DE1076280B - Permanentmagnetsystem zur gebuendelten Fuehrung mindestens eines Elektronenstrahls ueber eine groessere Wegstrecke, insbesondere fuer Wanderfeldroehren - Google Patents
Permanentmagnetsystem zur gebuendelten Fuehrung mindestens eines Elektronenstrahls ueber eine groessere Wegstrecke, insbesondere fuer WanderfeldroehrenInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung· bezieht sich auf ein Permanentmagnetsystem
zur gebündelten Führung mindestens eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke, insbesondere
für Wanderfeldröhren, bei dem die Permanentmagnete axialsymmetrisch zum Elektronenstrahl
angeordnet sind und sich parallel zum Elektronenstrahl längis desselben erstrecken und bei dem in Elektronenstrahlriclhtung
hintereinander angeordnete, vom Elektronenstrahl durchsetzte Polschuhe abwechselnd
so mit den gleichnamigen Polen der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete magnetisch verbunden,
sind, daß längs der Elektronenstrahlachse ein in der Richtung alternierendes Magnetfeld mit etwa
sinusförmigem Verlauf der magnetischen Feldstärke entsteht.
Bei der Verstärkung oder Erzeugung von sehr kurzen Wellen, in Wanderfeldröhren tritt bekanntlich
die Schwierigkeit auf, den Elektronenstrahl zur Erzielung einer guten Kopplung zwischen der elektromagnetischen;
Welle und den Strahlelektronen dicht an der Verzögerungsleitung vorbeizufahren und trotzdem
einen Elektronenaufprall auf die Verzögerungsleitung zu verhindern. Dazu ist es notwendig, den
Elektronenstrahl entlang seiner Entladungsbahn gebündelt zu führen.
Es sind bereits permanentmagnetische Fokussierungseinriehtungen
bekannt, bei denen im Inneren des Entladungsgefäßes entweder ein homogenes oder ein
in der Richtung alternierendes Magnetfeld längs der Entladungsbahn erzeugt wird.
Zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes längs der Entladungsbahn werden Permanentmagnete
entweder parallel zur Entladungsbahn oder an den Enden der Verzögerungsleitung senkrecht zur Entladungsbahn
angeordnet. Bei Wanderfeldröhren ist die Entladungsstrecke verhältnismäßig lang, so· daß
die Erzeugung eines homogenen magnetischen Feldes einen großen magnetischen Energiegehalt der Magnete
erfordert. Zur Homogenisierung dieses Feldes werden die Magnetpole durch Weicheisenzylinder verbunden.
Dieser magnetische Nebenschluß erfordert einen weiteren Energieinhalt der Magnete, so daß die
Magnete sehr groß bemessen sein müssen. Dadurch wird die Fokussierungsanordnung räumlich umfangreich
und schwer.
Deshalb ist man zu einer anderen Fokussierungsmethode
übergegangen, bei der der Elektronenstrahl durch eine sinusförmige Feldstärkeverteilung längs
des Elektronenstrahls gebündelt geführt wird. Eine bekannte Anordnung, bei der ein in der Richtung alternierendes
Magnetfeld in Entladungsrichtung erzeugt wird, besteht aus kurzen Permanentmagnetringen, die
koaxial zum Elektronenstrahl hintereinander angeordnet sind. Dabei stoßen immer zwei gleichnamige Pole
Permanentmagnetsystem
zur gebündelten Führung
mindestens eines Elektronenstrahls
über eine größere Wegstrecke,
insbesondere für Wanderfeldröhren
insbesondere für Wanderfeldröhren
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Dr. Werner Veith, München,
und Paul Meyerer, München,
sind als Erfinder genannt worden
zusammen. An den Angrenzungsstellen der gleichnamigen
Pole sind Weicheisenringe angebracht, die den magnetischen Fluß bis zur Wandung des Entladungsgefäßes
führen. An den Stellen, an denen die Weicheisenringe an die Gefäßwand angrenzen, sind
zylindrische Polschuhe vorgesehen, so· daß sich entlang
der Elektroaenstrahlachse eine sinusförmige Feldstärkeverteilung ergibt. Diese koaxiale Anordnung
der Magnete zum Elektronenstrahl hat den Nachteil, daß die Magnete nicht beliebig1 kurz gewählt
werden können, da sonst die Amplitude der sinusförmigen Feldstärkeverteilung entlang der Elektronen-Strahlachse
zu klein wird und somit die Elektronenstromdiohte des gebündelt zu führenden Elektronen-Strahls
begrenzt ist. Dadurch wird der Wellenlänge der zu verstärkenden oder zu erzeugenden elektromagnetischen
Wellen bei Wanderfeldröhren oder ähnlichen Höchistfrequenzröhren eine untere Grenze und
der Verstärkung bzw. der Ausgangsleistung eine obere Grenze gesetzt, wie noch weiter unten mit Hilfe
der Fig. 1 näher erläutert werden soll.
