DE1491426A1

DE1491426A1 - Permanentmagnetsystem zur gebuendelten Fuehrung eines Elektrodenstrahls ueber eine lengere Wegstrecke,insbesondere fuer Wanderfeldroehren

Info

Publication number: DE1491426A1
Application number: DE19641491426
Authority: DE
Inventors: Paul Meyerer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-08-12
Filing date: 1964-08-12
Publication date: 1969-05-22
Also published as: DE1491426B2; US3329915A; NL6508907A; GB1102719A

Description

SILHMIS AKTIENGESELLÜCILiFT

a SER196

8 München 2 Viittelsbacherplatz 2 PA 64/2641 P λμ °[A

Permanentmagnetsystem zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine längere Wegstrecke, insbesondere für V/ander feldröhr en

Die Erfindung betrifft ein Permanentmagnetsystem zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine

909821/0408

Unterlage! ι-'—· > i 11^~. 2 Nr. l Salz 3 des Änderungsges. v. ■«. >

149H26

PA 9/492/424 - 2 -

längere Wegstrecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, bei dem die Permanentmagnete axialsymmetrisch zur Elektronenbahn angeordnet sind und Polschuhe, die in Elektronenstrahlrichtung hintereinander angeordnet und vom Elektronenstrahl durchsetzt sind, einander gegenüberliegende gleichnamige Pole der Permanentmagnete abwechselnd magnetisch so verbinden, daß längs der Elektronenbahn ein in der Richtung alternierendes Magnetfeld mit etwa sinusförmigen Verlauf der magnetischen Feldstärke entsteht.

Permanentmagnetsysteme dieser Art sind bereito bekannt, und zwar in verschiedenen Ausführungsformen. Bei einer dieser Ausführungsforinen besteht das Magnetsystem aus kurzen Permanentmagnetringen, die koaxial zur Elektronenbahn hintereinander angeordnet sinduund jeweils mit gleichnamigen Polen zusammenstoßen. An den Angrenzungssteilen der gleichnamigen Pole sind zwischen diese ringscheibenförmige Polschuhe vorgesehen, die in der Nähe der Elektronenbahn hohlzylindrische Ansätze aufweisen. Ein anderes bekanntes Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit etwa sinusförmiger Feldstärkeverteilung besteht aus Permanentmagneten, die in Ebenen senkrecht zur Elektronenbahn ein Viereck bilden. Dabei sind gleichnamige Pole der in Umfangsrichtung des Vierecks magnetisieren Perraanent-

909821/0408 " ³ ~

ΡΛ 9/492/424 - 3 -

magnete einander benachbart. Diese Pole sind mit den gegenüberliegenden gleichnamigen Polen abwechselnd durch senkrecht sich erstreckende Polschuhe miteinander verbunden.

Ein wichtiges Problem, das bei der Fokussierung von Elektronenstrahlen mittels Magnetfeldern auftritt, ist bekanntlich die Vermeidung von transversalen magnetischen Störkomponenten. Bei den genannten bekannten periodischen Permanentmagnetsystemen hat man sich bisher bemüht, magnetische Transversalfelder dadurch klein zu halten, daß die Polschuhe aus einem <, hochpermeablen Weicheisen gefertigt sind und in ihren Abmessungen sowie in ihrer räumlichen Zuordnung zueinander außerordentlich genau ausgebildet sind. Es hat sich herausgestellt, daß dabei die Polschuhe Fertigungstoleranzen in der Größenordnung von 0,01 mm nicht überschreiten dürfen, woraus sich naturgemäß ein großer Aufwand bei der Herstellung der Polschuhe ergibt.

