WO2002071435A1 - Vorrichtung zur erzeugung von mikrowellen hoher frequenz - Google Patents

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WO2002071435A1
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cathode
grid
arrangement
cfl
holder
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Chun Sik Lee
Hyeck-Hee Lee
Min-Suk Lee
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Kist Europe Korea Institute Of Science And Technology Europe Forschungsgesellschaft Mbh
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    • H01J23/16Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/18Resonators
    • H01J23/20Cavity resonators; Adjustment or tuning thereof
    • HELECTRICITY
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    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02Tubes 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
    • H01J25/04Tubes 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

  • the invention relates to a device for generating microwaves of high frequency according to the preamble of the main claim.
  • U.S. Patents 5,883,367, 5,883,369 and 5,883,386 An apparatus for generating high frequency microwaves is disclosed in U.S. Patents 5,883,367, 5,883,369 and 5,883,386.
  • This device has two resonance cavities, an input cavity and an output cavity, the input cavity comprising a cathode for emitting a linear electron beam, a blocking or choke structure for blocking a direct current and for transmitting a weak oscillation, and a grating for focusing the electron beam and for Modulating it in terms of its density.
  • the output cavity has a grating and an anode, which the electron beam modulated in density or its ⁇ NJ P 1 P 1 c ⁇ o c ⁇ o ⁇ o c ⁇
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  • the invention is therefore based on the object of providing a device for generating microwaves of high frequency, in which electrical short circuits, in particular between the cathode and the grid, due to thermal deformations are largely avoided.
  • the holder comprises a cathode housing, on or in which the cathode is arranged as a part separated from the housing at a distance from the housing wall, whereby deformation of the cathode arrangement due to different coefficients of thermal expansion between the heatable cathode and the surrounding housing is avoided.
  • the shark surrounding the cathode housing ⁇ ⁇ KJ t ⁇ JP 1 ⁇ o c ⁇ o C ⁇ o Ul
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  • the throttle element and the lattice holders of the two lattice arrangements are aligned with one another and aligned in relation to one another by means of alignment pins, as a result of which the output cavity is aligned safely above and parallel to the input cavity, with the electrical insulation between the two cavities using ceramic spacer elements that shield the alignment pins , is realized.
  • FIG. 2 shows a section through the lower part of the device according to FIG. 1 with input cavity and output cavity
  • FIG. 3 shows an enlarged section through parts of the device according to FIGS. 1 and 2 with input cavity
  • 4 is a bottom view of a cathode housing and a side view of the cathode housing
  • FIG. 5 is a plan view of a cathode body and a sectional view and a plan view of an electron-emitting plate
  • FIG. 7 is a plan view of a blocking or throttle element
  • Fig. 9 is a plan view of an embodiment of the second grid arrangement.
  • Fig. 10 is a top view of the anode seen from below.
  • the device 1 shown in FIG. 1 has a vacuum chamber 2 surrounded by a housing 32, in which a cathode arrangement, a grid arrangement and partially an anode arrangement are accommodated, which can be seen in more detail in FIG. 2.
  • a part of the anode 3 fixed to the housing 32 of the vacuum chamber 2 projects into a cooling chamber 4, in which cooling fins 5 are arranged between the anode 3 and a housing 6 in order to dissipate the heat from the anode 3.
  • a rod-shaped antenna 7 is aligned centrally to the anode 3 and countered by a ceramic disk 8 the anode 3 insulated. It ends on the anode side in a coupling element 9, while the other end is accommodated in a cap 10, a ceramic cylinder 11 isolating the antenna 7 from the rest of the housing.
  • the input cavity 12 which is designed as an annular space, is delimited by a ring arrangement which is formed by a cathode housing 14, a blocking or throttle arrangement 16 and a grid holder 17.
  • a cathode 15 is inserted into the cathode housing 14 and a grid 18 is arranged on the grid holder 17.
  • a feedback arrangement 19 is provided in the central area within the cathode housing 14.
