專利名稱：具有改善性能特性的柵極電子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別是用于電視放大器或工業(yè)加熱裝置等的柵極電子管。這些柵極電子管特別是屬于三極管或四極管類型的。


圖1A給出半個四極管的原理圖。它含有一些環(huán)繞一個共同軸線XX′共軸安裝的圓柱形電極。
中央的電極是在加熱時將發(fā)射電子的陰極K。環(huán)繞著該陰極K依次是控制柵G1、屏柵極G2和陽極AN。三極管中沒有屏柵極。
陰極K和控制柵G1構(gòu)成一個輸入共振腔1。輸入共振腔1含有一個位在參考點B和D之間的活性區(qū)10，并且，它從該活性區(qū)10的兩側(cè)分別延伸到位在參考點D和E之間的管子底部和位在參考點A和B之間的管子頂部?；钚詤^(qū)對應于這樣一個區(qū)域，其中由陰極發(fā)出的電子尚未穿過控制柵G1。參考點C表示活性區(qū)的中央部分。
輸入腔1有一個裝置4，用來把準備放大的信號引入到放大器。屏柵極G2和陽極AN構(gòu)成一個輸出共振腔2。它有一個裝置5，用來取出放大后的信號。
輸入共振腔1和輸出共振腔2一般在管子的底部被一個可移動的板狀調(diào)諧器3所閉合，該調(diào)諧器3使得這兩個共振腔的共振頻率可以調(diào)節(jié)。
在輸入腔中，所建立的模式一般是TEM(橫電磁)模。圖中畫出了磁場 和電場 。這種類型的共振腔一般調(diào)諧在四分之一波長模式上。這意味著，在位于管子頂部的軸線XX′上的參考點A和板狀調(diào)諧器3處的參考點E之間，輸入腔的電學長度1為1＝(2n+1)λ/4n是一個大于或等于零的整數(shù)，λ是輸入腔中所建立的波的波長。
在該TEM模式中，參考點A和E之間的標量電勢V按下式變化V=∫01---E→·d1]]>腔壁上的表面反應電流I也不是常量。圖1B中所示的電壓V和反應電流I(以絕對值計)對應于參考點A和E之間的腔萇1等于λ/4的情形。為了簡化說明，這里選擇了整數(shù)n＝0。電壓V以實線表示，反應電流I以虛線表示。
在參考點A和E之間，電壓V基本上是四分之一個周期的正弦曲線，該電壓V在參考點A處，即1＝0處，為極大值(電壓波腹點)，在參考點E處，即1＝λ/4處，為零(電壓波節(jié)點)。在管子頂部的軸線XX′上的參考點A處是一個開路，在管子底部的參考點E處是一個短路。在位于活性區(qū)10兩端的參考點B和D之間，電壓V和電流I是變化的。這意味著陰極K在其活性部分10不是受到均勻的影響的。還應該指出，在圖1B中參考點D處的反應電流I比參考點B處的大。這意味著在活性區(qū)10最接近于管底的部分(參考點D)有管子的加熱，雖然這是活性區(qū)10中最少受到影響的部分。實際上，在B點給出的峰值電流比D點的大。
在這種類型的電子管中，活性區(qū)的高度(間隔BD)受到管子的頻率和功率的限制。頻率愈高，則活性區(qū)10中的電壓變化V愈大。由于必須在活性區(qū)10的高度和陰極K的直徑之間采取某種折衷，所以管子的功率受到限制。例如，對于工作在UHF(甚高頻)區(qū)域的功率最大的電子管，陰極K的直徑約為40mm，活性區(qū)的高度約為2cm。
約在40年前，為了獲得具有較高效率、較大功率和較高頻率的電子管，曾有人建議把電壓V的波腹點設(shè)置在活性區(qū)10的中央部分。
圖2A給出這種管子的示意性說明?？梢詫⑦@個圖和圖1A相比較，其中互相對應的元件采用了相同的代表符號。
這里，輸入腔1′被放置在參考點A′和E′之間。對應于活性區(qū)10′的中央部分的參考點C′位在電壓V的波腹點處，因而也位在反應電流I的波節(jié)點處。輸入腔1′被調(diào)諧在半波模式上。這意味著在參考點A′(腔的頂部)和參考點E′(管子的底部)之間，電學長度1′等于1′＝nλ/2n為大于零的整數(shù)。
在圖2A、2B的例子中，為了簡單而把n取成為1。現(xiàn)在電壓V基本上擴展成半個周期的正弦曲線。
相對于圖1A的管子來說，被修改的是管子的頂部，在A′和E′處，有調(diào)諧活塞3，并且輸入腔的兩端卻是短路的。
