DE2528395A1 - Einrichtung zur daempfung sehr kurzer stoerwellen fuer elektronenroehren mit koaxialen zylinderelektroden - Google Patents

Description

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 1800

Einrichtung zur Dämpfung sehr kurzer Störwellen für Elektronenröhren mit koaxialen Zylinderelektroden

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung - und ihre verschiedenen Ausführungsformen -, die in Elektronenröhren mit koaxialen Zylinderelektroden angebracht werden kann, um sehr kurze Störwellen zu dämpfen, die sich beispielsweise an den äusseren Enden dieser Elektroden ausbilden können.

In bestimmten Elektronenröhren, wie beispielsweise Magnetrons oder Hochfreguenztetroden, die mit koaxialen Zylinderelektroden versehen sind, werden zwischen bestimmten Teilen dieser koaxialen Elektroden, welche mit Wellenleiterabschnitten und insbesondere mit deren äusseren Enden vergleichbar sind, Wellentypen erzeugt,

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die zahlreiche Resonanzen aufweisen, welche möglichst gedämpft werden sollen. Sie können nämlich ihren Betrieb stark stören.

Wegen der Abmessungen der Elektronenröhren und der verhältnismässig einfachen Form ihrer Elektroden befinden sich diese Resonanzen, die im Innern der Röhre selbst entstehen, fast immer in dem Bereich der sehr hohen Frequenzen oder sogar der Höchstfrequenzen von beispielsweise einigen Hundert Megahertz.

Es sind bereits Systeme zur Dämpfung solcher Schwingungen vorgeschlagen worden. Sie bestehen beispielsweise darin, daß in der Röhre an den Stellen, an denen diese unerwünschten Schwingungen entstehen, sehr gedämpfte Schwingkreise angeordnet werden. Diese Systeme weisen mehrere Nachteile auf. Sie arbeiten insbesondere in einem schmalen Frequenzband, da es sich um Resonanzkreise handelt. Das erfordert die Verwendung von mehreren verschiedenen Schwingkreisen, wenn mehrere verschiedene Störresonanzen vorhanden sind. Das ist teuer und wegen des geringen Platzes, über den man in den Elektronenröhren verfügt, oft sogar unmöglich. Sie vergrössern die Anzahl von Resonanzen, was unerwünscht ist.

Die Dämpfungseinrichtungen nach der Erfindung sind vor allem dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Absorptionseinrichtungen handelt, die in dem Betriebsfrequenzband der Röhren, die mit ihnen ausgerüstet sind, keine Resonanz aufweisen. Sie sind somit in der Lage, Störwellen unterschiedlicher Frequenzen zu dämpfen.

Solche Einrichtungen, die in der Lage sind, elektromagnetische Wellen, sehr kurze Wellen oder Mikrowellen, in dem gesamten

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Frequenzband der Röhren zu absorbieren, die mit ihnen ausgerüstet sind, sollen selbstverständlich in diesen Röhren derart angeordnet sein, dass sie allein die Störwellen absorbieren und nicht die in diesen Röhren vorhandenen Nutzwellen dämpfen.

Gemäss der Erfindung besteht eine Einrichtung zur Dämpfung von sehr kurzen Störwellen, die an den äusseren Enden von zwei koaxialen Zylinderelektroden einer Elektronenröhre erscheinen ,aus einem metallischen Ring, der η Elemente aufweist, die Energie absorbieren können und auf dem Ring regelmässig verteilt sind, wobei, der Ring koaxial zu den beiden Elektroden in einem Bereich ihres äusseren Endes angeordnet ist, in welchem die Störwellen auftreten, und wobei diese Störwellen auf dem Ring Oberflächenströme erzeugen, die die η Elemente dämpfen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Ergabnisse der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, nicht als Einschränkung zu verstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnunyen zeigen:

Die Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen der

Verteilung der elektrischen Felder von Störschwingungen an den äusseren Enden von zwei geschlossenen koaxialen Zylinderelektroden,

die Fig. 4 bis 6 schematische Darstellungen einer

Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung nach der Erfindung für Elektroden der in den Fig. 1 bis dargestellten Art,

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die Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen von ab

gewandelten Ausführungsformen der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Einrichtung,

die Fig. 9 bis 11 sehematische Darstellungen der Ver

teilung der elektrischen Felder von Störschwingungen an den äusseren Enden von zwei koaxialen Zylinderelektroden, von denen zumindest eine nicht geschlossen ist, und

die Fig. 12 und 13 sehematische Darstellungen einer

weiteren Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematisch in der Perspektive bzw. im Längsschnitt bzw. im Querschnitt zwei koaxiale Zylinderelektroden. Diese beiden Elektroden sind an zumindest einem ihrer äusseren Enden 3, 4 geschlossen. Die Innenelektrode 1 kann überdies massiv sein. Diese Elektroden können auf unterschiedliche Gleichpotentiale gebracht oder statt dessen elektrisch miteinander verbunden werden. Der erste Fall wird beispielsweise durch die Resonanzen der Endvolumina der Magnetrons veranschaulicht, d.h. der Volumina, die sich an jedem äusseren Ende der Röhre zwischen dem Metallmantel, der Katode und dem Anodenblock befinden, oder durch die Resonanzen des Endvolumens einer Tetrode mit koaxialen Zylinderelektroden zwischen der Anode und dem Schirmgitter an ihrem nicht mit Anschlüssen versehenen äusseren Ende. Den zweiten Fall trifft man insbesondere in dem Raum der abstimmbaren koaxialen Magnetrons an, der zwischen dem Abstimmkolben und dem Aussenmantel der Röhre liegt.

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Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen ein typisches Beispiel für die Form der elektrischen Feldlinien eines Störwellentyps zwischen zwei leitenden Wänden, wie beispielsweisen den Wänden 1 und 2, die durch Wände 3 bzw. 4 verschlossen sind. Es handelt sich im vorliegenden Fall um einen Wellentyp mit der Azimutalzahl 2 (m = 2), da zwei vollständige Winkelperioden auf einem Umlauf vorhanden sind (insbesondere Fig. 3). Es ist bekannt, dass in einem solchen Fall und um so mehr für m = 3, 4, usw. und in einem geringeren Mass für m = 1 der durch gestrichelte Linien begrenzte zentrale Raum 5 bei den bewussten Resonanzen eine sehr kleine Rolle spielt.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, teilt der hier dargestellte Resonanzwellentyp den Raum zwischen den Elektroden in vier Sektoren (m = 2), wobei das elektrische Feld E, das zu den leitenden Oberflächen immer normal ist, von einem Sektor zum folgenden seine Richtung ändert. Diese vier Sektoren sind durch zwei orthogonale Knotenlinien 6 und 7 voneinander getrennt, auf denen das elektrische Feld verschwindet. Diese elektrischen Felder mit von einem Sektor zum folgenden entgegengesetzten Vorzeichen, die mit der Frequenz der zu dämpfenden Störresonanz (sehr hohe Frequenz oder HÖchstfrequenz) schwingen, erzeugen auf den leitenden Oberflächen, zu denen sie senkrecht sind, mit derselben Frequenz schwingende Oberflächenströme, deren Linien zu den Knotenlinien 6 und 7 orthogonal sind und die durch die Dämpfungseinrichtungen nach der Erfindung ausgenutzt werden.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein einziger Störwellentyp (m = 2) mit seinen beiden Knotenlinien 6 und 7 dargestellt. Tatsächlich sind im allgemeinen zwei gleichzeitige Störwellentypen (m = 2) vorhanden, dfe jeweils zwei orthogonale Knotenlinien, wie beispielsweise die Linien 6 und 7, haben, wobei die Knotenlinien des zweiten Störwellentyps einen Winkel von

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45° mit den Knotenlinien 6 und 7 des ersten Störwellentyps bilden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in Schnitt- bzw. Seitenansicht eine Dämpfungseinrichtung nach der Erfindung, die zum Dämpfen der Störwellentypen mit m = 2, wie beispielsweise die oben beschriebenen, besonders gut geeignet ist. Fig. 6 zeigt eine solche Einrichtung, mit der ein Raum zwischen Elektroden, der der Sitz solcher Störwellentypen ist, ausgerüstet ist.

Die Einrichtung besteht vor allem aus einem dünnen metallischen Ring 8, dessen dem Teil 5 der Fig. 1 bis 3 entsprechendes Zentrum 9 hohl sein kann und dessen Aussendurchmesser d ein wenig kleiner ist als der Innendurchmesser D der Elektrode

Dieser metallische Ring 8 ist zwischen den die beiden Elektroden 1 und 2 abschliessenden Teilen 3 und 4 und parallel zu diesen Teilen angebracht, so dass er der Sitz der gleichen schwingenden Oberflächenströme wie diese Teile 3 und 4 ist.

Zu diesem Zweck ist der Ring 8 beispielsweise durch isolierende kleine Säulen 10 an einer Metallplatte 11 befestigt, die durch Hartlöten mit dem die Elektrode 2 abschliessenden Teil 4 verbunden ist.

Der Ring 8 trägt ausserdem mehrere Streifen 12 aus Widerstandsmaterial, die radial angeordnet sind und bei denen es sich hier um Streifen handelt, die den leitenden Ring in seiner gesamten Dicke unterbrechen. Die Oberflächenströme, die als Kreisströme auf dem Ring fliessen, durchqueren diese leitenden Streifen und setzen darin Energie in Wärme um. Die Störwellen, die zum Entstehen dieser Ströme führen, werdei

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auf diese Weise gedämpft.

Diese Streifen aus Widerstandsmaterial, deren Abmessungen und deren spezifischer Widerstand derart gewählt werden, dass die gewünschte Gesamtdämpfungswirkung erzielt wird, können beispielsweise aus halbleitenden Substanzen oder aus mit leitenden oder halbleitenden Substanzen durchsetztem porösem Aluminiumoxid hergestellt werden.

Sie können hier, wie beschrieben, aus den Ring 8 unterbrechenden Streifen bestehen. Sie können ausserdem durch einfaches Auftragen von geeignetem Widerstandsmaterial hergestellt werden, da es sich um Oberflächenströme handelt.

Die durch diese Streifen 12 umgesetzte Wärmeenergie soll selbstverständlich schnell nach ausserhalb der Röhre abgeführt werden. Die elektrisch isolierenden kleinen Säulen bestehen zu diesem Zweck aus einem Material mit grosser Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Berylliumoxid. Auf diese Weise wird die in den Widerstandsstreifen 12 gebildete Wärme durch die metallischen Teile des Ringes 8 und dann durch die kleinen Säulen 10 zu der äusseren Elektrode 2 abgeleitet.

Bei der hier beschriebenen Anordnung, bei welcher der Durchmesser d des Ringes 8 kleiner ist als der Innendurchmesser D der Elektrode 2, wodurch vermieden wird, dass die absorbierenden Streifen 12 teilweise kurzgeschlossen werden, was ihre Dämpfungswirkung verringern würde, und bei welcher die kleinen Säulen 10 elektrisch isolierend sind, ist der Ring 8 in elektrischer Hinsicht isoliert, was in einer Elektronenröhre ernste Gefahren mit sich bringen kann (Anhäufung elektrischer Ladungen, Durchschläge, usw.). Zur Vermeidung dieser Nachteile

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sind die leitenden Teile des Ringes 8 mit d?r Platte 11 und somit mit dem Boden 4 der Elektrode 2 über Wicklungen 13 elektrisch verbunden, welche Stossdrosseln bilden.

Bei einer anderen Ausführungsform bestehen die kleinen Säulen 11 aus einem elektrisch leitenden Widerstandsmaterial. In diesem Fall sind die Wicklungen 13 nicht erforderlich. Ausserdem sind die kleinen Widerstandssäulen 11 selbst an der Dämpfung beteiligt, da sie einen Teil der Oberflächenströme des Ringes 8 leiten und dämpfen.

Die Anzahl der Widerstandsstreifen 12 beträgt in dem Beispiel der Fig. 4 bis 6 acht. Diese Anzahl ist nicht zwingend vorgeschrieben. Sie ist indessen von Vorteil in einem Beispiel/ in welchem die Störwellentypen, die zwischen solchen koaxialen Zylinderelektroden vorhanden sind, wie weiter oben erwähnt, zwei Wellentypen mit m = 2 sind, deren Knotenlinien einen Winkel von 45° bilden.

Mit einem Ring 8, der durch acht Widerstandsstreifen 12 in acht gleiche Teile geteilt ist, erzielt man eine wirksame Dämpfung bei beiden Wellenstypen. Ein Ring mit sechs Streifen und sechs Sektoren würde einen der beiden Wellentypen weniger dämpfen, wäre aber nochverwendbar. Mit lediglich vier Streifen und vier Sektoren würde einer der Wellentypen durch das Absorptionsmittel unbeeinflusst bleiben, was die Einrichtung in den meisten Anwendungsfällen weniger interessant machen würde.

Die Fig. 7 und 8 zeigen schematisch Abwandlungen der Ausführungsform der anhand der Fig. 4 bis 6 beschriebenen Dämpfungseinrichtung.

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In den beiden Fig. 7, 8 ist der dünne Ring 8 der Fig. 4 bis 6 durch einen dicken Ring 15 ersetzt, der in seinem Zentrum 16 hohl ist und dessen Aussendurchmesser d kleiner ist als der Innendurchmesser der Elektrode 2, in der er angeordnet ist. Dieser dicke Ring kann auf einer Metallplatte 11 befestigt sein, und zwar entweder durch isolierende oder einen ohmschen Widerstand darstellende kleine Säulen, wie etwa die Säulen in den Fig. 4 bis 6, oder durch eine hohle und elektrisch isolierende zentrale Säule 17, wie in den Fig. 7 und 8. Die Platte 11 ist auf dem Boden 4 der Elektrode 2 befestigt, wie in den Fig. 4 bis 6. Wicklungen 13, die als Stossdrossel dienen, verbinden den Ring 15 mit der Platte 11.

Die Widerstandsstreifen 12 der Fig. 4 bis 6 sind durch Elemente ersetzt, die magnetische Verluste und einen grossen spezifischen Widerstand aufweisen, zum Beispiel Ferrite, (Elemente 18 in Fig. 7 und Elemente 19 in Fig. 8), die in langgestreckten Aussparungen angeordnet sind, welche in dem Ring 15 an denjenigen Stellen angebracht sind, an welchen die Widerstandsstreifen der Fig. 4 bis 6 angebracht waren.

In Fig. 7 sind die Elemente 18 quaderförmige Stäbe, die mit der Oberfläche des Ringes 15 bündig sind. In Fig. 8 sind die Elemente 19 zylindrische Stäbe, die sich unterhalb der Oberfläche des Ringes 15 befinden. In diesem letzteren Fall können die Stäbe 19 in dichte Umhüllungen eingeschlossen sein, um zu vermeiden, dass das die zylindrischen Stäbe bildende Material Gase in die Röhrenhülle ausscheidet, wenn es durch seine magnetischen Verluste erhitzt wird. Zu diesem Zweck genügt es, den oberen Teil 20 der Aussparungen durch hier nicht dargestellte Stopfen aus elektrisch isolierendem

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Material, beispielsweise aus Keramik, zu verschließen und die beiden seitlichen äusseren Enden jeder Aussparung durch ebenfall isolierende Stopfen zu verschließen, wobei die Stäbe 19 zu diesem Zweck kürzer sind als die Aussparungen, in die sie eingesetzt sind.

Die auf diese Weise gebildeten Dämpfungseinrichtungen (Fig. 7 und 8), die zwischen zwei Elektroden 1 und 2 in der gleichen Weise wie die Einrichtung von Fig. 6 angeordnet sind, werden von den gleichen Oberflächenströmen durchflossen. Hier durchfliessen die Oberflächenströme aber nicht mehr radiale Widerstandsstreifen. Sie sind gezwungen, um die Stäbe 18 oder 20 herumzugehen, die sehr ohmisch sind. Die auf diese Weise um diese Stäbe herum gebildeten Stromschleifen erzeugen darin radiale Magnetfelder H, welche in den Stäben magnetische Verluste erzeugen, die sich durch das Auftreten von Wärme und durch die Dämpfung der Oberflächenströme ausdrücken.

Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen schematisch ein typisches Beispiel der Konfiguration des elektrischen Feldes von Störwellen des Wellentyps mit m = 2, wie weiter oben beschrieben, zwischen zwei nicht abgeschlossenen koaxialen Zylinderelektroden 30 und 40. Eine solche Anordnung findet man beispielsweise in einer Tetrode mit koaxialen Elektroden an dem äusseren Ende, an welchem die Anschlüsse hergestellt werden. Die Verteilung der Felder, die von den zu dämpfenden Störwellen herrühren, erzeugt, wie in den Fig. 1 bis 3, Ströme auf den Oberflächen gegenüber den Elektroden 30 und 40. Der ebene Ring 8 der Fig. 4 bis 6 ist in diesem Fall, wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt, durch einen zylindrischen Ring 41 ersetzt, der an der Elektrode 40 befestigt ist, die er durch elektrisch isolierende und gut wärmeleitende kleine Säulen 42 verlängert.

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Fig. 12 zeigt eine solche Dämpfungseinrichtung, mit welcher das äussere Ende der Anode 4O einer Tetrode ausgerüstet ist, deren Schirmgitter mit der Bezugszahl 30 bezeichnet ist. An der Stelle 43 ist schematisch der Keramikring dargestellt, mittels welchem die Röhre an ihrem äusseren Ende, welches die hier nicht dargestellten Anschlüsse aufweist, in herkömmlicher Weise abgedichtet ist.

Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht X-X, in welcher der zylindrische Ring 41 und seine Widerstandsstreifen 44 sichtbar sind, die den Streifen 12 der Fig. 4 bis 6 äquivalent

Zur Vermeidung der Nachteile, die die elektrische Isolierung des Ringes 41 und der Elektroden zur Folge haben würde, verbinden auch hier als Stossdrossel dienende Wicklungen 45 jeden leitenden Sektor des Ringes 41 mit der Elektrode 4O. Diese Wicklungen sind in Fig. 13 symbolisch dargestellt, wobei die Elektrode 4O, mit der sie verbunden sind, unsichtbar ist. Man kann anmerken, dass bei der soeben beschriebenen Version die kleinen Säulen 42 elektrisch isolierend sind. Wenn jedoch die zu unterdrückenden Störschwingungen zu der Längsachse der Elektroden 3O und 4O parallele Oberflächenströme enthalten, ist es Vorteilhaft, wenn diese kleinen Säulen aus einem Widerstandsmaterial bestehen, so dass sie an der Dämpfung der Störwellen teilnehmen, indem sie diese zu der Achse parallelen Ströme dämpfen.

Es kann ausserdem angemerkt werden, dass der zylindrische Ring 41 der Fig. 12 und 13, wenn er Widerstandsstreifen 44 als absorbierende Elemente enthält, in einer abgewandelten Form mit magnetischen Verlusten behaftete Elemente enthalten kann, die wie die Stäbe 18 oder 19 des Ringes 15 der Fig. und 8 in den Ring 41 eingeführt sind.

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Bei den Ausführungsformen, wie beispielsweise den Ausführungsformen der Fig. 4, 5, 6 und 12, 13, bei welchen der leitende Ring Streifen aus Widerstandsmaterial enthält, die ihn auf seiner gesamten Dicke unterbrechen, kann man, um zu vermeiden, dass durch die Erwärmungen aufgrund der Umsetzungen der Störwellen hervorgerufenen Wärmedehnungen sich durch nachteilige mechanische Spannungen ausdrücken, vorsehen, dass zwischen jedem Widerstandsstreifen und zumindest einem der Ringabschnitte, an denen er befestigt ist, ein elektrisch leitendes und verhältnismässig biegsames Teil, beispielsweise eine Metallfeder, angeordnet wird.

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Claims (9)

Patentansprüche:

1.)Einrichtung zur Dämpfung sehr kurzer Störwellen, die an den äusseren Enden von zwei koaxialen Zylinderelektroden einer Elektronenröhre auftreten, gekennzeichnet durch einen metallischen Ring, der mit η Elementen versehen ist, die Energie absorbieren können und auf dem Ring regelmässig verteilt sind,und der koaxial zu den beiden Elektroden in einem Bereich ihres äusseren Endes angeordnet ist, in welchem die Störwellen auftreten.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8. 15. 41) auf der äussersten

(2. 40) der beiden Elektroden durch einen (17) / mehrere (10) Träger aus elektrisch isolierendem und gut wärmeleitendem Material befestigt ist und dass als Stossdrossel dienende Wicklungen (13. 45) zwischen den Ring und die äussere Elektrode geschaltet sind.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (8. 15. 41) auf der äussersten (2.

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40) der beiden Elektroden durch einen (17) / mehrere (10) Träger aus ohmischem und gut wärmeleitendem Material befestigt ist.

4. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die η absorbierenden Elemente Streifen (12. 44) aus ohmischem Material sind, welche den Ring (8. 41) in η gleich Teile teilen, die auf der gesamten Dicke des Ringes durch die Streifen voneinander getrennt sind.

5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

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gekennzeichnet, dass die η absorbierenden Elemente Streifen aus ohmischem Material sind, die auf der der innersten Elektrode (1. 30) gegenüberliegenden Oberfläche des Ringes (8. 41) angeordnet sind und die Oberfläche in η gleiche Teile teilen.

6. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die η absorbierenden Elemente Stäbe

(18. 19) aus einem elektrisch nicht leitenden und magnetische Verluste aufweisenden Material sind, die um den Ring (15. 41) herum in Aussparungen angeordnet sind, welche an der der innersten Elektrode (1. 30) gegenüberliegenden Oberfläche elektrische Unterbrechungen erzeugen.

7. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die beiden Elektroden (1, 2) an ihrem äusseren Ende durch metallische Platten (3, 4) abgeschlossen sind, der Ring ein ebener Ring (8) ist, der in seinem Zentrum (9) hohl ist und zwischen den beiden metallischen Platten ohne elektrischen Kontakt mit den beiden Elektroden angeordnet ist.

8. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das äussere Ende zumindest der äussersten Elektrode (40) nicht abgeschlossen und die innerste Elektrode (30) über das äussere Ende der äussersten Elektrode (4O) hinaus verlängert ist, der Ring ein zylindrischer Ring (41) ist, der die äusserste Elektrode (40) verlängert und die innerste Elektrode (30) umgibt.

9. Elektronenröhre mit zumindest zwei koaxialen Zylinderelektroden, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

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