  • the input cavity 12 is very narrow in the area between the grid 18 and the cathode 15, i.e. the distance between the components is approximately in the range of 0.1 mm.
  • the distances must also be observed during operation so that no short circuits occur.
  • the distance between grid 18 and cathode 15 was chosen to be much larger, in reality, for example, the lower surface of the grid holder in the region of the upper end of the cathode housing 14 and below, as shown in FIG. 1.
  • the output cavity 13 is provided in a parallel arrangement, which is designed as a toroidal space and which is formed by the anode 3, a lattice holder 20 for a lattice 21 and a wall 22 surrounding the output cavity 13, which is part of the anode 3, limited.
  • a middle space between anode 3 and grid holder 20 projects into the coupling element 9 connected to the antenna 7.
  • a tuning pin 23 passes through the surrounding wall 22, which serves to change the resonance frequency in the output cavity 13.
  • FIG. 3 shows the cathode arrangement, which has the cathode housing 14 and the cathode 15, the throttle arrangement 16 and the first grid arrangement with grid holder 17 and grid 18. It should be noted that, for clarification, the distance between cathode 15 and grid 18, as in FIG. 2, is shown much larger than it would be to scale.
  • the cathode 15 is designed as a thermionic cathode, therefore a heating device 24 is arranged below the cathode 15, which has a spiral heating wire 25.
  • the heating device 24 is accommodated in a cylindrical housing 26, which has a leg parallel to the cathode 15, one with the cathode housing 14 e.g. by welding connected cylinder 76 with bent leg presses the housing 26 upwards. Housing 26 and cylinder 76 are preferably made of tantalum.
  • the spiral heating wire 25 is fastened to the heating housing 26 via ceramic rings 27, the electrical connections 28 for the heating wire 25 being realized by means of a ceramic bushing 29 with two bores.
  • the heating housing 26 has a cylinder extension 30 in the area of the bushing 29, which supports the bushing 29.
  • the electrical connections 28 are connected to a plug 31, which is fastened to the housing 32 surrounding the vacuum chamber 2 (see FIG. 1).
  • the housing 26 of the heater 24 is on the outside The circumference is encompassed by the cathode housing 14, the cathode housing being shown in more detail in FIG. 4.
  • the cathode housing 14 has an inner cylinder 33 to which a flange 34 is attached.
  • the flange is a plurality of through holes 35 which, as will be described later, serve for alignment via alignment pins.
  • the inner cylinder 33 has four incisions 36 over its circumference, which cooperate with the lattice holder 17. As can be seen in FIG. 4, the cylinder has an inward bend 37.
  • the electron-emitting surface 39 is designed as a ring-segment-like plate which can be fastened to the cathode body 38 by means of pins 40.
  • the cathode body 38 which is also ring-shaped, has gradations 41 on its inner and outer circumference, which serve to fix it in relation to the cathode housing 14. For this purpose, the turn 37 extends over the gradation.
  • the cathode 15 is inserted into the cathode housing 14, the cathode body 38 resting on the one hand on the cylindrical heating housing 26 and on the other hand being supported by a cylinder 42 which rests on a gradation of a centrally arranged feedback body 43.
  • the feedback body 43 is part of the feedback arrangement 19, which will be described further below.
  • a cover 44 is connected to the feedback body 43, for example by welding, the cover 44 surrounding the cathode body 38 and the step 41 on the inside o CO IV ) P 1 C ⁇ o C ⁇ o c ⁇ o c ⁇
  • the grid 18 with a plurality of holes lies on the grid holder 17, the spokes 49 preventing the grid 18 from sagging at high temperatures of the cathode 15.
  • the distance between the grid 18 and the cathode 15 is approximately between 0.1 and 1 mm and the diameter of the cathode and the grid is approximately 40 mm.
  • the grid 18 is positioned and fixed on the grid holder 17 by four rectangular cutouts 51 and pins 52.
