DE1910132A1

DE1910132A1 - Steuerbare Hochvakuum-Elektronenroehre

Info

Publication number: DE1910132A1
Application number: DE19691910132
Authority: DE
Inventors: Kluge Dr-Ing Heinz
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1970-08-27
Also published as: BE733256A; FR2008968A1; AT282004B; ES367380A1; GB1248096A; US3610996A; NL6810819A; DE6907956U; CH483116A

Description

P 500 Sta/wo

"Patelhold" Patentverwertungs - &Elektro-Holding AG., Glarus (Schweiz)

Steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, deren Elektroden wenigstens angenähert längs zylindrischen Flächen angeordnet sind mit mehreren Glühkathoden und Mitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes parallel zu den zylindrischen Elektrodenflächen, wobei mithilfe dieses Magnetfeldes zur Verringerung der Steuerleistung der Elektronenstrom von den auf positivem Steuerpotential befindlichen Steuerelektroden weitgehend abgehalten wird, und ferner mit Abschirmelektroden zwischen jeder Glühkathode und den benachbarten Anodenflächen.

Es ist bekannt, dass bei den Hochvakuum-Elektronenröhren der üblichen Bauart für bestimmte Betriebsarten ins Gewicht fallende Steuerleistungen nicht zu vermeiden sind. Dies ist inso

*? besondere bei Endstufen von Sendeverstärkern der Fall, wo im

co Arbeitskreis eine möglichst hohe Leistung abgegeben worden cn

**** soll. Hier genügt es nämlich meist nicht, sich im Betrieb auf cp negative Steuerpotentialwerte zu beschränken, sondern man roiuu: die Steuerelektrode auf relativ hohe positive Vierte aussteuern.

Um die durch positive Steuerelektrodenpotentiale bedingte Steuerleistung zu verringern, ist eine Röhre bekannt ge» worden (siehe z.B. denArtikel von J.A. Radmer, Cathode Press 20, 1965, Nr. 2, S. 22 bzw. von H. Langer, S. 5I), bei der die Glühkathode aus einer Reihe von Kathodendrähten besteht, die parallel zu den Steuergitterdrähten verlaufen und die je vor einer Lücke zwischen zwei benachbarten Steuergitterdrähten angeordnet sind. Mit Hilfe eines Permanentmagneten wird ein magnetisches Feld parallel zur Hauptrichtung des Elektronenstromes erzeugt. Durch die Wirkung dieses Feldes werden die von den Kathodendrähten austretenden und in Richtung zur Anode beschleunigten Elektroden in schraubenförmige Bahnen gezwungen, deren Durchmesser bei einem entsprechend starken Magnetfeld genügend klein wird, dass trotz positivem Gitterpotential fast alle Elektronen (97 - 98$) durch die Lücken zwischen den Gitterdrähten zur Anode gelangen.

Ein Kachteil dieser bekannten Rohre besteht jedoch darin, dass aufgrund der relativ grossen Abstände zxvischen den be« nachbarten Gitterstäben, der Durchgriff der Anodenspannung entsprechend gross wird, was zu einem relativ kleinen Verstärkungsfaktor führt. Die Verlängerung der Elektronen-Laufzeiten infolge der durch die schraubenförmige Krümmung bedingten Verlängerung der Elektronenbahnen bewirkt als weiteren Nachteil eine Verringerung der Ausgangsleistung bei höheren Frequenzen.

Eb ist ferner eine Hochvakuumröhre vorgeschlagen worden, welche die genannten Nachteile dieser bekannten Röhre nicht 009835/10^1

aufweist, und bei"der überdies alle Elektroden mit Ausnahme, der Anode auch bei positiven Elektrodenpotential keinen bzw. nur einen verschwindend kleinen Elektronenstrom aufnehmeη.

Diese Hochvakuumröhre enthält, längs einer ersten zylindrischen Fläche angeordnet, eine Steuerelektrode und ein Anodensystern mit mehreren, längs einer zweiten zylindrischen Fläche angeordneten und der Steuerelektrode zugewandten wirksamen Anoden-Teiloberflächen, sowie je eine zwischen zwei benachbarten wirksamen Anoden-Teiloberflächen angeordnete Glühkathode. Ferner sind mehrere, je zwischen einer Glühkathode und der benachbarten Anoden-Teiloberfläche angebrachte Trennelektroden vorgesehen, welche so tief in den Raum zwischen der Steuerelektrode und den Anoden-Teiloberflächen hineinreichen, dass im stromlosen Zustand das Verhältnis der pro Steuerspannungseinheit an der Glühkathode erzeugten elektrischen Feldstärke zu der am gleichen Ort pro Anodenspannungseinheit erzeugten Feldstärke angenähert gleich dem zu erzielenden Röhrenver-

,wircL/ Stärkungsfaktor ist. Während des Betriebes~Yi'n der Röhre ein parallel zu den zylindrischen Elektrodenoberflächen ausgelichtetes Magnetfeld erzeugt.

