CN1099689C - 带栅极的电子枪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有栅极的电子枪，它的阴极有一发射部分(12)，此发射部分(12)界定一大致上的中心孔(11)。该阴极可极大地减少来自栅极的伪电子发射，由此有助于冷却它。该电子枪可特别应用于已知名称为IOT的电子管。

Description

带栅极的电子枪
本发明的领域为电子管领域，特别是具有轴向电子束并带栅极的电子管，例如IOT(感应输出管)。
IOT有一发射电子束的电子枪、此电子束穿过的谐振腔及在束电子离开谐振腔时接收它们的集电极。
电子枪通常有一形成为部分球面的凹形阴极、控制栅极及阳极。阴极的凹形面在它升到高温时发射电子。电子穿过控制栅极并受阳极的吸引，然后进入谐振腔，形成轴向束。
控制栅极用来调制电子发射，以便在电子进入谐振腔之前将它们分为多束。
阴极通常由注入发射物质的多孔体组成。多孔体由钨组成而发射物质由钡、钙及铝酸锶构成。阴极在900°到1100℃范围开始发射电子。
控制栅极非常接近阴极。栅极和阴极间的缝隙是大约毫米的十分之几。发射物质具有蒸发并且特别是迁移到栅极和阳极上的倾向。一方面由于与阴极很靠近，另一方面由于打击在上面的电子，栅极热起来。已迁移到栅极上的发射物质引起干扰电子管工作的伪电子发射。由于阳极与阴极相对较远，因而它保持相对较凉，并且覆盖它的发射物质不会成为太大问题。
已提出一些解决办法来消除该伪电子发射。有一种办法提出用电子轰击栅极，以便将其加热，并使得覆盖其上的发射物质蒸发。这种加热的频数可以是每天进行，例如在每次开启之前。对于可用遥控器在远处操作的电视机的发射器来说，这种通过加热清洗栅极的办法具有很大局限性。长远来说，这种加热方法也会引起电子枪工作的退化。
另一种提出用来避免这种伪电子发射的方法是在电子管的工作过程中尽可能多地降低栅极的温度。已知的一种解决方法是使用在低于传统阴极的工作温度下工作的阴极，由此降低控制栅极的温度。这一方法也未能得到好的结果。不会消除伪发射现象，仅仅是推迟而已。
所遇到的另一缺点是来自控制栅极的伪发射限制了阴极的大小，结果也限制了所产生的电子流。
本发明的目的是通过提出一种其阴极有助于更好地冷却栅极并有效地避免伪发射的电子枪来克服这些缺点。
该阴极有一界定大体上的中心孔的发射部分，此孔正好穿过它。
有利的是，此阴极由一加热器加热，该加热器有一在该发射部分的相对面的加热元件，该加热元件界定一与阴极上的孔相对的孔。
栅极有一热辐射实心部分，用来放置在阴极上的孔的对面。由于此热辐射实心部分能向阴极上的孔和作为冷区域的阳极区辐射热，因而通过它可以改善栅极的辐射热扩散。由于此栅极更好地被冷却，所以消除了伪电子发射。
最好由其热辐射性能与黑体接近的材料制成该实心部分。特别是热解石墨是有利的。
本发明也涉及带有这样的电子枪的电子管。
通过阅读下面的说明，本发明的其它特点和优点将较为清楚，这将由下列附图加以说明：
—图1a、1b分别表示已有技术的电子枪的轴向剖面图和其栅极的前视图；
—图2a、2b分别是按照本发明的电子枪的阴极示例的前视图和横截面图；
—图3是按照本发明的电子枪的栅极示例的前视图；
—图4是按照本发明的电子枪示例的轴向剖面示意图，其安装在按照本发明的电子管上；及
—图5是按照本发明的用来加热电子枪的阴极的装置的前视图。
在这些图中，相同参考数字表示相同元件。为清楚起见，未考虑各种部件的尺寸。
图1a表示已知电子枪的轴向剖面。阴极由参照数字1表示。它是实心的，形成为部分球面，其活性面是凹形的。加热器2与阴极1相连，在其活性面的相反面。由阴极1的活性面发射的电子穿过控制栅极3并受阳极4的吸引。它们形成轴XX’的轴向束。阳极4有一中心孔5，用来使电子束进入谐振腔(未示出)。阳极4升至比阴极1高的电位。栅极3通常升压为阴极1和阳极4的电位间的中间电位。
