DE1114945B

DE1114945B - Arrangement with a run-time tube, in particular traveling-wave tubes

Info

Publication number: DE1114945B
Application number: DES36312A
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Veith; Paul Meyerer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-11-13
Filing date: 1953-11-13
Publication date: 1961-10-12

Description

Anordnung mit einer Laufzeitröhre, insbesondereWanderfeldröhre Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Laufzeitröhre, insbesondere Wanderfeldröhre, bei der das Elektronenstrahlerzeugungssystein am einen und die becherförnüge Auffangelektrode am anderen Röhrenende angeordnet ist und die vom Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Auffangelektrode laufende(n) Elektronenströmung(en) mittels eines zumindest angenähert homogenen Magnetfeldes gebündelt geführt wird (werden), das von einem Dauermagnetsystem erzeugt wird, welches einen die Röhre im Bereich der gebündelten Führung der Elektronenströmung(en) eng umschließenden rohrförnügen Teil aus magnetisch weichem Material aufweist und einen geschlossenen ferromagnetischen Kreis darstellt, an dessen auffangelektrodenseitigem Ende sich die Richtung des bündelnden Magnetfeldes umkehrt, und bei der die Röhre in bezug auf das Dauermagnetsystem so angeordnet ist, daß die Auffangelektrode und der vor der Auffangelektrode liegende Auskoppelraum der Röhre außerhalb des Dauermagnetsystems zu liegen kommt.Arrangement with a time-of-flight tube, in particular traveling wave tube The invention relates to an arrangement with a time-of-flight tube, in particular a traveling wave tube, with the electron beam generating system on one side and the cup-shaped collecting electrode is arranged at the other end of the tube and that of the electron gun Electron flow (s) running to the collecting electrode by means of at least one approximately homogeneous magnetic field is bundled (be) guided by a Permanent magnet system is generated, which one the tube in the area of the bundled Guiding the electron flow (s) tightly enclosing rohrförnügen part made of magnetic soft material and represents a closed ferromagnetic circuit, the direction of the bundling magnetic field is at the end of the collecting electrode reversed, and in which the tube is so arranged with respect to the permanent magnet system is that the collecting electrode and the decoupling space in front of the collecting electrode the tube comes to lie outside the permanent magnet system.

Es sind bereits Anordnungen mit einer Laufzeitröhre bekannt, bei denen die Auffangelektrode der Röhre zur Verhinderung der Rückkehr von Strahlelektronen in den Wechselwirkungsteil der Röhre so in das zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls vorgesehene Magnetsystem eingebaut ist, daß die Auffangelektrode innerhalb eines ferromagnetischen Polschuhes oder Joches liegt. Dabei ist die Auffangelektrode hohl ausgebildet und besteht zumindest vorwiegend aus ferromagnetischem Material, damit der Innenraum der Auffangelektrode zur Erzielung einer Strahlauffächerung im wesentlichen frei von magnetischen Feldern ist.There are already arrangements with a time tube known in which the collecting electrode of the tube to prevent the return of beam electrons in the interaction part of the tube so in that for the bundled guidance of the electron beam provided magnet system is installed that the collecting electrode within a ferromagnetic pole piece or yoke. The collecting electrode is hollow formed and consists at least predominantly of ferromagnetic material, so the interior of the collecting electrode to achieve a fanning-out of the beam essentially is free from magnetic fields.

Es ist an sich auch bereits bekannt bzw. vorgeschlagen worden, die (dann nichtferromagnetische) Auffangelektrode und den vor der Auffangelektrode liegenden Auskoppelraum der Röhre außerhalb des Magnetsystems anzuordnen, so daß eine übliche Auskoppelvorrichtung vorgesehen werden kann.It is also already known or proposed that (then non-ferromagnetic) collecting electrode and the ones in front of the collecting electrode To arrange decoupling space of the tube outside of the magnet system, so that a usual Decoupling device can be provided.

Bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art besteht die Erfindung darin, daß die Auffangelektrode in an sich bekannter Weise aus ferromagnetischem Material besteht und in einem solchen axialen Ab- stand vom Dauerinagnetsystem angeordnet ist, daß in dem zwischen der Auffangelektrode und dem Dauermagnetsystem liegenden, von ferromagnetischen Materialien freien Auskoppelraum der Röhre die magnetische Bündelungswirkung auf die Elektronenströmung(en) größer ist, als wenn, unter sonst gleichen Bedingungen, eine nichtferromagnetische Auffangelektrode verwendet wird, Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß zwischen dem Dauermagnetsystem und der Auffangelektrode eine genügend große Strecke vorhanden ist, in der der Querschnitt des Elektronenstrahls im wesentlichen nicht viel größer wird, so daß praktisch ohne Energieverluste eine übliche Auskoppelvorrichtung zur Abnahme der verstärkten elektromagnetischen Wellen vorgesehen werden kann.In an arrangement of the type mentioned, the invention consists in that the collecting electrode is in a conventional manner from ferromagnetic material and in such axial waste was disposed by Dauerinagnetsystem that in the region lying between the collecting electrode and the permanent magnet system of ferromagnetic Materials free decoupling space of the tube the magnetic bundling effect on the electron flow (s) is greater than if, under otherwise identical conditions, a non-ferromagnetic collecting electrode is used There is a path in which the cross section of the electron beam is essentially not much larger, so that a conventional decoupling device can be provided for taking off the amplified electromagnetic waves with practically no energy losses.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung, näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, schematischer Darstellung. Dabei sind der übersichtlichkeit halber unter Verzicht auf eine genaue Darstellung der Größenverhältnisse lediglich die für das Verständnis der Erfindung wichtigen Teile veranschaulicht.The figures show an embodiment in its for the invention essential parts in a greatly simplified, schematic representation. Are there For the sake of clarity, no precise representation of the proportions is given only illustrates the parts that are important for an understanding of the invention.

In Fig. 1 ist die Anwendung der Erfindung bei einer Wanderfeldröhre veranschaulicht, die in einem Dauermagnetsystem angeordnet ist, an dessen Enden sich die Richtung des magnetischen Bündelungsfeldes umkehrt. Von der Wanderfeldröhre, deren Wellenleiter (Verzögerungsleitung) bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Drahtwendel 2 ausgebildet ist, zeigt die Fig. 1 lediglich das auffängerseitige Stück. Am Ende des Wellenleiters 2 ist eine zur Energieauskopplung dienende »Antenne« 3 od. dgl. vorgesehen. Durch das Innere des Wellenleiters verläuft eine scharf gebündelte Elektronenströmung 4, die von einem nicht näher dargestellten Elektronenstrahlerzeugungssystem an der linken Seite der Fig. 1 hergeleitet wird. Der Wellenleiter 2 liegt auf hohem positivem Gleichpotential, welches vorzugsweise die gleiche Größe hat wie das Gleichpotential einer als Voranode dienenden Beschleunigungselektrode im Elektronenstrahlerzeugungssystem. 1 illustrates the application of the invention to a traveling wave tube which is arranged in a permanent magnet system, at the ends of which the direction of the magnetic focusing field is reversed. Of the traveling wave tube, the waveguide (delay line) of which is designed as a wire helix 2 in the illustrated embodiment, FIG. 1 shows only the piece on the collector side. At the end of the waveguide 2, an "antenna" 3 or the like is provided for energy extraction. A sharply bundled electron flow 4, which is derived from an electron gun (not shown in more detail) on the left-hand side of FIG. 1, runs through the interior of the waveguide. The waveguide 2 is at a high positive DC potential, which is preferably the same size as the DC potential of an acceleration electrode serving as a pre-anode in the electron gun.

Nach Durchlaufen des Raumes, in dem sich ein Energieaustausch zwischen der Elektronenströmung und den hochfrequenten Feldern einer längs des Wellenleiters 2 fortschreitenden elektromagnetischen Welle vollzieht, und nach Durchlaufen des sich hieran anschließenden Auskoppelraumes mit der Antenne 3 gelangen die Elektronen in den Innenraum der als Hohlkörper ausgebildeten Auffangelektrode 5. Diese liegt auf einem hohen positiven Gleichpotential, das aber niedriger ist als das Gleichpotential des Wellenleiters 2.After passing through the space in which an energy exchange takes place between the electron flow and the high-frequency fields of an electromagnetic wave progressing along the waveguide 2, and after passing through the adjoining decoupling space with the antenna 3 , the electrons get into the interior of the hollow body of the collecting electrode 5. This is at a high positive DC potential, which, however, is lower than the DC potential of the waveguide 2.