  • alignment pins 53 which are connected with an electrically insulating sleeve, e.g. are surrounded by a ceramic sleeve 54, the alignment holes 50 of the grid holder 17, the through holes 55 of the locking element 16 and the through holes 35 of the flange 34 of the cathode housing 14.
  • the alignment pins 53 are screwed in, each with the interposition of a spacer ring 57 and an insulating ring 58.
  • notch marks 59 are provided on the circumference of the flange 34 of the cathode housing and the grid holder 17, and when they are superimposed it is ensured that the webs 49 of the grid holder 17 into radial depressions 60 in can engage the cathode body 38 (see FIG. 5) while maintaining a distance for the electrical insulation therebetween.
  • the webs 49 likewise engage in the rectangular incisions 36 of the cathode housing 14, but do not come into electrical contact with the latter due to the exact positioning.
  • the second grid arrangement which has the grid holder 20 and the grid 21, lies above the first
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  • a copper feedback rod 70 is screwed into the screw sleeve 74, the feedback rod resting on a first ceramic disk 71 which is arranged on the end faces of the cylinder 73 and the screw sleeve 74, a second ceramic disk 72 on the other end faces and the feedback body 43 is present.
  • the device works as follows. An initial microwave vibration is generated in the input cavity 12, which vibration modulates an electron flow in density.
  • the electron current 78 (FIG. 3) modulated in density is focused by the grids 18, 21 and accelerated to the anode 3 by the voltage lying between the cathode and the anode.
  • the output cavity 13 transforms the kinetic energy of the electrons into microwave energy. Part of the microwave energy is fed back to the input cavity 12. As a result, the vibrations in the input cavity and the output cavity are harmonized.
  • the choke arrangement 16 causes an initial microwave oscillation to be generated in the input cavity 12. If the heater Moionic cathode 15 is heated to a certain operating temperature, for example between 800 and 1000 ° C, it emits electrons. Due to the high voltage, for example a DC voltage of 550 V, between the cathode 15 and the anode 3, the electrons flow through the aligned holes in the grid 18 and the grid 21 to the anode. A small proportion of electrodes are trapped by the grid 18, whereby a negative potential against the cathode 15 is formed. A small current flows on the surface in the input cavity and the direction of the current is changed by the choke assembly 16 which induces a weak vibration.
  • a certain operating temperature for example between 800 and 1000 ° C
  • the throttle arrangement has the function of blocking a direct current between the grid holder 17 and the cathode housing 14.
  • the negative potential on the grid 18 rises to a stabilized value, which is predetermined by the trimming resistance.
  • the vibration amplitude is stabilized and an electron current is passed through the grating 18 due to the vibration in FIG.
  • Density modulated The negative potential on the grid 18 induces an electrostatic field that focuses the current of the electrons.
  • the density modulated electrons are accelerated towards the protrusions 67 of the anode 3 via the grid 18 and the grid 21.
  • the kinetic energy of the electrons is transformed into microwave energy in the outer annular space 68.
  • the coupling element protruding into the inner annular space 69 transmits the majority of the microwaves to the antenna 7, which couples the energy out to a waveguide (not shown).
  • the feedback rod 70 protruding into the inner annular space 69 transmits part of the microwave energy to the input cavity 12 via the ceramic disks 71, 72, thereby ensuring a coherence of the vibrations.

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz mit einer Kathodenanordnung mit beheizbarer Kathoden (15) zum Emittieren von Elektronen, zwei Gitteranordnungen zum Steuern und Fokussieren des Elektronenflusses und einer Anode (3) zum Empfangen der durch die Gitteranordnungen hindurchgehenden Elektronen vorgeschlagen. Die Kathodenanordnung und die erste Gitteranordnung sowie ein Sperr- oder Drosselelement (16) definieren eine eine Resonanzkavität bildende Eingangskavität (12) und die Anode (3) und die zweite Gitteranordnung eine gleichfalls eine Resonanzkavität bildende Ausgangskavität. Die Kathodenanordnung weist ein Halterung für die Kathode (15) auf, derart, daß eine Verformung der Kathode (15) unter Reduzierung des Abstandes zwischen beheizbarer Kathode (15) und Gitter (18) vermieden wird.

