DE1232660B - Abstimmbares Reflexklystron - Google Patents

Description

DEUTSCHES VMWWi- PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT H03b

DeutscheKl.: 21g-13/17

Nummer: 1232 660

Aktenzeichen: W 22321IX d/21 g

1 232 660 Anmeldetag: 30.November 1957

Auslegetag: 19. Januar 1967

Reflexklystrone besitzen im allgemeinen einen Hohlraumresonator mit einem einzigen Spalt, durch den der von der Kathode kommende Elektronenstrahl hindurchgeschickt wird. Ein in diesem Spalt wirkendes hochfrequentes Wechselfeld beeinflußt die Strahlelektronen und ändert deren Geschwindigkeit. Nach Verlassen des Spaltes gelangt der Elektronenstrahl in ein Gebiet, in dem sich die Geschwindigkeitsänderungen in Dichteänderungen umwandeln. Eine in diesem Gebiet angebrachte Reflektorelektrode kehrt dabei die Laufrichtung des Elektronenstrahls um und lenkt diesen auf den Spalt zurück. Bei Wiedereintritt des Elektronenstrahls in den Spalt aus der nun entgegengesetzten Richtung bewirken die Dichteänderungen des Elektronenstrahls die Abgabe von Energie an den Hohlraumresonator, wodurch hochfrequente elektrische Schwingungen erzeugt werden.

Die Schwingungsfrequenz hängt unter anderem von der Laufzeit der Elektronen durch den Spalt in Vorwärtsrichtung ab. Je höher die gewünschte Frequenz, um so kürzer muß diese Laufzeit sein, und um so kleiner müssen die räumlichen Abmessungen der Elektroden und des Hohlraumresonators sein. Soll eine solche Röhre z. B. in einem Frequenzgebiet um 11 000 MHz den maximalen Wirkungsgrad besitzen, dann wird die genaue Ausrichtung der Elektroden zueinander und deren Abstand voneinander sehr kritisch; die geringste Abweichung der Elektroden aus der optimalen Lage zueinander hat dann eine empfindliche Beeinträchtigung des Wirkungsgrades, wenn nicht sogar ein Versagen der Röhre zur Folge.

Eine bei Reflexklystronen gebräuchliche Methode der Einstellung der Frequenz besteht darin, daß man die Breite des Spaltes ändert, so daß für eine gegebene Geschwindigkeit der Elektronen auch deren Laufzeit durch den Spalt geändert wird. Der Spalt von bei hohen Frequenzen arbeitenden Reflexklystronen ist jedoch außerordentlich schmal, und eine genaue Einstellung gestaltet sich mit wachsender Frequenz immer schwieriger. Außerdem machen sich dann andere störende Einflüsse, wie etwa mechanische Schwingungen oder ein Leerlauf im Einstellmechanismus, immer schwerwiegender bemerkbar.

Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Reflexklystron mit einem zugleich als Vakuumhülle dienenden metallischen Gehäuse, deren rohrförmiges Mittelstück zwischen einer Beschleunigungsanode und der Reflektorelektrode den koaxial zur Röhrenachse (Elektronenstrahlachse) angeordneten Hohlraumresonator enthält, der reflektorseitig mit einer bieg- Abstimmbares Reflexklystron

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. Κ. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,
Bremen 1, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:

James Oliver Hamilton, Allentown, Pa.;

Joseph Peter Laico, Springfield, Ν. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Februar 1957
(639 313)

samen Stirnwand versehen und mittels einer an dieser Stirnwand befestigten und in Richtung der Röhrenachse beweglichen, die Reflektorelektrode umgebenden hohlzylindriscnen Muffe abstimmbar ist.

