DE1491509B1 - ELECTRON BEAM GENERATORS FOR HIGH PERFORMANCE TUBE - Google Patents
ELECTRON BEAM GENERATORS FOR HIGH PERFORMANCE TUBEInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen rotationssymmetrischen Elektronenstrahlerzeuger für eine mit einer Strahlspannung (Anoden-Katoden-Spannung) von mindestens 20 kV arbeitende Höchstleistungslaufzeitröhre zur Erzeugung eines Elektronenvollstrahls sehr hoher mittlerer Strahlleistung von mehr als 20 kW, bestehend aus einer Katode, einer Fokussierungselektrode und einer Anode, bei dem die großflächige Konkavkatode am anodenseitigen Ende eines Katodenzylinders befestigt und die den Katodenzylinder mit Abstand konzentrisch umgebende rohrförmige Fokussierungselektrode am anodenseitigen Ende im Raum zwischen der Katode und der Anode ringwulstförmig ausgebildet ist (Fokussierungsring). The invention relates to a rotationally symmetrical electron gun for a A high-performance runtime tube operating with a beam voltage (anode-cathode voltage) of at least 20 kV for generating a full electron beam with a very high average beam power of more than 20 kW, consisting of a cathode, a focusing electrode and an anode in which the large-area concave cathode attached to the anode-side end of a cathode cylinder and the Cathode cylinder concentrically surrounding tubular focusing electrode at a distance on the anode side End in the space between the cathode and the anode is annular bead-shaped (focusing ring).
Derartige Höchstleistungslaufzeitröhren benötigt man beispielsweise für Weltraumverbindungen, Dauerstrich-Beleuchtungsradar, zur Radioastronomie und Streustrahlungsübertragung in der Nachrichtentechnik, aoSuch high-performance runtime tubes are required, for example, for space connections, Continuous wave lighting radar, for radio astronomy and scattered radiation transmission in communications technology, ao
Während der letzten Jahre hat sich ein ständig wachsender Bedarf an höherer Dauerstrich-Hochfrequenzleistung bei AT-Bandfrequenzen (7,125 bis 8,5 GHz) herausgestellt, beispielsweise an Hochfrequenzleistungen in der Größenordnung von 50 kW oder mehr. Über die Leistungsgrenzen von Mikrowellensenderöhren hat L. S. Nergaard, RCA Review, Dezember 1960, kürzlich einen Überblick gegeben. In diesem Aufsatz von Nergaard wird festgestellt, daß das Anwachsen der Ausgangsleistung bisher nicht sehr groß war und daß ein grundsätzlicher Durchbruch erforderlich ist, um eine Verbesserung von etwa einer Größenordnung zu erzielen.Over the past few years there has been an ever increasing demand for higher continuous wave radio frequency power highlighted at AT band frequencies (7.125 to 8.5 GHz), for example at high frequency powers on the order of 50 kW or more. Beyond the power limits of microwave transmitter tubes recently reviewed L. S. Nergaard, RCA Review, December 1960. In this paper by Nergaard it is stated that the increase in output power has not been very large so far and that a major breakthrough is required for improvement of about an order of magnitude.
