathodenkörpers 38 übergreift. Zwischen
dem äußeren Umfang des Kathodenkörpers 38 und
gegebenenfalls der sensitiven Fläche 39 und dem Innenumfang
des Zylinders 33, auch im Bereich der Abbiegung
37 des Kathodengehäuses sowie den entsprechenden
Umfangsflächen der Abdeckung 44 ist ein Spalt
oder eine Lücke vorgesehen, so daß sich bei Erwärmung
durch die Heizvorrichtung 24 die Kathode ausdehnen
kann, ohne daß sie sich verbiegt. Die Lücke ist ein
Puffer zum Ausgleich der Unterschiede des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kathodengehäuse
14 und der Kathode 15. An den Abbiegungen 37 ist das
Kathodengehäuse 14 elektrisch mit dem Kathodenkörper
38 verbunden.The
Wie aus den Fign. 2 und 3 zu erkennen ist, liegen in
Übereinanderlage auf dem Flansch 34 des Kathodengehäuses
14 das ringförmige Sperr- oder Koppelelement
16, das näher in Fig. 7 dargestellt ist, und darüber
der äußere Randbereich des Gitterhalters 17, der näher
in Fig. 8 dargestellt ist. Das Sperr- oder Koppelelement
16 besteht aus einer keramischen Scheibe 45
mit einem Mittelloch und einer Metallbeschichtung 46
um den äußeren Rand- und Kantenbereich herum, wobei
die Metallbeschichtung 46 keinen Kontakt mit dem Kathodengehäuse
14 oder dem Gitterhalter 17 hat. Entsprechend
dem Kathodengehäuse 14 weist das Drosselelement
16 bzw. die keramische Scheibe 45 Durchgangslöcher
55 für Ausrichtstifte auf.As shown in Figs. 2 and 3 can be seen lying in
Overlay on the
Der Gitterhalter 17 entsprechend Fig. 8 weist einen
Innenring 47 und einen Außenring 48 auf, die durch
vier Speichen oder Brückenglieder 49 verbunden sind.
Der Außenring 48 ist mit einer Abstufung versehen, um
den Abstand zur Kathodenanordnung sicherzustellen. Im
Außenring 48 sind Durchgangslöcher 50 für die Ausrichtstifte
vorgesehen. Das Gitter 18 mit einer Vielzahl
von Löchern liegt auf dem Gitterhalter 17 auf,
wobei die Speichen 49 ein Durchsacken des Gitters 18
bei hohen Temperaturen der Kathode 15 verhindern. Der
Abstand zwischen dem Gitter 18 und der Kathode 15
liegt etwa zwischen 0,1 und 1 mm und der Durchmesser
der Kathode und des Gitters ist etwa 40 mm. Das Gitter
18 wird durch vier rechteckige Ausschnitte 51 und
Stifte 52 an dem Gitterhalter 17 positioniert und
festgelegt.The
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, durchgreifen Ausrichtstifte
53, die mit einer elektrisch isolierenden Hülse,
z.B. einer Keramikhülse 54 umgeben sind, die Ausrichtlöcher
50 des Gitterhalters 17, die Durchgangslöcher
55 des Sperrelementes 16 und die Durchgangslöcher
35 des Flansches 34 des Kathodengehäuses 14. Die
Ausrichtstifte 53 werden jeweils unter Zwischenschaltung
eines Abstandsringes 57 und eines Isolierringes
58 eingeschraubt. Für die Ausrichtung des Kathodengehäuses
14 mit Kathode 15 und des Gitterhalters 17 mit
Gitter 18 sind am Umfang des Flansches 34 des Kathodengehäuses
und des Gitterhalters 17 Kerbmarken 59
vorgesehen, bei deren Übereinanderlage sichergestellt
wird, daß die Stege 49 des Gitterhalters 17 in radiale
Vertiefungen 60 in dem Kathodenkörper 38 (siehe
Fig. 5) unter Wahrung eines Abstandes für die elektrische