Bei den bekannten Ausführungen solcher Röhren ist die Reflektorelektrode an der Muffe starr befestigt, so daß die Lage der Reflektorelektrode sich mit der Abstimmung ändert, was sich aber auf die gewünschte konstante Reflektorspannung und die Modulationsempfindlichkeit der Röhre ungünstig auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen, die Genauigkeit der Frequenzeinstellung solcher Reflexklystrone zu verbessern und die Stabilität der Einstellung gegen äußere mechanische Beeinflussungen zu gewährleisten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das rohrförmige Mittelstück des metallischen Gehäuses auf seiner Innenseite einen radial nach innen vorspringenden, mit dem rohrförmigen Mittelstück aus einem Stück bestehenden ringförmigen Flansch aufweist, der die zylindrische Außenwand des Hohlraumresonators bildet und an

609 758/229

dessen der Reflektorelektrode zugewandten Stirnseite sowohl die biegsam ausgebildete reflektorseitige Stirnwand des Hohlraumresonators als auch eine durch seitliche öffnungen in der hohlzylindrischen Muffe hindurchgreifende starre Halterungsvorrichtung für die Reflektorelektrode befestigt ist.

Es ist auch schon ein abstimmbares Reflexklystron bekannt, bei dem eine feststehende Reflektorelektrode benutzt wird. Die Abstimmung des Hohlraumresonators erfolgt dabei jedoch durch zwei Stifte, die durch Löcher in der Reflektorelektrode hindurchgreifen und an der biegsam ausgebildeten reflektorseitigen Stirnwand des Hohlraumresonators angreifen. Bei dieser bekannten Röhre weist auch das rohrförmige Mittelstück des metallischen Gehäuses keinen radial nach innen vorspringenden, mit dem rohrförmigen Mittelstück aus einem Stück bestehenden ringförmigen Flansch auf. Sowohl die Abstimmbewegung der biegsamen Resonatorwand als auch die Anordnung und Ausrichtung der für das Funktionie- ao ren der Röhre wesentlichen Teile ist dadurch erheblich weniger genau definiert als bei einem erfindungsgemäßen Reflexklystron, das gerade diesbezüglich äußerst vorteilhaft ausgelegt ist.

Durch den sehr genau herstellbaren ringförmigen Flansch auf der Innenseite des rohrförmigen Mittelstücks des metallischen Gehäuses ist es bei dem erfindungsgemäßen Reflexklystron möglich, daß die verschiedenen Bauteile des Klystrons, die für dessen Funktionieren bedeutsam sind, an dem Flansch zentriert anliegen und von diesem getragen werden, so daß sich eine sehr genaue Ausrichtung und eine sehr genaue Einhaltung der Elektrodenabstände erzielen läßt. Besonders zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aufbaues bestehen daher darin, daß erstens die zugleich als Beschleunigungsanode dienende kathodenseitige Stirnwand des Hohlraumresonators an der der Kathode zugewandten Stirnseite des ringförmigen Flansches befestigt ist und daß an dieser Stirnwand angebrachte weitere Befestigungsmittel das restliche Strahlerzeugungssystem tragen, daß zweitens die biegsam ausgebildete reflektorseitige Stirnwand des Hohlraumresonators eine mit einem Gitter versehene zentrale Elektronendurchtrittsöffnung besitzt und auf der der Kathode zugewandten Seite mit einem ringförmigen, konzentrisch zur genannten Elektronendurchtrittsöffnung verlaufenden Bund versehen ist, der mit seiner Außenfläche an der Innenfläche des ringförmigen Flansches anliegt und so die genannte Stirnwand zentriert, und daß an der peripheren Außenkante dieser Stirnwand die Innenkante der Halterungsvorrichtung für die Reflektorelektrode anliegt und so die Reflektorelektrode zentriert und daß drittens die kathodenseitige Stirnwand des Hohlraumresonators einen in das Innere des Hohlraumresonators vorspringenden, als Elektronendurchtrittsöffnung dienenden hohlen zentralen Teil aufweist, der an seinem der Kathode abgewandten Ende mit einem Gitter versehen ist, und daß diese Stirnwand auf der der Kathode abgewandten Seite mit einem ringförmien, konzentrisch zur genannten Elektronendurchtrittsöffnung verlaufenden Bund versehen ist, der mit seiner Außenfläche an der Innenfläche des ringförmigen Flansches anliegt und so die genannte Stirnwand zentriert.