Der grundsätzliche Aufbau des eingangs beschriebenen Elektronenstrahlerzeugers ist beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 852 715 und der britischen Patentschrift 762107 bekannt. Bei den genannten hohen Leistungen und Spannungen tritt bei diesen herkömmlichen Anordnungen die Schwierigkeit auf, daß der Fokussierungsring zwischen der Katode und der Anode überhitzt wird und daß dabei Glühemissionen am Fokussierungsring hervorgerufen werden. Dadurch wird die Ausbildung von Bogenentladungen zwischen den Elektronen gefördert und der Wirkungsgrad der Röhre vermindert. Die hohe Spannung zwischen der Katode und der Anode trägt ebenfalls zur Bildung von Bogenentladungen zwischen der Katode bzw. der nahezu auf Katodenpotential liegenden Fokussierungselektrode und der Anode bei. Das dabei am Fokussierungsring zerstäubte Material kann sich auf der Katode niederschlagen und diese vergiften. Die Wirkungsweise der Katode kann dadurch stark beeinträchtigt werden. The basic structure of the electron gun described above is for example from U.S. Pat. No. 2,852,715 and British Pat. No. 762107. With the mentioned With these conventional arrangements, the difficulty arises with high powers and voltages on that the focusing ring between the cathode and the anode is overheated and that thereby Glow emissions are caused on the focusing ring. This will result in the training of Arc discharges between the electrons are promoted and the efficiency of the tube is reduced. The high voltage between the cathode and the anode also contributes to the formation of arc discharges between the cathode or the focusing electrode which is almost at cathode potential and the anode. The material that is sputtered on the focusing ring can be deposited on the cathode and poison them. This can seriously affect the way the cathode works.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Überhitzung und die damit verbundene Glühemission des Fokussierungsringes zu verhindern. The object on which the invention is based is to reduce overheating and the associated To prevent glow emission of the focusing ring.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Elektronenstrahlerzeuger dadurch gelöst, daß der Fokussierungsring samt der rohrförmigen Fokussierungselektrode aus Kupfer besteht und die Fokussierungselektrode insbesondere hinsichtlich ihrer Länge so bemessen ist, daß die Betriebstemperatur des Fokussierungsrings unterhalb der Glühemissionstemperatur von Kupfer liegt.This object is achieved in the electron gun described above in that the focusing ring together with the tubular focusing electrode is made of copper and the focusing electrode is dimensioned in particular with regard to its length so that the operating temperature of the focusing ring is below the glow emission temperature of copper.
Die vom Fokussierungsring aufgenommene Wärmemenge wird infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers sehr schnell vom Fokussierungsring in den rohrförmigen Abschnitt der Fokussierungselektrode abgeführt. Dadurch, daß die Fokussierungselektrode äußerst lang ausgebildet ist, steht zur Wärmeabstrahlung eine sehr große Fläche zur Verfügung. Die vom Fokussierungsring aufgenommene Wärmemenge kann daher sofort abgeleitet werden.The amount of heat absorbed by the focusing ring is due to the good thermal conductivity of the Copper very quickly from the focusing ring into the tubular section of the focusing electrode discharged. Because the focusing electrode is made extremely long, there is a risk of heat radiation a very large area available. The amount of heat absorbed by the focus ring can therefore be derived immediately.
Die bisherigen Fokussierungselektroden bestehen aus schwer schmelzbaren Metallen, beispielsweise rostfreiem Stahl, Nickel oder Molybdän. Diese Werkstoffe konnten zwar sehr hohen Temperaturen widerstehen, jedoch förderten diese hohen Temperaturen die Glühemission am Fokussierungsring, so daß sehr häufig Bogenentladungen zwischen dem Fokussierungsring und der Anode auftraten, insbesondere bei hohen Spannungen zwischen 25 und 50 kV.The previous focusing electrodes consist of difficult-to-melt metals, for example stainless steel, nickel or molybdenum. These materials could withstand very high temperatures, however, these high temperatures promoted glow emission from the focus ring, so much so arc discharges frequently occurred between the focusing ring and the anode, especially when high voltages between 25 and 50 kV.
Die Temperatur des Fokussierungsrings, einer aus Kupfer hergestellten Fokussierungselektrode beträgt etwa 3000C, während die Temperatur eines rostfreien Stahlringes etwa 700 bis 8000C beträgt. Dies ist auf die gute Wärmeableitung des Kupfers und auf die größere Abstrahlfläche zurückzuführen.The temperature of the focusing ring, a focusing electrode made of copper, is approximately 300 ° C., while the temperature of a stainless steel ring is approximately 700 to 800 ° C. This is due to the good heat dissipation of the copper and the larger radiating surface.
Die Verwendung von Kupfer hat gegenüber der Verwendung von rostfreiem Stahl oder anderen Metallen einen weiteren Vorteil. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß das bei einer Bogenentladung durch Ionenbombardement zerstäubte Kupfer des Fokussierungsringes im Gegensatz zu zerstäubtem Stahl die Wirkungsweise der Katode nicht beeinträchtigt, also die Katode nicht vergiftet.The use of copper has been compared to the use of stainless steel or other metals another benefit. It has been found that this is the case with an arc discharge by ion bombardment atomized copper of the focusing ring as opposed to atomized Steel does not affect the functionality of the cathode, i.e. it does not poison the cathode.
