DE1105998B

DE1105998B - Focusing arrangement for an electron tube with a drift tube part

Info

Publication number: DE1105998B
Application number: DEE10939A
Authority: DE
Inventors: Donald H Preist
Original assignee: Eitel Mccullough Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1955-06-30
Publication date: 1961-05-04

Description

Fokussierungsanordnung für eine Elektronenröhre mit einem Triftröhrenteil Die Erfindung bezieht sich auf eine Fokussierungsanordnung für eine Elektronenröhe mit einem Triftröhrenteil, einem elektrostatischen Strahlerzeuger an dem einen und einer Auffangelektrode an dem anderen Ende des Triftröhrenteiles, bei der zur Strahlfokussierung ein magnetischer Kreis (Hauptkreis) verwendet wird, der aus einem den Triftröhrenteil umgebenden ferromagnetischen Rahmen, welcher stirnseitig jeweils mit einer quer zur Röhre angeordneten und die Röhre eng umschließenden ferromagnetischen Endplatte versehen ist, und mindestens einer im Innern des Rahmens angeordneten Fokussierungsspule besteht, und bei der der Strahlerzeuger vor der einen Endplatte des magnetischen Kreises (außerhalb desselben) angeordnet ist.Focusing arrangement for an electron tube with a drift tube part The invention relates to a focusing arrangement for an electron height with a drift tube part, an electrostatic jet generator on one and a collecting electrode at the other end of the drift tube part, where the beam is focussed a magnetic circuit (main circuit) is used, which consists of a drift tube part surrounding ferromagnetic frame, which at the front each with a transverse arranged to the tube and the tube tightly enclosing ferromagnetic end plate is provided, and at least one arranged in the interior of the frame focusing coil exists, and in which the beam generator is in front of one end plate of the magnetic Circle (outside the same) is arranged.

Derartige Fokussierungsanordnungen sind bekannt. Sie erzeugen ein magnetisches Feld, welches parallel zur Achse der Röhre, z. B. einem Klystron, verläuft, um den Elektronenstrahl der Röhre gebündelt zu führen.Such focusing arrangements are known. You generate a magnetic field which is parallel to the axis of the tube, e.g. B. a klystron, runs, to focus the electron beam of the tube.

Es ist auch schon eine F okussierungsanordnung bekanntgeworden, bei der die räumliche Lage der Röhre und der Fokussierungsspule unverändert bleibt und die Justierung der dann optimalen Fokalisierung mit einer in bezug auf die Röhre quer verschiebbar angeordneten Eisenscheibe herbeigeführt wird, die sich am strahlerzeugerseitigen Ende der Fokus-5ierungsspule, und zwar etwa an der Stelle befindet, an der der konvergierend eingeschlossene Elektronenstrahl seinen kleinsten Durchmesser hat.A focusing arrangement has also become known at which the spatial position of the tube and the focusing coil remains unchanged and the adjustment of the then optimal focalization with one with respect to the tube transversely displaceably arranged iron disk is brought about, which is located on the jet generator side The end of the focus-5ierungsspule, approximately at the point at which the converging trapped electron beam has its smallest diameter.

Demgegenüber ist bei einer Fokussierungsanordnung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung zwischen dem Strahlerzeuger und der ihm benachbarten Endplatte des magnetischen Kreises eine in bezug auf die Röhre quer verschiebbar angeordnete magnetische Linse vorgesehen, um zu ermöglichen, daß der Strahl in der richtigen Weise in das magnetische Führungsfeld des magnetischen Kreises (Hauptkreises) eingeführt wird. Man erreicht hierdurch den Vorteil, daß es möglich wird, die Eintrittsbedingungen des Elektronenstrahles bezüglich des magnetischen Hauptkreises zu korrigieren, indem man die Linse quer verschiebt, bis der Elektronenstrahl den richtigen Durchmesser und die günstigste Richtung am Punkt seines Eintritts in das Feld des magnetischen Hauptkreises hat. Auch wird hierdurch erreicht, daß die Toleranzen für den Aufbau der Anordnung weniger genau eingehalten zu werden brauchen.In contrast, in the case of a focusing arrangement, the one mentioned at the beginning Kind according to the invention between the jet generator and the end plate adjacent to it of the magnetic circuit one arranged to be transversely displaceable with respect to the tube magnetic lens provided to enable the beam to be in the correct position Way introduced into the magnetic guiding field of the magnetic circuit (main circuit) will. This has the advantage that it is possible to adjust the entry conditions of the electron beam with respect to the main magnetic circuit by you move the lens transversely until the electron beam has the correct diameter and the most favorable direction at the point of its entry into the field of the magnetic Main circle has. This also ensures that the tolerances for the structure the arrangement need to be adhered to less precisely.

