DE1491461A1 - System zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls fuer eine Lauffeldroehre mit rein elektrostatischer Fokussierung - Google Patents

Description

Siemens & Halske München 2, 1 5.JUU1965

Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz' 2

pa 65/2547

System zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls für eine Lauf feldröhr e_mit je gin_elektros tat is cher^Fokussierunig^^

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-ErzeugungssyBtem fur eine lauffeldröhre mit rein elektrostatischer Fokussierung, welches eine Kathode, eine blendenförmige Zuganode und mindestens eine Strahlformungselektrode enthält, die zusammen einen Elektronenstrahl flachen Querschnitts erzeugen, der auf eine schraubenlinienförmige Bahn gebracht wird, auf welcher der Elektronenstrahl entlang einer Verzögerungsleitung im Feld eines Zylinder-

kondensators verläuft. λ_λαααα

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Ea sind Lauffeldröhren bekannt," bei denen ein Elektronenstrahl

rein elektrostatisch auf schraubenlinienförmiger Bahn zwischen einer Verzögerungsleitung und einer Außenelektrode geführt ist. Die Verzögerungsleitung ist dabei gegenüber der Außenelektrode mit einem hohen positiven Gleichpotential beaufschlagt, wodurch die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft des Elektronenstrahls durch eine elektrostatische Gegenkraft aufgehoben wirdο

A Lauffeldröhren dieser Art mit rein elektrostatischer Fokussierung des Elektronenstrahls werden allgemein als E-Typ-Röhren bezeichnet. Sie arbeiten gewöhnlich mit einem Elektronenflachstrahl, wobei das Problem besteht, den Flachstrahl, dessen Erzeugung auf rein elektrostatischem Weg erfolgen soll, auf einen ' ' bestimmten Radius genau tangential in die schraubenlinienförmig© Bahn einzuschießen. Bei den bisher bekannten E-Typ-Röhren hat man Elektronenkanonen verwendet, die aus einer Kathode und einigen Schlitzblenden besteht, wobei die Emissionsfläche der Kathode sich in einer Ebene senkrecht zu einer Tangente der schraubenlini-

P enförmigen Elejctronenstrahlbahn befindet. Solche Elektronenkanonen weisen jedoch nur kleine Strahlverdichtungen auf. Darüber hinaus bieten diese bekannten Flachstrahlkanonen für E-Typ-Röhren nur wenig Möglichkeiten, den Elektronenstrahl beim Einschuß in das Feld des Zylinderkondensators in seiner Fokussierung zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatisch fokussierende Elektronenkanone zu schaffen, die einen

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.'hochverdichteten Elektronenflachstrahl erzeugt und eine Winkel-. korrektur des Plachatrahls am Einschußort in die Umlaufbahn einer E-Typ-Röhre ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die wirksame Kathodenoberfläche um 90° gedreht seitlich von der Zuganode angeordnet ist, welche an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls in das PeId des Zylinderkondensators senkrecht zur schraubenlinienförmigen Elektronenstrahlbahn sich erstreckt und das im Raum des Strahlerzeugungssystems vorhandene elektrostatische Feld vom Feld des Zylinderkondensators trennt, während an der Seite des Systems, die der Kathodenöberflache gegenüberliegt, eine angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagte Umlenkelektrode vorhanden ist, wobei seitlich von der Kathode im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathode und Umlenkelektrode andererseits Strahlformungselektroden angeordnet sind, welche mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sind, derart, daß die von der Kathode ausgehende Elektronenströmung um 90° in Richtung auf die Blendenöffnung der Zuganode umgelenkt wird.

Ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach der vorliegenden Erfindung weist zunächst den Vorteil auf, daß bei einer verhältnismäßig geringen Kathodenbelastung sehr hohe Stromdichten des die Zuganode verlassenden Elektronenstrahls erzielbar sind} beispeilsweise ist bei einer Kathodenbelastung von ungefähr 1 A/cm ein Flachstrahl mit einer Stromdichte von ungefähr 10 A/cm ohne

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weiteres zu erreichen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch Regulierung der Spannungen, die an die einzelnen Elektroden angelegt werden, der Elektronenstrahl sich verkippen und gleichzeitig in radialer Richtung zur schraubenlinienförmigen Bahn verschieben läßt. Das Kanonenfeld ist dabei gegenüber dem Feld des Zylinderkondensators durch die blendenförmige Zuganode abgeschirmt, so daß eine Spannungsregulierung an der Kanone sich nicht störend auf die Strahlführung im eigentlichen Laufraun der Röhre auswirkt. Falls dennoch beim Übergang zwischen dem Kanonenfeld und dem Feld des Zylinderkondensators Störungen im Strahlverlauf auftreten sollten, kann in Weiterbildung der Erfindung hinter der Zugkanone noch ein kleiner Plattenkondensator angeordnet werben, welcher eine weitere Möglichkeit zur Strahlkorrektur erbringt.

Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt als schematisches Schnittbild den Aufbau und die Fotentialverteilung einer erfindungsgemäßen Elek+ronenflachstrahl-Kanone. Mit 1 ist eine Kathode, beispielsweise eine MK-Kathode mit 3 mn durchmesser, bezeichnet, die von einer Wehneltelektrode 2 umgeben ist. Die Wehneltelektrode 2 ist mit einem Schlitz 3 versehen, mit dessen Hilfe aus der von der Kathode 1 emittierten Elektronenströmung ein Elektronenbündel 4, beispielsweise mit 1,8 mm Breite und 5 mm Höhe,ausgeblendet wird. Gegen-

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über der wirksamen Kathodenoberfläche ist um 90° gedreht eine blendenförmige Zuganode 5 angeordnet, welche sich senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls 4 in ein auf die Zuganode folgendes Feld eines (nicht dargestellten) Zylinderkondensators erstreckt. Die Zugahode 5 ist an ihrem der Kathode 1 benachbarten Ende mit einem Fortsatz versehen, der in wesentlichen parallel zur wirksamen Kathodenoberfläche verläuft und sich bis in die Nähe der Elektronenströmung über der Kathode 1 erstreckt. An der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, ist eine plattenför- % mige Umlenkelektrode 7 vorhanden, die angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagt sein soll. Diese Umlenkelektrode 7 weist an ihrem der Zuganode zugewandten Ende einen Ansatz 8 auf, der dem an der Zuganode 5 befindlichen Fortsatz 6 gegenübersteht₀ Eine derartige abgewinkelte Form der Umlenkelektrode ist dem Umstand förderlich, daß der obere Strahlrand des Elektronenstrahls 4 bei der Umlenkung stärker gekrümmt sein muß als der untere Strahlrand. Im Raum zwischen dem Teil 6 der Zuganode 5 und der Wehneltelektrode 2 befindet sich eine erste Strahlformungselektrode 9, die mit einer, zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sein sollo Auf der anderen Seite des Elektronenstrahls 4 ist etwa in gleicher Entfernung von der Wehneltelektrode 2 und der Umlenkelektrode 7 eine zweite Strahlformungselektrode 10 angeordnet, die zylindrische Form hat und im wesentlichen mit dem gleichen Potential wie die erste Strahlformungselektrode 9 beaufschlagt sein soll. Außerdem ist unterhalb der zylindrischen Strahlformungselektrode

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eine weitere, plattenförmig ausgebildete Strahlformungselektrode 11 angeordnet, die seitlich vom Elektronenweg sich im wesentlichen senkrecht zur Kathodenebene erstreckt} an diese Elektrode soll ungefähr die gleiche Spannung wie an die Wehneltelektrode 2 angelegt sein.

Die in Figur 1 dargestellte Elektrodenanordnung mit den beschriebenen Potentialen ruft eine Potentialverteilung hervor, wie sie durch die Fotentiallinien 12 in Figur 1 angedeutet ist. Auf die-

ser Potentialverteilung beruht die Umlenkung und gleichzeitige Verdichtung der von der Kathode 1 ausgehenden Elektronenströmung in Richtung auf die Blendenöffnung 13 der Zuganode 5. Obwohl dabei die Einflüsse der einzelnen Elektroden sich nicht.voneinander trennen lassen, kann man über- Jire wesentliche Bedeutung folgende Angaben machen: Die Wehneltelektrode 2 mit dem Wehneltschlitz 3,dient in erster Linie der Begrenzung deo Strahlquerschnitts. Sie verhindert außerdem in bekannter Weise ein Aufspreizen des Elektronenstrahls durch Raumladungskräfte. Das Potential der Wehneltelektrode 2 liegt zwischen Kathodenpotential und einem negativen Zehntel des Zuganodenpotentials. Die Spannung an den beiden Strahlformungselektroden 9 und 10 soll ein bis vier Zehntel des Zuganodenpotentials betragen? die Größe dieser Spannung bestimmt im wesentlichen die Stärke des Emissionsstromes und die Lage des Fokus des Elektronenflachstrahls 4. Dabei muß die Form der Strahlformungselektrode 10 nicht unbedingt kreiszylindrisch sein. Es kommt nur darauf an, daß die mit den Linien angedeutete Feldverteilung im wesentlichen erhalten bleibt. Die