Isolierung dazwischen eingreifen können. Die
Stege 49 greifen ebenfalls in die rechteckigen Einschnitte
36 des Kathodengehäuses 14 ein, kommen aber
mit diesem aufgrund der genauen Positionierung nicht
in elektrischen Kontakt.As can be seen in Fig. 3, reach through alignment pins
53, with an electrically insulating sleeve,
e.g. a
Die zweite Gitteranordnung, die den Gitterhalter 20
und das Gitter 21 aufweist, liegt über der ersten
Gitteranordnung. Die zweite Gitteranordnung, die in
Fig. 9 dargestellt ist, ist ähnlich der ersten Gitteranordnung
nach Fig. 8 aufgebaut und weist einen
mit Durchgangslöchern 77 versehenen Außenring 61 und
einen Innenring 62 auf, die durch Speichen 63 verbunden
sind. Das Gitter 21 liegt zur Vermeidung seines
Durchsackens auf den Speichen 63 auf und ist gleichfalls
über rechteckige Einschnitte 64 und Stifte 65
festgelegt. Eine Kerbmarke 66 dient zur Positionierung
in Bezug auf die anderen Bauelemente. Die Ausrichtstifte
53 mit den keramischen Hülsen durchgreifen
auch die Durchgangslöcher 77. Der Gitterhalter 20
ist fest mit der Anodenwand 22 verbunden und die Ausrichtstifte
53 sind fest mit dem Gitterhalter 20 verbunden.The second grid arrangement comprising the
Die die Ausrichtstifte 53 umgebenden keramischen Hülsen
54 dienen gleichzeitig als Abstandselemente zwischen
dem Gitterhalter 20 und dem Gitterhalter 17,
wodurch die Ausgangskavität und die Eingangskavität
unter Einhaltung eines genauen Abstandes parallel zueinander
angeordnet sind.The alignment of the alignment pins 53 surrounding
Die Anode 3 ist in Fig. 10, von unten gesehen, dargestellt.
Sie weist vier segmentartige Vorsprünge 67
auf, wodurch ein äußerer Ringraum 68, der die Ausgangskavität
darstellt, und ein innerer Ringraum 69
gebildet werden. In der den äußeren Ringraum 68 umgebenden
Anodenwand sind drei Durchgangslöcher 75 für
die Abstimmstifte 23 vorgesehen.The
Unter Bezugnahme auf die Fign. 2, 3 und 6 wird nun
die Rückkopplungsanordnung 19 beschrieben. Die Rückkopplungsanordnung
19 weist den zentral angeordneten
Rückkopplungskörper 43 auf, in den mittig ein Zylinder
73 und eine Schraubhülse 74 eingesetzt sind, wobei
alle drei Elemente vorzugsweise aus Molybdän bestehen.
Ein Rückkopplungsstab 70 aus Kupfer ist in
die Schraubhülse 74 eingeschraubt, wobei der Rückkopplungsstab
auf einer ersten keramischen Scheibe 71
aufliegt, die an den Stirnflächen des Zylinders 73
und der Schraubhülse 74 angeordnet ist, wobei eine
zweite keramische Scheibe 72 an den anderen Stirnflächen
und dem Rückkopplungskörper 43 anliegt.With reference to Figs. 2, 3 and 6 will now
the
Über den Stecker 31 wird, wie in Fig. 1 angedeutet,
Massepotential oder eine positive Spannung an die Anode
und eine negative Spannung an das Kathodengehäuse
angelegt, wobei ein nicht dargestellter Trimmwiderstand
zwischen dem Gitterhalter 17 und dem Kathodengehäuse
14 vorgesehen ist. Der Trimmwiderstand führt
zu einer Potentialsperre in dem Gitter 18 für Elektronen,
wodurch die Menge der durch die Löcher in dem
Gitter 18 hindurchgehenden Elektronen begrenzt wird.