In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Axialschnitt durch ein Klystron mit drei Hohlraumresonatoren (Dreikammerklystron) ; Fig.2 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und veranschaulicht die Röhre der Fig.. 1 in Verbindung mit den vervollständigten Höhlraumresonatoren, dem magnetischen Hauptkreis und einer erfindungsgemäßen magnetischen Linse; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht nach der Ebene 4-4 der Fig. 2 und veranschaulicht die magnetische Linse.In the drawings, Fig. 1 is an axial section through a klystron with three cavity resonators (three-chamber klystron); Fig.2 is a side view, partly in section, and illustrates the tube of Fig. 1 in conjunction with the completed cavity resonators, the main magnetic circuit and one magnetic lens according to the invention; Fig. 3 is a section along line 3-3 of Fig. 2; Fig. 4 is a similar view taken along line 4-4 of Fig. 2 and illustrated the magnetic lens.

Die dargestellte Röhre ist ein Klystron mit drei Hohlraumresonatoren und dient zur Leistungsverstärkung: Sie weist eine langgestreckte, im allgemeinen zylindrische Hülle auf, die an dem einen Ende einen Strahlerzeuger 2 und an dem anderen Ende einen Auffängelektrodenteil 3 hat. Der Elektronenstrahl von dem Strahlerzeuger 2. zu dem Auffangelektrodenteil3 geht durch einen Triftröhrenteil hindurch, welcher aus metallenen Abschnitten f und 7 besteht, die an Steuer- bzw. Auskoppelspalte 9, 11 und 12 grenzen. Die Triftrohre bestehen vorzugsweise aus Kupfer. Die erwähnten Spalten werden von Hohlräumresonatoren 13, 14 und 16 (s. auch Fig. 2) überbrückt.The tube shown is a klystron with three cavity resonators and serves to boost performance: it has an elongated, in general cylindrical shell on which at one end a jet generator 2 and at the the other end has a collecting electrode part 3. The electron beam from the gun 2. to the collecting electrode part 3 passes through a drift tube part, which consists of metal sections f and 7, which are connected to control and decoupling gaps 9, 11 and 12 borders. The drift tubes are preferably made of copper. The mentioned Gaps are bridged by cavity resonators 13, 14 and 16 (see also Fig. 2).

Der Strahlerzeuger 2 weist eine Kathode 17 auf, die in einer schalenartigen Beschleunigungsanode 18 untergebracht ist. Diese Anode besteht aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Kupfer, und hat eine zentrale Öffnung 19. Die von der Kathode kommenden Elektronen werden durch die Bündelungselektrode 21 in der üblichen Weise fokussiert.The beam generator 2 has a cathode 17, which is in a shell-like Accelerating anode 18 is housed. This anode is made of non-magnetic Material, preferably copper, and has a central opening 19. The one from the cathode Coming electrons are passed through the focusing electrode 21 in the usual manner focused.

