DE1093920B - High compression electron beam generation system with combined electrostatic and magnetic focusing, especially for travel time tubes - Google Patents

High compression electron beam generation system with combined electrostatic and magnetic focusing, especially for travel time tubes

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DE1093920B
DE1093920B DEL26853A DEL0026853A DE1093920B DE 1093920 B DE1093920 B DE 1093920B DE L26853 A DEL26853 A DE L26853A DE L0026853 A DEL0026853 A DE L0026853A DE 1093920 B DE1093920 B DE 1093920B
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Dipl-Ing Walter Friz
Dipl-Ing Dr Werner Klein
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Alcatel Lucent Deutschland AG
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Standard Elektrik Lorenz AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/029Schematic arrangements for beam forming

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei hochverdichtenden Strahlerzeugungssystemen wird neuerdings eine kombinierte elektrostatische und magnetische Verdichtung angewendet.In high-compression beam generation systems, a combined electrostatic and magnetic compression applied.

Die elektrostatische Verdichtung, wie sie bisher z. B. in Wanderfeidwendelröhren bei der Erzeugung eines sogenannten Brillouinstrahles verwendet wurde, hat verschiedene Nachteile, z. B. erhöhtes Rauschen, große Empfindlichkeit des Strahlerzeugungssystems gegen Einbautoleranzen, starke Abhängigkeit der Verstärkung von der magnetischen Führungsfeldstärke xo und abfallende Ausgangsleistung mit wachsender magnetischer Führungsfeldstärke sowie starkes Ansteigen des Wendelverluststromes bei stärker ansteigendem Eingangssignal.The electrostatic compaction, as it has so far z. B. in Wanderfeidwendelröhren in the production a so-called Brillouin jet has been used, has several disadvantages, e.g. B. increased noise, Great sensitivity of the beam generation system to installation tolerances, strong dependency on the gain of the magnetic field strength xo and decreasing output power with increasing magnetic Leading field strength as well as a strong increase in the filament leakage current when it rises more sharply Input signal.

Strahlerzeugungssysterne mit kombinierter elektrostatischer und magnetischer Verdichtung zeigen dagegen diese Mängel nicht, haben darüber hinaus den Vorteil eines höheren Wirkungsgrades und ermöglichen durch die exaktere Strahlführung eine intensivere Kopplung.Beam generation systems with combined electrostatic and magnetic compression, on the other hand, do not show these deficiencies, but also have the Advantage of a higher degree of efficiency and enable a more intensive one due to the more precise beam guidance Coupling.

Die Realisierung eines Strahlerzeugungssystems mit kombinierter elektrostatischer und magnetischer Verdichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zum Beispiel kann um das Strahlerzeugungssystem ein magnetischer Zylinder gelegt werden, dessen Öffnungsquerschnitt so groß gewählt ist, daß ein bestimmter Teil des zur Fokussierung der Elektronenströmung erforderlichen Magnetfeldes bis zur Kathode wirksam ist und die Stärke des Magnetfeldes von der Kathode in Elektronenströmungsrichtung allmählich bis zum vollen Wert der magnetischen Führungsfeldstärke ansteigt. Bei geringerer Verdichtung genügt es, durch ferromagnetische Ringe den gewünschten Anstieg der Feldstärke zu erreichen.The realization of a beam generation system with combined electrostatic and magnetic Compaction can be done in a number of ways. For example, around the beam generation system a magnetic cylinder are placed, the opening cross-section is chosen so large that a certain part of the magnetic field required to focus the electron flow up to the cathode is effective and the strength of the magnetic field from the cathode in the electron flow direction gradually increases to the full value of the magnetic guide field strength. Sufficient for lower compression it is to achieve the desired increase in field strength through ferromagnetic rings.

