DE1158183B - Permanentmagnetische Fokussierungsanordnung fuer ein Hochleistungsmehrkammerklystron - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21g 13/17

INTERNATIONALE KL. PATENTAMT H 01 j; H 03 f

P 27312 IXd/21g

ANMELDETAG: 9. JUNI 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDEE AUSLEGESCHRIFT:

28. NOVEMBER 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine permanentmagnetische Fokussierungsanordnung mit in der Richtung alternierenden magnetischen Feldern zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls eines Hochleistungsmehrkammerklystrons, bei der die magnetischen Bündelungsfelder von vorzugsweise in axialer Richtung sich erstreckenden und magnetisierten Dauermagneten zwischen Polschuhen erzeugt werden, die mit den Dauermagneten durch weichmagnetische Joche (Eisenjoche) verbunden und im Bereich der Triftelektroden des Klystrons möglichst nahe den Triftelektroden angeordnet sind.

Es ist bekannt (Fig. 1), den Elektronenstrahl 1 eines Mehrkammerklystrons mit Hilfe von in der Richtung alternierenden Magnetfeldern 3 zu fokussieren, die sich längs des Strahls erstrecken und zwischen Polschuhen 5 errichtet werden. Erzeugt werden diese Magnetfelder von Elektro- oder Dauermagneten?. Diese von den Wanderfeldröhren übernommene Fokussierungsart ist für Hochleistungsmehrkammerklystrons, die z. B. mit Dauermagneten arbeiten, insofern ungünstig, als bei relativ niedrigen Frequenzen die dann nötigen großen Hohlraumresonatoren von den Dauermagneten und ihren Eisenjochen überbrückt werden müssen. Die Klystrons sind dadurch aber gewichts- und aufbaumäßig schwer zu handhaben.

Um die Schwierigkeiten der in Fig. 1 dargestellten periodischen Fokussierungsanordnung zu umgehen, ist es bei Klystrons geringer Leistung bekannt (Fig. 2), die Fokussierung des Elektronenstrahls 1 mit in Strahlrichtung kurzen magnetischen Einzellinsen vorzunehmen. Dazu werden um die Triftelektroden 11 herum Magnetringe 13 angeordnet, die in axialer Richtung zwischen Polschuhen 5 im Triftelektrodenbereich Magnetfelder 9 ausbilden. Als Magnete dienen entweder Elektro- oder Dauermagnete. Die Magnetringe 13 sind jedoch bei Hochleistungsmehrkammerklystrons, die zusätzlich, beispielsweise mit Hilfe von Luft, gekühlt werden müssen, schon deshalb unbrauchbar, weil sie den für die Kühlbleche und die Kühlluftführung benötigten Raum benutzen und die Luftkühlung damit verhindern. Besonders nachteilig ist bei dieser Fokussierungsart auch der stark schwankende Strahldurchmesser. Gerade im Bereich der Spaltwechselwirkungsräume 15 der Hohlraumresonatoren 17 ist der Strahldurchmesser am geringsten, und es müssen besondere konstruktive Maßnahmen getroffen werden, um eine enge Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl 1 und den hochfrequenten Spaltfeldern zu erreichen. Eine enge Kopplung ist aber nur zu erhalten, wenn der Strahl-Permanentmagnetische Fokussierungsanordnung für ein Hochleistungsmehrkammerklystron

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G.m.b.H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Dr. Wolf gang Schmidt, Hamburg-Othmarschen,

und Gerhard Werner Schumann, Hamburg,

sind als Erfinder genannt worden

durchmesser im Verhältnis zum Spaltdurchmesser möglichst groß ist. Dies wäre der Fall, wenn der Strahldurchmesser im Bereich der Spalte 15 ein Maximum hat, wozu ausgeprägte axiale Magnetfeldkomponenten über den Spaltstrecken unerläßlich sind.