Die Erfindung und die durch sie erzielten technischen Vorteile werden noch besser verständlich aus der folgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines abstimmbaren Reflexklystrons nach der Erfindung,

F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen der Ausführungsform nach Fig. 1, insbesondere des rohrförmigen Mittelstücks und der Reflektorelektrodenanordnung,

F i g. 3 eine weitere auseinandergezogene perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen der Ausführungsform nach F i g. 1, insbesondere des rohrförmigen Mittelstückes und des Elektronenstrahlerzeugungssystems,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten, für die Übertragung der Abstimmbewegung bedeutsamen Muffe der Ausführungsform nach F ig. 1.

Das in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Reflexklystron 10 besteht aus einem vakuumdichten metallischen Gehäuse, dessen rohrförmiges Mittelstück von einem Hohlzylinder 11 gebildet wird, der an seinem oberen Ende durch eine Membran 12 vakuumdicht verschlossen ist. Das untere Ende des Hohlzylinders 11 ist auf einen Stützfuß 13 geschweißt oder gelötet, der seinerseits durch Schweißen oder Löten auf einem Metallrohr 14 befestigt ist. Das untere Ende dieses Metallrohres 14 ist durch ein Verschlußstück 15 vakuumdicht abgeschlossen, durch das in bekannter Weise Zuführungsleitungen 19, die vorzugsweise aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung bestehen, hindurchgeführt sind. Mit 22 ist ein Absaugstutzen bezeichnet.

Der Spalt 23 dient zur Auskopplung der erzeugten Hochfrequenzenergie aus dem Hohlraumresonator. An den Spalt 23 schließt sich ein kurzer Hohlleiter 24 an, an dessen rechtem Ende ein Befestigungsflansch 27 angebracht ist. Der Hohlleiter 24 ist mit einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Fenster 28 vakuumdicht verschlossen. An der Innenwand des Hohlzylinders 11, etwa in der Mitte zwischen dessen beiden Enden, läuft ringsherum ein radial nach innen vorspringender Flansch 31, der mit dem Hohlzylinderll aus einem Stück besteht und dessen obere und untere Stirnseiten 32 und 33 aus später noch zu behandelnden Gründen sehr sorgfältig bearbeitet sind. Die Innenfläche 34 des Flansches 31, der die zylindrische Außenwand des Hohlraumresonators bildet, ist poliert.

Im unteren Teil des Hohlzylinders 11 ist das Elektronenstrahlerzeugungssystem angeordnet. Mit 35 ist die Kathode und mit 42 die (über metallische Stützen 37 mit der Kathode verbundene) Fokussierungselektrode (Wehneltelektrode) bezeichnet. Die Beschleunigungsanode wird von der kathodenseitigen Stirnwand 55 des Hohlraumresonators gebildet. Das aus der Kathode 35 und der Wehneltelektrode 42 bestehende System wird mittels metallischer Stützen 46 von dem aus Isoliermaterial bestehenden ringförmigen Teil 43 gehaltert, das seinerseits durch metallische Stützstäbe 54 an der Beschleunigungsanode 55 befestigt ist.

Die Beschleunigungsanode 55 besteht aus einem ringscheibenförmigen Teil 57 und einem kegelstumpfförmigen hohlen zentralen Teil 58 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Bohrung 59, durch die der von der Kathode kommende Elektronenstrahl hindurchtritt (Elektronendurchtrittsöffnung). Am oberen Ende des Teiles 58 ist, konzentrisch zu der Bohrung 59, ein elektronendurchlässiges Gitter 61 angebracht.