Um den fertigungstechnischen Aufwand bei Polschuhen für ein periodisches Permanentmagnetsystem herabzusetzen, ist bereits vorgeschlagen, die Polschuhe als rechteckige, in der Mitte mit einer Bohrung versehene Blechstreifen vorzufertigen und anschließend zweimal zu verdrillen. Dao Verdrillen kann durch einen Schmiedevorgang er-

909821/0408

149U26

ΡΛ 9/492/424 - 4 -

folgen. Datei ist auch vorgeschlagen, in die Bohrung der Polschuhe einen Weicheisenring einzufügen, um Störungen in der Rotationssymraetrie des periodischen Magnetfeldes auszugleichen, die durch eine Abweichung der verdrillten Flächen der Polschuhe von einer genau senkrechten Lage zueinander hervorgerufen sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Permanentmagnetsystem zu schaffen, das ein praktisch vollkommen rotationssymmetrisches, in der Richtung alternierendes Magnetfeld erzeugt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Permanentmagnetsystem der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Elektfonenbahn zumindest streckenweise von einem Rohr umschlossen ist, daa in an sich bekannter Weise abwechselnd aus weichmagnetischen und nichtmagnetischen Ringen aufgebaut ist, wobei die weichmagnetischen Ringe einer ungeraden Ordnungszahl an die Polschuhe unmittelbar angrenzen und von diesen symmetrisch umgeben sind, während die weichmagnetischen Ringe einer geraden Ordnungszahl jeweils in der Mitte zwischen, in Elektronenstrahlrichtung gesehen, benachbarten Polschuhen angeordnet sind.

Bei einem Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes längs der Entladungsbahn einer

909821/0408 " ⁵ "

ΡΛ 9/492/424 - 5 -

laufzeitröhre ist es zur Beseitigung störender magnetischer Transversalkomponenten an sich bereits bekannt, hochperaeable, dünne Scheiben aneinander zu reihen, Vielehe durch nichtmagnetische Distanzringe voneinander getrennt sind und die Slektronenbahn umgaben. Im Unterschied zur vorliegenden Erfindung sind dabei zwischen den Magnetpolen des Systems eine Vielzahl von hochpermeablen Scheiben vorgesehen, so daß auch nicht zwischen Scheiben einer geraden und einer ungeraden Ordnungszahl zu unterscheiden ist. Die genannte Anordnung kann aber auch deshalb nicht mit der Erfindung verglichen v/erden, v/eil beim Bekannten sämtliche v/eichmagnetische Scheiben sehr dünn sein müssen, wenn sie nicht einen erheblichen magnetischen Nebenschluß darstellen sollen, der eine wesentliche Vergrößerung der Permanentmagnete erfordern würde.

Der wesentliche Fortschritt der Erfindung besteht darin , daß mit einer mechanisch und fertigungstechnisch sehr einfachen Anordnung Fehler in der Rotationssymmetrie eines periodischen Magnetfeldes ausgeglichen werden, welche auf den unvermeidbaren Herstellungstoleranzen der zur Erzeugung solcher Felder bekannten Magnetsysteme beruhen. Dabei beseitigen die weichmagnetischen Ringe einer ungeraden Ordnungszahl (Polschuhringe) Unsyrametrien des magnetischen Führungsfeldes, welche aufgrund von

909821/0408 ~ ⁶ "

149H26

ΡΛ 9/492/424 - 6 -

Pertigungsungenauigkeiten der Polschuhe in deren unmittelbaren Bereich auftreten. Die weichmagnetischen Ringe gerader Ordnungszahl (Homogenisierungsringe) gleichen dann solche Transversalfelder aus, die von Fehlern in der räumlichen Anordnung der Polschuhe und von Ungenauigkeiten an den Stirnseiten der Polschuhe verursacht sind. Auf diese Weise können anstelle der bisher üblichen geschliffenen Weicheisenpolschuhe geschmiedete Polschuhe verwendet werden, wobei noch eine merkliche Verbesserung der Rotationosymmetrie des Feldes erzielt werden konnte.

Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für ein periodisches Magnetsystem, bei dem die Permanentmagnete in Form eines geschlossenen Vierecks angeordnet sind und abwechselnd gegenüberliegende, gleichpolige Ecken des Vierecks durch Weicheisenpolschuhe miteinander verbunden sind. Ein solches periodisches Magnetsystem hat an sich den Vorteil, daß ohne große Streufelder eine einfache .Anpassung an den Bedarf des magnetischen Flusses und der magnetischen Spannung für die exakte Fokussierung des Elektronenstrahls erreichbar ist. Infolge der interdigital-artigen Anordnung der Weicheisenpolschuhe besteht jedoch die Gefahr, daß das Feld eine ElliptizitUt aufweist, die bei einer erfindungsgemäßen Anordnung durch die Wirkung der Homogenisierungoringe vorzüglich beseitigt wird.