Aus konstruktiven Gründen ist es zweckmäßig, den Katodenzylinder in der Nähe des Fußpunktes der Fokussierungselektrode zu haltern. Es wäre unvorteilhaft, den Katodenzylinder über die Fokussierungselektrode hinausragen zu lassen, da ja dann der Elektronenerzeuger noch länger würde, als er es bereits ist.For structural reasons, it is advisable to place the cathode cylinder in the vicinity of the base point to hold the focusing electrode. It would be disadvantageous to have the cathode cylinder over the focusing electrode to protrude, because then the electron generator would be even longer than it already is.
Zum anderen wäre es aus fertigungstechnischen Gründen von Nachteil, den Katodenzylinder wesentlich kürzer auszubilden und ihn innerhalb der Fokussierungselektrode zu befestigen. Weiterhin soll möglichst wenig Wärme von der Katode auf die Fokussierungselektrode abgeleitet werden.On the other hand, for manufacturing reasons, it would be a disadvantage if the cathode cylinder was essential to be made shorter and to fix it within the focusing electrode. Furthermore should As little heat as possible can be dissipated from the cathode to the focusing electrode.
Aus diesen Gründen besteht eine zweckmäßige Weiterbildung des Elektronenstrahlerzeugers nach der Erfindung darin, daß der Katodenzylinder am anodenseitigen Ende eines schlecht wärmeleitenden rohrförmigen Metallteils (Katodenrohr) befestigt ist und die aus Katode, Katodenzylinder und Katodentragrohr bestehende Anordnung sich frei tragend innerhalb der rohrförmigen Fokussierungselektrode bis in deren der Anode abgewandten Endbereich erstreckt und dort starr gehaltert ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn daß Katodentragrohr aus einem schlecht wärmeleitenden elektrischen Leiter besteht. Vorzugsweise wird das Katodentragrohr aus Tantal hergestellt.For these reasons, there is an expedient further development of the electron beam generator the invention is that the cathode cylinder at the anode-side end of a poorly thermally conductive tubular metal part (cathode tube) is attached and the cathode, cathode cylinder and cathode support tube existing arrangement self-supporting within the tubular focusing electrode extends into the end area facing away from the anode and is rigidly held there. It is from Advantage if that cathode support tube consists of a poorly thermally conductive electrical conductor. The cathode support tube is preferably made from tantalum.
Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden an Hand von Figuren beschrieben.Further details of the subject matter of the invention are described with reference to figures.
F i g. 1 ist eine längsgeschnittene Teilansicht eines nach der Erfindung aufgebauten Elektronenstrahlerzeugers; F i g. Fig. 1 is a fragmentary longitudinal sectional view of an electron gun constructed in accordance with the invention;
F i g. 2 zeigt als graphische Darstellung den Zusammenhang zwischen der Ausgangsleistung HF-Steuerleistung einer Hochleistungslaufzeitröhre mit dem in F i g. 1 gezeigten Elektronenstrahlerzeuger.F i g. 2 shows as a graphical representation the relationship between the output power of the HF control power a high-performance runtime tube with the one shown in FIG. 1 shown electron gun.
Der in der F i g. 1 dargestellte, nach der Erfindung aufgebaute Elektronenstrahlerzeuger 1 enthält eineThe one shown in FIG. 1 shown, constructed according to the invention, electron gun 1 includes a
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lange, hohlzylindrische Fokussierungselektrode 10, ist so angeordnet, daß sie sich mit den ausgerichtedie
am anodenseitigen Ende einen Fokussierungs- ten Laufstrecken und Driftrohren des Strahlwechselring
10' aufweist, der beispielsweise aus sauerstoff- wirkungsteiles der Röhre deckt. Eine hohle, zylinfreiem
Kupfer hoher Leitfähigkeit hergestellt ist. Eine drische Halterung 18 aus einem Material mit einem
Katodenpille 11, beispielsweise eine imprägnierte 5 niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bei-Wolframkatode
Philips Typ B, ist mit einer züge- spielsweise aus Kovar, trägt mittels eines dazwischenordneten
Heizelementspule 12 in einem Zylinder 22 gesetzten metallischen Rohrstückes 15 die Fokusgelagert, in ein hitzebeständiges dielektrisches Ma- sierungselektrode 10. Das Rohrstück 15 ist um das
