DE1109796B

DE1109796B - Electron beam generation system with focusing ring for transit time tubes

Info

Publication number: DE1109796B
Application number: DES52897A
Authority: DE
Inventors: Thomas Davis Sege
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1956-02-24
Filing date: 1957-03-27
Publication date: 1961-06-29
Also published as: DE1235441B; NL214772A; NL215805A; US3210669A; GB856973A; DE1286647B; GB586973A; FR1170097A

Description

INTERNAT.KL. HOIjINTERNAT.KL. HOIj

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 52897 Vraa/21gS 52897 Vraa / 21g

ANMELDETAG: 27. MARZ 1957REGISTRATION DATE: MARCH 27, 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 29. JUNI 1961NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: JUNE 29, 1961

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für Laufzeitröhren nach Art des Klystrons oder der Wanderfeldröhre, bei dem (in Strahlrichtung gesehen) hinter der Elektronenquelle (Kathode) ein die Elektronen fokussierender leitender Ring (Fokussierungsring) koaxial zum Elektronenstrahl angeordnet ist.The invention relates to an electron gun for time-of-flight tubes of the klystron type or the traveling wave tube, in which (seen in the direction of the beam) behind the electron source (Cathode) a conductive ring that focuses the electrons (focusing ring) coaxial with the electron beam is arranged.

Bei derartigen Systemen können die Systemteile einen Hohlraumresonator bilden, dessen Grundfrequenz oder eine davon harmonische Frequenz innerhalb des Betriebsbereiches der Röhre liegt, so daß die in einem solchen Hohlraumresonator entstehenden Schwingungen den Betrieb der Röhre beeinträchtigen können.In such systems, the system parts can form a cavity resonator, the fundamental frequency of which or a harmonic frequency thereof is within the operating range of the tube, see above that the vibrations generated in such a cavity affect the operation of the tube can.

Die Erfindung bezweckt, die schädlichen Wirkungen solcher Schwingungen zu vermeiden oder wenigstens beträchtlich zu vermindern. Zu diesem Zweck wird ein Elektronenstrahlerzeugungssystem der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß in dem Fokussierungsring ein (mehrere) wenigstens nahezu über dessen ganzen Umfang verlaufender (verlaufende) Schlitz(e) angebracht ist (sind).The invention aims to avoid, or at least at least, the harmful effects of such vibrations to be reduced considerably. For this purpose, an electron gun is described in the introduction mentioned type according to the invention designed in such a way that in the focusing ring a (several) at least almost over its entire circumference running (running) slot (s) attached is (are).

Derartige Schlitze setzen einen Strom, der in dem Fokussierungsring parallel zum Elektronenstrahl, d. h. quer zu den Schlitzen, fließt, herab, und infolgedessen wird die Wirkung solcher Ströme auf den Strahl erheblich verringert. Gegebenenfalls können die Schlitze verlustreiches Material zur weiteren Verringerung des Ringstromes enthalten.Such slits set a current that is parallel to the electron beam in the focusing ring, i. H. across the slots, flows, down, and as a result the effect of such currents on the jet becomes considerable decreased. Optionally, the slots can be lossy material to further reduce the Ring current included.

Vorzugsweise liegen die Schlitze im wesentlichen in einer zur Elektronenstrahlachse senkrechten Ebene.Preferably, the slots lie essentially in a plane perpendicular to the electron beam axis.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung hervor. In dieser zeigtFurther advantages and details of the invention will emerge from the following description of a particular one Embodiment based on the drawing. In this shows

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Elektronenstrahlerzeugungssystem in teilweise geschnittenem Aufriß,1 shows an electron gun according to the invention in a partially sectioned elevation,

Fig. 2 den Fokussierungsring der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab in perspektivischer Ansicht, wobei ein Teil des Ringes entfernt ist,FIG. 2 shows the focusing ring of FIG. 1 on an enlarged scale in a perspective view, wherein part of the ring is removed,

Fig. 3 in Teilansicht eine abgeänderte Ausführung des Ringes der Fig. 2.FIG. 3 shows, in partial view, a modified embodiment of the ring from FIG. 2.