Eine permanentmagnetische Fokussierungsanordnung mit in der Richtung alternierenden magnetischen Feldern zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls eines Hochleistungsmehrkammerklystrons, bei der die magnetischen Bündelungsfelder von vorzugsweise in axialer Richtung sich erstreckenden und magnetisierten Dauermagneten zwischen Polschuhen erzeugt werden, die mit den Dauermagneten durch weichmagnetische Joche (Eisenjoche) verbunden und im Bereich der Triftelektroden des Klystrons möglichst nahe den Triftelektroden angeordnet sind, ist nun erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im Bereich einer Triftelektrode im Raum zwischen aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren (Kammern) des Klystrons eine aus Dauermagneten), ringförmigem Polschuhpaar und zugehörigen Eisenjochteilen bestehende Fokussierungseinheit vorgesehen ist, daß diese Fokussierungseinheiten so bemessen sind, daß die Dauermagnete und Eisenjochteile in den von ihnen überdeckten Klystronbereichen die Kühlorgane der jeweiligen Triftelektrode umgeben, und daß die Dauermagnete derFokussierungseinheiten so magnetisiert sind, daß die magnetischen Bündelungsfelder im Bereich der längs den Fokussierungseinheiten sich erstreckenden Triftelektroden-

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strecken jeweils in die eine axiale Richtung, im Bereich der zwischen benachbarten Fokussierungseinheiten sich erstreckenden Spaltstrecken dagegen jeweils in die dazu entgegengesetzte andere axiale Richtung zeigen.

Bei dieser Anordnung bilden sich neben den Magnetfeldern längs den Triftelektrodenstrecken zwischen den Polschuhen der jeweiligen Fokussierungseinheit starke axiale Magnetfelder längs den Spaltstrecken aus, ohne daß zur Erzeugung der Magnetfelder längs den Spaltstrecken (und damit die Hohlraumresonatoren überbrückend) besondere Magnete vorhanden sind. Es wird so mit einfachen Mitteln eine periodische Fokussierung des Elektronenstrahls längs des Strahlweges mit geringen Schwankungen des Strahldurchmessers erreicht. Da zudem der Strahldurchmesser in den Spaltwechselwirkungsräumen jeweils seinen Maximalwert hat, wird außerdem eine enge Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und den hochfrequenten Spaltfeldern erreicht. Durch entsprechende Wahl der Längen und der gegenseitigen Abstände der Polschuhe in Richtung der Röhrenachse ist es bei dieser Anordnung weiterhin möglich, die Magnetfeldstärken sowohl längs den Triftelektrodenstrecken als auch längs den Spaltstrecken zu verändern. Die Anordnung wird zweckmäßigerweise so ausgebildet und bemessen, insbesondere die Abmessungen und die gegenseitigen Abstände der Polschuhe in Richtung der Röhrenachse so gewählt, daß die vorgenannten Feldstärken wenigstens angenähert den gleichen Verlauf und Wert zeigen. Es ergibt sich damit eine exakte periodische Fokussierung mit Magnetfeldabschnitten gleicher, in der Polarität wechselnder Induktion, ohne daß die Hohlraumresonatoren von Fokussierungselementen überbrückt sind. Der Elektronenstrahl ist dabei so gut wie möglich fokussiert und hat nur minimale Durchmesserschwankungen. Bestehen die Dauermagnete aus zu Säulen geschichteten Teilmagneten, so bietet sich die Möglichkeit, durch seitliches Hinausschieben eines Teilmagneten aus der Säule die Streufeldstärke zu verändern, so daß die Stärke der den Elektronenstrahl fokussierenden Magnetfelder leicht den Erfordernissen angepaßt werden kann. Zur Beschleunigung der Einstellung können die Verstellvorrichtungen der Magnetsäulen je Triftelektrode in geeigneter Weise miteinander gekuppelt werden. Bei Verwendung von elektrisch isolierenden, oxydkeramischen Teilmagneten ist es auch möglich, auf unterschiedlichem elektrischem Gleichpotential liegende Elektrodenstrecken zu überbrücken. Die für die Einstellung des Magnetfeldes sonst üblichen, die Isolationssicherheit gefährdenden Eisenteile werden damit überflüssig.

Ein weiterer Vorteil der Magnetsäulenjochanordnung ergibt sich, wenn die Dauermagnete mit den an ihnen anliegenden Eisenjochteilen zu Montageeinheiten zusammengefaßt sind, die von den Polschuhen mit den daran sich anschließenden Eisenjochteilen lösbar sind. Die Montageeinheiten sind dann als Klystronzubehör lieferbar und mit wenigen Schrauben am Klystron zu befestigen.