栅极3安装在周边支撑架6上，支撑架6由是诸如铜等良热导体的材料制成。栅极3也形成为部分球面，第一组条7沿该球面的纬线放置，而第二组条8沿该球面的经线放置。两个球面部分，即阴极1的球面和栅极3的球面的中心都在轴XX’上。图1b表示栅的前视图。
当阴极1加热时，发射物质被蒸发，并且特别是覆盖栅极3。通过加热，栅极开始发射伪电子。一方面经第一和第二组条7、8传热给外部支撑架6，另一方面通过基本上向阳极4辐射，结果栅极3被冷却。
栅极3的最热部分是其中心部分。阴极1的面积的任何增大都会导致栅极3的面积增大，因此其中心部分的温度也提高。为了避免增加来自栅极3的伪发射，需要限制阴极1的面积，结果也限制了它传送的电子流。
图2a和2b从前面和轴向剖面示出了按照本发明的电子枪的阴极10的例子。在这些图中，阴极是球面的部分。它有一界定大致是中心孔11的发射部分12。
最好，为简单起见，发射部分12是凹形的，并且大致形成球面的一部分，而孔11大致为圆形。阴极(例如图1a中的)的发射表面积与其直径的平方相当近似地成正比。在按本发明带一孔的阴极的情况下，如果孔11的直径大约为阴极10的直径的30％到40％，则孔11的面积相对较小，并且实际上不会影响电子发射。阴极10的直径稍微增加就能补方偿该发射表面积的较小的减少。例如，直径为38毫米由球形帽38形成的实心传统阴极具有与本发明的阴极相同的表面积，本发明的阴极为发射部分是直径为40毫米的球面部分，而其孔的直径为15毫米。
图3表示按照本发明的电子枪的栅极的示意图。该栅极用来与图2a和2b所示形状的阴极相结合。栅极有一热辐射固体部分24，放在阴极上的孔的对面。当栅极安装在带有这样的电子发射阴极的电子枪中时，一方面它向阳极辐射，另一方面它向阴极上的孔辐射。该栅极被有效地冷却下来，并消除伪电子发射。伴随栅极更好地冷却，阴极的直径可不受栅极的温度的限制，因而可以设想用这种电子枪能设计更大功率的电子管。
在栅极的优选实施例中，栅极23的实心部分24由其热辐射性能与黑体接近的材料制成。石墨，更具体地说热解石墨是特别适合用来制作这种热辐射实心部分24的材料。
图3所示的栅极在实心部分24的周围有一多孔部26，用来由从阴极发射的电子穿过。多孔部分26也能由热解石黑制成，因为它具有优越的热、电和机械性能。
如果栅极23被用来与大体上形成部分球面的阴极一起使用，则最好此栅极也大体上采用球面的部分的形式。实心部分24可以是球形帽的形式，而多孔部分26可以具有沿球面的经线放置的第一组条28及沿球面的纬线放置的第二组条29。
栅极23可以从由热解石墨制成的坯件生产出来，此坯件例如以球面部分的形式，从此坯件上切割出条28、29及实心部分24。这种切割可以按常规由激光加工或喷气喷砂来进行。
也可以设想栅极的多孔部分26具有大致为矩形或六边形的孔。
图4是按照本发明的电子枪的例子的轴向截面示意图，该电子安装在按照本发明的电子管中。此电子枪有一按照本发明的阴极21及一控制栅极23，两者都大致形成为球面的部分。在图中，阴极21有一球面部分形式的发射部分27，该发射部分27大致界定了中心孔22。此图中也示出了阳极25和用来加热阴极的加热器40。电子管只表示了一部分。它包含该电子枪，在电子路径的末端，所发射的电子在集电极被收回。
在这个图中，按照本发明与阴极相关的栅极23有一实心部分24。它与图3中所示的相似。其热扩散要好于图1a中所示的电子枪。
如果栅极23周围是由具有良热导体(例如铜)的材料制成的周边支撑架30，则热扩散更好。在这一结构中，通过向周边支撑架30和热辐射实心部分24这两者传导热，栅极的条28、29被冷下来。实心部分24通过向阳极25和阴极21上的孔22辐射热而被冷下来。第一组条28的长度可以大大短于图1b中所示条的长度。例如，它们的长度可以从前述实例中的大约41毫米缩短到大约14.5毫米。
