DE1441243A1

DE1441243A1 -

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Publication number: DE1441243A1
Application number: DE19621441243
Authority: DE
Priority date: 1962-03-15
Filing date: 1962-12-08
Publication date: 1970-07-09
Also published as: FR1339981A; SE316239B; DE1441243B2; US3109123A; NL130734C; GB969833A; NL285091A; BE625855A

Description

Die Erfindung betrifft kreiszylindrische Elek- schneidenförmige Vorsprung peripher mit einer Vieltronenröhren der Magnetronbauart mit einer von der zahl von zur Anodenanordnung hin sich erstrecken-Anodenanordnung umgebenen Kaltkathode, deren den, extrem dünnen Drähten versehen ist. Diese elektronenemittierende, der Anodenanordnung züge- Drähte können aus Wolfram gefertigt sein, kehrte Seite ein scharfkantiges Profil zeigt. 5 Schließlich können bei einer erfindungsgemäßen

Bei bekannten Elektronenröhren der Magnetron- Elektronenröhre zu beiden Seiten der Kaltkathode bauart wird an der Kaltkathode dadurch eine aus- Ablenkelektroden angeordnet sein, die derart ausgereichende Elektronenemission erzielt, daß ein scharf- bildet und mit solchen Gleichpotentialen beaufschlagt kantiges Profil zwischen zwei die Kaltkathode sind, daß das transversale elektrische Gleichfeld im bildenden Elektrodenteilen vorgesehen ist, so daß ίο Bereich des schneidenförmigen Vorsprungs noch sich beim Anlegen eines Hilfspotentials an diese weiter verdichtet wird.

beiden Elektrodenteile im Bereich des scharf- Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

kantigen Profiles ein Feld hoher Konzentration aus- folgenden, beispielsweisen Beschreibung einiger bebildet, das zur Bildung von Gasionen führt, die vorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichihrerseits beim Auftreffen auf die Kaltkathode eine 15 nungen. Es stellt dar

Sekundärelektronenemission erzeugen (vgl. zum Bei- Fig. 1 einen Schnitt durch eine Elektronenröhre

spiel britische Patentschrift 627 343). nach der Erfindung,

Bei anderen bekannten Elektronenröhren der Ma- F i g. 2 einen Querschnitt der Elektronenröhre

gnetronbauart ist die Kaltkathode derart mit einem nach Fig. 1, scharfkantigen Profil versehen, daß die emittierenden 20 Fig. 3 eine Gesamtansicht der Elektronenröhre Kathodenbereiche vor wiederauftreffenden Elek- nach den F i g. 1 und 2,

tronen hoher Energie geschützt werden und gleichsam F i g. 4 und 5 Einzelheiten einer Kaltkathoden-

im Schatten der vorragenden Profilkanten liegen anordnung und

(vgl. zum Beispiel USA.-Patentschrift 2 449 113). Fig. 6 bis 8 weitere Ausführungsformen von

Eine Verbesserung der Sekundärelektronenemissions- 25 erfindungsgemäßen Elektronenröhren mit Kalteigenschaften durch entsprechende Formgebung der kathode.

Kaltkathode ist bei diesen bekannten Elektronen- Eine erfindungsgemäße Elektronenröhre kann beiröhren nicht vorgesehen. spielsweise als Verstärker-Magnetron oder als Oszil- ; '

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst lator-Magnetron ausgebildet sein. Die Elektronenwerden, bei kreiszylindrischen Elektronenröhren der 30 röhre nach Fig. 1, ein Oszillator-Magnetron, enthält Magnetronbauart an der Kaltkathode eine aus- eine ausgedehnte, im wesentlichen kreisscheibenförreichende Sekundärelektronenemission zu erzielen, mige Kaltkathode (20), die von einer Anodenanordohne daß hierfür ein besonderes Hilfspotential oder nung 9 umgeben ist. Die Anodenanordnung wird eine ausgefallene Kathodenkonstruktion erforder- von einer in sich geschlossenen Verzögerungsleitung lieh ist. 35 gebildet. Die Kaltkathode begrenzt mit der Ver-