Die Eisenjoche lassen zwischen den Dauermagneten und den Triftelektroden genug Raum für Kühlorgane an den Triftelektroden. Auch folgen die Dauermagnete infolge der großen Länge der Eisenjoche den Temperaturschwankungen der Triftelektroden nur wenig, so daß auch die größere Temperaturabhängigkeit der oxydkeramischen Dauermagnete keinen nennenswerten Einfluß auf die Arbeitsweise der Anordnung hat.

Die Erfindung wird an Hand des in den Fig. 3 bis 5 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 3 zeigt schematisch die Fokussierungsanordnung nach der Erfindung;

Fig. 4 und 5 zeigen eine Triftelektrode eines Hochleistungsmehrkammerklystrons mit einer Fokussierungseinheit nach der Erfindung.

Zwischen den in Fig. 3 dargestellten Triftelektroden 11 befinden sich in bekannter Weise Hohlraumresonatoren 17. Auf die Triftelektroden 11 sind Kühlbleche 19 aufgesetzt. Quer zur Röhrenachse zwischen die Kühlbleche 19 hindurchgeblasene Luft 20 (Fig. 5) sorgt für hinreichende Kühlung der Triftelektroden 11. Zwischen den äußeren Kühlblechen und den Resonatorwänden 23 sind Polschuhe 25 angeordnet, die über Eisenjoche 27 mit den schematisch angedeuteten Dauermagnetsäulen 29 verbunden sind. Die Magnetsäulen 29 sind von den Triftelektroden so weit außerhalb der zum Kühlen benötigten Zone angeordnet, daß sie die Kühlung nicht behindern. Die Magnetsäulen 29 bestehen aus oxydkeramischen Magneten, die die Eisenjoche 27 (und damit auch die Polschuhe 25) elektrisch gegeneinander isolieren. In den von den Triftelektroden 11 umschlossenen Bereichen bilden sich zwischen den Polschuhen 25 Magnetfelder B_a in Richtung des Elektronenstrahls 1 aus. Gleichzeitig bestehen zwischen den Polschuhen 25 über die Spalte 15 der Hohlraumresonatoren hinweg Magnetfelder B_b in umgekehrter Richtung. Diese den Elektronenstrahl 1 fokussierenden Magnetfelder wechselnder Polarität bewirken, daß der Elektronenstrahl 1 kleineren Durchmesserschwankungen unterliegt, als es bei den bekannten periodischen Fokussierungsanordnungen nach Fig. 1 und 2 der Fall ist. Außerdem liegen Maxima des Strahldurchmessers in den Spaltbereichen. Zwischen dem Elektronenstrahl 1 und den hochfrequenten Spaltfeldern besteht dadurch eine enge Kopplung. Wichtig ist es dabei für eine optimale Wirkungsweise, daß die Feldstärken der Magnetfelder B_a und B_b einander möglichst gleich sind. Dies wird vor allem durch entsprechende Wahl der Längen c, d der Polschuhabschnitte und der gegenseitigen Abständen b der Polschuhe erreicht. Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel für die Anbringung der Eisenjoche 27 und der Magnetsäulen 29 an einer Triftelektrode 11 sind die Eisenjoche 27 in zwei Teile 37 und 43 unterteilt. Mit den Polschuhen 25 sind jeweils die Eisenjochteile 37 und die die Enden der Jochteile 37 verbindenden Flansche 39 verbunden. An die Flansche 39, die aus nichtmagnetischem Material bestehen, sind mit Hilfe weiterer nichtmagnetischer Flansche 41, die die inneren Enden der Jochteile 43 verbinden, die Eisenjochteile 43 angeschraubt, die mit den zwischen ihnen vorgesehenen Magnetsäulen 29 Montageeinheiten bilden. 54 stellt ein nichtmagnetisches Verbindungsstück dar.