terial 8 eingebettet und versintert. Der Zylinder 22 Äußere des einen Endes der Fokussierungselektrokann
aus Molybdän hergestellt sein, und das hitze- io denhalterung 18 herumgelötet, ebenso von innen an
beständige Material 8 kann aus Aluminium- oder dasjenige Ende der Fokussierungselektrode 10, das
Berylliumoxyd bestehen. Das hitzebeständige, dielek- auf der anderen Seite der Katodenpille 11 liegt. Das
irische Material 8 wird in feinzermahlener Form in Rohrstück 15 ist mit Vorzug aus Nickel hergestellt,
den Zylinder 22 eingefüllt und leicht verdichtet; der so daß sich, beispielsweise durch Hartlöten, eine
Zylinder 22 ist seinerseits an seinem einen Ende 15 Verbindung mit guter Wärmeleitfähigkeit zwischen
durch die Katodenpille 11 geschlossen. Alle diese der Fokussierungshalterung 18 und der Fokussie-Körper
werden dann nach bekannten Verfahren bei rungselektrode 10 herstellen läßt,
hohen Temperaturen erhitzt, und das eingestoßene Ein wärmeisolierender Zylinder 23, beispielsweise
Material um das Heizelement herum gesintert. Mit aus Tantal, ist dicht mit der Innenseite der Fokus-Vorzug
ordnet man zwischen der Katodenpille 11 20 sierungselektrodenhalterung 18 verbunden und er-
und dem hitzebeständigen, dielektrischen Material 8 streckt sich unter einem gewissen Abstand fast über
noch eine keramische Scheibe 7 an, um eine zu- die gesamte Länge der Fokussierungselektrode 10.
fällige Berührung zwischen dem Heizelement 12 und Dadurch werden das Heizelement 12 und die Katode
der Pille 11 zu verhindern, die auf Grund der ther- 11 starr in ihrer Lage gehaltert. Der Wärmeisolator
mischen Ausdehnung und Zusammenziehung des 25 23 wirkt so, daß er ein Abfließen von Wärme aus
Heizelementes 12 und des dadurch bedingten Arbei- der Katode 11 über Wärmeleitung verhindert, da der
tens des Heizelementes in dem gesinterten Material Wärmeisolator aus einem schlecht wärmeleitenden
erfolgen könnte, da dieses Arbeiten Ortsverschie- Material besteht, aber den elektrischen Strom leitet,
bungen des Heizelementes in dem gesinterten Ma- Ein tassenförmiger Körper aus Keramik 25 dient
terial hervorruft. In Verbindung mit Heizelementen, 30 als Hochspannungsisolator und trägt die Fokussiedie
in ein hitzebeständiges, dielektrisches Material rungselektrodenhalterung 18 im Zentralkörper der
wie beschrieben eingebettet sind, können auch andere Röhre frei schwebend und vakuumdicht mittels eines
Katoden verwendet werden. Die Art der Katode, ob metallischen, napfförmigen Körpers mit einer Öffes
beispielsweise eine thorierte Wolframkatode oder nung 19 aus Kovar. Die Fokussierungselektrodeneine
Oxidkatode ist, hängt von der Größe des ge- 35 halterung 18 ist innerhalb einer mit einem Rand verwünschten
Strahlstroms ab. sehenen zentralen öffnung in der unteren Wandunglong, hollow cylindrical focusing electrode 10 is arranged in such a way that with the aligned running paths and drift tubes of the beam change ring 10 'at the anode-side end it has, for example, the oxygen-active part of the tube. A hollow, cylinder-free copper of high conductivity is made. A drum holder 18 made of a material with a cathode pill 11, for example an impregnated 5 low thermal expansion coefficient, in the case of tungsten cathode Philips type B, has a metallic tube piece 15 placed in a cylinder 22 by means of a heating element coil 12 placed in between the focus is mounted in a heat-resistant dielectric measuring electrode 10. The pipe section 15 is embedded around the material 8 and sintered. The cylinder 22 on the outside of one end of the focusing electrode can be made of molybdenum, and the heat-resistant material 8 can be soldered around it, and that end of the focusing electrode 10 can be made of beryllium oxide. The heat-resistant dielectric lies on the other side of the cathode pill 11. The Irish material 8 is finely ground in the pipe section 15 is preferably made of nickel, the cylinder 22 is filled and slightly compacted; the so that, for example by brazing, a cylinder 22 is in turn closed at its one end 15 connection with good thermal conductivity between the cathode pill 11. All of these, the focusing holder 18 and the focus body can then be produced by known methods at approximately electrode 10,