Deshalb bestand die Aufgabe der Erfindung1 darin,
eine Fokussierungseinrichtung für Wanderfeldröhren oder dergleichen zu schaffen, die eine gute Bündelung
des Elektronenstrahls auch bei sehr großen Elektronenstrorndichten
gewährleistet.
Es ist auch bereits ein Permanentmagnetsystem zur Fokussierung von Elektronenstrahlen für Wanderfeldröhren
bekannt, bei dem die Fokussierungsma-
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gnete mit ihrer Magnetisierungsrichtung radial zum Elektronenstrahl angeordnet sind und sich in ihrer
Längsausdehnung über den gesamten FokussierungsbereicJi
erstrecken. Dabei sind gegenüberliegende Magnete so ausgerichtet, daß in Elektronenistrahlnähe
gleichnamige Pole vorhanden sind, wobei das eine gegenüberliegende Paar die JSTordpole und das andere
gegenüberliegende Paar die Südpole in der Nähe des Elektronenstrahls hat. Gleichnamige Pole sind dabei
in Elektronenstrahlrichtung abwechselnd durch Polschuhe miteinander verbunden, die je eine zentrale
,Öffnung zur Aufnahme des Entladungsgefäßes besitzen. Außen herum befinden sich Bleche aus magnetischem
Material, die zur Verbindung sämtlicher außenliegenden Magnetpole dienen.
Demgegenüber wird ein Permanentmagnetsystem der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, dessen
wesentliches Merkmal erfindungsgemäß darin besteht; daß in Ebenen senkrecht zum Elektronenstrahl
die Permanentmagnete längs den Seiten eines geschlossenen Vierecks so angeordnet sind, daß gleichnamige
Pole der in Umfangsrichtung des Vierecks magnetisierten Permanentmagnete einander benachbart
sind.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat gegenüber der letztgenannten bekannten Anordnung den
wesentlichen Vorteil, daß ohne große Streufelder eine einfache Anpassung des Bedarfs an magnetischem
Fluß und magnetischer Spannring für die exakte Fokussierung des Elektronenstrahls bei sehr hohen
Frequenzen erreichbar ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die bei
der bekannten Anordnung außen herum geführten magnetischen Verbindungsbleche wegfallen und somit
die Anordnung einfacher und leichter wird. Es hat sich ergeben, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung
eine außerordentlich gute Annäherung an die theoretische Sinuskurve der Feldstärkeverteilung in
Elektronenstrahlrichtung erzielbar ist.
Für die erfindungsgemäße Anordnung ist es vorteilhaft, daß die aus Weicheisen bestehenden Polschuhe
in der Nähe der Magnete einen größeren Querschnitt besitzen als in der Nähe des Elektronenstrahls,
damit der für die Erzeugung des sinusförmigen Feldverlaufs notwendige Flußbedarf aus den
Magneten entnommen werden kann. Zur Aufnahme des Entladungsgefäßes, z. B. einer Wanderfeldröhre,
sind die zur magnetischen Verbindung der gleichnamigen Pole der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete
dienenden Polschuhe mit je einer Bohrung versehen.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. la und Ib zeigen den Aufbau und den Feldstärkeverlauf
einer bekannten Anordnung;
Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter
Darstellung.
In Fig. 1 a ist ein Teil der bekannten magnetischen Fokussierungseinrichtung für Wanderfeldröhren' dargestellt,
bei der der Feldstärkeverlauf in ^-Richtung alternierend und annähernd sinusförmig ist. Koaxial
zur z-Achse, die gleichzeitig die Längsachse des Elektronenstrahls
darstellt, sind ringförmige Permanentmagnete 1 hintereinander so angeordnet, daß gleichnamige
Pole aneinandergrenzen. Zwischen den gleichnamigen Polen sind ringförmige Polschule 2 vorgesehen,
die in der Nähe des Entladungsgefäßes 4 zylinderförmige Ringe 3 besitzen. Innerhalb des Entladungsgefäßes
ist koaxial zur 2-Achse eine Wendel 5 angeordnet, durch die der Elektronenstrahl hindurchgeschossen
wird. Von den zylinderf örmigen Teilen 3 der Polschuhe gehen magnetische Feldlinien 6 aus.
