DE1189206B

DE1189206B - Magnetic focusing system for the bundled guidance of the electron beam of a traveling wave tube

Info

Publication number: DE1189206B
Application number: DEE17281A
Authority: DE
Inventors: Francis James Weaver
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1958-03-12
Filing date: 1959-03-11
Publication date: 1965-03-18
Also published as: FR1222013A; US2965782A; GB834958A; NL100798C; NL237015A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIjHOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/17 German class: 21g-13/17

Nummer: 1189 206Number: 1189 206

Aktenzeichen: E17281IX d/21 gFile number: E17281IX d / 21 g

Anmeldetag: 11. März 1959 Filing date: March 11, 1959

Auslegetag: 18. März 1965Opening day: March 18, 1965

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Fokussierungssystem zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls einer Wanderfeldröhre, das aus einer periodischen Folge von wenigstens angenähert gleichen, längs dem Wechselwirkungsbereich (Verzögerungsleitungsbereich) der Wanderfeldröhre angeordneten Permanentmagneten besteht, die in axialer Richtung abwechselnd entgegengesetzt gepolt und jeweils zwischen zwei die Wanderfeldröhre koaxial umschließenden Polschuhen angeordnet sind, so daß ein zur Verzögerungsleitung koaxiales, in der Richtung alternierendes magnetisches Längsfeld entsteht, das wenigstens angenähert einen sinusförmigen Verlauf zeigt (periodisches Permanentmagnetsystem), und das des weiteren ein permanentmagnetisches System aufweist, welches das Elektronenstrahlerzeugungssystem der Wanderfeldröhre koaxial umgibt und im Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems ein wenigstens angenähert gleichförmiges (homogenes) magnetisches Längsfeld erzeugt.The invention relates to a magnetic focusing system for the bundled guidance of the electron beam a traveling wave tube, which is made up of a periodic sequence of at least approximately equal, arranged along the interaction area (delay line area) of the traveling wave tube There is permanent magnets, which are alternately polarized in opposite directions in the axial direction and each between two pole pieces coaxially surrounding the traveling wave tube are arranged so that one for Delay line creates a coaxial longitudinal magnetic field that alternates in direction shows at least approximately a sinusoidal curve (periodic permanent magnet system), and that further comprises a permanent magnetic system which comprises the electron gun surrounds the traveling wave tube coaxially and at least one in the region of the electron gun approximately uniform (homogeneous) magnetic longitudinal field generated.

Der Verlauf des für eine korrekte Fokussierung erforderlichen magnetischen Feldes ist in Fig. 1 durch die ausgezogene Kurvet in üblicher Weise dargestellt. Das magnetische Feld im Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems (Bereich G in Fig. 1) ist räumlich gleichförmig, das magnetische Feld entlang der Verzögerungsleitung (Bereich H in Fig. 1) ist periodisch, d.h. räumlich in der Richtung wechselnd. Durch ein sogenanntes Anpassungsfeld im Bereich M wird das gleichförmige Längsfeld allmählich in das periodische Längsfeld übergeführt. Im Rahmen der bekannten Technik wird beispielsweise das periodische Feld durch eine periodische Folge in axialer Richtung abwechselnd entgegengesetzt gepolter permanenter Ringmagnete erzeugt, von denen jeder zwischen zwei Polschuhen angeordnet ist, welche die Verzögerungsleitung einer in das Fokussierungssystem eingesetzten Wanderfeldröhre koaxial umgeben, wobei alle Polschuhe und alle Magnete jeweils gleich sind. Die Magnete und Polschuhe würden, wenn sie allein wirkten, einen Feldverlauf erzeugen, der dem Verlauf der Kurve A im BereichH von Fig. 1 entspricht. Praktisch hat jedoch das zur Erzeugung des gleichförmigen magnetischen Feldes im Bereich G der F i g. 1 benutzte permanentmagnetische System ein beträchtliches Streufeld, und diese beeinflußt das Feld in dem dem Elektronenstrahlerzeugungssystem benachbarten Abschnitt des periodischen Permanentmagnetsystems. Das Ergebnis ist in F i g. 1 durch die gestrichelte Kurve angedeutet. Das Streufeld des für die Erzeugung des gleichförmigen Feldes im Bereich G verwen-Magnetisches Fokussierungssystem zur
gebündelten Führung des Elektronenstrahls
einer WanderfeldröhreThe course of the magnetic field required for correct focusing is shown in the usual way in FIG. 1 by the solid curve. The magnetic field in the area of the electron gun (area G in FIG. 1) is spatially uniform, the magnetic field along the delay line (area H in FIG. 1) is periodic, ie spatially changing in direction. By means of a so-called adaptation field in area M , the uniform longitudinal field is gradually converted into the periodic longitudinal field. In the context of the known technology, for example, the periodic field is generated by a periodic sequence of permanent ring magnets with alternating polarity in the axial direction, each of which is arranged between two pole pieces, which coaxially surround the delay line of a traveling wave tube inserted in the focusing system, with all pole pieces and all Magnets are always the same. The magnets and pole shoes, if they acted alone, would generate a field profile which corresponds to the profile of curve A in area H of FIG. In practice, however, that has to produce the uniform magnetic field in the region G of FIG. 1, permanent magnet systems used a considerable stray field and this affects the field in the portion of the periodic permanent magnet system adjacent to the electron gun. The result is shown in FIG. 1 indicated by the dashed curve. The stray field of the magnetic focusing system used to generate the uniform field in area G.
bundled guidance of the electron beam
a traveling wave tube