Bei dieser Röhre beschreiben die von den Glühkathoden ausgehenden Elektronen unter der Wirkung des Magnetfeldes angenähert zykloidenförmige Bahnen. Auf diese Weise werden die Elektronen auch bei positiven Steuerspannungen v/eltgehend von der Steuerelektrode abgehalten, was zu einer entsprechend starken Verringerung der ßteuerleistung führt. Der bei einer solchen Röhre erreichbare Verstärkungsfaktor ist jedoch rela-

^fcivklein- 00983 5/1081

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Das Ziel der Erfindung ist eine steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, bei der einerseits, zur Verringerung der Steuerleistung, die Elektronen mittels eines Magnetfeldes weitgehend von der Steuerelektrode abgehalten werden und die andererseits einen relativ hohen Verstärkungsfaktor aufweist.

Die Hochvakuumröhre gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch je eine flächenhafte Steuerelektrode zwischen jeweils zwei benachbarten Glühkathoden und durch eine Anode mit mindestens einer zusammenhängenden Anodenfläche ausserhalb der Baumzonen, die je seitlich von zwei benachbarten Steuerelektroden aufgespannt werden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsweise erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Röhrenvariante im Längsschnitt bzw. gemäss der Schnittlinie I - I in einem grösseren Massstab im Querschnitt.

Die Röhre weist ein zentrales Steuerelektrodensystem 1 auf, das über den isolierenden Glaskolben 2 mit dem RÖhrenfuss J5 verbunden ist. Dieses Steuerelektrodensystem 1 besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper 4; der, in Richtung zum Röhrenfuss zu, in ein am Ende abgeschlossenes Stützrohr 5 Übergeht. An dem Hohlkörper 4 sind mehrere radiale Platten 6 angesetzt, ,

an deren Enden jeweils mehrere U-förmige sich in radialer Richtung erstreckende Drahtschleifen 7 befestigt : sind. Dicr-e mit Drahtschleifen 7 versehenen Platten 7 bilden jeweils ein-.-der Steuerelektroden 8 der Röhre. 0 098 3 5/108!

Zwisden zwei benachbarten Steuerelektroden 8 (Fig. 2) ist je eine Glühkathode in Form eines axial gespannten Kathodendrahtes 9 angeordnet. Zur Unterstützung der Kathodendrähte 9 dient ein Gerüst, das aus einer Reihe von Platinen 10-14 besteht, welche durch eine Anzahl von Abstandsstäben 15-17 miteinander verbunden sind. Die Abstandsstäbe 16 bestehen aus keramischem Isoliermaterial. Dieses Gerüst trägt einerseits an seinen Enden über Keramikisolatoren 18 die Kathodenplatte 19 und andererseits die in den Isolierbuchsen 20 und 21 axial verschiebbar gelagerten Kathoden-Anschlussstäbe 22. Jeder Kathodendraht 9, der mit einem Ende an der Kathodenplatte 19 und mit seinem anderen Ende an den zugehörigen Kathoden-Anschlussstab 22 befestigt ist, wird mittels einer Feder 23 unter Zugspannung gehalten. Die Kathoden-Anschlussstäbe 22 sind über die flexiblen Verbindungen 24 abwechselnd mit dem einen bzw. dem anderen Kathoden-Anschlussring 25 bzw. 26 verbunden. Diese Kathoden-Anschlussringe 25* 26 sind ihrerseits an Kathoden-Ansohlussbolzen 27 befestigt, die um 90° gegeneinander versetzt als Kathodenanschlüsse mittels der Glaskolben isoliert durch den Röhrenfuss j5 geführt sind. Die Abstandsstäbe 17 tragen Abschirmbleche 29 mit ü-förmigen Querschnitt, de-

■ ίτϋ
ren Oeffnungen^tangentialer Richtung weisen und die je einen

ea*> zugehörigen Kathodendraht 9 über einen Winkel vorf*250° umgeben* Diese Abschirmbleche 29 sind Über die Abstandsstäbe 17, der Platine IS, sowie einer flexiblen Verbindung 43 mit einem Abßohirmelektroden-Anschlussbolzen 44 verbunden, der mittels des Glaskolbens 45* isoliert durch den Röhrenfuss 5 geführt ist. 009I3S/1QI1