Description

VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON MIKROWELLEN HOHER FREQUENZ
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz ist in den US Patenten 5 883 367, 5 883 369 und 5 883 386 offenbart. Diese Vorrichtung weist zwei Resonanzkavitäten auf, eine Eingangskavität und eine Ausgangskavitat, wobei die Eingangskavität eine Kathode zum Emittieren eines linearen Elektronenstrahls, einen Sperr- oder Drosselaufbau zum Abblok- ken eines Gleichstroms und zum Weiterleiten einer schwachen Schwingung und ein Gitter zum Fokussieren des Elektronenstrahls und zum Modulieren desselben hinsichtlich seiner Dichte umfaßt. Die Ausgangskavitat weist ein Gitter und eine Anode auf, die den in der Dichte modulierten Elektronenstrahl bzw. dessen ω NJ P1 P1 cπ o cπ o π o cπ
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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.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Durch die in den ünteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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 ver- meidenden Halterung für die Kathode wird eine thermisch stabile Anordnung geschaffen, die kleine Abstände zwischen Kathode und Gitter ohne Kurzschlüsse erlaubt.
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 zwi- sehen beheizbarer Kathode und umgebenden Gehäuse vermieden wird. Die das Kathodengehäuse umfassende Hai- ω ω KJ t\J P1 π o cπ o Cπ o Ul
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Drosselelement und die Gitterhalter der zwei Gitteranordnungen mittels Ausrichtstiften zueinander ausgerichtet und in ihrer Lage zueinander festgelegt, wodurch die Ausgangskavitat 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.
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 Ξtegstruktur 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.
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 Ausgangskavitat,
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.
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 stabför ige 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.
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 Ausgangskavitat 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 Ka- thode 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.
Oberhalb der Eingangskavität 12 ist in paralleler Anordnung die Ausgangskavitat 13 vorgesehen, die als toroidaler Raum ausgebildet ist und die von der Anode 3, einem Gitterhalter 20 für ein Gitter 21 sowie einer die Ausgangskavitat 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 Ausgangskavitat 13 dient.
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.
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 Be- reich 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).
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.
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.
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 Innen- o CO IV) P1 Cπ o Cπ o cπ o cπ
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Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, durchgreifen Ausrichtstifte 53, die mit einer elektrisch isolierenden Hülse, z.B. einer Keramikhülse 54 umgeben sind, die Aus- richtlöcher 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 Ein- schnitte 36 des Kathodengehäuses 14 ein, kommen aber mit diesem aufgrund der genauen Positionierung nicht in elektrischen Kontakt.
Die zweite Gitteranordnung, die den Gitterhalter 20 und das Gitter 21 aufweist, liegt über der ersten
Gitteranordnung. Die zweite Gitteranordnung, die in ω co cπ o cπ o CΠ o CΠ
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stehen. 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.
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.
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 Ausgangskavitat 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 Ausgangskavitat harmonisiert werden.