Diese Aufgabe wird bei einer kreiszylindrischen zögerungsleitung eine Wechselwirkungsstrecke 10, Elektronenröhre der eingangs angegebenen Art da- innerhalb welcher Elektronen mit von der Verzögedurch gelöst, daß das scharfkantige Profil durch rungsleitung geführten Hochfrequenzwellen in Wechmindestens einen schneidenförmigen Vorsprung ge- selwirkung treten. Das Röhrengehäusel weist zwei bildet ist, der sich wenigstens längs des größten 40 Endplatten 2 und 3 auf, deren kreisrunde zentrale Teiles der Anodenanordnung erstreckt. Öffnungen 5 und 6 konzentrisch zur Röhrenachse 4

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsge- angeordnet sind. Die Endplatten 2 und 3 sind vaku- ■ mäßen Elektronenröhre, daß die Ausbildung der umdicht mit einem Gehäusezylinder 8 verbunden, Kaltkathode das Frequenzverhalten der Röhre kaum welcher zugleich einen Teil der Verzögerungsleibeeinflußt und daß Sekundärelektronen in einem für 45 tung 9 bildet. Die Verzögerungsleitung 9 führt die den kontinuierlichen Betrieb ausreichenden Maße Hochfrequenzwellen, deren elektrische und magneemittiert werden können. tische Felder die Wechselwirkungsstrecke 10 erfüllen.

Zweckmäßig erstreckt sich der schneidenförmige Die erzeugte Wellenenergie wird der Elektronenröhre Vorsprung längs der gesamten Anodenanordnung über eine Ausgangsleitung, beispielsweise einen und in einem gleichbleibenden Abstand von der 50 Hohlleiter 11, entnommen, welche an einen Reso-Anodenanordnung. nanzkreis 12 der Verzögerungsleitung 9 angekoppelt

Die erfindungsgemäße Elektronenröhre kann ist. Dazu ist in dem Gehäusezylinder 8 eine Öffnung ferner so ausgebildet sein, daß die Kaltkathode aus 13 vorgesehen, welche durch ein für Hochfrequenzeiner Scheibe hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, wellen durchlässiges Fenster 14 vakuumdicht verweiche mindestens im Bereich des schneiden- 55 schlossen ist.

förmigen Vorsprungs mit einer elektronenemittieren- Die Verzögerungsleitung 9 weist eine Vielzahl von

den Schicht versehen ist. Dabei kann die Kaltkathode Anodenblechen 15 und 16 auf, welche gleichmäßig konzentrisch innerhalb einer in sich geschlossenen verteilt in radialen Ebenen (in bezug auf die Röhren-Anodenanordnung angeordnet sein. achse 4) angeordnet und an der Innenseite des Ge-

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfin- 60 häusezylinders 8 befestigt sind. Die Anodenbleche dung kann die Kaltkathode aus mehreren seitlich teilen zahlreiche Resonanzhohlräume ab, welche konaneinander geschichteten Scheiben unterschiedlicher zentrisch um die Röhrenachse 4 herum angeordnet Wärmeleitfähigkeit bestehen, von denen die außen sind. Zusätzlich sind in bekannter Weise zwei Paar liegenden Scheiben eine sehr viel geringere Wärme- leitende Ringe 17 und 18 vorgesehen, deren jeder mit leitfähigkeit besitzen als die innen liegende Scheibe 65 einer Gruppe von Anodenblechen galvanisch ver- bzw. die innen liegenden Scheiben. bunden ist, wobei die zu einem Paar gehörigen

Weiter können erfindungsgemäße Elektronen- Anodenbleche jeweils in abwechselnder Folge angeröhren vorteilhaft so ausgebildet sein, daß der ordnet sind. Selbstverständlich ist die Erfindung auch

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in Verbindung mit anderen Anodenkonstruktionen wärmung der Kathode tragen die auf diese zurückanwendbar, fallenden Elektronen bei, welche von den sich längs