heated high temperatures, and the penetrated A heat-insulating cylinder 23, for example, sintered material around the heating element. Made of tantalum, the focus-preference is tight on the inside, one arranges 20 sizing electrode holder 18 between the cathode pill 11 and the heat-resistant, dielectric material 8 stretches at a certain distance almost over another ceramic disk 7, around a to- the entire length of the focusing electrode 10. any contact between the heating element 12 and thereby preventing the heating element 12 and the cathode of the pill 11 from being held rigidly in their position due to the thermally-11. The heat insulator mix expansion and contraction of the 25 23 acts in such a way that it prevents heat from flowing out of the heating element 12 and the consequent work of the cathode 11 via heat conduction, since the tens of the heating element in the sintered material heat insulator could be made from a poorly heat-conducting material Because this work consists of a different material, but conducts the electric current, the heating element in the sintered material creates a cup-shaped body made of ceramic 25 serves material. In connection with heating elements 30 as a high-voltage insulator and carrying the focus, which are embedded in a heat-resistant, dielectric material, electrode holder 18 in the central body, which is embedded as described, other tubes can also be used floating freely and vacuum-tight by means of a cathode. The type of cathode, whether a metallic, cup-shaped body with an opening, for example a thoriated tungsten cathode or a 19 made of Kovar. The focussing electrode being an oxide cathode depends on the size of the holder 18 is within a fringed beam current. seen central opening in the lower wall
Die Betriebstemperatur der Katodenpille 11 liegt 19' des napfförmigen Körpers 19 befestigt,
bei etwa 11000C, genauer zwischen 1050 und Zwei isolierte Heizleitungen 27 sind über eine
11000C. Es ist günstig, das Heizelement 12 so dicht Heizungsstützstrebe 29 aus einem elektrisch gut leials
möglich bei 11000C zu betreiben, um den Ver- 40 tenden Material mit den Enden des Heizelementes
brauch von übermäßiger Wärme in dem Emitterteil 12 verbunden. Die Heizleitungen 27 sind innerhalb
sowie die erforderliche Leistung zu vermindern. Es der Fokussierungselektrode 10 und der Elektrodenist
daher wünschenswert, das Temperaturgefälle zwi- halterung 18 durch keramische Scheiben 30 vakuumschen
dem Heizelement 12 und der Katodenpille 11 dicht gehaltert, die zentrale Öffnungen haben und in
so klein wie möglich zu machen. Das oben beschrie- 45 einem gewissen Abstand voneinander angeordnet
bene, gesinterte Heizelement verbessert den Wärme- sind. Die letzten beiden Scheiben 30 sind an der
übergang zwischen dem Heizelement 12 und der Fokussierungselektrodenhalterung 18 vakuumdicht
Katodenpille 11, da ein keramischer Körper Wärme befestigt. Ein Isolierrohr 31 ist um die Heizungsbesser
durch Wärmeleitung weitergibt als ein par- stützstrebe 29 herum befestigt, um das Vakuum im
tielles Vakuum durch Wärmestrahlung. Ein partielles 50 Innern der Röhre aufrechtzuerhalten. Eine dritte
Vakuum ist die Umgebung um ein Heizelement in keramische Scheibe 30 ist innerhalb der Fokussie-Röhren
nach dem bisherigen Stand der Technik. Es rungselektrodenhalterung unten an dem zylindrischen
hat sich herausgestellt, daß die Arbeitstemperatur Wärmeisolator 23 angeordnet und dient dazu,
des gesinterten Heizelementes etwa 3000C über dem Schädigungen der Heizungsstützstrebe 29 auf Grund
Wert von 11000C liegt, der die Arbeitstemperatur 55 von Vibrationen zu vermeiden. Die Heizungsstützder
Katodenpille darstellt. Das bedeutet, daß die strebe 29 ist mit dem Heizelement 12 in der Nähe
Wärmeleistung dieses Heizelementes um 400 bis eines Zugangsloches 23' verbunden. Das Zugangs-5000C
gegenüber Katodenheizelementen nach dem loch 23' befindet sich in dem Wärmeisolator 23 dicht
bisherigen Stand der Technik vermindert worden ist. an dem Heizelement. Die Rückleitung des Heiz-The operating temperature of the cathode pill 11 is 19 'of the cup-shaped body 19 attached,