909821/0408 - 7 -

ΡΛ 9/492/424 · - 7 -

Anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit v/eiteren Merkmalen näher erläutert v/erden. Dabei sind einander entsprechende Seile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt von vorne und. die Figur 2 als Schnitt länge der Linie Λ-Β in Figur 1 ein Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines in der Richtung periodisch wechselnden Magnetfeldes. Die Magnete 1, 2, 3 und 4 sind in "bekannter Weise axialsymmetrisch zur Achse deo Elektronenstrahls so angeordnet, daß die Magnete die Seiten eines Quadrates bilden. Dabei stossen immer gleichnamigo Pole der in Urafangsrichtung des Quadrates magnetisieren Magnete an den Ecken des Quadrates zusammen. Die gegenüberliegenden Ecken gleichnamiger Polarität sind abwechselnd in horizontaler und vertikaler Richtung durch Polschuhe 5 miteinander verbunden. Zur Aufnahme des Sntladungsgefäßes einer Elektronenstrahlröhre weisen die Polschuhe 5 jeweils eine zentrale Bohrung 6 auf. In diese Bohrung 6 ist erfindungsgemäß ein Rohr 7 eingesetzt, das abwechselnd aus weichmagnetischen und nichtmagnetischen Ringen aufgebaut ist. Dabei sind v/eichmagnetische Ringe (Polschuhringe) 8 einer ungeraden Ordnungszahl in den Bohrungen 6 der Polschuhe 5 derart angeordnet, daß diese Ringe an die Polschuhe 5 unmittel-

909821/0408 "⁸"

149U26

PA 9/492/424 - 8 -

bar angrenzen und von diesen symmetrisch umgeben sind. Von den Polschuhrlngen 8 lassen sich v/eichinagnetische Ringe (Homogenicierungsringe) 9 einer geraden Ordnungszahl unterscheiden, die Jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten Polschuhringen 8 sich befinden und von diesen durch die nichtmagnetischen Distanzringe'10 getrennt sind. Die einzelnen Ringe 8, 9 und 10 sind vorteilhaft durch Löten oder Kleben miteinander verbunden und gemeinsam zum fertigen Rohr 7 bearbeitet.

Die Homogenisierungsringe 9 haben, wie dargestellt, zweckmäßig in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Polschuhringe 8, damit die Ringe 9 den magnetischen Feldverlauf in Blektronenstrahlrichtung möglichst wenig beeinflussen. Die Homogenisierungsringe 9 bewirken jedoch, auch wenn sie sehr schmal sind, daß Rotationsunsymmetrien des magnetischen Feldes, die von den Stirnseiten der Polschuhe 5 verursacht sein können, ausgeglichen werden. Darüber hinaus ist durch die Horaogenisierungsringe 9 gewährleistet, daß keine Elliptizitüt des magnetischen Feldes auftritt, die an sich durch die interdigital angeordneten Weicheisenpolschuhe 5 verursacht wird. Bei den bisher bekannten Magnetsystemen nach Art der Figuren 1 und 2 hat man versucht, eine Elliptizität des Magnetfeldes dadurch zu vermeiden, daß das Verhältnis dei|Polschuhbreite a zum Innendurch-

909821/0408 ~ ⁹ "

PA 9/492/424 - 9 -

messer d des Rohres 7 größer als zwei war. Dieses Verhältnis kann nun kleiner gewählt werden, wodurch auf der Achse des Magnetsysteins eine höhere magnetische Induktion erreicht wird. - Die Polschuhringe 8 beseitigen Störungen in der Rotationssyminetrie des Magnetfeldes, welche unmittelbar auf Fehler im Aufbau der Polschuhe 5 zurückzuführen sind.