Anmelder:Applicant:

English Electric Valve Company Limited,English Electric Valve Company Limited,

LondonLondon

ίο Vertreter:ίο representative:

Dr. W. Müller-BoreDr. W. Muller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H. Gralfs, patent attorneys,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Francis James Weaver, Great Baddow, EssexFrancis James Weaver, Great Baddow, Essex

(Großbritannien)(Great Britain)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. März 1958 (7938),
vom 11. Dezember 1958Claimed priority:
Great Britain of March 12, 1958 (7938),
dated December 11, 1958

deten permanentmagnetischen Systems ändert die ausgezogene Sinuskurve etwa in die Form der gestrichelt gezeichneten verzerrten Sinuskurve ab, was eine starke Abweichung von der gewünschten Fokussierung zur Folge hat. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Fokussierungsfehler in einer einfachen und praktisch befriedigenden Weise zu vermeiden. deten permanent magnetic system changes the solid sine curve approximately in the form of the dashed line drawn distorted sine curve, which is a strong deviation from the desired focus has the consequence. The aim of the present invention is to eliminate this focusing error in a simple and practically satisfactory ways to avoid it.

Bei einem magnetischen Fokussierungssystem der eingangs erwähnten Art sind gemäß der Erfindung in dem dem Elektronenstrahlerzeugungssystem benachbarten Abschnitt des periodischen Permanentmagnetsystems die aufeinanderfolgenden Polschuhe derart unterschiedlich, insbesondere auch hinsichtlich der Innendurchmesser, bemessen, daß der das alternierende magnetische Längsfeld verzerrende Streufeldeinfluß des das Elektronenstrahlerzeugungssystem umgebenden permanentmagnetischen Systems im wesentlichen kompensiert ist.In a magnetic focusing system of the type mentioned are according to the invention in the section of the periodic permanent magnet system adjacent to the electron gun the successive pole pieces are so different, especially with regard to the inner diameter, dimensioned so that the stray field influence distorting the alternating longitudinal magnetic field of the permanent magnetic system surrounding the electron gun is compensated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das das Elektronenstrahlerzeugungssystem umgebende permanentmagnetische System von einem hohlzylindrischen Permanentmagneten gebildet, und die Permanentmagnete des periodischen Permanentmagnetsystems sind ringförmig ausgebildet.In a preferred embodiment, the area surrounding the electron gun permanent magnetic system formed by a hollow cylindrical permanent magnet, and the permanent magnets of the periodic permanent magnet system are ring-shaped.

509 519/324509 519/324

Die Polschuhe des periodischen Permanentmagnetsystems bestehen vorzugsweise aus Ringscheiben, die jeweils in ihrem zentralen Abschnitt beidseitig je ein ringförmiges Teilstück aufweisen.The pole shoes of the periodic permanent magnet system preferably consist of ring disks that each have an annular section on both sides in their central section.

