Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Erzeugung
eines stark verdichteten Elektronenvollstrahls für Laufzeitröhren, insbesondere
Wanderfeldröhren, bei denen der Elektronenstrahl im Bereich des Wechselwirkungsabschnitts
der Röhre durch ein homogenes Magnetfeld gebündelt geführt wird, bestehend aus einer
konkaven Großkathode, einer Wehneltelektrode, einer Zuganode und einem zwischen
der Zuganode und dem Wechselwirkungsabschnitt der Röhre angeordneten, den Elektronenstrahl
koaxial umgebenden Metallzylinder, der mit einem wesentlich niedrigeren Gleichpotential
als die Zuganode und der Wechselwirkungsabschnitt beaufschlagt und in einem dem
Wechselwirkungsabschnitt der Röhre entsprechenden homogenen Magnetfeld oder in einem
inhomogenen Magnetfeld, dessen Stärke zum Wechselwirkungsabschnitt hin fortlaufend
zunimmt, angeordnet ist (Perveanzzylinder).The invention relates to an electron gun for generation
a highly condensed full electron beam for time-of-flight tubes, in particular
Traveling wave tubes in which the electron beam is in the area of the interaction section
the tube is bundled by a homogeneous magnetic field, consisting of a
large concave cathode, a Wehnelt electrode, a pulling anode and one between
the pulling anode and the interaction section of the tube, the electron beam
coaxially surrounding metal cylinder, which has a much lower direct potential
acted as the pulling anode and the interaction section and in one of the
Interaction section of the tube corresponding homogeneous magnetic field or in a
inhomogeneous magnetic field, the strength of which continues towards the interaction section
increases, is arranged (perveance cylinder).
Derartige Mektronenstrahlerzeugungssysteme sind mannigfaltig bekannt.
Bekanntlich erzeugt man vielfach bandförmige oder zylindrische Elektronenvollstrahlen
mit einer sogenannten Pierce-Kanone und führt diese Elektronenstrahlen mit Hilfe
eines homogenen Magnetfeldes über eine größere Wegstrecke. Zum Betrieb einer Rückwärtswellenoszillatorröhre
für Millimeterwellen benötigt man z. B. Elektronenstrahlen von i/io bis 3/lo mm
Durchmesser und Strahlstromstärken von 10 bis 50 mA. Die mit einer solchen Oszillatorröhre
erzeugte Frequenz wird durch das Gleichpotential der Verzögerungsleitung bestimmt.
Der Frequenzdurchstimmbereich ist etwa eine Oktave, wobei das Potential um den Faktor
5 bis 6 geändert werden muß. Potentialverhältnisse von 600 zu 3600 Volt bzw. von
200 zu 1200 Volt sind dabei gebräuchlich. Mit den bekannten Elektrodenanordnungen
ist es elektronenoptisch unmöglich, bei so großen Potentialänderungen den Elektronenstrahl
im Magnetfeld ohne übergroße Welligkeit zu führen. Arbeitet man mit Nachbeschleunigung,
also einem kleinen Anodenpotential, so kann die Strahlwelligkeit wesentlich kleiner
gehalten werden als bei einer Abbremsung. Man erhält dabei aber Perveanzen in der
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Größenordnung von 5 - 10-6A/V2 Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit so
großen Perveanzen, welche einen sehr feinen Elektronenstrahl mit hoher Stromdichte
erzeugen sollen, haben aber den Nachteil, daß man kleine Kathoden-Anoden-Abstände
erhält, wodurch diese Systeme empfindlicher gegenmechanische Toleranzen sind als
Systeme mit kleiner Perveanz. Es ist auch bekannt, daß Elektronenstrahlerzeugungssysteme
mit so hohen Perveanzen die theoretische Annahme einer homogenen Strahlstromdichte
nicht erfüllen, was auf thermische Transversalgeschwindigkeiten der Elektronen und
unvermeidbare Linsen- ; fehler durch die Anode zurückzuführen ist.Such electron beam generating systems are widely known. It is known that band-shaped or cylindrical full electron beams are often generated with a so-called Pierce gun and these electron beams are guided over a longer distance with the aid of a homogeneous magnetic field. To operate a reverse wave oscillator tube for millimeter waves, e.g. B. electron beams from i / io to 3 / lo mm in diameter and beam currents from 10 to 50 mA. The frequency generated with such an oscillator tube is determined by the DC potential of the delay line. The frequency tuning range is