at about 1100 0 C, more particularly between 1050 and two insulated heating cables 27 are connected via a 1100 0 C. It is favorable so close leials to operate the heating element 12 heating the support strut 29 of an electrically well possible at 1100 0 C to the encryption 40 tend material with the ends of the heating element need of excessive heat in the emitter part 12 connected. The heating lines 27 are to be reduced within as well as the required power. It is therefore desirable for the focusing electrode 10 and the electrodes to keep the temperature gradient between the holder 18 tightly sealed by ceramic disks 30 which have central openings and are as small as possible to the heating element 12 and the cathode pill 11. The sintered heating element described above, arranged at a certain distance from one another, improves the heat. The last two disks 30 are vacuum-tight cathode pill 11 at the transition between the heating element 12 and the focusing electrode holder 18, since a ceramic body attaches heat. An insulating tube 31 is attached to the heating better by conduction as a brace 29 around the vacuum in the tielles vacuum by thermal radiation. To maintain a partial interior of the tube. A third vacuum is the environment around a heating element in ceramic disk 30 is within the prior art focus tubes. It has been found that the working temperature heat insulator 23 is located at the bottom of the cylindrical electrode holder and is used to prevent the sintered heating element from being damaged by about 300 0 C above the damage to the heating support strut 29 due to a value of 1100 0 C, which prevents the working temperature from vibrations . Represents the heating support of the cathode pill. This means that the strut 29 is connected to the heating element 12 in the vicinity of this heating element's heat output by 400 to an access hole 23 '. The access 500 0 C compared to cathode heating elements after the hole 23 'is located in the heat insulator 23 close to prior art has been reduced. on the heating element. The return line of the heating
Der Zylinder 22 und seine zugeordneten Elemente 60 stromes erfolgt über den Wärmeisolator 23, Fokussind ihrerseits innerhalb der Fokussierungselektrode sierungselektrodenhalterung 18, Leitungsansatz 20 zu 10 gehaltert und axial auf eine Eingangsöffnung 13 der Heizleitung 27. Zwei Getterleitungen 38 sind hin ausgerichtet, die sich nach innen zu verjüngt. Die vorgesehen, die vakuumdicht durch öffnungen in Eingangsöffnung 13 sitzt in der Mitte einer Anoden- einer keramischen Scheibe 30 hindurchführen, um, elektrode 9 in einem querstehenden Kopfstück aus 65 falls nötig, das Auspumpen der Röhre zu unterunmagnetischem Material, beispielsweise Kupfer, das stützen.The cylinder 22 and its associated elements 60 are flow through the thermal insulator 23, focus in turn within the focusing electrode sizing electrode holder 18, line attachment 20 to 10 supported and axially on an inlet opening 13 of the heating line 27. Two getter lines 38 are oriented towards that which tapers inwards. The provided, the vacuum-tight through openings in Entrance opening 13 sits in the middle of an anode - a ceramic disc 30 pass through it to, electrode 9 in a transverse head piece from 65, if necessary, the pumping out of the tube to sub-non-magnetic Material, such as copper, that support.
einem Polschuhstück 14 aus magnetischem Material Eine Endhaube 16 aus Silikonkautschuk, wie siea pole piece 14 made of magnetic material; an end cap 16 made of silicone rubber, such as her
zugeordnet ist. Diese zentrale öffnung in der Anode 9 in dem USA.-Patent 2 990 495 für Elektronenstrahl-assigned. This central opening in the anode 9 in the United States patent 2,990,495 for electron beam
röhren offenbart und beansprucht ist, wird um den Hochspannungsisolator 25, die Fokussierungselektrodenhalterung 18, die keramische Scheibe 30 und die Heizleitungen 27 herumgepreßt, um die Wahrscheinlichkeit für einen mechanischen Bruch und einen elektrischen Durchschlag an diesem Teil der Röhre zu verringern.tubes disclosed and claimed is about the high voltage insulator 25, the focusing electrode holder 18, the ceramic disc 30 and the heating lines 27 pressed around the probability for a mechanical break and an electrical breakdown on that part of the Reduce tube.