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zusätzliche, plattenförmige Strahlformungselektrode 11, die auf einem Potential zwischen Kathodenpotential und einem um ein Zehntel des Zuganodenpotentials verringerten Kathodenpotential liegt, ermöglicht im Zusammenwirken mit der Strahlformungselektrode 9 und dem Teil 6 der Zuganode 5 eine Feinkorrektur des Strahlverlaufs. Insbesondere kann mit der Einstellung der Spannung an der plattenförmigen Strahlformungselektrode 11 ein Überschneiden der Strahlberandung vermjalen werden, weil durch die Elektrode 11 vorwiegend der obere Strahlrand beeinflußbar ist, während der Verlauf des unteren Strahlrands durch die Strahlformungselektrode 9 und dem an der Zuganode 5 befindlichen Fortsatz 6 bestimmt wird. Die etwa auf Kathodenpotential liegende Umlenkelektrode 7 bewirkt hauptsächlich die Umlenkung des Elektronenstrahls 4. Diese Elektrode erlaubt es auch, den Austrittswinkel des Elektronenstrahls 4 aus der Blendenöffnung 13 der Zuganode 5 zu beeinflussen, wobei der Strahl auch etv/as seitlich verschoben werden kann. Die Form der Zuganode 5 ist einerseits dadurch bestimmt, daß das Kanonenfeld vom Feld des eigentlichen laufraums streng getrennt sein soll, un eine gegenseitige Beeinträchtigung der beiden FeI-der zu vermeiden. Andererseits ist der abgewinkelte Fortsatz 6 an der Zuganode 4 erforderlich, un zusammen mit den beiden wesentlichen Strahlformungselektroden 9 und 10 die gewünschte Strahlforn zu erreichen. Hierzu sei bemerkt, daß die Zuganode selbstverständlich auch aus zwei getrennten Teilen, nämlich der Platte mit der Blendenöffnung 13 und einer dazu senkrechten, dem Fortsatz G entsprechenden Platte bestehen kann.

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Die geschilderten Möglichkeiten, die Strahleigenschaften und insbesondere den Austrittswinkel in der Blendenöffnung 13 der Zuganode 5 beeinflussen zu können, ist für E-Typ-Röhren von wesentlicher Bedeutung. Ein Einschlußfehler von ungefähr 3° gegen die Tangente der Umlaufbahn des Elektronenstrahls im Feld des Zylinderkondensators würde zu einer RadiusSchwankung von - 7 # und einer Spannungsschwankung von - 15 % gegen die Gleichgewichtsbahn führen. Es können nun trotz der mit der Umlenkelektrode 7 durchführbaren Steuerung des Elektronenstrahls noch Strahlpendelungen und Stromdichteschwankungen beim Umlauf des Elektro-. nenstrahls im eigentlichen Laufraum einer E-Typ-Röhre auftreten» Dies beruht darauf, daß zwischen der Kanone und dem Laufraum der Röhre stets ein elektrisches Übergangsfeld vorhanden ist, das eine gewisse Feldstürung für den Elektronenstrahl darstellte Diese Feldstörung läßt sich jedoch weitgehend ausgleichen, wenn der Kanonenraum und das im Laufraum vorhandene Feld eines Zylinderkondensators durch Zwischenlegen eines kleinen Plattenkondensators zusätzlich voneinander getrennt werden, wie dies die Fifc gur 2 zeigt. Dabei ist mit 14 der Plattenkondensator bezeichnet, während die Elektrode 5 der Zuganode der Figur 1 entsprechen soil. Den Laufraum der Röhre begrenzen seitlich die kreiszylindrischen Elektroden 15 und 16, zwischen denen der Elektronenstrahl elektrostatisch auf schraubenlinienförmiger Bahn geführt werden soll, wobei zweckmäßig die innere Elektrode 15 in bekannter Weise als Verzögerungsleitung ausgebildet isto

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Die Figur 3 zeigt die gemessene Stromdichteverteilung eines Elektronenflachstrahls, der mit einer Kanone nach Figur 1 erzeugt worden ist. Dabei gibt d die Breite des Strahlquerschnitte anj seine Höhe hat 5 mm betragen. Die Messung wurde mit folgenden Spannungen an den einzelnen Elektroden" durchgeführts die Spannung an der Kathode 1, der Wehneltelektrode 2, der Umlenkelektrode 7 und der zusätzlichen Strahlformungselektrode 11 betrug jeweils 0 Volt. Die Strahlformungselektrode 9 war mit einem Potential von 53 V und die zylindrische Strahlforraungselektrode 9 mit einem Potential von 41 V beaufschlagt, während das Potential der Zuganode 5 410 V betragen hat. Der Strahl ist bei einer Perveanz von 0,7.10 A/V^'² im Verhältnis von 10 s 1 verdichtet, sein öffnungswinkel liegt nach dem Austritt aus der Zuganode bei ungefähr 5°." ■■·.■■

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann die Kathodenoberfläche konkav gekrümmt sein und die Wehneltelektrode eine größere Ausdehnung haben, so daß der Elektronenstrahl von vornherein stärker konvergent wird, wodurch eine noch höhere Strahlverdichtung erzielt werden kann. Hierbei kann im übrigen die Anordnung der anderen Elektroden die gleiche wie in Figur 1 sein. Jedoch können die einzelnen Strahlformungseiektroden auch eine andere Form haben, wenn dadurch die dargestellte Potentialverteilung im Kanonenraum im wesentlichen erhalten bleibt*

8 Patentansprüche

3 Figuren - 10-

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Claims (8)

1. /Vj Elektronenstrahl-Erzeugungssystem für eine-Lauffeldröhre mit rein elektrostatischer Fokussierung, welches eine Kathode, eine blendenförmige Zuganode und mindestens eine Strahlformungselektrode enthält, die zusammen einen Elektronenstrahl flachen Querschnitts erzeugen, der auf eine sohraubenlinienförmige Bahn gebracht wird, auf welcher der Elektronenstrahl

   £ entlang einer Verzögerungsleitung im- Feld eines Zylinderkondensators verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame • Kathodenoberfläche um 90° gedreht seitlich von der Zuganode angeordnet ist, welche an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls in das Feld des Zylinderkondensators senkrecht zur schraubenlinienförmigen Elektronenstrahlbahn sich erstreckt und das im Raum des Strahlerzeugungssystems· vorhandene elektrostatische Feld vom Feld des Zylinderkondensators trennt, während an der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, eine angenähert mit Kathodenpotentxal beaufschlagte Umlenkelektrode vorhanden ist, wobei seitlich von der Kathode im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathodje und Umlenkelektrode andererseits Strahlformungselektroden angeordnet sind, welche mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sind, derart, daß die von der Kathode ausgehende Elektrcnenströmung um 90° in Richtung auf die Blendenöffnung der Zug- \ anode umgelenkt wird. ■ \

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2. 2. Elektronensträhl-Erzeugungssyetem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß die Kathode von einer Wehneltelektrode'

   ; umgeben ist, die über der Kathodenoberfläche einen rechteckigen Schlitz bildet, der aus der von der Kathode emittierten Elektronenströmung einen Elektronenstrahl rechteckigen Querschnitts ausblendet.
3. 3. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganode an ihrem der Kathode benachbarten Ende mit einem Fortsatz versehen ist, der im we~ ™ sentlichen parallel zur wirksamen Kathodenoberfläche verläuft und sich bis in die Nähe der Elektronenströmung über der Kathode erstreckt.
4. 4. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch ' gekennzeichnet, daß die Umlenkelektrode plattenförmig ist und an ihrem der Zuganode zugewandten Ende rechtwinklig in Richtung auf den an der Zuganode befindlichen Fortsatz umgebogen ist. g
5. 5. Elektronenstrahl-Erzeugungssyctem nach Anspruch 3,oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Strahlformungselektroden plattenförmig in den Raum zwischen der Wehneltelektrode und den an der Zuganode befindlichen Fortsatz eingreift, während auf der gegenüberliegenden Seite der Elektronenstrcraung eine zylindrische Strahlformungselektrode etwa in gleicher Entfernung von der Wehneltelektrode und der Umlenkelektrode angeordnet ist. 909820/0531

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6. 6. Elektronen trahl-Erzeugungssystem nach Aneprpch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlformungeelektroden im wesentlichen mit 3em gleichen Potential beaufschlagt sind dieses Potential ein Zehntel bie vier Zehntel des Zuganöcteripotentials beträgt.

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7. 7. Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der zylindriechen Strahlformungaelektrode, welche der Umlenkelektrode abgewandt ist_t eine weitere,.plattenförmig ausgebildete Strahlformungselektrode angeordnet iet» die seitlich von der Elektronenströmung aich im wesentlichen senkrecht zur Kathodenebene eretreokt und wie die Wehneltelektrode im wesentlichen auf Kathodenpotent iaX liegt. ,.'■.·
8. 8. Elektronenstrahl-ÜraeugungaBystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Entladungsrichtung hinter der Blendenöffnung der Zuganode ein Plattenkondeneator vorgesehen ist, der die Entladungsbahn umgibt.

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