Das in Fig. 1 gezeigte Elektronenstrahlerzeugungssystem weist eine konkave Elektronenquelle 11 (Kathode) auf, die von Stützen 12 und 13 innerhalb des zylindrischen metallischen Gehäuses 14 gehalten wird, sowie einen Heizdraht 15 zur Heizung der Kathode 11. Im Abstand der Kathode 11 in der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls ist eine Beschleunigungselektrodelö (Beschleuniger) angeordnet, die normalerweise bezüglich der Kathode 11 auf Elektronenstrahlerzeugungssystem mit Fokussierungsring für LaufzeitröhrenThe electron gun shown in FIG has a concave electron source 11 (cathode) supported by supports 12 and 13 within of the cylindrical metallic housing 14 is held, as well as a heating wire 15 for heating the Cathode 11. At a distance from the cathode 11 in the direction of movement of the electron beam, there is an acceleration electrode (Accelerator) arranged normally with respect to the cathode 11 on electron gun with focusing ring for transit time tubes

Anmelder: Sperry Rand Corporation,Applicant: Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt, München 2, Kaufingerstr. 8Representative: Dipl.-Ing. C. Wallach, patent attorney, Munich 2, Kaufingerstr. 8th

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. März 1956Claimed priority: V. St. v. America March 28, 1956

Thomas Davis Sege, Westbury, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenThomas Davis Sege of Westbury, N.Y. (V. St. A.) has been named as the inventor

einem hohen Gleichpotential gehalten wird und mit einer kegelstumpfförmigen Mittelbohrung 17 versehen ist, durch die der beschleunigte Elektronenstrahl hindurchtritt. Das erweiterte Ende der Bohrung 17 zeigt zur Kathode 11.is maintained at a high DC potential and is provided with a frustoconical central bore 17 through which the accelerated electron beam passes. The enlarged end of the bore 17 shows to cathode 11.

Vom Gehäuse 14 getragen ist zwischen der Kathode 11 und dem Beschleuniger 16, koaxial mit der Elektronenstrahlbahn und sie umgebend, ein leitender Fokussierungsring 18 in Form eines Drehkörpers angeordnet. Er ist mit der Kathode verbunden und wirkt als elektrostatische Linse, welche die von der Kathode 11 emittierten Elektronen in einen Strahl zum Durchtritt durch die Bohrung 17 fokussiert.Carried by the housing 14, a conductive focusing ring 18 in the form of a rotating body is arranged between the cathode 11 and the accelerator 16, coaxial with and surrounding the electron beam path. It is connected to the cathode and acts as an electrostatic lens which focuses the electrons emitted by the cathode 11 into a beam for passage through the bore 17.

An den der Kathode 11 bzw. dem Beschleuniger 16 zugewandten Enden ist der Ring 18 mit Innenflanschen 19 bzw. 21 versehen. Der Innendurchmesser des Flansches 19 ist ungefähr gleich dem Außendurchmesser der Kathode 11, während der Innendurchmesser des Flansches 21 etwas kleiner als der Innendurchmesser des Flansches 19, jedoch um einiges größer als der Durchmesser des kathodenseitigen Endes des Beschleunigers 16 ist. Der Ring 18 ist etwas kürzer als der Abstand zwischen der Kathode 11 und dem Beschleuniger 16 und von diesen in Richtung der Elektronenströmung durch Zwischenräume getrennt. Am beschleunigerseitigen Ende ist die Wandung des Ringes 18 aus Gründen der Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen verstärkt, und der Flansch 21 ist zur Verringerung der Über-At the ends facing the cathode 11 or the accelerator 16, the ring 18 is provided with inner flanges 19 and 21 respectively. The inside diameter of the flange 19 is approximately equal to the outside diameter the cathode 11, while the inner diameter of the flange 21 is slightly smaller than the Inner diameter of the flange 19, but somewhat larger than the diameter of the cathode-side The end of the accelerator 16 is. The ring 18 is slightly shorter than the distance between the cathode 11 and the accelerator 16 and from these in the direction of the electron flow through gaps separated. The wall of the ring 18 is at the end on the accelerator side for reasons of resistance reinforced against high temperatures, and the flange 21 is to reduce the over-

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Schlagsgefahr zwischen dem Flansch und dem Beschleuniger 16 abgerundet.Risk of impact between the flange and the accelerator 16 rounded.

Bei einem solchen Hochleistungsstrahlerzeugungssystem für Elektronenstrahlen hoher Dichte kann es vorkommen, daß der durch den Fokussierungsring 18, den Beschleuniger 16 und die Kathode 11 begrenzte Raum als Hohlraumresonator mit einer Resonanzfrequenz im Betriebsfrequenzbereich der Röhre wirkt; da eine Resonanz in verschiedenen Wellenarten auftreten kann, ist die Wahrscheinlichkeit für eine Resonanz innerhalb des Frequenzbereiches der Röhre ziemlich groß, insbesondere wenn der Frequenzbereich der Röhre breit ist.In such a high power gun for high density electron beams, it can happen that the limited by the focusing ring 18, the accelerator 16 and the cathode 11 Space as a cavity resonator with a resonance frequency in the operating frequency range of the tube acts; Since a resonance can occur in different types of waves, the probability is for one Resonance within the frequency range of the tube is quite large, especially when the frequency range the tube is wide.