Die Steuerelektroden 8 und die Kathodendrähte 9 mit ihren U förmigen Abschirmblechen 29 vjerden von einem gemeinsamen wendeiförmigen Abschirmgitter 30 umschlossen, welches an seinem.einen Ende mit einem napfförmigen Gitterkopf J51 versehen und an seinem anderen Ende über einen Haltekonus 32 mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist. Die Stützstäbe des Abschirmgitters 30 sind aus Gründen der Uebersichtlichkeit in Pig. 1 nicht dargestellt. Das vom Rö'hrenfucs 3 aus unter- |) stützte Elektrodensystem 8, 9, 29, 30 ist konzentrisch in einem an seinem Boden 33 abgeschlossenen Anodenzylinder 34 angeordnet, der seinerseits über den Glaskolben 35 mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist.

Zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit Feldstärken parallel zur Röhrenachse dient eine in den Figuren nicht dargestellte Solenoidspule, in der der Anodenzylinder 34 konzentrisch angeordnet ist. Die Kühlung der Röhre erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels z. B. Wasser, das in einem ringförmigen Spalt zwischen der Solenoidspule und dem Anodenzylinder 3^ strömt, wobei zur Verbesserung der Kühlung der Anodenzylinder ~} mit (in der Figur nicht dargestellten) Kühlrippen versehen ist.

Die Wirkungsweise der Röhre ist nun folgende. Für den stromlo- . sen Zustand ist das Verhältnis der pro Einheit der Steuerspan-

_o nung an den Kathodendrähten 9 erzeugten elektrischen Feldstärke
et ke E₈ zu der am gleichen Ort pro Aöodenspannungseinheit erzeugi£ ten Feldstärke E_a angenähert gleich dem zu erzielenden Röhren-ο verstärkungsfaktor. Da die Oeffnungen der U-förmigen Abschinn-"* bleche 29 jeweils einer benachbarten Steuerelektrode zugewandt sind» WirdVFeIdstärke E₃ durch die Anwesenheit dieser Abschinn-

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bleche praktisch nicht beeinflusst. Der Durchgriff der Anodenspannung auf die Kathoden bzw. die Feldstärke E_n wird dagegen durch das Abschirmgitter J>0, das sich wenigstens angenähert auf Kathodenpotential befindet, und durch die U-förmigen Abschirmbleche 29 stark verringert, so dass ein relativ hoher Verstärkungsfaktor resultiert. Aufgrund des axialen Magnetfeldes bewegen sich die Elektronen auf angenähert zykloidförmigen Bahnen (siehe A in Fig. 2). Die magnetische Feldstär-r ke wird durch Regelung des Solenoidstromes auf einen so hohen Wert eingestellt, dass auch bei dem höchsten positiven Steuerelektrodenpotential infolge der Krümmung ihrer Bahnen praktisch keine Elektronen zu den Steuerelektroden 8 gelangen und also kein merklicher Steuerelektrodenstrom auftritt. Durch Regelung des Potentials der Abschirmbleche 29 auf einen negativen oder geringen positiven Viert, was einer Verschiebung des Kennlinienfeldes entspricht, kann man erreichen, dass für eine Steuerepannung null der Anodenstrom ebenfalls zu null wird« Um die zur Erzeugung der zykloidförmigen Bahnen nötige magnetische Feldstärke herabzusetzen, ist bei einer weiteren vorteilhaften Röhrenvariante, die in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt ist, die Symmetrieebene der Oeffnung des Abschirmbleches 29'# im Gegensatz zu der Variante gemäss den Figuren 1 und 2, nicht tangential orientiert, sondern ist gegen die Tangente um einen Winkel von 10-40° geneigt. Bei dieser Röhrenvariante muss man gegenüber der Variante gemäss den Figuren 1 und 2 eine Verringerung des Verstärkungsfaktors in Kauf nehmen.

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Die bei den beschriebenen Röhrenvarianten benutzten U förmigen Abschirmbleche 29, 29^f bewirken, dass die Steuerspannung von der Seite des Kathodendrahtes 9» die der Oeffnung des Abschirmbleches 29 zugewandt ist, wesentlich mehr Elektronen absaugt, als von der dieser Oeffnung abgewandten Seite. Dadurch wird die Elektronenemission von der dieser Oeffnung abgewandten Seite in wesentlich geringerem Masse ausgenutzt, als von der der Oeffnung zugewandten Seite.