about an octave, whereby the potential must be changed by a factor of 5 to 6. Potential ratios of 600 to 3600 volts or from 200 to 1200 volts are common. With the known electrode arrangements, it is electron-optically impossible to guide the electron beam in the magnetic field without excessive ripple given such large changes in potential. If you are working with post-acceleration, i.e. a small anode potential, the beam ripple can be kept much smaller than when braking. However, you get perveances in the order of 3 magnitudes of 5-10-6A / V2 electron guns with such large perveances, which are supposed to generate a very fine electron beam with high current density, but have the disadvantage that you get small cathode-anode distances, whereby these systems are more sensitive to mechanical tolerances than systems with small perveance. It is also known that electron guns with such high perveances do not meet the theoretical assumption of a homogeneous beam current density, which is due to thermal transverse velocities of the electrons and unavoidable lens; fault is due to the anode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem
zu schaffen, bei dem der aus dem Elektronenstrahlerzeugungssystem austretende Elektronenstrahl
so in das homogene Magnetfeld einläuft, daß er in diesem zylindrisch ohne nennenswerte
Welligkeit verläuft, wobei die Elektronenkanone optimal dimensioniert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem der eingangs
erwähnten Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Länge des Perveanzzylinders
mindestens gleich der zweifachen Schwankungswellenlänge des Elektronen-Strahls im
Bereich des Perveanzzylinders ist und daß die Gleichpotentiale der Elektroden des
Strahlerzeugungssystems und des Wechselwirkungsabschnitts sowie die zugehörige Magnetfeldstärke
so gewählt sind, daß der Elektronenstrahl beim Durchlaufen des Wechselwirkungsabschnitts
einen praktisch konstanten Durchmesser aufweist.The invention is based on the object of an electron gun
to create in which the electron beam emerging from the electron gun
enters the homogeneous magnetic field in such a way that it becomes cylindrical without any significant
Ripple runs, whereby the electron gun can be optimally dimensioned.
In order to solve this problem, in the case of an electron gun, the initially introduced
mentioned type proposed according to the invention that the length of the perveance cylinder
at least equal to twice the fluctuation wavelength of the electron beam im
Area of the perveance cylinder and that the equal potentials of the electrodes of the
Beam generating system and the interaction section as well as the associated magnetic field strength
are chosen so that the electron beam when passing through the interaction section
has a practically constant diameter.
An Hand der Figur wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert:
In der Figur ist als Beispiel ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Rückwärtswellenoszillatorröhre
schematisch dargestellt.The invention is explained in more detail below with reference to the figure:
In the figure, there is exemplified an electron gun for a reverse wave oscillator tube
shown schematically.
Mit 1 ist die Kathode und mit 2 die Verzögerungsleitung der Rückwärtswellenoszillatorröhre
bezeichnet. In bekannter Weise sind ein Wehneltzylinder 3 und eine Zuganode 4 vorgesehen.
Zwischen Zuganode 4 und Verzögerungsleitung 2 liegt ein metallischer Zylinder 5
(Perveanzzylinder). Unterhalb dieser schematischen Darstellung ist in einem Diagramm
der im Bereich zwischen der Kathode 1 und Verzögerungsleitung 2 herrschende Gleichpotentialverlauf
skizziert.Numeral 1 is the cathode and numeral 2 is the delay line of the reverse wave oscillator tube
designated. In a known manner, a Wehnelt cylinder 3 and a tension anode 4 are provided.
A metallic cylinder 5 is located between the pulling anode 4 and the delay line 2
(Perveance cylinder). Below this schematic is a diagram
the DC potential curve prevailing in the area between cathode 1 and delay line 2
outlined.
Das axiale magnetische Führungsfeld muß sich über den Zylinder 5 erstrecken.