Bei der Herstellung des in F i g. 1 gezeigten Reflexklystrons werden zur Gewährleistung einer präzisen Anordnung und Ausrichtung die einzelnen Teile — soweit angängig — außerhalb der Röhre zusammengesetzt und dann in den Hohlzylinder 11 eingesetzt. Ein auf der der Kathode abgewandten Seite des ringscheibenförmigen Teiles 57 der Beschleunigungsanode 55 vorgesehener ringförmiger Bund 62 ist sauber bearbeitet und genau konzentrisch zu der Bohrung 59 des Teiles 58 angeordnet. Er liegt nach dem Zusammenbau mit seiner Außenfläche an der Innenfläche 34 des Flansches 31 an und hält so die Beschleunigungsanode 55 (und damit auch das restliche Strahlerzeugungssystem) zentrierend in der richtigen Lage bezüglich des Flansches 31. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem ist damit axial ausgerichtet und wird durch Anlöten oder Anschweißen der Beschleunigungsanode 55 an der der Kathode zugewandten Stirnseite 33 des Flansches 31 befestigt.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist eine aus Kupfer oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellte biegsame Metallmembran 63 auf die der Reflektorelektrode 70 zugewandte Stirnseite 32 des Flansches 31 aufgelötet; sie bildet die reflektorseitige Stirnwand des Hohlraumresonators. Die Membran 63 ist mit einer zentralen Öffnung um Durchtritt des Elektronenstrahls versehen, in der ein elektronendurchlässiges Gitter 65 angeordnet ist. Ein auf der der Kathode zugewandten Seite der Membran 63 konzentrisch zu der vorgenannten Elektronendurchtrittsöffnung angebrachter Bund 66 liegt mit seiner Außenfläche an der Innenfläche 34 des Flansches 31 an und sorgt so für eine genaue Zentrierung der Membran 63 (und damit auch der mit dem Gitter 65 versehenen Elektronendurchtrittsöffnung).

Der von der Beschleunigungsanode 55, der Membran 63 und dem Flansch 31 gebildete Hohlraumresonator ist durch axiales Verstellen der Membran 63 abstimmbar.

Die Stirnseite 32 des Flansches 31 trägt ferner die Reflektorelektrode 70. Diese wird vorzugsweise mittels Glasschmelze von einer Isolierstoffhülse 67 gehalten, die ihrerseits in eine starre Halterungsvorrichtung 68 eingeschmolzen ist. An Stelle der Schmelzverbindungen kann die Hülse 67 auch mit einem Metallüberzug versehen und dann mit der Reflektorelektrode 70 und der Halterungsvorrichtung 68 verlötet werden. Die Halterungsvorrichtung 68 besitzt einen weiten hohlzylindrischen Teil 69 und einen dazu koaxialen engen hohlzylindrischen Teil 71, in dem die Hülse 67 befestigt ist. Das Teil 69 ist an seiner Innenseite so bearbeitet, daß es im Paßsitz an der peripheren Außenkante der Membran 63 anliegt, und in geeigneter Weise, etwa durch Löten, am Flansch 31 befestigt. Die Reflektorelektrode 70 ist auf Grund des Paßsitzes zwischen der Halterungsvorrichtung 68 und der Membran 63 koaxial zum Gitter 65 der Membran 63 angeordnet. Zum Anlegen der Reflektorelektrodenspannung dient eine Zuführungsleitung 72, die gegen den Hohlzylinder 11 mittels eines Isolierschlauches 74 isoliert ist und sich in einer Zuführungsleitung 76 fortsetzt, die durch eine Bohrung (in den F i g. 2 und 4 mit 77 bezeichnet) in der Wand einer zur Verstellung der Membran 63 dienenden Muffe 78 hindurchgeführt und mit der Reflektorelektrode 70 verbunden ist. Die Zuführungsleitung 76 ist mittels eines kurzen Isolierrohres 79 gegen die Muffe 78 isoliert.

