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Permanentmagnetische Fokussierungsanordnung, insbesondere für Lauffeldröhren
Die Erfindung betrifft eine perinanentmagnetische Fokussierungsanordnung mit periodisch
in der Richtung altemierenden Feldern zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls
über eine größere Wegstrecke, die quer zu ihrer Achse zwischen zwei in axialer Richtung
aufeinanderfolgenden, untereinander gleichen ringförinigen Pennanentmagneten (Bregrenzungsmagneten)
von einem Wellenleiter zur Zu-oder Abführung von Hochfrequenzenergie durchsetzt
wird, desesn Ausdehnung in Achsrichtung der Fokussierungsanordnung (Elektronenstrahlrichtung)
im Vergleich zur halben Periodenlänge des magnetischen Bündelungsfeldes nicht vernachlässigbar
ist, und bei der zu beiden Seiten eines jeden der Begrenzungsmagneten ein ringförmiger
Polschuh vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser mit dem Innendurchmesser der übrigen
Polschuhe der Fokussierungsanordnung, die zwischen den sonstigen in axialer Richtung
aufeinanderfolgenden Perinanentmagneten angeordnet sind, übereinstimmt, insbesondere
für Lauffeldröhren.
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Eine solche Fokussierungsanordnung ist bereits in »RCA Review«,
1955, S. 423 bis 431, beschrieben. Bei der bekannten Anordnung stimmen die
Begrenzungsmagneten im Bereich des Wellenleiters in ihrer Größe mit den übrigen
Permanentmagneten für die Erzeugung des magnetischen Bündelungsfeldes überein, so
daß sich im Durchschnittsbereich des Wellenleiters eine merkliche Störung des magnetischen
Bündelungsfeldes ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Fokussierungsanordnungen der genannten
Art so zu verbessern, daß sich auch im Durchtrittsbereich des Wellenleiters längs
der Achse der Fokussierungsanordnung (Elektronenstrahlachse) keine oder nur eine
unwesentliche Störung des periodischen magnetischen Bündelungsfeldes ergibt. Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden einander nicht benachbarten
Polschuhe der im Vergleich zu den übrigen Permanentmagneten der Fokussierungsanordnung
wesentlich stärker dimensionierten und einander mit ungleichnamigen Polen gegenüberstehenden
Begrenzungsmagneten mit zusätzlichen Polschuhteilen versehen sind, die, um die Begrenzungsmagneten
mit Abstand von diesen angeordnet, derart bemessen sind, daß sie den von den Begrenzungsmagneten
erzeugten magnetischen Fluß so nebenschließen (shunten), daß auch im Durchtrittsbereich
des Wellenleiters das für die gebündelte Führung des Elektronenstrahls maßgebliche
magnetische Bündelungsfeld praktisch keine Diskontinuität im Vergleich zum entsprechenden
übrigen magnetischen Bündelungsfeld zeigt. Man erreicht so, daß das maximale magnetische
Bündelungsfeld im Durchtrittsbereich des Wellenleiters praktisch mit dem sonstigen
Maximalwert des magnetischen Bündelungsfeldes übereinstimmt, so daß der vom Wellenleiter
eingenommene Spalt (Koppelspalt) trotz seiner beachtlichen Größe im Vergleich zur
Periodenlänge des magnetischen Bündelungsfeldes keine merkliche Störung desselben
bedingt. Die genaue Einstellung des magnetischen Bündelungsfeldes im Bereich des
Koppelspaltes erfolgt in einfacher Weise durch Justierung des Abstandes zwischen
den einander zugewandten Stirnflächen der zusätzlichen Polschuhtelle.
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Vorzugsweise sind die zusätzlichen Polschuhteile ringförmig ausgebildet
und umgeben die Begrenzungsmagnete in symmetrischer Anordnung, d. h. symmetrisch
zueinander sich erstreckend.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Anpassung des magnetischen
Bündelungsfeldes im Bereich des Koppelspaltes noch mindestens ein Hilfsmagnet zwischen
den einander benachbarten Polschuhen der Begrenzungsmagneten vorgesehen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die beiden
nicht benachbarten Polschuhe der Begrenzungsmagneten über die zusätzlichen Polschuhteile
magnetisch miteinander verbunden sind, wodurch der magnetische Streufluß im Nebenschlußkreis
klein gehalten werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen.