Dabei ist es nicht erforderlich, daß in diesem Bereich der Magnetfeldverlauf homogen
ist. So kann beispielsweise das homogene Magnetfeld bei der Verzögerungsleitung
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beginnen und der Anstieg dieses Feldes entlang des Zylinders 5 erfolgen.The axial magnetic guide field must extend over the cylinder 5. It is not necessary that the course of the magnetic field is homogeneous in this area. For example, the homogeneous magnetic field can begin at the delay line 2 and this field can rise along the cylinder 5.
Durch den Zylinder 5 wird eine Perveanztransformation bewirkt, die
zusammen mit dem dort herrschenden Magnetfeld die Form des Elektronenstrahls beeinflußt.A perveance transformation is effected by the cylinder 5, the
together with the magnetic field prevailing there, influences the shape of the electron beam.
Die Länge z des Perveanzzylinders muß so gewählt werden, daß sie mindestens
gleich der zweifachen Schwankungswellenlänge A, des Elektronenstrahls ist. In dem
in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist die Länge z des Perveanzzylinders 5
wesentlich größer gewählt als die Schwankungswellenlänge R. Die Länge z des Perveanzzylinders
kann, wenn die magnetische Feldstärke innerhalb des Perveanzzylinders konstant ist
(homogenes Magnetfeld), nach folgender Formel berechnet werden:
wobei U das Gleichpotential des Perveanzzylinders in Volt und B die Feldstärke des
den Perveanzzylinder durchsetzenden homogenen Magnetfeldes in Gauß ist. Ist das
den Perveanzzylinder durchsetzende Magnetfeld inhomogen, wenn sich also der Anstieg
des Magnetfeldes über den Perveanzzylinder erstreckt, dann muß z größer oder - bei
gegebenem Wert von z - das Perveanzzylindergleichpotential Up",
kleiner
gewählt werden. Das Gleichpotential des Perveanzzylinders wählt man so klein als
zulässig, damit sich innerhalb des Perveanzzylinders möglichst viele Schwankungswellenlängen
A: des Elektronenstrahls ausbilden können. Man hat dann die Möglichkeit, durch Ändern
des Gleichpotentials des Perveanzzylinders die Eintrittsbedingungen des Elektronenstrahls
in das die gebündelte Strahlführung längs der Verzögerungsleitung übernehmende homogene
Magnetfeld in weiten Grenzen zu variieren. Um das Elektronenstrahlerzeugungssystem
optimal zu dimensionieren, wählt man ein hohes Anodengleichpotential (vAnode), so
daß man eine kleine Perveanz erhält.
Ebenso wählt man zweckmäßigerweise
das Verhältnis des Kathodenkrümmungsradius rk zum Anodenkrümmungsradius rA (s. Zeichnung)
etwa gleich oder kleiner als 2, wodurch man einen Elektronenstrahl mit über den
Querschnitt annähernd konstanter Strahlstromdichte erhält.The length z of the perveance cylinder must be chosen so that it is at least equal to twice the fluctuation wavelength A i of the electron beam. In the example shown in the drawing, the length z of the perveance cylinder 5 is selected to be significantly greater than the fluctuation wavelength R. The length z of the perveance cylinder can be calculated using the following formula if the magnetic field strength within the perveance cylinder is constant (homogeneous magnetic field): where U is the constant potential of the perveance cylinder in volts and B the field strength of the homogeneous magnetic field penetrating the perveance cylinder in Gauss. If the magnetic field penetrating the perveance cylinder is inhomogeneous, i.e. if the increase in the magnetic field extends over the perveance cylinder, then z must be selected larger or - for a given value of z - the perveance cylinder equal potential Up ", smaller permissible so that as many fluctuation wavelengths A: of the electron beam as possible can develop within the perveance cylinder. By changing the constant potential of the perveance cylinder, the entry conditions of the electron beam into the homogeneous magnetic field taking over the bundled beam guidance along the delay line can then be varied within wide limits. In order to optimally dimension the electron gun, a high DC anode potential (vAnode) is chosen so that a small perveance is obtained. Drawing) approximately equal to or smaller than 2, which results in an electron beam with an almost constant beam current density over the cross-section.