Die Magnetsäulen 29 bestehen jeweils aus drei Magnetscheiben 45, 46 und 47, von denen die beiden äußeren Scheiben 45 und 47 beispielsweise durch Ankleben mit den Eisenjochteilen 43 verbunden sind. Die zwischen den Magnetscheiben 45 und 47 sich befindende Magnetscheibe 46 ist aus der Säule 29 herausschiebbar angeordnet und zum leichten Ver-

schieben in Führungsschienen 49 gelagert. Ein mit der mittleren Magnetscheibe 46 verbundener Stab 50 (Fig. 5) greift in das Gewinde einer Spindel 51 ein. Beim Drehen eines an der Spindel 51 vorgesehenen Handrades 53 wandert der Stab 50 mit der mittleren Magnetscheibe 46 an der Spindel 51 entlang und führt so die Scheibe 46 aus der Säule 29 heraus oder in diese hinein. Bei diesem Verschieben relativ zu den anderen Magneten 45 und 47 ändert sich das magnetische Streufeld, womit sich eine Feldstärkeänderung zwischen den Polschuhen 25 ergibt.

Um die Streufelder der beiden zu einer Triftelektrode 11 gehörigen Magnetsäulen 29 nicht getrennt einstellen zu müssen, sind in Fig. 4, 5 die Gewindespindeln 51 der einzelnen Säulen 29 über eine Kupp- lung 55 miteinander verbunden. Beim Drehen eines Handrades 53 verschieben sich dann die beiden mittleren Magnetscheiben 46 gleichzeitig.

Mit der Fokussierungsanordnung nach der Erfindung ausgerüstete Hochleistungsmehrkammerklystrons können Hohlraumresonatoren mit Durchmessern von 100 cm und bei vier Resonatorkammern eine Länge von 180 cm aufweisen.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Permanentmagnetische Fokussierungsanordnung mit in der Richtung alternierenden magnetischen Feldern zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls eines Hochleistungsmehrkammerklystrons, bei der die magnetischen Bündelungsfelder von vorzugsweise in axialer Richtung sich erstreckenden und magnetisierten Dauermagneten zwischen Polschuhen erzeugt werden, die mit den Dauermagneten durch weichmagnetische Joche (Eisenjoche) verbunden und im Bereich der Triftelektroden des Klystrons möglichst nahe den Triftelektroden angeordnet sind, da durch gekennzeichnet, daß jeweils im Bereich einer Triftelektrode im Raum zwischen aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren (Kammern) des Klystrons eine aus Dauermagnet(en), ringförmigem Polschuhpaar und zugehörigen Eisenjochteilen bestehende Fokussierungseinheit vorgesehen ist, daß diese Fokussierungseinheiten so bemessen sind, daß die Dauermagnete und Eisenjochteile in den von ihnen überdeckten Klystronbereichen die Kühlorgane der jeweiligen Triftelektrode umgeben, und daß die Dauermagnete der Fokussierungseinheiten so magnetisiert sind, daß die magnetischen Bündelungsfelder im Bereich der längs den Fokussierungseinheiten sich erstreckenden Triftelektrodenstrecken jeweils in die eine axiale Richtung, im Bereich der zwischen benachbarten Fokussierungseinheiten sich erstreckenden Spaltstrecken dagegen jeweils in die dazu entgegengesetzte andere axiale Richtung zeigen.

2. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie so ausgebildet und bemessen ist, insbesondere die Abmessungen und die gegenseitigen Abstände der Polschuhe in Richtung der Röhrenachse so gewählt sind, daß die Feldstärken der magnetischen Bündelungsfelder längs den Triftelektrodenstrecken und den Spaltstrecken wenigstens angenähert den gleichen Verlauf und Wert zeigen.

3. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Polschuhe zu beiden Seiten der mit ihnen verbundenen Eisenjoche jeweils unsymmetrisch erstrecken.

4. Fokussierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe unterschiedlicher magnetischer Polarität elektrisch gegeneinander isoliert sind.

5. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete aus mehreren oxydkeramischen, elektrisch nichtleitenden Teilmagneten bestehen, die senkrecht zu ihrer Magnetisierungsrichtung gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.

6. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmagnete scheibenförmig ausgebildet sind.

7. Fokussierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenjoche so unterteilt sind, daß die Dauermagnete mit den an ihnen anliegenden Eisenjochteilen lösbar sind von den Polschuhen mit den daran sich anschließenden Eisenjochteilen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 309 750/301 11.63