Die Richtung der magnetischen Feldlinien 6 hängt von der Polarität der Polschuhe ab und ist mit entsprechenden
Pfeilen gekennzeichnet.
In Fig. 1 b ist die Größe der Feldstärke H, die entlang der 5-Achse des Entladungssystems der Fig. 1 a
auftritt, in Richtung der s-Achse aufgetragen. Die
ίο ausgezogene Sinuskurve7 stellt den theoretischen
Feldverlauf dar, der zur einwandfreien Fokussierung des Elektronenstrahls notwendig ist. Der gestrichelte
Feldverlauf 8 zeigt annähernd den wirklichen Feldstärkeverlauf einer Anordnung nach Fig. 1 a, der dadurch
entsteht, daß die Ringmagnete 1 magnetisch nicht so gleichwertig hergestellt werden können, daß
die Amplituden der Sinuskurve der Feldstärke gleich groß sind.
Zur Erhöhung1 der zu erzeugenden oder zu verstärkenden
Frequenz einer in der Fig. 1 dargestellten Wanderf eldwendelröhre ist es notwendig, den Wendeldurohmesser
zu verkleinern. Dazu ist es notwendig, den Elektronenstrahlquerschnitt ebenfalls zu verkleinern,
so daß bei gleicher Ausgangsleistung bzw. gleicher Verstärkung die Elektronenstromdichte sehr
viel größer wird. Eine Zunahme der Elektronenstromdichte hat aber zur Folge, daß die Abstoßungskräfte
der Elektronen größer sind und somit zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls eine größere FeId-Stärkeamplitude
der sinusförmigen Feldstärkeverteilung (Fig. Ib) erforderlich wird. Da jedoch die Feldstärke
eines Permanentmagnets von der Länge desselben abhängt, ist es mit einer Anordnung nach
Fig. 1 a nicht möglich, die Feldstärke zu erhöhen, wenn man zu höheren Frequenzen übergehen will.
Außerdem wird mit höherer Frequenz der auf der Wendel geführten Welle die Plasmawellenlänge
kleiner. Die Periodenlänge L der Sinuswelle der Fokussierungsfeidstärke steht aber in einem solchen
Verhältnis zur Plasmawellenlänge, daß mit kleiner werdender Plasmawellenlänge die Periodenlänge L
der Sinuswelle der Fokussierungsfeldstärke ebenfalls kleiner sein muß. Aus den angeführten zwei Gründen
hat deshalb die Anordnung der Fig. 1 a eine Grenzwellenlänge der zu verstärkenden oder zu erzeugenden
elektromagnetischen Welle.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das größte magnetische Feld zwischen den kleinen Abständen d der
zylinderförmigen Ringe 3 der Polschuhe 2 auftritt und das auf der £-Achse benötigte sinusförmige Feld
ein Streufeld darstellt. Die Größe dieses Streufeldes ist vorwiegend abhängig von den in Fig. 1 a eingetragenen
Maßen /, R und d. I bedeutet den Abstand
der Polschuhe 2 voneinander, der für den Streufeldnebenschluß außerhalb des Entladungsgefäßes bestimmend
ist. d bestimmt den Verlust, der durch das starke Feld zwischen den zylindrischen Ringen 3 entsteht.
R stellt den Radius der zylinderförmigen Ringe 3 dar,
von dem ebenfalls die Größe der Feldstärkeverteilung auf der £-Achse abhängt. Es ist ersichtlich, daß mit
kleiner werdendem / die Feldstärke auf der .s-Achse
ebenfalls geringer wird, da der dann zunehmende Streufeldnebenschluß einen größeren magnetischen
Energieinhalt des Magnets braucht. Mit kleiner werdendem d wird das Hauptfeld größer, so daß dann
dem magnetischen Streufeld auf der 2-Achse ebenfalls magnetische Energie entzogen wird. Ein Ausgleich
über R wäre nur dann möglich, wenn der Radius des Entladungsgefäßes sehr klein gemacht wird. Das ist
aber nur insoweit möglich, wie es die Feinwerktech-
nik zulassen kann, um die Toleranzen, die für
Wanderfeldröhren sehr eng gehalten werden müssen, nicht zu groß werden zu lassen. Durch diese einfachen
Überlegungen kommt klar zum Ausdruck, daß die Anwendungsmöglichkeiten der in der Fig. 1 a dargestellten
bekannten Anordnung begrenzt sind und diese Anordnung für sehr kurze elektromagnetische
Wellen nicht angewendet werden kann.