Der Auffangel.ektrodenteil3 an dem anderen Ende der Röhre weist eine becherartige Auffangelektrode 24, beispielsweise aus Kupfer, auf, die an dem Triftröhrenteil mittels eines isolierenden Glasringes 26 angeschlossen ist. Die Teile 28 und 32 dienen zur Flüssigkeitskühlung (Wasserkühlung) der Auffangelektrode 24; die Kühlwassereinlaß- und -auslaßanschlüsse sind mit 29 und 31 bezeichnet.The collecting electrode part 3 at the other end of the tube has a Cup-like collecting electrode 24, for example made of copper, on the drift tube part by means of an insulating glass ring 26 is connected. The parts 28 and 32 are used for Liquid cooling (water cooling) of the collecting electrode 24; the cooling water inlet and outlet ports are designated 29 and 31.

Die oben beschriebenen Teile der Elektronenröhre wirken in der bei Klystronröhren üblichen Weise, d. h., es wird ein Elektronenstrahl von dem Strahlerzeuger durch den Triftröhrenteil mit den drei Resonatoren 13, 14 und 16 hindurchgeschickt und an der Auffangelektrode 24 aufgefangen. Bei der dargestellten Röhre, welche als Verstärker wirkt, wird das Signal zur Modulierung des Elektronenstrahles in den ersten Hohlraumresonator 13 eingeführt, und das verstärkte Signal wird über den dritten Hohlraumresonator 16 abgenommen.The parts of the electron tube described above act in the Klystron tubes in the usual manner, d. i.e., it becomes an electron beam from the gun sent through the drift tube part with the three resonators 13, 14 and 16 and collected on the collecting electrode 24. In the case of the tube shown, which acts as an amplifier, the signal is used to modulate the electron beam in the first cavity resonator 13 is introduced, and the amplified signal is over the third cavity resonator 16 removed.

Die Fig.2 bis 4 veranschaulichen die Elektronenröhre der Fig. 1 in Verbindung mit den für den Betrieb erforderlichen äußeren Bauteilen, welche die Hohlraumresonatoren vervollständigen und den magnetischen Kreis zur gebündelten Führung des Elektronenstrahles (Hauptkreis) beinhalten. Der magnetische Hauptkreis (Fig. 2) besteht aus einem den Triftröhrenteil umgebenden ferromagnetischen Rahmen 53, welcher stirnseitig jeweils mit einer quer zur Röhre angeordneten und diese eng umschließenden ferromagnetischen Endplatte 24, 51 bzw. 52 versehen ist, und drei im Innern des Rahmens angeordneten Fokussierungsspulen 48, 49. Die obere Eisenplatte 24, 51, die zwischen dem Strahlerzeuger 2 und dem übrigen Teil der Röhre eingeschaltet ist, wirkt dahin, den Strahlerzeuger gegen das Feld des magnetischen Hauptkreises abzuschirmen. Es ist zu beachten, daß der langgestreckte Hals der Hülle mit dem Strahlerzeuger 2 um eine merkliche Strecke aus dem magnetischen Hauptkreis vorragt. Der Zweck dieser Anordnungsweise besteht darin, zu ermöglichen, daß der Elektronenstrahl anfänglich unabhängig von dem Feld des magnetischen Hauptkreises fokussiert und geführt werden kann, bevor er in das magnetische Führungsfeld des magnetischen Hauptkreises eintritt.FIGS. 2 to 4 illustrate the electron tube of FIG. 1 in Connection with the external components required for operation, which the Cavity resonators complete and bundle the magnetic circuit Include guidance of the electron beam (main circle). The main magnetic circuit (Fig. 2) consists of a ferromagnetic frame surrounding the drift tube part 53, which is arranged at the end with a transverse to the tube and this tightly enclosing ferromagnetic end plate 24, 51 and 52 is provided, and three focusing coils 48, 49 arranged inside the frame. The upper iron plate 24, 51 connected between the beam generator 2 and the rest of the tube is, acts to the beam generator against the field of the main magnetic circuit shield. It should be noted that the elongated neck of the sheath with the Beam generator 2 protrudes a noticeable distance from the main magnetic circuit. The purpose of this arrangement is to allow the electron beam initially focused and independent of the field of the main magnetic circuit can be performed before entering the magnetic guide field of the main magnetic circuit entry.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist gemäß der Erfindung eine magnetische Linse 59 um den Hals 42 der Röhre herum vorgesehen, um den Strahl vor allem hinsichtlich seiner Richtung beeinflussen zu können. Dies ist für die praktische Herstellung und Arbeitsweise solcher Röhren von großer Wichtigkeit, da ohne eine solche Vorrichtung keine Gewißheit vorhanden wäre, <laß der Strahl hinreichend richtig in den Triftröhrenteil der Röhre eintritt. Abweichungen kommen infolge Unvollkommenheiten bei der Fabrikation immer vor. Diese Abweichungen werden erfindungsgemäß korrigiert bzw. kompensiert, da vor allem die Richtung des Elektronenstrahles, bevor der Strahl in den magnetischen Hauptkreis eintritt, durch die magnetische Linse 59 beeinflußbar ist.As can be seen from Fig. 2, according to the invention is a magnetic one Lens 59 is provided around the neck 42 of the tube, particularly with regard to the beam to be able to influence its direction. This is for convenience of manufacture and operation of such tubes is of great importance since without such a device if there were no certainty, <let the beam sufficiently correctly into the drift tube part enters the tube. Deviations occur as a result of imperfections in manufacture always before. According to the invention, these deviations are corrected or compensated for, since above all the direction of the electron beam before the beam enters the magnetic one Main circle enters through the magnetic lens 59 can be influenced.