Bei einer weiteren in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Röhrenvariante wird eine verbesserte Ausnützung der Elektronenemission erreicht. Bei dieser Röhrenvariante weist das Aktivsystem einen ringförmigen Querschnitt auf. Zwischen je zwei der Kathodendrähte 9¹ ist je eine sich im wesentlichen in radialer und axialer Richtung erstreckende gitterförmige Steuerelektrode 36 vorgesehen. Beiderseits dieser Reihe von Kathodendrähten 9' bzxv. Steuerelektroden 36 , befinden sich die Wände 37» 38 eines ringförmigen Anodenkörpers. Zwischen diesen Anodenkörper-Wänden 37» ,38 einerseits und den Kathodendrähten 9^f bzw. den Steuerelektroden 8 andererseits, ist jeweils ein wendelförmiges Abschirmgitter 39» 40 vorgesehen. Jeder Kathodendraht 9* befindet sich zwischen zwei zueinander parallelen Abschirmblechen 41, 42, die zur tangentialen Richtung einen Winkel von ca. 10-40° einschliessen. Die von der Oberfläche der Kathodendrähte 9· emittierten Elektronen werden dabei jeweils nach beiden benachbarten Steuerelekfcroden 36 hin beschleunigt und durchlaufen angenähert zykloidenformige Bahnnen B,: Von denen;:eihige.;in Fig.4 Angedeutet sind.

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Da bei den beschriebenen Hochvakuum röhren ja-i-ehl zwischen der Anode und den übrigen Elektroden ein Abschirmgitter angeordnet ist, das sich wenigstens angenähert auf Kathodenpotential befindet und mit der Gerätemasse verbunden werden kann^ wird auch ohne Gitterbasis-Schaltung eine weitgehende feldmässige Entkopplung des Anodenkreises vom Steuerkreis ermöglicht.

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Claims

flj Steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, deren Elektroden wenigstens angenähert längs zylindrischer Flächen angeordnet sind mit mehreren GlUhkathoden und Mitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes parallel zu den zylindrischen Elektrodenflächen, wobei mithilfe dieses Magnetfeldes zur Verringerung der Steuerleistung der Elektronenstrom von den auf positivem Steuerpotential befindlichen Steuerelektroden weitgehend abgehalten wird, und ferner mit Abschirmelektroden zwischen jeder Glühkathode und den benachbarten Anodenflächen, gekennzeichnet durch je eine flächenhafte Steuerlektrode 8, 36 zwischen jeweils zwei benachbarter Glühkathoden (9) und durch eine Anode (3^, 37* 38) mit mindestens einer zusairmenh&ngenden Anodenfläche ausserhalb der Raumzonen, die je seitlich von zwei benachbarten Steuerlektroden (8, 3*5) aufgespannt werden.
2. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1, dadurch gekeraizelehnet, dass in der Nähe jeder Glühkathode (9) als Abschirmelektrode ein Abschirmblech angeordnet ist, welches die Glühkathode (9) von den benachbarten Anodenflächen, nicht aber von mindestens einer benachbarten Steuerlektrode (8, 36) abschirmt.
3. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder zugehörigen Anodenfläche (34, 37, 38) einerseits und der Beihe der GlUhkathoden (9» 9¹) und der Steuerelektroden (8, 36) andererseits, eine gitte.rformige Ab-

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schirmelektrode (50, 39s 4θ) angeordnet ist.
4. Hochvakuurcröhre gereäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abschirmelektroden (30, 39* ^O) auf Kathodenpotential liegt.
5- Hochvakuuirelektronenröhre gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathode durch einen Kathodendraht (9) gebildet wird, dass ferner das Abschirmblech (29) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und den Kathodendraht (9) über einen Winkel von mindestens 250° umsehliesst, wobei die Winkelhalbierende mit der Tangente an der Stelle des Kathodendrahtes (9) einen Winkel zwischen 0-40° einschliesst.
6. HochvakuuEelektronenröhre gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der in einer Reihe angeordneten Glühlcathoden (9, 9¹) mit den dazwischenliegenden Steuerelektroden (8, 36) sich Je eine Anodenfläche (37, 38) befindet.

7- Hochvakuuiuröhre gemäss Anspruch 1 oder 2 oder J5* -dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathoden (9) und die jeweils dazwischenliegenden. Steuerelektroden (8) längs einer kreiszylindrischen Fläche angeordnet und von einer wenigstens angenähert kreiezylindrischen Anodenoberfläche (3*0 umgeben sind und dass die Steuerelektroden (8) als Gitter ausgebildet und an einem gemeinsamen zentralen Steuerelektrodenkörper.(5) befestigt \ sind.

Patelhold

Patentverwertungs - und Elektro-Holding AG.

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