Fig. 2 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Permanentmagnetsystem dar, das es ermöglicht, ein
sinusförmiges Feld entlang der Achse des Elektronenstrahls (2-Achse) zu erzeugen, wobei entsprechend
den obengenannten Bedingungen die Periodenlänge L des sinusförmigen magnetischen Feldes den in
Wanderfeldröhren auftretenden höchsten Frequenzen angepaßt werden kann und bei dem gleichzeitig die
Fokussierungsf eidstärke und der Flußbedarf, also praktisch der Energieinhalt der Magnete, in weiten
Grenzen verändert werden kann. Die Magnete 9, 10, und 11 und 12 sind axialsymmetrisch zur Achse des
Elektronenstrahls so angeordnet, daß die Magnete die Seiten eines Quadrates bilden. Dabei stoßen immer
gleichnamige Pole an den Ecken des Quadrates zusammen. Dadurch ergibt sich, daß gegenüberliegende
Ecken des Quadrates gleichnamige Polarität besitzen. Die einander gegenüberliegenden Ecken gleichnamiger
Polarität sind in horizontaler Richtung über die PoI-schralhe
13, 15, 14 verbunden. In vertikaler Richtung stellen die Polschuhe 16, 18, 17 die Verbindung her.
Die zentralen Polschuhteile 15 und 18 sind mit den Polschuhteilen 13 und 14 bzw. 16 und 17 über die
trapezförmigen Polschuhteile 19 und 20 bzw. 21 und 22 verbunden. Sämtliche Polschuhe sind vorteilhafterweise
aus Weicheisen hergestellt, damit eine beliebig hohe Kraftliniendichte der aus den zentralen Polschuhteilen
15 und 18 auetretenden magnetischen Kraftlinien möglich ist. Der Polsdiiuhquerschnitt in
der Nähe der Magnete ist größer gewählt als der Polschuhquerschnitt in der Nähe des Elektronenstrahls,
damit der durch den Querschnitt bestimmte Fluß möglichist groß aus den Magneten entnommen werden
kann. Die zentralen Pol schuhteile 15 und 18 sind mit Bohrungen 25 versehen, die zur Aufnahme des Entladungsgefäßes
dienen.
Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf Wanderfeldröhren
od. dgl., sondern kann auch überall dort vorteilhaft verwendet werden, wo es sich darum
handelt, Elektronenstrahlen über einen längeren Weg gebündelt zu führen. Die Erfindung kann auch über
das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel hinaus für Permanentmagnetsysteme angewendet werden,
die in Ebenen senkrecht zum Elektronenstrahl zu einem geschlossenen geradzahligen Vieleck angeordnet
sind.
Claims (5)
1. Permanentmagnetsystem zur gebündelten Führung mindestens eines Elektronenstrahls über
eine größere Wegstrecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, bei dem die Permanentmagnete
axialsyminetrisch zum Elektronenstrahl angeordnet sind und sich parallel zum Elektronenstrahl
längs desselben erstrecken und bei dem in Elektronenetrahlrichtung
hintereinander angeordnete, vom Elektronenstrahl durchsetzte Polschuhe abwechselnd
so mit den gleichnamigen Polen der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete magnetisch
verbunden sind, daß längs der Elektronenstrahlachse ein in der Richtung alternierendes
Magnetfeld mit etwa sinusförmigem Verlauf der magnetischen Feldstärke entsteht, dadurch gekennzeichnet,
daß in Ebenen senkrecht zum Elektronenstrahl die Permanentmagnete längs den Seiten eines geschlossenen Vierecks so>
angeordnet sind, daß gleichnamige Pole der in Umfangsridhtung des Vierecks magnetisierten Permanentmagnete
einander benachbart sind.
2. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Ebenen senkrecht
zum Elektronenstrahl die Permanentmagnete ein quadratisches Viereck bilden, durch dessen Mittelpunkt
der Elektronenstrahl verläuft.
3. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ecken des
Vierecks einander benachbarten gleichnamigen Pole mit den gegenüberliegenden gleichnamigen
Polen durch senkrecht zum Elektronenstrahl sich erstreckende Polschuhe verbunden sind.
4. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Weicheisen
bestehenden Polschuhe in der Nähe der Magnete einen größeren Querschnitt besitzen als in
der Nähe des Elektronenstrahls.
5. Permanentmagnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
zur magnetischen Verbindung der gleichnamigen Pole der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete
dienenden Polschuhe je eine Bohrung zur Aufnahme des Entladungsgefäßes besitzen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 099 234.
Französische Patentschrift Nr. 1 099 234.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© S09 757/405 2.601
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