Daher ist eine Leistungssteuerung möglich.About the
Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt. Eine
Anfangsmikrowellenschwingung wird der in der Eingangskavität
12 erzeugt, wobei diese Schwingung einen
Elektronenfluß in der Dichte moduliert. Der in der
Dichte modulierte Elektronenstrom 78 (Fig. 3) wird
durch die Gitter 18, 21 fokussiert und zu der Anode 3
durch die zwischen Kathode und Anode liegende Spannung
beschleunigt. Die Ausgangskavität 13 transformiert
die kinetische Energie der Elektronen in Mikrowellenenergie.
Ein Teil der Mikrowellenenergie wird
zu der Eingangskavität 12 rückgekoppelt. Dies führt
dazu, daß die Schwingungen in der Eingangskavität und
der Ausgangskavität harmonisiert werden.The operation of the device is as follows. A
Initial microwave vibration becomes that in the
Die Drossel- bzw. Sperranordnung 16 bewirkt, daß eine
Anfangsmikrowellenschwingung in der Eingangskavität
12 erzeugt wird. Wenn die Heizvorrichtung die thermoionische
Kathode 15 auf eine bestimmte Betriebstemperatur,
z.B. zwischen 800 und 1000°C aufgeheizt
wird, emittiert sie Elektronen. Durch die hohe Spannung,
z.B. einer Gleichspannung von 550 V, zwischen
der Kathode 15 und der Anode 3 fließen die Elektronen
durch die ausgerichteten Löcher in dem Gitter 18 und
dem Gitter 21 zu der Anode. Ein kleiner Anteil an
Elektroden wird durch das Gitter 18 gefangen, wodurch
ein negatives Potential gegen die Kathode 15 gebildet
wird. Ein kleiner Strom fließt auf der Oberfläche in
der Eingangskavität und die Stromrichtung wird durch
die Drosselanordnung 16 geändert, die eine schwache
Schwingung induziert. Die Drosselanordnung hat dabei
die Funktion, einen Gleichstrom zwischen dem Gitterhalter
17 und dem Kathodengehäuse 14 abzublocken. Das
negative Potential an dem Gitter 18 steigt auf einen
stabilisierten Wert, der durch den Trimmwiderstand
vorgegeben wird. Als Ergebnis ist die Schwingungsamplitude
stabilisiert und ein Elektronenstrom wird
durch das Gitter 18 aufgrund der Schwingung in der
Dichte moduliert. Das negative Potential an dem Gitter
18 induziert ein elektrostatisches Feld, das den
Strom der Elektronen fokussiert. Die in der Dichte
modulierten Elektronen werden zu den Vorsprüngen 67
der Anode 3 hin über das Gitter 18 und das Gitter 21
beschleunigt. In dem äußeren Ringraum 68 wird die kinetische
Energie der Elektronen in Mikrowellenenergie
transformiert. Das in den inneren Ringraum 69 hineinragende
Koppelelement überträgt den überwiegenden Anteil
der Mikrowellen an die Antenne 7, die die Energie
an einen nicht dargestellten Wellenleiter auskoppelt.
Der in den inneren Ringraum 69 hineinragende
Rückkopplungsstab 70 überträgt einen Teil der Mikrowellenenergie
an die Eingangskavität 12 über die keramischen
Scheiben 71, 72, wodurch eine Kohärenz der
Schwingungen sichergestellt wird. The throttle or lock
Die Kathode 15 nach Fig. 5 ist eine Kombination eines
Kathodenkörpers 38 mit Stiften 40 und Metallplättchen
39, bei denen die Stifte 40 verwendet werden, um die
Metallplättchen zum Kathodenkörper 38 auszurichten.
Der Kathodenkörper 38, der aus Metall mit einem relativ
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt
ist, dient zur Reduzierung der thermischen
Verformung aufgrund der hohen Betriebstemperaturen.
Wenn eine Metalloxid-Kathode angewendet wird, bestehen
die Plättchen aus einem Nickelblech auf dem eine
dicke Schicht einer BaO-Mischung abgeschieden ist.The
Die dicke Schicht wird durch Aufsprühen oder Siebdruck hergestellt. Die Betriebstemperatur beträgt etwa 850°C. Wenn eine Metalllegierungskathode verwendet wird, ist das Metallplättchen ein Legierungsmetall, z.B. Pd-Ba, Pt-Ba. Diese Kathode ermöglicht die Emittierung von Elektronen bei relativ niedriger Betriebstemperatur (ungefähr 650°C), aber sie ist sehr teuer.The thick layer is made by spraying or screen printing produced. The operating temperature is about 850 ° C. When using a metal alloy cathode is, the metal plate is an alloying metal, e.g. Pd-Ba, Pt-Ba. This cathode allows the emission of electrons at a relatively low operating temperature (about 650 ° C), but it is very expensive.