參見圖1A，位于參考點A和C之間的管子部分被刪除了，并且該部分被相同于位在參考點C和E之間的部分所替換。圖2A所示的新輸入腔1′具有一個位在參考點B′和D′之間的活性區(qū)10′，因此該新輸入腔分別從活性區(qū)10′的兩端向參考點D′和E′之間的底部以及參考點A′和B′之間的頂部擴展。這樣，該輸入腔1′相對于一個垂直于軸XX并通過參考點C′的平面是對稱的。圖2A所示的輸入腔1′等價于兩個互相倒置安裝的圖1A的輸入腔1。輸出腔2′也等價于兩個互相倒置安裝的圖1A的輸出腔。
從電學的觀點來說，這種結(jié)構(gòu)給出了良好的效果。在活性區(qū)10′內(nèi)，電壓V變化很小，從而電流I不很大。與之相反的是，由于這里陰極K和控制柵G1的兩端是固定地連接在管子的底部和頂部的，要把它們的共軸性保持到適當?shù)某潭葘⑹掷щy，所以從機械學的觀點來說，要制造這種結(jié)構(gòu)是十分困難的。在活性區(qū)的高度為幾十毫米的同時，活性區(qū)內(nèi)控制柵G1和陰極K之間的距離只有十分之幾個毫米。
本發(fā)明尋求克服這些缺點的方法。它將建議這樣一種柵極電子管，它具有可與圖2A的管子相比擬的電學性能特性，但同時其制作卻遠為容易，并容易根據(jù)用戶的要求裝配，因而成本也可較低。
根據(jù)本發(fā)明的電子管含有這樣一些電極，它們都是圓柱形的，環(huán)繞一個共同軸線共軸地安裝，其中有一個被一個柵極所包圍的陰極。該陰極和柵極用來構(gòu)成一個帶有活性區(qū)的輸入共振腔的邊界，該共振輸入腔從活性區(qū)的兩端擴展。該輸入共振腔自身向活性區(qū)的一端的軸線折迭?；钚詤^(qū)的中央部分受到電壓波腹點的作用。
輸入腔最好終結(jié)于構(gòu)成管子底部的兩個端頭處。
輸入腔的至少一個端頭可以被一個板狀調(diào)諧器閉合，以與管子的頻率相匹配，為了在管子頻率范圍中的低頻區(qū)工作，腔的兩個端頭都可以被一個板狀調(diào)諧器閉合。
為了在管子頻率范圍中的高頻區(qū)工作，管子的至少一個端頭可以形成開路。為了在管子頻率范圍中的中頻區(qū)工作，管子的至少一個端頭可以終結(jié)于連接在柵極和陰極之間的一個電容上。
該電容可以含有一個被導電夾子或夾緊器平坦地壓在其中一個電極上并且與另一個電極相接觸的電介質(zhì)元件。
夾緊器最好是可松開的，使電容量可以按需要進行調(diào)節(jié)。
夾緊器可以包括一個擰入到固定在另一個電極上的凸緣螺口中的導電螺絲?？梢杂靡粋€彈簧來改善螺口和螺絲之間的接觸。
電介質(zhì)元件最好是環(huán)形的，它可以由云母組成。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將會通過下面參考附圖對非限制性的例子所作的說明而看到，在附圖中，圖1A和1B，如已經(jīng)有所說明的那樣，它們分別示出一個已知類型的四極管的原理圖和出現(xiàn)于輸入腔中的電壓和電流圖；圖2A和2B，如已經(jīng)有所說明的那樣，它們分別示出一個由兩個互相倒置排列的四極管所組成的已知類型的電子管的原理圖和出現(xiàn)于輸入腔中的電壓和電流圖；圖3示出一個根據(jù)本發(fā)明的電子管的部分截面圖；圖4A和4B分別示出圖3所示電子管的原理圖和出現(xiàn)于輸入腔中的電壓和電流圖；圖5示出一個根據(jù)本發(fā)明的電子管的一種變體的部分截面圖；圖6A和6B分別示出圖5所示電子管的原理圖和出現(xiàn)于輸入腔中的電壓和電流圖7示出一個根據(jù)本發(fā)明的電子管的另一種變體的部分截面圖；圖8A和8B分別示出圖7所示電子管的原理圖和出現(xiàn)于輸入腔中的電壓和電流圖。
為了清楚起見，這些圖沒有按比例畫出。
圖3示出一個根據(jù)本發(fā)明的電子管的一部分的原理圖。
這個管子以標準的方式含有一些環(huán)繞一個共同軸線XX′同軸安裝的一些圓柱形電極。因此有一個在加熱時會發(fā)射電子的陰極K。該陰極K被一個控制柵G1所包圍，后者自身又被一個屏柵極G2所包圍，該屏柵極自身又被一個陽極AN所包圍。發(fā)射出的電子被加速射向陽極AN，并穿過柵極G1和G2。陰極K和控制柵G1構(gòu)成了一個輸入共振腔34的邊界，信號可以注入到該共振腔中。輸入腔34在參考點B′和D′之間有一個活性區(qū)30，輸入腔從活性區(qū)30的兩端擴展到參考點A′和B′之間以及參考點D′和E′之間。在管子31的底部，各電極以標準的方式借助于絕緣隔塊33互相分開。這些隔塊33用來使各個電極在電氣上互相絕緣并使它們在機械上定位，同時保證各電極的活性部分30的真空密封性。