In dem Buch »Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, Bd. 3, Leipzig 1954, S. 294, sind Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit kombinierter elektrostatischer und magnetischer Fokussierung beschrieben, bei denen das Magnetfeld im Zusammenwirken mit einer langgestreckten Fokussierungsspule erzeugt wird, und zwar mittels einer Lochscheibe aus magnetischem Material, eines das Elektronenstrahlerzeugungssystem umgebenden Zylinders aus magnetischem Material oder einer magnetischen Hilfsspule mit Gegenfeld. In the book "Advances in High Frequency Technology", Vol. 3, Leipzig 1954, p. 294, electron beam generation systems are described with combined electrostatic and magnetic focusing, in which the magnetic field interacts is generated with an elongated focusing coil, namely by means of a perforated disc made of magnetic Material, of a cylinder made of magnetic material surrounding the electron gun or a magnetic auxiliary coil with opposing field.

Bei all den bekannten Anordnungen werden im wesentlichen nur die Randelektronen oder die zentral aus der Kathode austretenden Elektronen vollkommen fokussiert, während die restlichen Elektronen unvollkommen gebündelt werden. Die bei den hochverdichtenden Strahlerzeugungssystemen erforderlichen großen Konvergenzwinkel lassen sich mit den bekannten Strahlerzeugungssystemen nicht erreichen.In all of the known arrangements, only the edge electrons or the central electrons are essentially The electrons emerging from the cathode are fully focused, while the remaining electrons are imperfect be bundled. The ones required in high-compression beam generating systems large convergence angles cannot be achieved with the known beam generation systems.

Bei sehr hoher Verdichtung treten meist unver-In the case of very high compression, the

erzeugungssystem mit kombiniertergenerating system with combined

elektrostatischer und magnetischerelectrostatic and magnetic

Fokussierung, insbesondereFocus, in particular

für Laufzeitröhrenfor transit time tubes

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Applicant:
Standard electrical system Lorenz

Aktiengesellschaft,Corporation,

Stuttgart-Zuffenhausen,Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Ing. Dr. Werner Klein, Korntal (Württ),Dipl.-Ing. Dr. Werner Klein, Korntal (Württ),

und Dipl.-Ing. Walter Friz, Stuttgart,and Dipl.-Ing. Walter Friz, Stuttgart,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

meidliche Verzeichnungsfehler auf, die den gewünschten Überschneidungspunkt der Elektronenströmungslinien zu einem Überschneidungsbereich erweitern. Um trotz dieser unvermeidlichen Verzeichnungsfehler zu einer brauchbaren Fokussierung zu gelangen und um zu erreichen, daß sowohl die Rand- als auch die zentralen Elektronen gleich gut fokussiert werden, wodurch eine wesentlich glattere Strahlberandung besonders bei hoher Verdichtung erreicht wird, schlägt die Erfindung bei einem hochverdichtenden, von mindestens einem ferromagnetischen Zylinder koaxial umschlossenen Elektronenstrahlerzeugungssystem, bei dem die von einer Konkavkathode emittierten Elektronen durch im wesentlichen in Richtung der Elektronenst.römungslinien verlaufende elektrostatische und magnetische Fokussierungsfelder zu einem Elektronenstrahl gebündelt werden, insbesondere für Laufzeitröhren, vor, daß der (die) das Elektronenstrahlerzeugungssystem umschließende (n) ferromagnetische(n) Zylinder derart ausgebildet und angeordnet ist (sind), daß er (sie) von der Kathode aus gesehen, zylindrische Zonen mit in Elektronenströmungsrichtung größer werdenden Öffnungsquerschnitten bildet (bilden).avoidable distortion errors that produce the desired Expand the intersection point of the electron flow lines to an intersection area. In order to achieve a usable focus despite these inevitable distortion errors and to achieve that both the edge and the central electrons are equally well focused, whereby a much smoother jet boundary is achieved, especially with high compression, beats the invention in a high-compression, coaxial of at least one ferromagnetic cylinder enclosed electron gun in which the electrons emitted by a concave cathode by means of electrostatic and magnetic focusing fields are bundled to form an electron beam, especially for time-of-flight tubes, propose that the ferromagnetic (s) surrounding the electron gun Cylinder is (are) designed and arranged in such a way that, viewed from the cathode, it is cylindrical Forms zones with opening cross-sections that increase in the electron flow direction.

Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, bei Verwendung von zwei ferromagnetischen Zylindern den einen Zylinder innerhalb und den anderen Zylinder außerhalb des Vakuumgefäßes der Röhre anzuordnen. Durch die Trennung können die beiden Zylinder auf verschiedenem magnetischem Potential liegen. Durch den Abstand der beiden Zylinder sowie durch deren axiale ÜberlappungIn a further development of the subject matter of the invention, it is proposed that two be used ferromagnetic cylinders one cylinder inside and the other cylinder outside the vacuum vessel to arrange the tube. Due to the separation, the two cylinders can operate on different magnetic Potential. Due to the distance between the two cylinders and their axial overlap

009 650/385009 650/385

sind die nötigen Freiheitsgrade gegeben. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung liegt in der Möglichkeit, die stets auftretenden Exemplarstreuungen durch einfache Nachjustierung des äußeren Zylinders ausgleichen zu können.the necessary degrees of freedom are given. A particular advantage of this version is the possibility of Compensate for the specimen variance that always occurs by simply readjusting the outer cylinder to be able to.

In Fig. 1 ist schematisch ain erfbidungsgemäiSes Strahlerzeugungssysitem hoher Verdichtung mit kombinierter elektrostatischer und magnetischer Fokussierung dargestellt, wobei die konkave Kathode 1 von der Fokussierungselektrode 2 umgeben und eine Beschleunigungsanode 3 vorgesehen ist. Ein ferromagnetischer Zylinder 4 umgibt koaxial das Strahlungserzeugungssystem. Der Teil 5 dieses Zylinders ermöglicht den obengenannten zusätzlichen Feldstärkeanstieg. Das Strahlerzeugungssystem selbst einschließlich des magnetischen Zyiinders ist in einem ein homogenes magnetisches Führungsfeld Φ erzeugenden Magneten angeordnet.1 shows schematically a high compression beam generation system according to the invention with combined electrostatic and magnetic focusing, the concave cathode 1 being surrounded by the focusing electrode 2 and an acceleration anode 3 being provided. A ferromagnetic cylinder 4 coaxially surrounds the radiation generating system. Part 5 of this cylinder enables the above-mentioned additional increase in field strength. The beam generation system itself, including the magnetic cylinder, is arranged in a magnet that generates a homogeneous magnetic guide field Φ.

In Fig. 2 ist schematisch ein Strahlerzeugungssystem mit zwei ferromagnetisehen Zylindern 4 und 6 dargestellt. Die konkave Kathode 1 ist wie in Fig. 1 von einer Fokussierungselektrode 2 umgeben. 3 ist wiederum eine Beschleunigungsanode. Die ferromagnetischen Zylinder umschließen koaxial das Strahlerzeugungssystem. Der Zylinder 6, der den Zylinder 4 um einen bestimmten Betrag axial überlappt und von diesem einen bestimmten Abstand hat, sorgt für den zusätzlichen Feldstärkeanstieg·. Es ist vorteilhaft, zwischen den Zylindern 4 und 6 die Vakuumhülle zu legen. Dann ist der Zylinder 6 von außen justierbar; damit kann bei gegebenem Magnetfeld Φ der günstigste Betrag des Feldstärkeanstjiegs eingestellt werden.In Fig. 2, a beam generation system with two ferromagnetic cylinders 4 and 6 is shown schematically. As in FIG. 1, the concave cathode 1 is surrounded by a focusing electrode 2. 3 is again an acceleration anode. The ferromagnetic cylinders coaxially enclose the beam generation system. The cylinder 6, which axially overlaps the cylinder 4 by a certain amount and is at a certain distance from it, provides the additional field strength increase. It is advantageous to place the vacuum envelope between the cylinders 4 and 6. Then the cylinder 6 can be adjusted from the outside; With this, the most favorable amount of the field strength increase can be set for a given magnetic field Φ.

