DE1076280B - Permanentmagnetsystem zur gebuendelten Fuehrung mindestens eines Elektronenstrahls ueber eine groessere Wegstrecke, insbesondere fuer Wanderfeldroehren - Google Patents

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

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
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)

Patentansprüche:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© S09 757/405 2.60¹