Der oben beschriebene Teil des Emitterteiles der vorliegenden Erfindung ist mit dem Polschuhstück 14 durch zwei ringähnliche Metallkörper 28 mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise aus Kovar, verbunden. Dabei ist das eine Ende des ringähnlichen Körpers 28 mit dem Hochspannungsisolator 25 und das andere Ende mit dem Polschuhstück 14 verbunden. Diese Verbindungen sind vakuumdicht. Eine ringförmige metallische Abschirmung 32 ist in einem gewissen Abstand zwischen der Metall-Keramik-Verbindung des Hochspannungsisolators 25 und des ringförmigen Körpers 28 einerseits und der Fokussierungselektrode andererseits angeordnet, um Überschläge zwischen der Metall-Keramik-Verbindung und der Fokussierungselektrode 10 zu vermeiden.The above-described part of the emitter part of the present invention is with the pole piece 14 by two ring-like metal bodies 28 with a low coefficient of thermal expansion, for example from Kovar, connected. One end of the ring-like body 28 is with the high-voltage insulator 25 and the other end connected to the pole piece 14. These connections are vacuum-tight. An annular metallic shield 32 is at a certain distance between the metal-ceramic connection of the high-voltage insulator 25 and the annular body 28 on the one hand and the focusing electrode on the other hand arranged, to flashovers between the metal-ceramic connection and the focusing electrode 10 to avoid.
Die thermische Energie, die von der Fokussierungselektrode 10 aus der Katodenheizung aufgenommen wird, wird durch Wärmeleitung längs der kupfernen Fokussierungselektrode 10 von dem Fokussierungsring 10' hinweg abgeführt. Die Wärme, die die Fokussierungselektrode 10 entlangfließt, wird von dieser Elektrode 10 abgestrahlt. Dadurch ist eine fortlaufende Kühlung des Fokussierungsringes 10' möglich. Es ist außerordentlich wichtig, daß die Fokussierungselektrode 10 ein außerordentlich guter Wärmeleiter ist, mit einer Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise mehr als 0,5 cal/(sek. cm ° K) bei 85O0K, um einen schnellen Wärmeabfluß aus dem Fokussierungsring 10' zu erzielen.The thermal energy that is absorbed by the focusing electrode 10 from the cathode heater is dissipated away from the focusing ring 10 ′ by conduction along the copper focusing electrode 10. The heat flowing along the focusing electrode 10 is radiated from this electrode 10. Continuous cooling of the focusing ring 10 'is thereby possible. It is extremely important that the focusing electrode 10 is a very good conductor of heat to achieve a thermal conductivity of, for example, more than 0.5 cal / (sec. Cm ° K) at 85O 0 C, a rapid heat drain from the focus ring 10 ' .
Bisher waren in Röhren dieser Art die Fokussierungsringe beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt, der hohe Temperaturen aushalten konnte. Solche hohen Temperaturen lösten jedoch eine hohe Glühemission vom Fokussierungsring 10' zur Anode 11 aus und führten schließlich ebenfalls zu einem vollständigen elektrischen Durchbruch (Bogenentladung) zwischen dem Fokussierungsring 10' und der Anode 11, wenn zwischen diesen Ring und die Anode eine Hochspannung zwischen 25 und 50 kV angelegt wurde.So far, the focusing rings in tubes of this type were made of stainless steel, for example, that could withstand high temperatures. However, such high temperatures solved a high one Incandescent emission from the focusing ring 10 'to the anode 11 and ultimately also led to a complete electrical breakdown (arc discharge) between the focusing ring 10 'and the Anode 11, if there is a high voltage between 25 and 50 kV between this ring and the anode was created.