Die Linse 59 weist vorzugsweise eine Spule 61 auf, die eine ausreichende Größe hat, damit sie über die Anode 18 in eine den Hals 42 der Röhrenhülle umgebende Lage gebracht werden kann. Ein ringförmiger Rahmen aus ferromagnetischem Material, ,v ie beispielsweise Eisen, der aus Scheiben- und schalenartigen Teilen 62 und 63 besteht, welche die Spule einschließen (Fig. 2), erstreckt sich bis nahe zu dem Hals der Röhre nach innen. Dieser Rahmen besteht aus zwei Paar unter sich jeweils gleicher Teile, die, zusammengebaut, den von der magnetischen Linse umgebenen Teil der Röhre umschließen. Der Rahmen ist ferner gespalten (Fig. 4), um die Anbringung um den Hals 42 der Röhrenhülle herum zu ermöglichen. Vorzugsweise wird die Linse 59 von der Endplatte 51 des magnetischen Hauptkreises getragen; sie ist so gelagert (Fig.3), daß sie quer zur Röhrenachse eingestellt bzw, verschoben werden kann. Dies wird mittels der Schrauben 66 erreicht, die durch die Löcher 67 in der Platte 51 hindurchgehen. Mit 64 sind Abstandsbuchsen bezeichnet. Vorzugsweise ist für jede Schraube eine Scheibe von großem Durchmesser vorgesehen, um zu verhindern, daß die Muttern durch die Löcher 67 hindurchgehen.The lens 59 preferably has a coil 61, which has a sufficient Has size so that it over the anode 18 in a surrounding the neck 42 of the tube shell Location can be brought. A ring-shaped frame made of ferromagnetic material, See, for example, iron made up of disk and cup-like parts 62 and 63 consists, which include the coil (Fig. 2), extends up to close to that Neck of the tube inward. This frame consists of two pairs of each other equal parts that, when assembled, the part surrounded by the magnetic lens enclose the tube. The frame is also split (Fig. 4) for attachment around the neck 42 of the tubular envelope. Preferably the lens 59 carried by the end plate 51 of the main magnetic circuit; it is so stored (Fig.3) that it can be adjusted or moved transversely to the tube axis. this is achieved by means of the screws 66 passing through the holes 67 in the plate 51 go through. With 64 spacer sleeves are designated. Preferably is for each Screw a large diameter washer is provided to prevent the Pass the nuts through the holes 67.