Die Figur 3 zeigt eine magnetische Fokussierungseinrichtung zur Erzeugung eines periodisch in der Richtung alternierenden Magnetfeldes, bei der in bekannter Weise ringförmige Permanentmagnete 11 hintereinander so angeordnet sind, daß gleichnamige Pole aneinander angrenzen. Zwischen den gleichnamigen Polen sind ringscheibenfömige Polschuhe 12 vorgesehen. Innerhalb dei· Fokussierungseinrichtung ist wieder ein Rohr 7 angeordnet, das die Elektronenbahn koaxial umschließt. Das Rohr 7 ist wie in den Figuren 1 und 2 abwechselnd aus Polschuhringen 0, nichtmagnetischen Distanzringen 10 und weichmagnetischen Homogenisierungsringen 9 aufgebaut, wobei die Distanzringe 10 Abmessungen in der gleichen Größenordnung wie die Homogenisierungsringe 9 haben. Die Polschuhringe 8 sind so bemessen, daß sie in an sich bekannter V/eise als hohlzylindrische Ansätze an den Polschuhen 12 erscheinen.

- 10 909821/0408

H9U26

PA 9/492/424 - 10 -

Bei einer Fokussierungseinrichtung nach der Figur 3 können zweckmäßig die Polschuhringe und die Polschuhe in einem Stück gefertigt sein. Die Figur 4 zeigt einend Querschnitt und die Figur 5 einen Schnitt längs der linie C-D der Figur 4 ein entsprechendes Permanentmagnetsystem. Die Permanentmagnete 11 sind dabei in zwei Halbschalen 11 und 11' geteilt, so daß sie nachträglich zwischen die Ansätze 13 eingefügt werden können, welche an den Polschuhringen 8 vorhanden sind und den Polschuhen 12 in Figur 3 entsprechen.*.

Bei einen erfindungsgemäßen Permanentmagnetsystem kann vorteilhaft das Rohr, welchen abwechselnd aus den v/eichmagnetischen Polschuh- bzw. Homogenisierungsringen und den nichtmagnetischen Diatanzringen aufgebaut int, gleichzeitig die Vakuumhülle einer lauffeldröhre darstellen oder über die Vakuumhülle der Röhre geschoben sein. Diese Maßnahme ist von besonderer Bedeutung bei einem Permanentmagnetsystem, das, wie bereits bekannt ist, in zwei spiegelsymmetrische Hälften aufklappbar ist, um bei günstiger Dimensionierung des Magnetsystems eine Wanderfeldröhre aufnehmen zu können, deren beide Enden dicker sind als der mittlere»die Verzögerungsleitung enthaltende Teil der Röhre. Bei einem solchen aufklappbaren Permanentmagnetsystem hat sich nämlich herausgestellt, daß aufgrund der Auftrennung des Systems

909821/0408 - 11 -

T49TA26

PA 9/492/424 " - 11 -

in zwei Hälften unzulässig hohe magnetische Transversalfelder nicht ohne weiteres vermieden v/erden können. Dieser Nachteil tritt dagegen nicht auf, wenn man den mittleren, die Verzögerungsleitung enthaltenden Teil der Röhrenhülle in erfindungsgemäßer Weise abwechselnd aus Polschuhringen, nichtmagnetischen Distanzringen und weichmagnetischen Homogenisierungsringen aufbaut. In Figur 6 ist eine solche Anordnung dargestellt, wobei mit 5 die Polschuhe eines Permanentmagnetsystems bezeichnet sind, wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Im Gegensatz zu den Figuren 1 und 2 ist jedoch das Rohr 7 nicht fest in die Bohrungen 6 der Polschuhe eingefügt, sondern bildet einen Teil der Vakuumhülle einer Röhre 13. Dabei können vorteilhaft die einzelnen Ringe gleichzeitig Bauteile für die Verzögerungsleitung der Röhre sein, welche sich in der Rohre räumlich zwischen dem Ein- und Auskoppelhohlleiter 16 und 17 befindet. Mit 14 ist der die Elektronenkanone enthaltende Teil der Röhre und mit 15 der Auffänger der Röhre bezeichnet. Das Permanentmagnetsystem soll aufklappbar sein, um die Röhre 13, deren Elektronenkanone 14 und Auffänger 15 dicker als der mittlere Teil der Röhre ist, im Magnetsystem austauschen zu können.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausftihrungsbeispiele.' Insbesondere 131 es nicht not-

909821/0408

- 12 -

149H26

PA 9/492/424 - 12 -

wendig, daß das Rohr 7 die gleiche Länge wie dao Magnetsyeteci hat. Auch-kann das Rohr in mehrere Teilstücke unterteilt sein. Die lange des Rohren oder der Teil- . stücke sollte aber in keinem Fall dao dreifache des Innendurchmessers den Rohres 7 unterschreiten.