Claims (17)
- Device for generating microwaves of high frequency comprising a cathode array with heated cathodes for emission of electrons, two grid arrays for controlling and focussing the electron flow and an anode for receiving electrons which pass through the grid arrays, and the cathode array and the first grid array define an input cavity which establishes a resonance cavity, and the anode and the second grid array define an output cavity which also establishes a resonance cavity, characterised in that the cathode array and at least the first grid array include positioning means for precise fixing and positioning relative to each other whilst maintaining a gap, and the cathode array includes a support (14, 44) for accommodating a cathode in such a manner that reshaping of the cathode by reduction of the gap between cathode and grid array is avoided, and the support comprises a cathode housing which accommodates the cathode, and the cathode is arranged at a radial distance relative to the housing wall.
- Device according to Claim 1, characterised in that the holder is arranged elative to the cathode in such a manner that radial heat expansion without reduction of the gap between cathode and grid array is possible.
- Device according to Claim 1 or 2, characterised in that the support comprises within the cathode housing (14) a seating surface (26, 42) on which the cathode is seated.
- Device according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the cathode comprises a ringshaped cathode body (38) onto which is fixed the electron emitting surface (39).
- Device according to one of Claims 1 to 4, characterised in that the electron emitting surface (39) is at least a metal platelet attached s a separate part to the cathode body.
- Device according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the grid arrays comprise respectively a grid holder (17, 20) and at least a grid filter (18, 21), and the grid holders are designed in such a way that sagging of grids in operation is prevented.
- Device according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the respective grid array (17, 18; 20, 21) comprises a ringshaped grid holder (17, 20) with spikeshaped webs (49, 63), and the respective grid (18, 21) is seated on the edge and the webs of the grid holder and positively fixed relative to load and/or shape.
- Device according to one of Claim 1 to 7, characterised in that between the grid holder (17) of the first grid array and the cathode housing (14) is arranged a ringshaped blocking or throttling element (16).
- Device according to Claim 8, characterised in that the blocking or throttling element (16) is designed as a partially metal coated ceramic disc.
- Device according to one of Claims 1 to 9, characterised in that the cathode housing (14), throttle element (16) and grid holder (17, 20) of the two grid arrays are aligned relative to each other by means of alignment pins (53, 54) and fixed in their position relative to each other, which arranges input cavity (12) and output cavity (13) in parallel relative to each other.
- Device according to one of Claims 1 to 10, characterised in that the two grid arrays are distanced by way of electrically insulating spacing element (54).
- Device according to Claim 11, characterised in that the spacing elements are part of ceramic sleeves which encase the spacer pins (53).
- Device according to one of Claims 1 to 12, characterised in that a feedback coupling array (19) is provided between input and output cavity (12, 13), comprising a coupling rod (70) which reaches through the grid arrays and which is inserted in a feedback body (43, 71 - 74), .
- Device according to one of Claims 1 to 13, characterised in that the cathode housing (14) comprises a cylinder (33) with attached flange (34), and the cathode as well as a heating element (25) are accommodated inside the cylinder.
- Device according to one of Claims 1 to 14, characterised in that the cathode (15) is composed of a metal sheet, preferably nickel metal sheet, with metal oxides sprayed on or printed on, preferably barium based.
- Device according to one of Claims 1 to 14, characterised in that the cathode and/or the electron emitting surface is composed of a metal sheet of Pd-Ba or Pt-Ba.
- Device according to one of Claims 1 to 16, characterised in that the grid holder (20) of the second grid array is fixed to a peripheral wall of the anode (3) which defines the output cavity (13).
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