最好，为了得到最有效的冷却和对发射电子束最小的干扰，栅极23的实心部分24应大体上具有与阴极上的孔22相同的大小。
可以设想将按本发明的阴极与不带实心部分的栅极相结合，即如图1b中所示的传统栅极。如果此栅极由具有与黑体接近的辐射性能的材料制成，则与阴极上的孔相对的那部分栅极能向此孔辐射热。与象图1a中所示并与实心阴极相关联的栅极的冷却效果相比，此栅极中心部分的冷却效果得到提高，但它不如图4所示的情况好。然而，在某些情况下，这种冷却效果已足够了。
阴极为了能够发射电子必须被加热。图4中已间接地表示了用来加热阴极的加热器40。它在图5中从前面被表示出来。它用来加热阴极21的发射部分27。它靠近阴极21的凸面放置。它有一加热元件42，该元件界定了一个与阴极上的孔22相对的孔41。该加热元件42可以是一多孔板，在该板上环绕孔41设置导体45阵列，电子流可以流过该导体阵列。该板最好由为良电导体、具有与黑体接近的热辐射性能的材料制成。热解石墨特别适合用来制作加热元件42。在图5所示的例子中，该板有一系列同心圆弧槽44，槽44位于相互偏移的两个连续圆上。槽44之间的空间构成电导体45阵列。
按照本发明的电子枪不限于以球面部分形式的阴极或以球面部分形式的栅极。

Claims (16)

1、一种具有栅极的电子枪，包括具有发射部分(27)的阴极，其特征在于该发射部分(27)界定一孔(22)，此孔正好穿过它，并大致在中心，由此有助于冷却栅极。
2、按照权利要求1的电子枪，其特征在于阴极的发射部分(27)大致是球面的一部分。
3、按照权利要求1和2之一的电子枪，其特征在于阴极上的孔(22)大致是圆形。
4、按照权利要求3的电子枪，其特征在于阴极上的孔(22)的直径大约为发射部分(27)直径的30到40％。
5、按照权利要求1的电子枪，其特征在于它包括一加热器(40)，用来用一加热元件(42)加热阴极，加热元件界定了一与阴极上的孔(22)  相对的孔(41)。
6、按照权利要求5的电子枪，其特征在于加热元件(42)是一多孔板，该多孔板上环绕孔(41)设置有电导体(45)阵列，电流可流过该电导体阵列。
7、按照权利要求5和6之一的电子枪，其特征在于加热元件(42)由热解石墨制成。
8、按照权利要求1的电子枪，其特征在于栅极有一热辐射实心部分(24)，用来放在阴极(21)上的孔(22)的对面。
9、按照权利要求8的电子枪，其特征在于栅极的热辐射实心部分(24)具有与阴极(21)上的孔(22)大致相同的尺寸。
10、按照权利要求8和9之一的电子枪，其特征在于栅极的热辐射实心部分(24)由具有与黑体接近的热辐射性能的材料制成。
11、按照权利要求10的电子枪，其特征在于栅极的热辐射实心部分(24)由热解石墨制成。
12、按照权利要求8和9之一的电子枪，其特征在于栅极有一围绕实心部分(24)的多孔部分(26)，此多孔部分(26)用来供阴极(21)发射的电子穿过。
13、按照权利要求12的电子枪，其特征在于大致以球面的一部分形式的栅极的一多孔部分这样设置，即其第一组条(28)沿球面的经线和其第二组条(29)沿球面的纬线。
14、按照权利要求8和9之一的电子枪，其特征在于栅极的热辐射实心部分(24)大致为球形帽形式。
15、按照权利要求1的电子枪，其特征在于栅极由一周边支撑架(30)包围，该周边支撑架(30)由为良热导体的材料制成。
16、一种电子管，其特征在于它包含按照权利要求1到15之一的具有栅极的电子枪。
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