Die Drossel- bzw. Sperranordnung 16 bewirkt, daß eine Anfangsmikrowellenschwingung in der Eingangskavität 12 erzeugt wird. Wenn die Heizvorrichtung die ther- moionische 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 Gitter- halter 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 Schwingungsam- plitude 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 An- teil 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 ke- ramischen Scheiben 71, 72, wodurch eine Kohärenz der Schwingungen sichergestellt wird. P1 P1
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Claims

Kist Europe Korea Institute of Science and Technology EuropePatentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen hoher Frequenz mit einer Kathodenanordnung mit beheizbarer Kathoden zum Emittieren von Elektronen, zwei Gitteranordnungen zum Steuern und Fokussie- ren des Elektronenflusses und einer Anode zum
Empfangen der durch die Gitteranordnungen hindurchgehenden Elektronen, wobei die Kathodenanordnung und die erste Gitteranordnung eine eine Resonanzkavität bildende Eingangskavität und die Anode und die zweite Gitteranordnung eine gleichfalls eine Resonanzkavität bildende Ausgangskavitat definieren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kathodenanordnung und zumindest die er- ste Gitteranordnung Positioniermittel zur präzisen Festlegung und Positionierung zueinander unter Einhaltung eines Abstandes umfassen und daß die Kathodenanordnung eine Halterung (14, 44) zur Aufnahme der Kathode in der Weise aufweist, daß eine Verformung der Kathode unter Reduzierung des Abstandes zwischen Kathode und Gitteranordnung vermieden wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung in Bezug auf die Ka- thode derart ausgebildet ist, daß eine radiale
Wärmeausdehnung ohne Verringerung des Abstandes zwischen Kathode und Gitteranordnung möglich ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung ein die Kathode aufnehmendes Kathodengehäuse aufweist, wobei die Kathode unter radialem Abstand zur Ge- häusewand angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine innerhalb des Kathodengehäuses (14) angeordnete Auflagefläche
(26, 42) aufweist, auf der die Kathode aufliegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einen ringförmigen Kathodenkörper (38) aufweist, auf dem die Elektronen emittierende Fläche (39) befestigt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen emittierende Fläche (39) mindestens ein auf dem Kathodenkörper als getrenntes Teil aufgebrachtes Metallplättchen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnun- gen jeweils einen Gitterhalter (17, 20) und mindestens ein Gitterfilter (18, 21) aufweisen, wobei die Gitterhalter derart ausgebildet sind, daß ein Durchsacken der Gitter im Betrieb vermieden wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Gitteranordnung (17, 18; 20, 21) einen ringförmigen Gitterhalter (17, 20) mit speichenförmigen Stegen (49, 63) aufweist, wobei das jeweilige Gitter (18, 21) auf dem Rand und den Stegen des Gitterhalters aufliegt und kraft- und/oder formschlüssig an diesem festgelegt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gitter- halter (17) der ersten Gitteranordnung und dem
Kathodengehäuse (14) ein ringförmiges Sperroder Drosselelement (16) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperr- oder Drosselelement (16) als teilweise metallisch beschichtete Keramikscheibe ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Kathodengehäuse (14), Drosselelement (16) und Gitterhalter (17, 20) der zwei Gitteranordnungen mittels Ausrichtstiften (53, 54) zueinander ausgerichtet und in ihrer Lage zueinander festgelegt sind, wodurch Eingangskavität (12) und Ausgangskavitat (13) parallel zueinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Gitteranordnungen über elektrisch isolierende Abstandselement (54) beabstandet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Abstandselemente Bestandteil von keramischen Hülsen sind, die die Abstandsstifte (53) umgreifen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungs- anordnung (19) zwischen Ein- und Ausgangskavitat
(12, 13) vorgesehen ist, die einen durch die Gitteranordnungen hindurchgreifenden Koppelstab (70) aufweist, der in einen Rückkopplungskörper (43, 71 - 74) eingesetzt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodengehäuse (14) einen Zylinder (33) mit angesetztem Flansch
(34) aufweist, wobei innerhalb des Zylinders die Kathode, sowie ein Heizelement (25) aufgenommen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (15) aus einem Metallblech, vorzugsweise Nickelblech mit aufgesprühten oder aufgedruckten Metalloxiden, vorzugsweise auf der Basis von Barium besteht.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und/oder die Elektronen emittierende Fläche aus einem Metallblech aus Pd-Ba oder Pt-Ba besteht.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterhalter (20) der zweiten Gitteranordnung mit einer die
Ausgangskavitat (13) begrenzenden Umfangswand der Anode (3) fest verbunden ist.
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