Es lassen sich mit Hilfe dieser beiden Ausführungsl>eispiele Strahlerzeugungssysteme mit kombinierter elektrostatischer und magnetischer Verdichtung bauen, die eine besonders hohe Verdichtung haben, wobei der Konvergenzwinkel größer als 30° sein kann.With the help of these two exemplary embodiments Build beam generation systems with combined electrostatic and magnetic compression, which have a particularly high compression, whereby the convergence angle can be greater than 30 °.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: von einer Konkavkathode emittierten Elektronen durch im wesentlichen in Richtung der Elektronenströmungslinien verlaufende elektrostatische und magnetische Fokussierungsfelder zu einem Elektronenstrahl gebündelt werden, insbesondere für Laufzeitröhren, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) das Elektronenstrahlerzeugungssystem umschließende (n) ferromagnetische(n) Zylinder derart ausgebildet und angeordnet ist (sind), daß er (sie), von der Kathode aus gesehen, zylindrische Zonen mit in Elektronenströmungsrichtung größer werdenden Öffnungsquerschnitten bildet (bilden).substantially in the direction of the electron flow lines extending electrostatic and magnetic focusing fields are of a Konkavkathode electrons emitted by bundled into an electron beam, in particular for velocity-modulated tubes, characterized in that the (s) of the electron gun enclosing (n) ferromagnetic cylinder (s) so constructed and arranged is (are) that he (they), seen from the cathode, forms cylindrical zones with opening cross-sections which increase in the electron flow direction. 2. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Rundstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem und der (die) ferromagnetische^) Zylinder rotationssymmetrisch ausgebildet ist (sind) und der (die) ferromagnetische(n) Zylinder ein in Elektronenströmungsrichtung sich stufenartig erweiterndes Gebilde darstellt (darstellen).2. electron gun according to claim 1 for generating an omnidirectional beam, characterized characterized in that the electron gun and the ferromagnetic ^) The cylinder is (are) designed to be rotationally symmetrical and the ferromagnetic cylinder (s) represents (represent) a structure widening in a step-like manner in the electron flow direction. 3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Flachstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem und der (die) ferromagnetische^) Zylinder axial symmetrisch ausgebildet ist (sind) und der (die) ferromagnetische(n) Zylinder ein in Elektronenströmungsrichtung sich stufenartig erweiterndes Gebilde darstellt (darstellen).3. Electron gun according to claim 1 for generating a flat beam, characterized characterized in that the electron gun and the ferromagnetic ^) The cylinder is axially symmetrical and the ferromagnetic cylinder (s) represents (represent) a structure widening in a step-like manner in the electron flow direction. 4. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwei ferromagnetischen Zylindern der eine Zylinder innerhalb und der andere Zylinder außerhalb des Vakuumgefäßes der Röhre angeordnet ist.4. electron gun according to one of claims 1 to 3, characterized in that that when using two ferromagnetic Cylinders one of the cylinders inside and the other cylinder outside the vacuum vessel of the Tube is arranged. 5. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel des Elektronenstrahls größer als 30° ist.5. electron gun according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the convergence angle of the electron beam is greater than 30 °. 1. Hochverdichtendes, von mindestens einem 40 In Betracht gezogene Druckschriften:1. High density, from at least one 40 publications considered: ferromagnetischen Zylinder koaxial umschlossenes »Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, Bd. 3, Leip-ferromagnetic cylinder coaxially enclosed "Advances in High Frequency Technology", Vol. 3, Leipzig Elektronenstrahlerzeugungssystem, bei dem die zig 1954, S. 294.Electron gun, in which the zig 1954, p. 294. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 009 650/385 11.© 009 650/385 11.
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