Theoretisch sollten die Durchmesser der ringförmigen Polschuhteilstücke in dem dem Elektronenstrahlerzeugungssystem benachbarten Abschnitt des periodischen Permanentmagnetsystems kontinuierlich abgestuft sein. Eine praktisch genügende Annäherung an den theoretischen Idealfall, die den Vorzug wirtschaftlicher Fertigung besitzt, wird dadurch erreicht, daß die Abstufung so gewählt ist, daß die einander zugekehrten ringförmigen Polschuhteilstücke benachbarter Polschuhe abwechselnd einander gleich sind und abwechselnd den einen oder den anderen von zwei verschiedenen Innendurchmessern aufweisen.In theory, the diameters of the annular pole piece sections in the electron gun adjacent section of the periodic permanent magnet system be continuously stepped. A practically sufficient approximation to the theoretical ideal case, which has the advantage of economical production, is thereby achieved that the gradation is chosen so that the mutually facing annular pole piece sections adjacent pole pieces are alternately the same and alternately one or the other have two different inner diameters.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Längsschnitt schematisch in F i g. 2 dargestellt. Diese zeigt ein magnetisches Fokussierungssystem gemäß der Erfindung, in das eine rauscharme Wanderfeldröhre 1 bekannter Bauart mit einer wendeiförmigen Verzögerungsleitung 3 eingesetzt ist. Von der Wanderfeldröhre ist im wesentlichen nur ihre Hülle 2 a, 2 b dargestellt. Innerhalb des Hüllenteiles 2 α befindet sich das Elektronenstrahlerzeugungssystem, das einen Elektronenstrahl axial durch die wendeiförmige Verzögerungsleitung 3 hindurch zur Auffangelektrode am (nicht dargestellten) rechten Ende der Röhre schickt. Die Verzögerungsleitung 3 erstreckt sich praktisch über fast die ganze Länge des Röhrenteiles 2 b. A preferred embodiment of the invention is shown schematically in longitudinal section in FIG. 2 shown. This shows a magnetic focusing system according to the invention, in which a low-noise traveling wave tube 1 of known type with a helical delay line 3 is inserted. Of the traveling wave tube, only its shell 2 a, 2 b is shown essentially. Inside the shell part 2 α is the electron gun, which sends an electron beam axially through the helical delay line 3 to the collecting electrode at the (not shown) right end of the tube. The delay line 3 extends practically over almost the entire length of the tube part 2 b.