Aus der vorangegangenen Beschreibung wird deutlich, daß das aus den Elektroden 35, 42 und 55 bestehende Elektronenstrahlerzeugungssystem, die biegsame Membran 63 und die Reflektorelektrode 70 dadurch, daß sie durch den Flansch 31 zentriert gehaltert sind, in ihrer Lage zueinander genau festliegen und ausgerichtet sind. Durch entsprechende Sorgfalt bei der Bearbeitung des Flansches 31 und der an ihm anliegenden Teile ist eine genaue Zuordnung der Teile beim Zusammenbau gewährleistet, ohne daß man teuere Vorrichtungen benötigt; die erforderliche Ausrichtung ergibt sich dann vielmehr von selbst. Dadurch, daß man den Flansch 31 sowohl als Träger für diese Bauelemente als auch als Bezugspunkt für deren ausrichtende Anordnung zueinander benutzt, ergibt sich eine außerordentlich stabile Konstruktion, die vom mechanischen Standpunkt her eine lange Lebensdauer der Röhre garantiert.

Die für die Abstimmung erforderliche Bewegung der Membran 63 geschieht mittels eines Verstellmechanismus, dessen wesentliches Element die die Reflektorelektrode 70 umgebende Muffe 78 ist, die an der Membran 63 beispielsweise durch Löten befestigt ist. Das obere Ende der Muffe 78 ist mit dem Mittelstück 89 der einen Teil des Vakuumgefäßes bildenden Membran 12, das zum Teil in die Muffe 78 hineinragt, verbunden. Wie insbesondere aus den F i g. 2 und 4 zu ersehen ist, besteht die Muffe 78 aus zwei hohlzylindrischen Teilen 81 und 82. Das untere Teil 81 besitzt vier in axialer Richtung stehende Finger 83, die nach dem Zusammenbau durch eine gleiche Anzahl von Öffnungen 84 (F i g. 2) der Halterungsvorrichtung 68 hindurchgreifen und am oberen Teil 82 z. B. durch Löten befestigt sind. Wie in F i g. 4 gezeigt, stellt die Muffe 78 nach dem Zusammenbau einen Hohlzylinder mit einer der Zahl der Finger 83 entsprechenden Anzahl von seitlichen Öffnungen 85 dar, durch welche die radialen Arme der Halterungsvorrichtung 68 hindurchgreifen. Dadurch, daß die Muffe 78 ursprünglich aus zwei getrennten Teilen besteht, wird ihr Zusammenbau mit der die Reflektorelektrode enthaltenden Baueinheit wesentlich erleichtert, ohne daß Stabilität und Präzision darunter leiden. Oberhalb der Öffnungen 85 ist an der Muffe 78 beispielswesie durch Löten ein Anschlagteil 86 befestigt. Dieses verhindert durch Anstoßen an der Halterungsvorrichtung 68, daß die Bewegung der Muffe 78 (und damit die Durchbiegung der Membran 63) die zulässige Grenze überschreitet. Die Muffe 78 ist durch einen außerhalb der Röhre angebrachten Verstellmechanismus in Richtung der Röhrenachse verschiebbar. Das eigentliche Abstimmglied 91 besteht dabei aus einem oberen, mit Gewinden versehenen Teil 92, einem mit dem Mittelstück 89 der Membran 12 verlöteten Flanschteil 93 und einem unteren Teil 94, das ein kurzes Stück in die Muffe 78 hineinragt.

Der zur Betätigung des Abstimmgliedes 91 dienende Verstellmechanismus weist eine eine sehr genaue Einstellung ermöglichende Differentialschraubenanordnung mit den Schraubengewinden 105 und 106 auf, die durch Drehen der Kappe 107 betätigt wird. Eine weitergehende Erläuterung des Verstellmechanismus ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.