F
i g. 1 zeigt einen Teil einer magnetischen Fokussierungsanordnung nach der
Erfindung im Längsschnitt F i g. 2 eine entsprechende, Darstellung einer
abgeänderten Ausführungsfonn der Erfindung und F i g. 3 den Magnetkreis im
Bereich der Begrenzungsmagneten in perspektivischer Ansicht.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 1
umfaßt einen
Abschnitt A der Fokussierungsanordnung, der die Diskontinuität des magnetischen
Bündelungsfeldes kompensieren soll, die durch den der Zu- oder Abführung von Hochfrequenzenergie
dienenden Wellenleiter 3 bedingt ist. Dieser Teil der Fokussierungsanordnung
besteht aus zwei ringförmigen Permanentinagneten (Begrenzungsmagneten)
1, 2, die im Vergleich zu den übrigen Permanentmagneten 15 der Fokussierungsanordnung
wesentlich stärker dimensioniert und zu beiden Seiten des Wellenleiters
3 so angeordnet sind, daß sich ungleichnami ge Pole gegenüberstehen. Zu den
Begrenzungsmagneten gehören die einander nicht benachbarten Polschuhe 4 und
5. Diese tragen zusätzliche Polschuhteile 4' und 5", die einen Nebenschluß
(Shunt) für den von den Begrenzungsmagneten 1 und 2 erzeugten magnetischen
Fluß darstellen und womit das magnetische Bündelungsfeld beeinflußt werden kann.
Die Polschuhe 6 und 7 bestimmen die grundsätzliche Verteilung und
Dichte des magnetischen Bündelungsfeldes längs der Achse der Fokussierungsanordnung
im Bereich des Wellenleiters 3. Der Ab-
stand di zwischen diesen Polschuhen
entspricht der Breite des Wellenleiters 3. Der Abschnitt B der Fokussierungsanordnung
besteht wie in üblicher Weise aus ringförmigen Permanentmagneten 15, die
in axialer Richtung und abwechselnd entgegengesetzt gepolt sind und deren Polschuhe
jeweils einen Spalt der Breite di begrenzen. Mit einer solchen Anordnung erhält
man bekanntlich in Achsrichtung z ein periodisches, in der Richtung alternierendes
Magnetfeld. Durch Einstellung des Abstandes 1 zwischen den zusätzlichen Polschuhteilen
4' und 5** kann man das magnetische Bündelungsfeld längs des zugehörigen Spaltes
der Breite d, so einstellen, daß - längs der Achse der Fokussierungsanordnung
- das Maximum des magnetischen Bündelungsfeldes im Bereich des Wellenleiters
3 dem Maximum des magnetischen Bündelungsfeldes im Bereich der Begrenzungsmagneten
wie auch im Bereich der Permanentmagneten 15 gleich ist. L/2 bezeichnet die
halbe Periodenlänge des magnetischen Bündelungsfeldes.
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Im einzelnen kann man die Daten der verschiedenen magnetischen Kreise
und die Größe des magnetischen Bündelungsfeldes längs der Achse der Fokussierungsanordnung
in an sich bekannter Weise berechnen und durch Messung nachprüfen.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fokussierungsanordnung
wurde bei einer Wanderfeldröhre benutzt. Das periodische magnetische Bündelungsfeld
hatte eine Periodenlänge von L = 25,4 mm, der Abstand di zwischen
den zwei Polschuhen eines Ringmagneten 15 betrug 6 mm und der Innendurchmesser
2R, jedes Polschuhes betrug 13 mm. Die lichte Weite des zwischen den beiden
Begrenzungsmagneten 1 und 2 eingesetzten Eingangswellenleiters
3 betrug in Achsrichtung der Fokussierungsanordnung 6 mm. Die Begrenzungsmagneten
besaßen eine Eutmagnetisierungsfeldstärke H" von 640 Oersted und eine magnetische
Flußdichte von B. von 1480 Gauß. Sie waren ringförmig ausgebildet mit einem Außendurchmesser
2R, von 21 mm, einem Innendurchmesser 2R1 von 15 mm und einer axialen
Dicke V12 von 10 mm. Die zugehörigen Polschuhe 4, 6 und
5, 7 hatten einen Außendurchmesser 2R, von 21 mm und einen Innendurchmesser2R.