Ergeben diese Elektroden einen Hohlraumresonator, der durch den Elektronenstrahl erregt wird, so wird die Erregung auch zu einem TM-Zustand irgendeiner Ordnung führen, und die Schwingungsströme werden infolgedessen im Ring 18 parallel zum Elektronenstrahl fließen. Diese Ströme können mit den Strahlelektronen wechselwirken und sie in der Geschwindigkeit modulieren, wobei diese Modulationen anschließend in der Röhre verstärkt werden können.If these electrodes produce a cavity resonator which is excited by the electron beam, then so the excitation will also lead to a TM state of some order, and the oscillatory currents will consequently flow in the ring 18 parallel to the electron beam. These currents can be mixed with the Beam electrons interact and modulate their speed, with these modulations can then be amplified in the tube.

Um diesen Effekt zu verhindern oder zu verringern, wird der Ring 18 erfindungsgemäß mit vier in Umfangsrichtung in gleichen Abständen aufeinanderfolgenden Bogenschützen 23 versehen, die in einer zur Elektronenstrahlachse senkrechten Ebene liegen. Zur Halterung des beschleunigerseitigen Teils des Ringes 18 bleiben zwischen benachbarten Schlitzen 23 schmale Stege 24 stehen. Die Schlitze 23 stellen für den Stromfluß im Ring 18 parallel zum Elektronenstrahl Unstetigkeiten des Leitungswegs dar, welche die Wirkung irgendwelcher in dem Hohlraumresonator bestehender TM-Schwingungen auf die Strahlelektronen wesentlich verringern.In order to prevent or reduce this effect, the ring 18 is according to the invention with four in Provided circumferential direction at equal intervals successive archers 23, which in a the plane perpendicular to the electron beam axis. To hold the accelerator-side part of the Ring 18, narrow webs 24 remain between adjacent slots 23. The slots 23 represent the current flow in the ring 18 parallel to the electron beam is discontinuities in the conduction path, which the effect of any TM vibrations existing in the cavity resonator on the beam electrons reduce significantly.

Falls die Stege 24 zusammen mit der kapazitiven Kopplung über die Schlitze 23 noch zur Ausbildung störender Ströme im Ring 18 ausreichen, kann man die Schlitze 23 mit verlustreichem Material, beispielsweise mit kohleimprägnierten, porösen, keramischen Stoffen, wie bei 25 in Fig. 3 gezeigt, ausfüllen.If the webs 24 together with the capacitive coupling via the slots 23 are still for training Interfering currents in the ring 18 are sufficient, the slots 23 can be filled with lossy material, for example with carbon-impregnated, porous, ceramic materials, as shown at 25 in Fig. 3, fill.

Auch kann man das beschleunigerseitige Ende des Ringes 18 an dessen kathodenseitigem Ende mittels äußerer isolierender Haltevorrichtungen befestigen, so daß die Stege 24 fortfallen können und ein einziger um den Ring laufender, in sich geschlossener Schlitz entsteht.The accelerator-side end of the ring 18 can also be reached at its cathode-side end by means of Attach outer insulating retaining devices so that the webs 24 can be omitted and a single one A closed slot running around the ring is created.

Durch Untersuchung des Hohlraumes kann man feststellen, wo für die verschiedenen TM-Wellen im Ring 18 die maximalen Schwingungsströme fließen und kann die Schlitze 23 demgemäß in den Bereichen maximalen Stromflusses anordnen.By examining the cavity one can determine where for the different TM waves in the Ring 18 the maximum oscillation currents flow and the slots 23 accordingly in the areas arrange maximum current flow.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Electron gun for time-of-flight tubes like the klystron or the traveling wave tube, in which (seen in the beam direction) behind the electron source (cathode) a conductive ring (focusing ring) that focuses the electrons is arranged coaxially to the electron beam, characterized in that the focusing ring (18 ) one (several) at least almost over its entire circumference running (running) slot (s) (23) is (are) attached.

2. electron gun according to claim 1, characterized in that in the (The) slot (s) lossy material (25) is arranged.

3. electron gun according to claim 1 or 2, characterized in that the focusing ring (18) the electron beam between the electron source (11) and the (first) acceleration electrode (16).

Considered publications:
German patent specification No. 895 481.

1 sheet of drawings