Das im Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems erforderliche axiale, gleichförmige, magnetische Feld (wie bei G in Fig. 1 dargestellt) wird durch einen hohlzylindrischen Permanentmagneten 4 erzeugt, der in axialer Richtung magnetisiert ist. Das im Bereich der Verzögerungsleitung benötigte, räumlich in der Richtung wechselnde magnetische Feld wird durch eine Folge von permanenten Ringmagneten 5, 6, 7, 8, 9, 10 ... Λ-4, /i-3, n-2 ... erzeugt, von denen jeder ebenfalls in axialer Richtung magnetisiert ist. Aufeinanderfolgende Ringmagnete sind dabei entgegengesetzt gepolt, d. h., es sind einander Nordpole, dann Südpole, dann wieder Nordpole usw. benachbart. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringmagneten sowie an den äußeren Enden des periodischen Permanentmagnetsystems ist jeweils ein ringscheibenförmiger Polschuh 11 aus magnetisch weichem Material angebracht. Die Polschuhe 11 weisen jeweils in ihrem zentralen Abschnitt beidseitig je ein ringförmiges Teilstück auf (in F i g. 2 sind diese Teilstücke mit 12, 13,14,15,16 ... P, P, P ... bezeichnet). Auf diese Weise hat jeder zwischen zwei Ringmagneten der Folge angebrachte Polschuh 11 ein Teilstück, das dem einen, und ein Teilstück, das dem anderen der beiden anliegenden Ringmagnete zugeordnet ist. In vergleichbaren magnetischen Fokussierungssystemen der bisher bekannten Art sind alle Polschuhe gleich, d. h. beispielsweise so, wie sie im rechten Teil von F i g. 2 dargestellt sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch die aufeinanderfolgenden Polschuhe in dem dem Elektronenstrahlerzeugungssystem benachbarten Abschnitt unterschiedlich bemessen. Wie in Fig. 2 gezeigt, hat das zum Magneten 5 gehörige Teilstückpaar 12 einen größeren Durchmesser als das zum Magneten 6 gehörige Teilstückpaar 13. Die Teilstückpaare 14 und 16 haben den gleichen Durchmesser wie das Paar 12, während das Teilstückpaar 15 mit dem Paar 13 übereinstimmt. Die verschiedenen Durchmesser der Polschuhteilstücke sind nach bekannten Prinzipien ausgewählt, um den Streufeldeinfluß des Magneten 4 zu kompensieren.The axial, uniform, magnetic field required in the area of the electron gun (as shown at G in FIG. 1) is generated by a hollow cylindrical permanent magnet 4 which is magnetized in the axial direction. The spatial direction changing magnetic field required in the area of the delay line is generated by a sequence of permanent ring magnets 5, 6, 7, 8, 9, 10 ... Λ-4, / i-3, n-2. . . generated, each of which is also magnetized in the axial direction. Successive ring magnets are polarized in opposite directions, ie north poles, then south poles, then north poles etc. are adjacent to one another. Between successive ring magnets and at the outer ends of the periodic permanent magnet system, a respective ring disc-shaped pole shoe 11 made of magnetically soft material is attached. The pole shoes 11 each have a ring-shaped section on both sides in their central section (in FIG. 2, these sections are labeled 12, 13, 14, 15, 16 ... P, P, P ... ). In this way, each pole piece 11 attached between two ring magnets of the sequence has a section which is assigned to the one and a section which is assigned to the other of the two adjacent ring magnets. In comparable magnetic focusing systems of the previously known type, all pole shoes are the same, that is to say, for example, as shown in the right-hand part of FIG. 2 are shown. According to the present invention, however, the successive pole pieces in the section adjacent to the electron gun are dimensioned differently. As shown in FIG. 2, the section pair 12 belonging to the magnet 5 has a larger diameter than the section pair 13 belonging to the magnet 6. The section pairs 14 and 16 have the same diameter as the pair 12, while the section pair 15 corresponds to the pair 13 . The different diameters of the pole shoe sections are selected according to known principles in order to compensate for the influence of the stray field of the magnet 4.

Im übrigen Fokussierungsbereich des periodischen Permanentmagnetsystems, d. h. in dem Bereich, der durch das Streufeld des Magneten 4 nicht erreichtIn the remaining focussing area of the periodic permanent magnet system, i. H. in the area that not reached by the stray field of the magnet 4

ίο wird, entsprechen die Polschuhteilstücke den bisher üblichen, d. h., sie sind alle gleich, wie die in F i g. 2 mit P bezeichneten Polschuhteilstücke, die zu den Magneten n-4, n-3 und n-2 gehören, erkennen lassen.ίο, the pole shoe sections correspond to the usual ones, that is, they are all the same as those in FIG. 2 pole shoe sections labeled P , which belong to magnets n-4, n-3 and n-2 , can be recognized.

Theoretisch sollten die Durchmesser der Polschuhteilstücke in dem vom Streufeld des Magneten 4 beeinflußten Bereich des periodischen Permanentmagnetsystems zwar kontinuierlich abgestuft sein. Eine derartige Abstufung ist jedoch teuer, und das Experiment hat gezeigt, daß man eine genügend gute Annäherung an die idealen Verhältnisse auch mit einer Anordnung erreicht, wie sie vorstehend beschrieben und in F i g. 2 dargestellt ist, wo die Teilstückpaare in dem vom Streufeld des Magneten 4 beeinflußten Bereich abwechselnd einander gleich sind und abwechselnd den einen oder den anderen von zwei verschiedenen Innendurchmessern besitzen.Theoretically, the diameter of the pole piece sections should be influenced by the stray field of the magnet 4 Area of the periodic permanent magnet system may be continuously graded. Such a gradation is expensive, however, and experiment has shown that it is sufficiently good Approach to the ideal conditions also achieved with an arrangement as described above and in FIG. 2 shows where the pairs of sections are influenced by the stray field of the magnet 4 Area alternately equal to each other and alternate one or the other of have two different inner diameters.