Der Auffänger 5 kann aus einem oder mehreren ferromagnetischen Werkstoffen bestehen. Als ferromagnetischer Werkstoff kann insbesondere Weicheisen verwendet oder mitverwendet werden. Es kann aber auch in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, als ferromagnetische Werkstoffe solche Materialien, wie z. B. Kovar, Chromeisen od. dgl., zu wählen, die sich für eine Verbindung mit benachbarten Teilen aus Glas, Quarz od. dgl. eignen. So kann beispielsweise der Auffänger 5 in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest an seiner an der Elektroneneintrittsstelle liegenden Stirnseite aus Kovar bestehen, um auf diese Weise eine haltbare Stumpfanglasung mit dem sich anschließenden, als Vakuumhülle dienenden Glasrohr 10 zu ermöglichen. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit zu dem aus Kupfer bestehenden Kühlkörper 11 ist der Auffänger 5 mit einem Kupfermantel 12 überzogen.The catcher 5 can consist of one or more ferromagnetic materials. Soft iron, in particular, can be used or also be used as the ferromagnetic material. But it can also be advantageous in certain cases to use ferromagnetic materials such as materials. B. Kovar, chrome iron or the like. To choose which are suitable for a connection with adjacent parts made of glass, quartz or the like. For example, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 , the collector 5 can be made of Kovar at least on its end face located at the electron entry point, in order to enable a durable stub glazing with the adjoining glass tube 10 serving as a vacuum envelope. To increase the thermal conductivity to the heat sink 11 made of copper, the collector 5 is covered with a copper jacket 12.

Zur Erzeugung des longitudinalen, bündelnden Magnetfeldes längs des Wellenleiters 2 dient ein Dauermagnetsystem, dessen innerer Teil aus einem Weicheisendoppelrohr 13, 14 besteht, während im äußeren Teil des Magnetsystems Dauermagnete 21, 22 und Weicheisenverbindungsglieder 24, 25 und 26 angeordnet sind. Auf der rechten Seite der Anordnung ist ein ferromagnetisches Abschlußteil 23 vorgesehen. Auf der linken Seite der Anordnung ist das Weicheisendoppelrohr 13, 14 über einen Flansch 15 mit einem rohrförinigen Ansatzstück 16 verlängert, welches eine größere Innenweite als das Weicheisendoppelrohr besitzt und wesentlich stärker im Querschnitt bemessen ist. Das Doppelrohr 13, 14 ist so dünn in seinem Querschnitt bemessen und hinsichtlich seiner Permeabilität so gewählt, daß der Hauptanteil des magnetischen Spannungsabfalls an ihm auftritt. Demgegenüber wirkt das rohrförmige Ansatzstück 16 als magnetische Abschirmung und schafft auf diese Weise im Inneren einen magnetfeldfreien Raum. Man ist so in der Lage, in diesem magnetfeldfreien Raum sowohl das gesamte Elektronenstrahlerzeugungssystem als auch die notwendigen hochfrequenten Einkoppelelemente unterzubringen. So kann durch geeignete öffnungen 17 und 18 beispielsweise ein Hohlleiter zur Einkopplung der hochfrequenten Energie eingeführt werden, ohne daß dadurch der gewünschte Feldverlauf beeinträchtigt wird.A permanent magnet system, the inner part of which consists of a soft iron double tube 13, 14, is used to generate the longitudinal, bundling magnetic field along the waveguide 2, while permanent magnets 21, 22 and soft iron connecting members 24, 25 and 26 are arranged in the outer part of the magnet system. A ferromagnetic closure part 23 is provided on the right-hand side of the arrangement. On the left side of the arrangement, the double soft iron pipe 13, 14 is extended over a flange 15 with a tubular extension piece 16 , which has a larger inner width than the double soft iron pipe and has a much larger cross-section. The cross-section of the double pipe 13, 14 is so thin and its permeability is selected so that the majority of the magnetic voltage drop occurs across it. In contrast, the tubular extension piece 16 acts as a magnetic shield and in this way creates a magnetic field-free space inside. It is thus possible to accommodate both the entire electron beam generation system and the necessary high-frequency coupling elements in this magnetic field-free space. For example, a waveguide for coupling in the high-frequency energy can be introduced through suitable openings 17 and 18, without the desired field profile being impaired as a result.