Wenn die Röhre 10 in Betrieb ist, entsteht sehr viel Wärme, die abgeführt werden muß, um ein zuverlässiges Arbeiten sicherzustellen. Aus diesem

Claims (4)

Grund besitzt der Hohlzylinderll eine Anzahl in Längsrichtung verlaufender Schlitze 121 (F i g. 2 und 3), in denen Kühlrippen 122 (Fig. 1) befestigt sind. Die in F i g. 1 gezeigten Kühlrippen 122 bestehen aus rechteckig zugeschnittenen Metallteilen hoher Wärmeleitfähigkeit. Patentansprüche:

1. Reflexklystron mit einem zugleich als Vakuumhülle dienenden metallischen Gehäuse, dessen rohrförmiges Mittelstück zwischen einer Beschleunigungsanode und der Reflektorelektrode den koaxial zur Röhrenachse (Elektronenstrahlachse) angeordneten Hohlraumresonator enthält, der reflektorseitig mit einer biegsamen Stirnwand versehen und mittels einer an dieser Stirnwand befestigten und in Richtung der Röhrenachse beweglichen, die Reflektorelektrode umgebenden hohlzylindrischen Muffe abstimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrför- mige Mittelstück (11) des metallischen Gehäuses auf seiner Innenseite einen radial nach innen vorspringenden, mit dem rohrförmigen Mittelstück (11) aus einem Stück bestehenden ringförmigen Flansch (31) aufweist, der die zylindrische Außenwand des Hohlraumresonators bildet und an dessen der Reflektorelektrode (70) zugewandten Stirnseite (32) sowohl die biegsam ausgebildete reflektorseitige Stirnwand (63) des Hohlraumresonators als auch eine durch seitliche Öffnungen (85) in der hohlzylindrischen Muffe (78) hindurchgreifende starre Halterungsvorrichtung (68) für die Reflektorelektrode (70) befestigt ist.

2. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugleich als Beschleunigungsanode dienende kathodenseitige Stirnwand (55) des Hohlraumresonators an der der Kathode (35) zugewandten Stirnseite (33) des ringförmigen Flansches (31) befestigt ist und daß an dieser

Stirnwand (55) angebrachte weitere Befestigungsmittel (54) das restliche Strahlerzeugungssystem (35, 42) tragen.

3. Reflexklystron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsam ausgebildete reflektorseitige Stirnwand (63) des Hohlraumresonators eine mit einem Gitter (65) versehene zentrale Elektronendurchtrittsöffnung besitzt und auf der der Kathode (35) zugewandten Seite mit einem ringförmigen, konzentrisch zur genannten Elektronendurchtrittsöffnung verlaufenden Bund (66) versehen ist, der mit seiner Außenfläche an der Innenfläche (34) des ringförmigen Flansches (31) anliegt und so die genannte Stirnwand (63) zentriert, und daß an der peripheren Außenkante dieser Stirnwand (63) die Innenkante der Halterungsvorrichtung (68) für die Reflektorelektrode (70) anliegt und so die Reflektorelektrode (70) zentriert.

4. Reflexklystron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodenseitige Stirnwand (55) des Hohlraumresonators einen in das Innere des Hohlraumresonators vorspringenden, als Elektronendurchtrittsöffnung (59) dienenden hohlen zentralen Teil (58) aufweist, der an seinem der Kathode (35) abgewandten Ende mit einem Gitter (61) versehen ist, und daß diese Stirnwand (55) auf der der Kathode (35) abgewandten Seite mit einem ringförmigen, konzentrisch zur genannten Elektronendurchtrittsöffnung (59) verlaufenden Bund (62) versehen ist, der mit seiner Außenfläche an der Innenfläche (34) des ringförmigen Flansches (31) anliegt und so die genannte Stirnwand (55) zentriert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 953 659;
britische Patentschrift Nr. 747 650;
USA.-Patentschriften Nr. 2514428, 2777968.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 758/229 1.67 © Bundesdruckerei Berlin