屏柵極G2和陽極AN構(gòu)成了一個輸出共振腔35的邊界，從那里可以提取出放大后的信號。為了避免圖形過份復雜，輸出共振腔35只畫出了一部分。被刪去的部分是輸出腔35在管子頂部32處的那個部分。在該例子中，輸出腔35終結(jié)于一個調(diào)諧活塞37。
輸入腔34的調(diào)諧使得活性區(qū)30的中央部分(參考點C′)對應于電壓的波腹點，如圖4A和4B所示。
輸入共振腔34不再相對于一個通過參考點C′并垂直于軸線XX′的平面對稱，而是自身向活性區(qū)30的一端的軸線XX′折疊。折疊部分從參考點B′到參考點A′。因此輸入腔34有兩個端頭，一個是徑向外部端頭(參考點E′)另一個是徑向內(nèi)部端頭(參考點A′)這兩個端頭形成了管子的底部31。共軸性的問題不再出現(xiàn)。陰極K和控制柵G1的兩個端頭象通常那樣分別終結(jié)在凸緣38和39處。將用單個的連接器來接納該管子。于是根據(jù)本發(fā)明的電子管可以用低成本容易地制造和放置。和圖2A所示的管子相比，根據(jù)本發(fā)明的電子管將更為緊湊，這是一個不可忽視的優(yōu)點。
在通常的電子管中，陰極內(nèi)部的空間是沒有利用的。這里，這個空間將容納輸入共振腔34的折疊部分。
輸入共振腔34的頻率調(diào)諧可以用至少一個板狀調(diào)偕器36來完成。在圖3中，輸入腔34的兩個端頭被這樣一個活塞所閉合。于是輸入腔34被調(diào)諧成半波模式。圖4A給出了輸入腔34的一個非常簡要的原理性圖，圖4B給出了說明電壓V和反應電流I(以絕對值計)作為腔的電學長度l的函數(shù)的變化關(guān)系的圖。兩個板狀調(diào)諧器分別位在參考點A′和E′處。
得到了和圖2B相同的電流和電壓的變化形式。在參考點A′和C′之間，電學長度為λ/4。和圖1A的管子相比，這里的活性區(qū)30的高度較大，這樣就能夠達到較高的頻率值和功率值。
兩個板狀調(diào)諧器36的結(jié)構(gòu)一般使得有可能在甚高頻區(qū)域中能得到低的頻率，例如在450MHz之間。
為了能夠工作在特甚高頻區(qū)域中的高頻部分，例如工作在750MHz和860MHz之間，可以看出，輸入腔34的兩個端頭中的至少一個端頭應該形成一個開路。這一點在圖5中示出。該圖示出一個位在參考點A′和E′之間的輸入腔34。它的一個端頭終結(jié)在參考點A′處的開路中。這是一個內(nèi)部端頭。板狀調(diào)諧器36在參考點E′處使輸入腔34的外部端頭閉合。
具體地說，一個導電的底部50使控制柵G1的內(nèi)部端頭閉合，而陰極K的內(nèi)部端頭如通常那樣終結(jié)在凸緣38中。參考點A′位在接近于軸線XX′之處。在這個地點電壓V有極大值。這樣，參見圖6A，可以從圖6B上看出輸入腔34被調(diào)諧在四分之三波長模式上。參考點A′和C′之間的電學長度為λ/2。
為了有可能工作在中間頻率部分，例如550MHz和750MHz之間，有可能在輸入腔34的至少一個端頭上裝備一個連接在陰極K和控制柵G1之間的電容。這就是圖7所示的內(nèi)容，該圖只示出了管子的底部。在腔的內(nèi)部端頭上安裝了一個電容70。它含有一個例如用云母制成的電介質(zhì)元件71，該元件被一個導電夾緊器75平坦地壓在陰極K的凸緣38上。該夾緊器最好是可松開的。該電介質(zhì)元件71是圓環(huán)狀的。它的沿XX′軸線的厚度和它與凸緣38的接觸表面面積決定了電容的值。該夾緊器75在電氣上和機械上都與控制柵G1相連接。夾緊器75有一個與電介質(zhì)環(huán)71和夾緊裝置73，例如一個螺釘，相接觸的導電頭72。該螺釘擰入到生成在控制柵G1的凸緣39上的一個螺口74中。該螺口74的軸心在軸線XX′上。陰極K的凸緣38和導電頭72組成了電容器的兩個電極。
可以設(shè)計一個環(huán)狀彈簧76來使導電頭72和控制柵G1的凸緣79的周邊有效地接觸。導電頭72與控制柵G1的凸緣39的周邊有良好的配合。
圖8B示出了電壓和反應電流(以絕對值計)的分布，圖8A給出了輸入腔的原理圖及其參考點。