Im Gegensatz zu einer Spulenanordnung verläuft ein durch das Dauermagnetsystem der dargestellten Art erzeugtes Magnetfeld an seinen Enden nicht so, daß die magnetische Feldstärke vom Höchstwert in allmählichem übergang auf Null zurückgeht, sondern es bildet sich an den Enden jeweils ein Magnetfeld umgekehrter Richtung aus, welches erst in weiterer Entfernung vom Magnetsystern vollends auf Null abklingL Der Feldverlauf der in Fig. 1 veranschaulichten Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kurve 19 verläuft über die Strecke, innerhalb deren sich der Wellenleiter 2 befindet, horizontal und klingt an den Enden des Dauermagnetsystems ab. Das als magnetische Abschirmung dienende Ansatzrohr 16 bewirkt, daß die Feldstärke am linken Ende zunächst auf Null absinkt und dann außerhalb des ganzen Magnetsystems höhere negative Werte annimmt. Am rechten Ende des Magnetsystems bildet sich ebenfalls ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld aus, welches ohne Anwendung besonderer Maßnahmen entsprechend der gestrichelt gezeichneten Kurve 20 verlaufen würde. Bei Verwendung einer entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre ausgebildeten und angeordneten Auffangelektrode ergibt sich die ausgezogen gezeichnete Kurve (die magnetische Bündelungswirkung auf die Elektronenströmung im Auskoppelraum der Röhre ist dann ersichtlich größer). Am Ende des Wellenleiters 2 wird das bündelnde Magnetfeld Null, so daß der Elektronenstrahl aufzufächem trachtet. Da das entgegengesetzt gerichtete Magnetfeld ebenfalls eine Bündelung der Elektronen bewirkt, werden diese wiederum gebündelt weitergeführt, wenn auch mit einem etwas größeren Strahlquerschnitt als zuvor. Durch die aus ferromagnetischen Materialien bestehende Auffangelektrode 5 wird erreicht, daß das entgegengesetzt gerichtete Magnetfeld nicht so langsam abklingt, wie dies die Kurve 20 zeigt, sondern wesentlich rascher Null wird. Innerhalb des hohlen Auffängers kommt wegen der Abschirmwirkung der Auffangelektrode in bekannter Weise ein Auffächern der Elektronenströmung zustande.In contrast to a coil arrangement, a magnetic field generated by the permanent magnet system of the type shown does not run at its ends in such a way that the magnetic field strength gradually decreases from the maximum value to zero, but rather a magnetic field in the opposite direction is formed at the ends, which only begins farther away from the magnet system, it decays completely to zero. The field profile of the arrangement illustrated in FIG. 1 is shown in FIG. The curve 19 runs horizontally over the distance within which the waveguide 2 is located and dies away at the ends of the permanent magnet system. The attachment tube 16 , which serves as a magnetic shield, causes the field strength at the left end to first drop to zero and then to assume higher negative values outside the entire magnet system. At the right-hand end of the magnet system, an oppositely directed magnetic field is also formed, which, without the use of special measures, would run in accordance with the curve 20 shown in dashed lines. When using a collecting electrode designed and arranged according to the teaching according to the invention, the solid curve is obtained (the magnetic focusing effect on the electron flow in the decoupling space of the tube is then obviously greater). At the end of the waveguide 2, the collimating magnetic field is zero, so that the electron beam seeks to fan out. Since the oppositely directed magnetic field also causes the electrons to be bundled, they are again bundled and carried on, albeit with a slightly larger beam cross-section than before. As a result of the collecting electrode 5 made of ferromagnetic materials, it is achieved that the oppositely directed magnetic field does not decay as slowly as curve 20 shows, but rather becomes zero much more quickly. Within the hollow collector, the electron flow is fanned out in a known manner because of the shielding effect of the collector electrode.

Claims

PATENT CLAIM: Arrangement with a time-of-flight tube, in particular traveling wave tube, in which the electron gun is arranged at one end of the tube and the cup-shaped collecting electrode is arranged at the other end of the tube and the electron flow (s) running from the electron gun to the collecting electrode is (are) bundled by means of an at least approximately homogeneous magnetic field ), which is generated by a permanent magnet system, which has a tubular part made of magnetically soft material that tightly encloses the tube in the area of the bundled guidance of the electron flow (s) and represents a closed ferromagnetic circuit, at whose end on the collecting electrode side the direction of the bundling magnetic field is reversed , and in which the tube is arranged with respect to the permanent magnet system in such a way that the collecting electrode and the coupling-out space of the tube located in front of the collecting electrode comes to lie outside the permanent magnet system shows that the collecting electrode is made of ferromagnetic material in a manner known per se and is arranged at such an axial distance from the permanent magnet system that in the coupling space of the tube, which is free of ferromagnetic materials and is located between the collecting electrode and the permanent magnet system, the magnetic banding effect on the electron flow ( en) is greater than if, all other things being equal, a non-ferromagnetic collecting electrode is used. Considered publications-German Patent No. 893,990; Swiss, patent specifications No. 253 580, 290724. Earlier patents considered. German Patent No. 932 443.