Bei der magnetischen Ausrichtung wird zuerst die Röhre in den magnetischen Hauptkreis gebracht, so daß die Röhre gleichachsig zu den Spulen 48 und 49 des magnetischen Hauptkreises liegt, was aber lediglich eine Angelegenheit der geometrischen Beziehung ist. Jede anfängliche Nichtausrichtung des Elektronenstrahles wird nun dadurch korrigiert, daß die Linse 59 einfach quer verschoben wird, bis sich die Strahlachse in bestmöglicher Übereinstimmung mit der Röhrenachse befindet; die optimale Einstellung liegt vor, wenn der Auffangelektrodenstrom am größten ist. Nachdem diese Einstellung ausgeführt worden ist, wird die Linse 59 in ihrer Lage verriegelt.In the case of magnetic alignment, the tube is first inserted into the magnetic Main circle brought so that the tube is equiaxed to the coils 48 and 49 of the magnetic Main circle, which is only a matter of the geometric relationship is. Any initial misalignment of the electron beam is now corrected by that the lens 59 is simply moved transversely until the beam axis is in the best possible way Coincides with the tube axis; the optimal setting is available, when the collector electrode current is greatest. After doing this setting has been, the lens 59 is locked in place.

Wenn auch die Hauptfunktion der Linse 59 beschrieben worden ist, nämlich die richtige Einführung des Elektronenstrahles in das magnetische Führungsfeld des magnetischen Hauptkreises, so ist zu bemerken, daß die Linse auch eine konvergierende Wirkung auf den Strahl ausübt und daher auch dahin wirkt, den Durchmesser des Elektronenstrahles zu beeinflussen. Der Betrag der konvergierenden Wirkung hängt insbesondere von dem Strom ab, der in der Linsenspule 61 fließt und der verändert werden kann, um den Strahldurchmesser einzustellen.Although the main function of the lens 59 has been described, namely the correct introduction of the electron beam into the magnetic guiding field of the magnetic main circuit, it should be noted that the lens is also a converging one Exerts effect on the beam and therefore also acts towards the diameter of the electron beam to influence. The amount of the converging effect depends in particular on the Current which flows in the lens coil 61 and which can be changed to the Adjust the beam diameter.

Anstatt Elektromagnete zu verwenden, können für den magnetischen Hauptkreis auch permanente Nlagnete benutzt werden.Instead of using electromagnets, you can use it for the main magnetic circuit permanent equipment can also be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Focusing arrangement for an electron tube with a drift tube part, an electrostatic beam generator at one end and a collecting electrode at the other end of the drift tube part, in which a magnetic circuit (main circuit) is used for beam focusing, consisting of a ferromagnetic frame surrounding the drift tube part, which is provided at the end with a ferromagnetic end plate arranged transversely to the tube and tightly enclosing the tube, and at least one focusing coil arranged inside the frame, and in which the beam generator is arranged in front of one end plate of the magnetic circuit (outside the same), thereby characterized in that between the beam generator (2) and the adjacent end plate (24, 51) of the magnetic circuit there is provided a magnetic lens (59) which is arranged to be transversely displaceable with respect to the tube.

2. Focusing arrangement according to claim 1, characterized in that that the magnetic lens (59) of a coil (61) is formed in a annular frame (62, 63) made of ferromagnetic material is included.

3. Focusing arrangement according to claim 2, characterized in that of the magnetic lens (59) surrounding part of the tube has a smaller outer diameter has as the part of the tube containing the jet generator (2), that the inner diameter of the lens coil (61) is larger and the inner diameter of the annular Frame (62, 63) is smaller than the outer diameter of the beam generator containing Part of the tube and that the annular frame consists of two pairs under each other the same parts as those surrounded by the magnetic lens when assembled Enclose part of the tube. Publications considered: German patent specification No. 893,990; U.S. Patent Nos. 2,619,611, 2,305,884; Proceedings IRE, 1953, P. 20 ff.