電容70位在參考點A′處。在這里出現(xiàn)了電壓的波腹點和電流的波節(jié)點。參考點A′和C′之間的電學長度在λ/4到λ/2之間。
由于不要求電介質(zhì)環(huán)71和夾緊器75處于真空環(huán)境，制作該電容是簡單的，并且不會引起任何問題。已經(jīng)在陰極K的凸緣38和控制柵G1的凸緣39之間設(shè)計了一個電介質(zhì)隔塊33，以保證真空密封性。
電容70的值是電介質(zhì)環(huán)的厚度和表面面積的函數(shù)。厚度愈大，電容量愈小。因為夾緊器75是可松開的，所以改變電容是容易的。上面關(guān)于該電容的說明僅僅是一個例子，很明顯，在不偏離本發(fā)明的框架范圍的情況下可以考慮出其他各種夾緊器的變體。
權(quán)利要求
1.一種含有一些環(huán)繞一個共同軸線安裝的圓柱形電極的電子管，在這些電極中，一個陰極被一個柵極所包圍，該陰極和該柵極構(gòu)成了一個含有一個活性區(qū)的輸入共振腔的邊界，這個腔從該活性區(qū)的兩端伸展，活性區(qū)的中央部分對應于電壓波腹點，其中該輸入共振腔自身向活性區(qū)一端的軸線折疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子管，其中的輸入共振腔終結(jié)于構(gòu)成管子底部的兩個端頭處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電子管，其中在輸入腔的至少一個端頭上提供有一個板狀調(diào)諧器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電子管，其中輸入腔的兩個端頭中的至少一個端頭是一個開路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電子管，其中的開路位在軸線XX′上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電子管，其中輸入腔的兩個端頭中的至少一個端頭終結(jié)于一個連接在柵極和陰極之間的電容中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中的電容有一個被一個導電夾緊器平坦地壓在某一個電極上并與另一個電極相接觸的電介質(zhì)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子管，其中的夾緊器是可松開的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電子管，其中的夾緊器含有一個擰入到一個固定地連接在另一個電極上的凸緣之中的導電頭。
10.根據(jù)權(quán)處要求9的電子管，其中有一個彈簧改善了該凸緣和該導電頭之間的接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電子管，其中的夾緊器和電介質(zhì)元件是不密封的。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中的電介質(zhì)元件是環(huán)形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中的電介質(zhì)元件用云母做成。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的電子管，其中的電容的電容量是可調(diào)節(jié)的。
全文摘要
一種含有一些環(huán)繞一個共同軸線XX′共軸地安裝的圓柱形電極的電子管，在這些電極中，一個陰極被一個柵極所包圍，該陰極和該柵極構(gòu)成了一個含有一個活性區(qū)的輸入共振腔的邊界。這個腔從該活性區(qū)的兩端伸展，活性區(qū)的中央部分對應于電壓的波腹點。該輸入共振腔自身向活性區(qū)一端的軸線折疊。本發(fā)明適用于特別是用作電視放大器的柵極電子管。
文檔編號H01J25/00GK1129847SQ95120498
公開日1996年8月28日 申請日期1995年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月20日
發(fā)明者米歇爾·朗格盧瓦, 居伊·克萊爾 申請人:湯姆森電子管公司