Die Kaltkathode 20 besteht aus einer konzentrisch der Verzögerungsleitung 9 ausbreitenden Hochfreinnerhalb der Elektronenröhre angeordneten, leiten- quenzwellen genügend Energie aufgenommen haben, den Kreisscheibe, welche von einem Stab 21 gehalten 5 um wieder zur Kathode gelangen zu können (Rückist. Der Außenrand der Kreisscheibe läuft in einen heizeffekt). Es können jedoch nur dann Elektronen schneidenförmigen Vorsprung 23 aus, welcher mit auf die Kathode zurückfallen, wenn sich Hochfreeiner gute Elektronenemissionseigenschaften auf- quenzwellen längs der Verzögerungsleitung ausweisenden Schicht 24 überzogen ist. Der schneiden- breiten. Die durch die Bogenentladungen erzeugten förmige Vorsprung 23 liegt in einer senkrecht zu der io positiven Gasionen lösen an der Kaltkathode 20 Röhrenachse 4 angeordneten Ebene, welche die zunächst so viele Elektronen aus, daß die Elek-Anodenanordnung in zwei Hälften teilt. Der Stab 21 tronenkonzentration im Bereich der gekreuzten ist an beiden Enden in Sockeln gelagert, welche je- elektrischen und magnetischen Felder (Wechselweils an der zugehörigen Endplatte 2 bzw. 3 befestigt Wirkungsbereiche) zur Erregung von Hochfrequenzsind. Man kann jedoch den Stab 21 auch nur in einer 15 wellen ausreicht. Sobald einmal derartige Wellen der Endplatten lagern. Das obere Ende des Stabes ist erregt sind, werden auch Elektronen auf die KaItmit einer Anschlußklemme 25 versehen, welche kathode zurückgelenkt. Der Energieaustausch in isoliert von der oberen Endplatte 2 herausgeführt ist. Elektronenröhren der Magnetronbauart und der Der zugehörige Sockel besteht aus einem leitenden Rückheizeffekt sind dem Fachmann an sich wohl be-Hohlzylinder 26, welcher vakuumdicht in die Öff- 20 kannt.

nung 5 der Endplatte 2 eingesetzt und mit einem Die F i g. 4 und 5 zeigen eine weitere, Ausführungs-

Isolator 27 verbunden ist, welcher seinerseits die form der Erfindung. Die Kaltkathode 42 besteht Anschlußklemme 25 aufnimmt. Das andere Ende des hier aus drei Scheiben, deren mittlere eine große Stabes 21 ist in axialer Richtung verschiebbar Dichte und eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist, innerhalb einer Isolationsmuffe 28 gelagert, welche 25 so daß in der Mittelschicht eine erhebliche Wärmeihrerseits in einem in die Öffnung 6 der vakuumdicht menge gespeichert werden kann, welche gleichförmig eingesetzten Hohlzylinder 29 befestigt ist. Eine End- an die Emissionsschichten 41 abgegeben wird, so daß kappe 30 schließt diesen Sockel nach 'außen hin während des Betriebes der Elektronenröhre ein vakuumdicht ab. Der Stab 21 ist also an seinen gleichmäßiger Elektronenstrom sichergestellt ist. Die beiden Enden gelagert; sein fest gelagertes oberes 30 Kaltkathode 42 ist ebenfalls an einem Stab 43 geEnde ist galvanisch mit der Anschlußklemme 25 halten. Weiterhin sind im Bereich des schneidenverbunden, während sein unteres Ende verschiebbar förmigen Kathodenvorsprungs 45 zahlreiche dünne gelagert ist, damit sich Wärmespannungen aus- Drähte 44 angeordnet. Die elektrischen Feldlinien gleichen können. Mit 31 und 32 sind Permanent- drängen sich im Bereich dieser Drähte zusammen, so magnete bezeichnet. Die im wesentlichen U-förmigen 35 daß insbesondere an den Drahtspitzen die elektrische Magnete sind deutlicher in F i g. 3 zu erkennen. Feldstärke hohe Werte erreicht und infolgedessen