11 Patentansprüche
6 Figuren

909821/0408

Claims

ΡΛ 9/492/424 - 13 - Patentansprüche

1. Permanentmagnetsystem zur-gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine lungere Strecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, bei dem die Permanentmagnete axialsyrametrisch zur Elektronenbahn angeordnet sind und Polschuhe, die in Elektronenstrahlrichtung hintereinander angeordnet und vom Elektronenstrahl durchsetzt sind, einander gegenüberliegende gleichnamige Pole der Permanentmagnete magnetisch so verbinden, daß längs der Elektronenbahn ein in der Richtung alternierendes Magnetfeld mit etwa sinusförmigen Verlauf der magnetischen Feldstärke entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenbahn zumindest streckenweise von einem Rohr umschlossen ist, dao in an sich bekannter Weise abwechselnd aus weichmagnetischen und nichtmagnetischen Ringen aufgebaut ist, wobei die weichmagnetischen Ringe einer ungeraden Ordnungszahl an die Polschuhe unmittelbar angrenzen und von diesen symmetrisch umgeben sind, wahrend die weichmagnetischen Ringe einer geraden Ordnungszahl jeweils in der Mitte zwischen, in Elektronenstrahlrichtung gesehen, benachbarten Polschuhen angeordnet eind.

- 14 -

w, * BAD ORIGINAL

H91426

PA 9/492/424 - 14 -

2. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die v/eichmagnetischen Hinge ejner ungeraden Ordnungszahl (Polschuhringe) in axialer Richtung eine größere Ausdehnung haben alo die weichmagnetischen Ringe einer geraden Ordnungszahl (llonogeniaierungsringe).

3. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetischen Ringe (Di-3tonzringe) Abmessungen der gleichen Größenordnung v.'ie die Horaogenisierungsringe haben.

4. Pernanentmagnetsysten nach eineto der Ansprüche 1 bia 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringe dea Rohres durch Kleben, Löten, oder dergleichen miteinander verbunden sind.

5. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe, welche zur magnetischen Verbindung der gleichnamigen Pole der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete dienen, je eine Bohrung aufweisen und in diese Bohrungen das Rohr eingeschoben ist.

6. Permanentnagnetsysten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhringe, in Elektronen-

909821/0408 - 15 -BAD ORIGINAL

H9U26

ΡΛ 9/492/424 - 15 -

Strahlrichtung gesehen, breiter sind als die Polschuhe im Bereich ihrer Bohrung.

7. Permanentmagnetsyotem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr die Vakuumhülle einer Wanderfeldröhre darstellt.

8. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete und die Polschuhe so um die Elektronenbahn gruppiert sind, daß das Magnetsystem ohne das Rohr längs einer durch die Systemachse verlaufenden Symmetrieebene in zwei r Hälften aufklappbar ist.

9· Permanentmagnetsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete in Ebenen senkrecht zum Elektronenstrahl' ein Viereck bilden und die Polschuhe abwechselnd gegenüberliegende Ecken des Vierecks diagonal miteinander verbinden.

10. Permanentmagnetsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete als Ringmagnete auegebildet sind, welche hintereinander angeordnet sind und mit gleichnamigen Polen, zwischen denen ringscheibenförniige Polschuhe vorgesehen sind, aneinander angrenzen.

909821/0408 , " ¹⁶ "

PA 9/492/424 - 16 -

11. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringscheibenförmigen Polschuhe in der Nähe der Elektronenbahn hohlzylindrischc Ansätze aufweisen und diese Pol's-chuhe mit den Ansätzen die Polschuhringe selbst darstellen, wobei die Permanentmagnete in Form von Halbschalen zwischen die radial vom Rohr wegstehenden Ringscheiben eingefügt sind.

909821/0408 BAD ORIGINAL