von 13 mm. Für eine magnetische Fokussierungsanordnung der beschriebenen
Abmessungen wurden erfindungsgemäß die zusätzlichen Polschuhteile 4' und
5' so gewählt, daß (längs der Achse der Fokussierungsanordnung) das Maximum
des magnetischen Bündelungsfeldes im Bereich des Wellenleiters 3 denselben
Wert aufwies wie die Maxima im Bereich des übrigen magnetischen Bündelungsfeldes,
nämlich etwa 500 Gauß.
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Ein mit einer Fokussierungsanordnung nach der Erfindung ausgerüsteter
10-W-Wanderfeldverstärker erreicht ein Gewicht von nur 2,5 kg, einschließlich
der Ein- und Ausgangswellenleiter und der sonst erforderlichen Schaltelemente. Die
Fokussierungsanordnung erzeugte - also auch innerhalb des jeweiligen Wellenleiterkoppelspaltes
- ein maximales magnetisches Bündelungsfeld von etwa 650 Gauß. Damit
erreicht man eine Stromübertragung von mehr als 98%, für einen Strahlstrom von 30
mA, der durch eine Wendel mit einem Innendurchmesser von 2,5 mm geschossen
wird.
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Die Anordnung nach F i g. 2 ist der Anordnung nach F i
g. 1 weitgehend ähnlich; es sind nur noch Hilfsmagneten 8, 9 im Bereich
des Wellenleiters 3
angeordnet, und zwar so, daß den Polen der ringförmigen
Begrenzungsmagneten 1 und 2 gleichnamige Pole der Hilfsmagneten
8, 9 gegenüberstehen. Das durch die Begrenzungsmagneten 1 und 2 im
Durchtrittsbereich des Wellenleiters 3 erzeugte magnetische Bündelungsfeld
wird so noch durch den magnetischen Fluß der Hilfsmagneten erhöht, womit man also
im Bereich des Wellenleiters 3 den erreichbaren Maximalwert des magnetischen
Bündelungsfeldes erhöhen kann.
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Die Anordnung nach F i g. 2 ist insbesondere für Anordnungen
sehr hoher Frequenz geeignet, z. B. für Wanderfeldverstärker des X-Bandes, wo die
Ab-
messungen des Wellenleiters 3 klein werden.
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In F i g. 3 ist eine Ausführungsform eines magnetischen Nebenschlußkreises
wiedergegeben, der in vorteilhafter Weise in Verbindung mit den Polschuhen 4 und
5 der F i g. 1 und 2 angewandt wird.
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Zwischen den beiden Begrenzungsmagneten 1
und 2 befindet sich
der Wellenleiter 3. Flügel 10 und 11 aus Weicheisen sind jeweils
mit dem einen Ende an den ferromagnetischen oder nichtmagnetischen Ringen 12 bzw.
13 und mit dem anderen Ende am Begrenzungsmagneten 1 bzw. 2 gehalten.
Die Flügel sind durch zusätzliche Weicheisenstücke 14 miteinander verbunden. Die
Größe des durch die Magneten 1
und 2 erzeugten magnetischen Bündelungsfeldes
kann durch Anzahl und Größe dieser Eisenstücke 14 variiert werden. Mit dieser Anordnung
kann die Vergrößerung des Streuflusses der Begrenzungsmagneten auf Grund der Verlängerungen
der Polschuhe klein gehalten werden. Mit 15 sind wieder die Permanentmagneten
des Teils B der Fokussierungsanordnung (vgl. F i g. 1) bezeichnet.