Beim Betrieb der beschriebenen Elektronenröhre eine intensive Ionisierung der Gasmoleküle erreicht wird durch die Magnete 31 und 32 in der Wechsel- wird. Die Drähte 44 messen nur wenige Tausendstel Wirkungsstrecke 10 ein im wesentlichen achsparalleles Millimeter im Durchmesser und bestehen vorzugs-Magnetfeld erzeugt. Die Anodenanordnung liegt vor- 40 weise aus Wolfram oder einem anderen Metall mit zugsweise auf Erdpotential, so daß nach Anlegen hohem Schmelzpunkt. Derartige Metalle fangen jeeines negativen Gleichpotentials an die Kaltkathode doch sehr leicht Gasmoleküle ein, welche dann von 20 in der Wechselwirkungsstrecke 10 ein trans- ihnen absorbiert werden. Um dies zu verhindern, sieht versales elektrisches Gleichfeld errichtet wird. Die man auf den besprochenen Wolframdrähten 44 einen Elektronenröhre beginnt unmittelbar· nach dem 45 Überzug aus einem Material mit ebenfalls hohem Anlegen des elektrischen Gleichfeldes zu arbeiten, da Schmelzpunkt, jedoch weniger guter Leitfähigkeit im Bereich des schneidenförmigen Kathodenvor- vor. Man überzieht die Wolframdrähte beispielsweise Sprungs 23 in der zuvor beschriebenen Weise eine mit Rhenium, Iridium oder Platin oder mit einem hohe elektrische Feldstärke erzeugt wird, welche zur anderen geeigneten hitzebeständigen Material.
Ionisation von Gasmolekülen ausreicht. Die im 50 Beim Betrieb wird zwischen der Verzögerungs-Schneidenbereich auftretenden elektrischen Feld- leitung 9 und der Kaltkathode 42 ein elektrisches stärken sind groß genug, um auch noch bei einem Feld (46 in Fig. 5) erzeugt, dessen Intensität schon Restgasdruck von 10~⁸ mm Hg elektrische Bogen- in geringem Abstand von den Drähten 44 Vergleichsentladungen zur Ionisation der Gasmoleküle zu weise klein ist. Durch die Gestalt dieses elektrischen zünden. Die positiv geladenen Gasionen werden 55 Feldes wird lediglich in unmittelbarer Nachbarschaft durch die vorerwähnten elektrischen und magne- des schneidenförmigen Vorsprungs 45 eine merkliche tischen Felder auf die Kaltkathode 20 hin be- Anzahl von Elektronen auf die Kathode zurückschleunigt, wo sie auf die Emissionsschicht 24 auf- gelenkt, während auf die Deckflächeri 47 nur wenige treffen, so daß insbesondere im unmittelbaren Elektronen auftreffen. Die Kaltkathode besteht, wie Schneidenbereich ein intensiver Ionenbeschuß der Bo bereits erwähnt, vorzugsweise aus mehrerenSchichten Kaltkathode erfolgt. Hierdurch werden Sekundär- verschiedener Wärmekapazität und Wärmeleitfähigelektronen ausgelöst, welche zusammen mit den keit, damit man eine möglichst gleichmäßige Tempedurch die Ionisation freigesetzten Elektronen einen raturverteilung innerhalb des Kathodenkörpers er-Elektronenstrom in der Wechselwirkungsstrecke 10 zielt. Gemäß Fig. 5 verwendet man beispielsweise erzeugen, welcher zur Anregung der Elektronenröhre 65 drei Scheiben 48, 49 und 51, wobei die mittlere ausreicht. Durch die fortgesetzten Ionisationsvorgänge Scheibe 48 vorzugsweise eine sehr viel höhere wird die Kathode 20 dauernd erwärmt und die Elek- Wärmeleitfähigkeit als die beiden äußeren Scheiben tronenemission aufrechterhalten. Zur weiteren Er- 49 und 51 besitzt, die ihrerseits aus einem Material

mit höherer Dichte und/oder höherer spezifischer Wärme bestehen. Infolgedessen breitet sich die in unmittelbarer Umgebung des schneidenförmigen Vorsprungs 45 erzeugte Wärmemenge, ausgehend von der mittleren Scheibe 48, in die äußeren Scheiben 49 und 51 aus, in welchen sie zum großen Teil gespeichert wird. Die als Wärmespeicher wirkenden Scheiben 49 und 51 verhindern somit einerseits eine zu starke Aufheizung der mittleren Scheibe 48 bei einem hohen Elektronenrückstrom und andererseits eine zu starke Abkühlung der mittleren Scheibe bei zu geringem Elektronenrückstrom.