In Fig. 2 hat auch der erste, dem Magneten4 benachbarte Polschuh 11 auf jeder Seite ein ringförmiges Teilstück. Das dem Magneten 4 zugekehrte Teilstück mit dem kleineren Durchmesser ist an sich nicht notwendig. Es ist in der dargestellten Anordnung nur deswegen vorhanden, weil es aus wirtschaftlichen Gründen vorteilhaft ist, möglichst einheitliche Polschuhe zu verwenden.In Fig. 2, the first, the magnet4 adjacent pole piece 11 on each side an annular section. The one facing the magnet 4 Part with the smaller diameter is not necessary per se. It is in the arrangement shown only available because it is advantageous for economic reasons, as uniform as possible Use pole pieces.

In F i g. 2 sind keine Vorrichtungen für die Erzeugung eines Anpassungsfeldes (RaumM in Fig. 1) vorgesehen. Derartige Vorrichtungen, die als solche bekannt sind, können, wenn notwendig, vorgesehen werden, jedoch ist im allgemeinen ein besonderes Anpassungsfeld nicht erforderlich, da das periodische Permanentmagnetsystem so konstruiert werden kann, daß eine gute Anpassung zwischen dem gleichförmigen Feld des Magneten 4 und dem sich anschließenden Feld des periodischen Permanentmagnetsystems von selbst erreicht wird. Dies gelingt beispielsweise dadurch, daß der Durchmesser der Polschuhteilstücke 12 so gewählt wird, daß das dem Magneten 5 zugeordnete Fokussierungsfeld auf den erforderlichen Wert angehoben wird und daß der Abstand M (Fig. 1) durch entsprechende Wahl des Durchmessers des Magneten 4 passend bemessen wird.In Fig. 2 no devices are provided for generating an adaptation field (space M in FIG. 1). Such devices, known as such, can be provided if necessary, but in general a special matching field is not required since the periodic permanent magnet system can be constructed so that a good match between the uniform field of the magnet 4 and itself subsequent field of the periodic permanent magnet system is achieved by itself. This is achieved, for example, in that the diameter of the pole piece pieces 12 is chosen so that the focusing field associated with the magnet 5 is raised to the required value and that the distance M (FIG. 1) is appropriately dimensioned by selecting the diameter of the magnet 4 accordingly.

Claims

Patent claims:

1. Magnetic focusing system for the bundled guidance of the electron beam of a Traveling wave tube, which consists of a periodic sequence of at least approximately the same, lengthways the interaction area (delay line area) of the traveling wave tube There is permanent magnets, which are alternately polarized in opposite directions in the axial direction and each arranged between two pole pieces coaxially surrounding the traveling wave tube are so that an alternating direction coaxial with the delay line A longitudinal magnetic field is created, which at least approximately shows a sinusoidal curve (periodic permanent magnet system), and that

further comprises a permanent magnetic system which comprises the electron gun surrounds the traveling wave tube coaxially and in the area of the electron gun an at least approximately uniform (homogeneous) longitudinal magnetic field is generated thereby characterized in that in the portion adjacent to the electron gun of the periodic permanent magnet system, the successive pole shoes are so different in particular also with regard to the inner diameter, are dimensioned that the one that distorts the alternating magnetic longitudinal field Stray field influence of the permanent magnetic surrounding the electron gun System is essentially compensated.

2. Magnetic focusing system according to claim 1, characterized in that the Electron gun surrounding permanent magnetic system of a hollow cylindrical Permanent magnets is formed and the permanent magnets of the periodic permanent magnet system are annular are.

3. Magnetic focusing system according to claim 1 or 2, characterized in that the pole pieces of the periodic permanent magnet system consist of ring disks, each in their central section each have an annular section on both sides.

4. Magnetic focusing system according to claim 3, characterized in that in the the portion of the periodic permanent magnet system adjacent to the electron gun the diameters of the annular pole piece sections are graduated.

5. Magnetic focusing system according to claim 4, characterized in that the gradation is chosen so that the mutually facing annular pole piece sections of adjacent Pole shoes are alternately equal to each other and alternately one or the other of two different inside diameters have (Fig. 2).

Considered publications:
"IRE Transactions on Electron Devices," January
1958, p. 35 ff.

1 sheet of drawings