Die Glühemission des Fokussierungsringes wurde durch die Verwendung der Fokussierungshalterung aus Kupfer verringert. Dieser Kupferring 10' befindet sich auf Grund der guten Wärmeableitung durch die Halterung 10 auf einer Betriebstemperatur von etwa 3000C, während ein Fokussierungsring aus rostfreiem Stahl im Betrieb von etwa 700 bis 8000C erreichen würde. Die Verwendung von Kupfer an Stelle von rostfreiem Stahl oder einem anderen Material, das nach dem bisherigen Stand der Technik verwendet worden ist, hat jedoch noch einen weiteren Vorteil. Bei einer Bogenentladung zwischen dem Fokussierungsring aus Stahl und der Anode wurde nämlich auf Grund des Ionenbeschusses von der Anode her von dem Fokussierungsring rostfreier Stahl zerstäubt. Dieser zerstäubte rostfreie Stahl vergiftete die Emissionspille. Dadurch wurde die Leistungsfähigkeit der Katode vermindert, und in manchen Fällen stellte die Röhre ihre Funktion sogar völlig ein.The glow emission of the focus ring has been reduced by using the focus bracket made of copper. Due to the good heat dissipation through the holder 10, this copper ring 10 'is at an operating temperature of approximately 300 ° C., while a focusing ring made of stainless steel would reach approximately 700 to 800 ° C. in operation. However, the use of copper in place of stainless steel or any other material used in the prior art has another advantage. In the event of an arc discharge between the focusing ring made of steel and the anode, stainless steel was atomized by the focusing ring due to the ion bombardment from the anode. This atomized stainless steel poisoned the emission pill. This reduced the efficiency of the cathode and, in some cases, the tube stopped working completely.
Selbstverständlich treten auch bei der Verwendung von Kupfer infolge der hohen Spannung zwischen dem Fokussierungsring und der Anode Bogenentladungen auf. Jedoch hat man gefunden, daß das von einem Fokussierungsring aus Kupfer zerstäubte Material die Katodenpille nicht vergiftet. Jede Bogenentladung, die zwischen dem Fokussierungsring und der Anode auftritt, wird durch die Verwendung einer sehr schnell ansprechenden Bogenentladungsschutzschaltung (nicht gezeigt) prompt gelöscht. Diese Schaltung sollte eine Ansprechzeit von weniger als 5 Mikrosekunden haben.It goes without saying that when copper is used, the high voltage also intervenes the focusing ring and the anode on arc discharges. However, it has been found that a focusing ring made of copper atomized material does not poison the cathode pill. Every arc discharge which occurs between the focusing ring and the anode is achieved through the use of a very quickly responding arc discharge protection circuit (not shown) promptly deleted. These Circuit should have a response time of less than 5 microseconds.
Es soll bemerkt werden, daß bei einer Laufzeitröhre, mit einem nach der Erfindung aufgebauten Elektronenstrahlerzeuger eine HF-Steuerleistung von Vs Watt ausreicht, um die Röhre bis zu einer Leistung von knapp 24 kW bei einem Wirkungsgrad von 38 % auszusteuern. Die Röhre ist so ausgelegt, daß sie in einem begrenzten Abstimmbereich vonIt should be noted that in a time-of-flight tube with one constructed in accordance with the invention Electron guns have an RF control power of Vs watts sufficient to power the tube up to a power of almost 24 kW with an efficiency of 38%. The tube is designed so that they are in a limited tuning range of
ao plus oder minus 30 MHz um eine Frequenz im X-Band (7,125 bis 8,5 GHz) arbeiten kann.ao plus or minus 30 MHz around a frequency in the X band (7.125 to 8.5 GHz) can work.
F i g. 2 ist eine graphische Darstellung und zeigt eine Gruppe von Gangkurven für eine derartige Röhre mit mehreren Hohlraumresonatoren. C ist eine Kurve, bei der alle Hohlraumresonatoren synchron auf die Steuerfrequenz abgestimmt sind. Die übrigen Kurven sind für verschieden große Verstimmungen des dritten Hohlraumresonators aufgenommen. Die graphische Darstellung zeigt die Ausgangsleistung als Funktion der Steuerleistung. Die Strahlspannung betrug dabei 23 kV, der Strahlstrom 2,7 Ampere. Einige der hergestellten Röhren sind mit einer Dauerstrich-HF-Ausgangsleistung von 41 bis 43 kW getestet worden. Das stellt eine Verbesserung von X-Band-Dauerstrichröhren gegenüber dem bisherigen Stand der Technik von etwa einer Größenordnung dar.F i g. Figure 2 is a graph showing a set of response curves for such a multi-cavity tube. C is a curve where all cavity resonators are synchronously tuned to the control frequency. The remaining curves are recorded for detunings of different sizes in the third cavity resonator. The graph shows the output power as a function of the control power. The beam voltage was 23 kV, the beam current 2.7 amperes. Some of the tubes produced have been tested with a continuous wave RF output power of 41 to 43 kW. This represents an improvement of X- band continuous wave tubes compared to the previous state of the art by about an order of magnitude.
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