Die F i g. 6 bis 8 zeigen verschiedene Weiterbildungen der Erfindung mit zu beiden Seiten der Kaltkathoden angeordneten Ablenkelektroden 62, 63 bzw. 64, 65 bzw. 66, 67. Jede der Kaltkathoden ist wieder an einem Stab 61 gehalten und begrenzt zusammen mit einer Verzögerungsleitung 9 eine Wechselwirkungsstrecke. Die Ablenkelektroden können nach den F i g. 6 und 7 auf demselben Gleichpoten- ao tial wie die Kaltkathode oder nach F i g. 8 auf einem vom Kathodenpotential verschiedenen Gleichpotential liegen. Die Ablenkelektroden sind vorzugsweise als Kreisscheiben ausgebildet. Durch die Ablenkelektroden wird eine derartige Störung des elektrischen Feldverlaufes im Bereich der Wechselwirkungsstrecken erzeugt, daß die Feldstärke in den Schneidenbereichen der Kaltkathoden ansteigt. Die Ablenkelektroden nach den F i g. 6 und 7 sind dazu in ihren Randbereichen noch ausgeprägt gebogen. Beispielsweise weisen die Ablenkelektroden 62 und 63 der F i g. 6 jeweils einen wulstförmigen Rand auf. Eine gleichartige Feldverzerrung kann man nach F i g. 7 mittels Ablenkelektroden 64 und 65 erzielen, deren Randbereiche von der Wechselwirkungsstrecke weggekrümmt sind, so daß in den Randbereichen der Ablenkelektroden deren Fläche jeweils gegen die Verzögerungsleitung 9 hin konvex ist. Zusätzlich bewirken die Ablenkelektroden nach den Fig. 6 und 7 eine solche Abschirmung der Emissionsschichten gegenüber den Endplatten 2 und 3 des Röhrengehäuses, daß sich zwischen den Emissionsschichten und dem Gehäuse keine zusätzlichen Störfelder aufbauen können.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 8, bei welcher die Ablenkelektroden 66 und 67 durch die Endplatten 2,3 hindurch an äußere Spannungsquellen angeschlossen sind, haben die Ablenkelektroden gegenüber der Kaltkathode vorzugsweise ein positives Gleichpotential. Da die Elektronenröhre in bezug auf die die waagrechte Mittelebene der Kaltkathode enthaltende Ebene (Schneidenebene) symmetrisch aufgebaut ist, liegen die Ablenkelektroden 66 und 67 vorzugsweise auf demselben Gleichpotential.

Die Ablenkelektroden nach den F i g. 6 bis 8 dienen insbesondere zur Fokussierung des elektrischen Feldes innerhalb der Wechselwirkungsstrecken, so daß die Feldlinien auf den Kaltkathoden möglichst nur in deren Schneidenbereichen endigen. Die geometrische Form der Ablenkelektroden kann von den in den F i g. 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen auch abweichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kreiszylindrische Elektronenröhre der Magnetronbauart mit einer von der Anodenanordnung umgebenen Kaltkathode, deren elektronenemittierende, der Anodenanordnung zugekehrte Seite ein scharfkantiges Profil zeigt, dadurch gekennzeichnet, daß das scharfkantige Profil durch mindestens einen schneidenförmigen Vorsprung gebildet ist, der sich wenigstens längs des größten Teiles der Anodenanordnung erstreckt.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schneidenförmige Vorsprung sich längs der gesamten Anodenanordnung und in einem gleichbleibenden Abstand von der Anodenanordnung erstreckt.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathode aus einer Scheibe hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, welche mindestens im Bereich des schneidenförmigen Vorsprungs mit einer elektronenemittierenden Schicht versehen ist.

4. Elektronenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathode konzentrisch innerhalb einer in sich geschlossenen Anodenanordnung angeordnet ist.

5. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathode aus mehreren seitlich aneinandergeschichteten Scheiben unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht, von denen die außenliegenden Scheiben eine sehr viel geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen als die innenliegende(n) Scheibe(n).

6. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schneidenförmige Vorsprung peripher mit einer Vielzahl von zur Anodenanordnung hin sich erstreckenden, extrem dünnen Drähten versehen ist.

7. Elektronenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus Wolfram gefertigt sind.

8. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Kaltkathode Ablenkelektroden angeordnet sind, die derart ausgebildet und mit solchen Gleichpotentialen beaufschlagt sind, daß das transversale elektrische Gleichfeld im Bereich des schneidenförmigen Vorsprungs noch weiter verdichtet wird.

9. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathode zu einer senkrecht zu ihrer Achse verlaufenden Ebene symmetrisch ausgebildet ist.

10. Elektronenröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre so ausgebildet ist, daß das transversale elektrische Gleichfeld zur Symmetrieebene der Kaltkathode symmetrisch ist.

11. Elektronenröhre nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden ein vom Kathodenpotential unterschiedliches Gleichpotential haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen