DE4418649A1 - Elektronenstrahlröhren - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft Elektronenstrahlröhren und insbeson­ dere, jedoch nicht ausschließlich, den Aufbau von Kollekto­ ren, die in Klystrons und anderen Linearstrahlröhren einge­ setzt werden.

In einem Typ eines Kollektors, der in Klystrons und anderen Linearstrahlröhren wie beispielsweise Wanderwellenröhren verwendet wird, ist eine Vielzahl von ringförmigen Elektro­ den entlang der Länge des Kollektors angeordnet. Benachbarte Elektroden werden auf unterschiedlichen Potentialen gehal­ ten, um die Aufprallenergie der Elektronen an den Elektroden­ oberflächen zu reduzieren, wobei somit ein energiesparender Kollektor geschaffen wird.

Das Innere des Kollektors wird auf nahe Hochvakuum gehalten. Die Vakuumumhüllung schließt zylindrische Keramikwände ein, die sich zwischen benachbarten Elektroden erstrecken und es gestatten, daß gasdichte Abdichtungen mit ihnen gebildet wer­ den. Die Abmessungen der Keramikwände und der Elektroden des Kollektors sind so gewählt, daß die Möglichkeit einer Bogen­ bildung reduziert ist. Falls eine Bogenbildung auftritt, kann sie ein Versagen der elektrischen Isolierung zwischen Kollektorelektroden verursachen, das zu einer Betriebsunter­ brechung oder sogar der Zerstörung der Röhre führt.

Ein Teil eines Kollektors bekannten Aufbaus ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, die einen eine Hälfte der zylindrischen Struktur, die symmetrisch um die longitudinale Achse X-X ist, zeigenden longitudinalen Schnitt darstellt. Eine zylindrische Elektrode 1 des Kollektors weist einen ra­ dial nach innen gerichteten Abschnitt 2 auf, der so angeord­ net ist, daß er Elektronen des Strahls abfängt, während sie sich in der longitudinalen Richtung bewegen und dabei durch die elektrischen Potentiale auf den Elektroden abgelenkt werden. Eine zweite im allgemeinen zylindrische Elektrode 3 ist benachbart der ersten Elektrode 1 und von ihr in der axialen Richtung beabstandet angeordnet. Zwei Keramikringe 4 bzw. 5 sind benachbart transversaler Oberflächen der Elektro­ den 1 bzw. 3 angeordnet. Eine zylindrische Keramikwand 6 erstreckt sich zwischen den Ringen 4 und 5 und ist von ähn­ licher radialer Dicke wie diese. Ein Metallring 7 ist zwi­ schen dem einen der Keramikringe 4 und einer Endfläche der Wand 6, an welche er hartgelötet ist, positioniert, wobei der Innendurchmesser des Rings 7 im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige der Wand 6 und der Ringe 4 und 5. Eine Metallerweiterung 8 ist in einen ringförmigen Schlitz 9 in der Elektrode 1 hartgelötet und weist einen transversalen Abschnitt auf, der an die äußere Peripherie des Rings 7 geschweißt ist, um eine gasdichte Abdichtung um seinen Umfang herum zu bilden. Ein zweiter Metallring 10 ist zwi­ schen der Wand 6 und dem zweiten Keramikring 5 angeordnet und an eine weitere Erweiterung 11 geschweißt, die ebenfalls in einen Schlitz 12 in der Elektrode hartgelötet ist. Eine Vakuumabdichtung wird so zwischen den Elektroden 1 und 3 erhalten.

Die Ringe 4 und 5 pressen sich gegen die Metallringe 7 und 10, wobei sie den Axialdruck aufgrund äußeren Drucks aufneh­ men, wenn sich die Röhre unter Vakuum befindet. Zusätzlich bilden sie ein gleitendes Widerlager mit den transversalen Oberflächen der Elektroden 1 und 3, um eine differentielle thermische Expansion zwischen der zylindrischen Wand 6 und den Elektroden 1 und 3 aufzunehmen.

Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine verbesserte Kollektoranordnung zu schaffen, kann jedoch auch auf andere Teile einer Elektronenstrahlröhre angewendet werden, wo eine gasdichte Abdichtung erforderlich ist und wo hohe Spannungen zwischen benachbarten metallischen Komponenten vorliegen.

Gemäß der Erfindung wird eine Elektronenstrahlröhre geschaf­ fen mit einer zylindrischen Keramikwand, die einen Teil einer Vakuumumhüllung bildet, einem Keramikring und einem Metallring, der zwischen ihnen angeordnet ist, wobei sich Keramikmaterial radial innerhalb des Metallrings befindet und sich durch die transversale Ebene, in welcher sich seine innere Peripherie befindet, erstreckt, um ihn abzuschirmen.

Das Keramikmaterial schirmt die Kante des Metallrings ab und daher kann durch Verwendung der Erfindung die Wahrscheinlich­ keit einer Bogenbildung zwischen ihr und anderen Teilen innerhalb der Röhre auf verschiedenen elektrischen Potentia­ len im wesentlichen reduziert werden. Dies führt zu einer Verbesserung im Betrieb der Röhre und gestattet außerdem eine größere Freiheit bei der Wahl ihrer Geometrie. Die Er­ findung wird besonders vorteilhaft auf eine Kollektoranord­ nung angewendet, in der Elektroden des Kollektors auf unter­ schiedlichen Potentialen arbeiten. Die Elektrodenpotentiale können sich um einige zehn Kilovolt unterscheiden. Die Diffe­ renz in den Spannungen kann als groß betrachtet werden, wenn es bei Abwesenheit des Keramikmaterials eine signifikant erhöhte Wahrscheinlichkeit gibt, daß eine Bogenbildung zwischen ihnen auftreten würde. Dies ist abhängig von den Ab­ ständen zwischen Eilen auf verschiedenen Spannungen und ihren Formen. Ein Teil einer der Elektroden kann so angeord­ net sein, daß er sich zusammen mit der Keramikwand und radi­ al innerhalb dieser erstreckt, um sie gegen einen Elektronen­ beschuß abzuschirmen, der andernfalls eine Beschädigung ver­ ursachen könnte. Das zwischen den Metallring und die Erwei­ terung zur Elektrode zwischengesetzte Keramikmaterial verhin­ dert einen elektrischen Durchschlag zwischen dem abschirmen­ den Teil der Elektrode und dem Metallring.

Der Metallring kann auf einer Endfläche der Wand angebracht sein, wobei diese Anordnung vorteilhaft ist, wo sie einen Teil eines Kollektors bildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das den Ring abschirmende Keramikmaterial ein Teil der zylindri­ schen Wand. Wo zwei Keramikringe und Metallringe in der An­ ordnung enthalten sind, die an jedem Ende der zylindrischen Wand angeordnet sind, braucht dann lediglich eine Komponente der Anordnung maschinell in eine kompliziertere Form bearbei­ tet werden, um die Erfindung auszuführen.

In einer weiteren Anordnung gemäß der Erfindung ist das Keramikmaterial ein Teil des Keramikrings. In dem Typ einer Anordnung, der zwei Keramikringe erfordert, ist es notwen­ dig, zwei Teile der Anordnung mit einer komplizierteren Kon­ figuration herzustellen. Falls die zylindrische Wand von relativ langem axialen Ausmaß ist, kann dies jedoch eine wün­ schenswerte Anordnung sein, um die benötigte Keramikmaterial­ menge zu reduzieren.

In einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung be­ steht das Keramikmaterial aus einem Röhrenbauteil, das sich koaxial innerhalb der Wand befindet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß jede der Keramikkomponenten der Anordnung ein einfacher Zylinder sein kann, der keine gestuften Teile erfordert.

Das abschirmende Keramikmaterial kann gegen die innere Peri­ pherie des Metallrings stoßen oder von ihr etwas beabstandet sein. Eine effektivere Abschirmung kann erzeugt werden, wenn sich das Keramikmaterial in direktem Kontakt mit dem Metallring um seinen inneren Umfang herum befindet, und diese Konfiguration kann außerdem für eine genaue Lokalisie­ rung von Komponenten während des Zusammenbaus der Röhre nützlich sein.

Die Erfindung kann vorteilhaft auf andere Teile von Elektro­ nenstrahlröhren als Kollektoren angewendet werden. Beispiels­ weise ist es in Außenhohlraumklystrons notwendig, über eine vakuumdichte Abdichtung in einem Bereich eines Hohlraums zu verfügen, wo ein Hochspannungsfernhalten erforderlich ist, und das Keramikmaterial zur Abschirmung kann mit einbezogen sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 2 schematisch einen Teil einer Elektronen­ strahlröhre gemäß der Erfindung,

Fig. 2a eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 2; und

Fig. 3 und 4 schematisch jeweilige unterschiedliche Anordnungen gemäß der Erfindung.

Nach den Fig. 2 und 2a schließt ein Mehrstufenkollektor eines Klystrons oder einer anderen Elektronenstrahlröhre zwei ringförmige Elektroden 13 und 14 ein, die in longitudi­ nalem Schnitt gezeigt sind, wobei lediglich eine Hälfte der Anordnung dargestellt ist. Zwei Keramikringe 15 und 16 und eine zylindrische Keramikwand 17 befinden sich zwischen den Elektroden 13 und 14. Ringförmige Metallringe 18 und 19 sind jeweils zwischen Endflächen der Wand 17 und den Ringen 15 und 16 positioniert. Die Metallringe 18 und 19 sind an metallisierte Endflächen der Wand 17 hartgelötet und an jeweilige zylindrische Erweiterungen 20 und 21 geschweißt. Die Erweiterungen 20 und 21 sind in ringförmigen Nuten 22 und 23 in den Elektroden 13 und 14 angeordnet und in ihre Position hartgelötet, um eine gasdichte Abdichtung zu ergeben.

Die Keramikwand 17 ist von größerer radialer Dicke als die Ausgleichsringe 15 und 16, mit einem kleineren Innendurch­ messer. Der radial innerste Teil der Wand 17 ist von größerer Ausdehnung in der longitudinalen axialen Richtung mit sich im wesentlichen parallel zur Achse X-X erstrecken­ den inneren Flanschen 24 und 25. Die Flansche 24 und 25 sind von solcher axialer Ausdehnung, daß sie sich durch die Ebene erstrecken, in der die Ringe 18 und 19 liegen, und sind mit geringem Abstand von ihnen angeordnet in einer radialen Richtung.

Eine der Elektroden 14 schließt einen zylindrischen Flansch 26 ein, der sich im wesentlichen gemeinsam mit der inneren Oberfläche der Wand 17 erstreckt. Dies schützt die Keramik vor Elektronenbeschuß, wobei eine Bogenbildung zwischen dem Ende 27 des Flansches und dem Ring 18, der elektrisch mit der benachbarten Elektrode 13 verbunden ist, durch das zwi­ schengesetzte Keramikmaterial des Flansches 24 der Wand 17 verhindert wird.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung, der dem in Fig. 2a gezeigten ähn­ lich ist. Jedoch ist in dieser Ausführungsform die zylindri­ sche Wand 28 von gleichförmiger radialer Dicke entlang ihrer axialen Länge und die Keramikringe 29 und 30 schließen vor­ stehende Flansche 31 bzw. 32 ein, um eine Abschirmung der inneren Kante der Metallringe 33 bzw. 34 zu schaffen.

Nach Fig. 4 schließt eine weitere Anordnung gemäß der Er­ findung zwei Keramikringe 35 und 36 und eine zylindrische Wand 37 ein, wobei jede der Komponenten von im wesentlichen der gleichen radialen Dicke ist. Eine dünne Keramikröhre 38 ist koaxial innerhalb der Wand 37 angeordnet, um eine Ab­ schirmung des Metallrings 39 und 40 zu schaffen.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung ähnlich derjenigen von Fig. 2a, jedoch befindet sich in dieser Ausführungsform das Keramikmaterial 41, das die innere Seite der Metallringe 42 und 43 abschirmt, in Kontakt mit ihnen.

In den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist die Keramikwand länger in der axialen Richtung als der Keramik­ ring oder die Keramikringe. In anderen Anordnungen kann der Keramikring oder können die Keramikringe von im wesentlichen der gleichen axialen Länge wie die Keramikwand oder länger als sie sein.

Claims (14)

1. Elektronenstrahlröhre mit einer zylindrischen Keramik­ wand, die einen Teil einer Vakuumumhüllung bildet, einem Keramikring und einem Metallring, der sich zwischen ihnen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß Keramikmaterial (24, 25, 31, 32) radial innerhalb des Metallrings (18, 19, 33, 34) angeordnet ist und sich durch die transversale Ebene erstreckt, in welcher seine innere Peripherie liegt, um ihn abzuschirmen.

2. Röhre nach Anspruch 1, worin der Metallring (18, 19, 33, 34) auf einer End­ fläche der Wand (17, 28, 37) angebracht ist.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, worin das Keramikmaterial (24, 25) einen Teil der zylin­ drischen Wand (17) darstellt.

4. Röhre nach Anspruch 3, worin die zylindrische Wand (17) einen inneren, sich axial erstreckenden Flansch (24, 25) einschließt, wobei die innere Umfangsoberfläche der Wand von größerer longi­ tudinaler axialer Ausdehnung als ihre äußere Umfangs­ oberfläche ist.

5. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, worin das Keramikmaterial (31, 32) einen Teil des Keramikrings (29, 30) darstellt.

6. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, worin das Keramikmaterial aus einem Röhrenbauteil (38) besteht, das koaxial innerhalb der Wand (37) angeordnet ist.

7. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Keramikmaterial (41) gegen die innere Periphe­ rie des Metallrings (42, 43) stößt.

8. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem elektrisch leitfähigen Bauteil (26), das inner­ halb der Vakuumumhüllung angeordnet ist, wobei das Kera­ mikmaterial (24) zwischen dem Bauteil (26) und dem Metallring (18) angeordnet ist, und während des Betriebs das Bauteil (26) auf einem Potential so verschieden von demjenigen des Metallrings (18) gehalten wird, daß bei Abwesenheit des Keramikmaterials (24) eine Bogenbildung zwischen ihnen auftreten würde.

9. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zweiten Keramikring (16, 30) und einem zweiten Metallring (19, 34), der zwischen der Wand (17, 28) und dem zweiten Keramikring (16, 30) angeordnet ist, wobei zusätzliches Keramikmaterial (25, 32) radial innerhalb des zweiten Metallrings (34) angeordnet ist und sich durch die transversale Ebene erstreckt, in welcher seine innere Peripherie liegt, um ihn abzuschirmen.

10. Röhre nach Anspruch 9, worin das zusätzliche Keramikmaterial (25, 17) an das zuerst erwähnte Keramikmaterial (24, 17) grenzt.

11. Röhre nach Anspruch 9 oder 10, worin in Betrieb die ersten und zweiten Metallringe (18, 19, 33, 34) auf im wesentlichen verschiedenen elektri­ schen Potentialen gehalten werden.

12. Röhre nach Anspruch 9, 10 oder 11, worin der zweite Metallring (19, 34) auf einer Endfläche der Keramikwand (17, 28) angebracht ist.

13. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der oder jeder Metallring (18, 19) zu einer jewei­ ligen zylindrischen Erweiterung (20, 21) abgedichtet ist, um einen Teil der Vakuumumhüllung zu definieren.

14. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die zylindrische Wand (17, 28, 37) einen Teil einer Mehrstufenkollektoranordnung bildet.