DE1491428A1 - Magnetic focusing device for the bundled guidance of the electron beam over a longer distance, especially for traveling wave tubes - Google Patents
Magnetic focusing device for the bundled guidance of the electron beam over a longer distance, especially for traveling wave tubesInfo
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Description
H9U28 \1 Äug 1964H9U28 \ 1 Aug 1964
Siemeno & Haleice München 2,Siemeno & Haleice Munich 2,
Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2
ρλ «4/2 6 43ρλ «4/2 6 43
Magnetische Fokussierungseinrichtung zur gebündelten" Führung dea Elektronenstrahls über eine längere Strecke, insbesondere für WanderfeldröhrenMagnetic focusing device for bundled " Guiding the electron beam over a longer distance, especially for traveling wave tubes
Die Erfindung betrifft eine magnetische Pokussierungaeinrichtung zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls über eine längere Strecke, insbesondere fürThe invention relates to a magnetic focusing device for the bundled guidance of the electron beam over a longer distance, especially for
PA 9/492/427 7.8.64 - 2 -PA 9/492/427 7.8.64 - 2 -
Wh/SchaWh / Scha
909820/0528909820/0528
149U28149U28
PA 9/492/427 ■ - 2 -PA 9/492/427 ■ - 2 -
/Wanderfeidröhren, mit einer Mehrzahl untereinander gleich ausgebildeter magnetischer Mittel, welche mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität längs der Elektronenbahn in gleichmäßiger Verteilung derart angeordnet sind, daß sich ein in der Richtung wechselndes Magnetfeld mit räumlich periodischem Verlauf der magnetischen Feldstärke entlang der Elektronenbahn ergibt./ Wanderfeidröhren, with a plurality of mutually identical magnetic means, which with alternately opposite polarity along the electron path in a uniform distribution like this are arranged that a direction changing magnetic field with spatially periodic course of the magnetic field strength along the electron orbit results.
Es sind bereits Fokussierungseinrichtungen bekannt, bei denen längs der gesamten Elektronenbahn ein in der Richtung alternierendes Magnetfeld erzeugt wird. Derartige Fokussierungseinrichtungen haben bekanntlich gegenüber der magnetischen Fokussierung des Elektronenstrahls mit einem gleichförmigen magnetischen Längsfeld den Vorteil, daß die Größe und das Gewicht der Fokussierungoeinrichtung kleiner gehalten werden kann als bei einem Magnetsystem zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes. Focusing devices are already known in which one in the direction along the entire electron path alternating magnetic field is generated. Such focusing devices are known to have opposite the magnetic focusing of the electron beam with a uniform longitudinal magnetic field has the advantage, that the size and weight of the focusing device can be kept smaller than with a magnet system for generating a homogeneous magnetic field.
Bei der bisher bekannten Fokussierungemethode eines Elektronenstrahls durch ein in der Richtung wechselndes Magnetfeld hat die magnetische Feldstärke einen mehr oder weniger sinusförmigen Verlauf. Der fokussierbare Strom in ;eihen solchen Magnetfeld ist. dadurch beschrUnkt, daß der Rand cteö *Elektronenstrahls eine un-In the previously known method of focusing an electron beam by means of a magnetic field that changes in direction, the magnetic field strength has a more or less sinusoidal profile. The focusable current in ; there is such a magnetic field. limited by the fact that the edge of the electron beam has an un-
909820/0528 - 3 _909820/0528 - 3 _
U9U28U9U28
PA 9/492/427 - 3 -PA 9/492/427 - 3 -
vermeidbare Welligkeit aufweist, die möglichst klein gehalten werden muß. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Fokusoierungseinrichtung für Blektronenstrahlröhren, beispielsweise Wanderfeldröhren, zu schaffen, die bei einem verhältnismäßig geringen Gewicht die gebündelte Führung großer Strahlströme gewährleistet, ohne daß die Welligkeit der Berandung des Elektronenstrahls unerwünscht stark ist.has avoidable ripple that is as small as possible must be kept. The invention is therefore based on the object of a magnetic focusing device for sheet metal electron beam tubes, such as traveling wave tubes, to create the bundled guide with a relatively low weight large jet currents guaranteed without the ripple the edge of the electron beam is undesirably strong.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine magnetische Pokussierungseinrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß die magnetischen Mittel Elemente enthalten, welche in der' Mitte jeder Halb7 Periode dec Magnetfeldes eine Einsattelung im Verlauf der magnetischen Feldstärke hervorrufen, wobei die beiden Orte maximaler Feldstärke, welche die Binsottelung begrenzen, mindestens ein Viertel der Periodenlange deo Magnetfeldes auseinanderliegen und die Periodenlänge des Magnetfeldes in Bezug auf die Elektronenstrahlgeschwindigkeit eo getmhlt ist, daß die Berandung des Slektronenatrahlo in einer Halbperiode dea Magnetfoldeo mindestens zwei Schwingungen ausführt.A magnetic focusing device is used to solve this problem Proposed of the type mentioned in the invention, the magnetic means Contain elements which in the middle of each half Period of the magnetic field cause a dip in the course of the magnetic field strength, with the two places of maximum field strength, which the Binsottelung limit, at least a quarter of the period length of the magnetic field are apart and the period length of the magnetic field in relation to the electron beam speed eo it is felt that the edge of the slectron cartridge in a half period dea magnetic folder carries out at least two oscillations.
Für die Welligkeit B der Strahlberandung eineo Slaktronenstrahla, der in einen in der Richtung wechselnden For the waviness B of the beam boundary, a Slaktronenstrahla, which in one changing in direction
909S20/0S28909S20 / 0S28
— «l· —- «l · -
H9U28.H9U28.
PA 9/492/427 - 4 -PA 9/492/427 - 4 -
Magnetfeld mit räumlich periodischem Verlauf der magnetischen Feldstärke gebündelt geführt ist, wird üblicherweise die BeziehungMagnetic field is guided bundled with spatially periodic course of the magnetic field strength, is usually the relationship
mit rmax als maxiaalen und rmin ala minimalen.Strahlradius angegeben. (Zur Vermeidung von Irrtümern sei bemerkt, daß mit der angegebenen Beziehung die Wolligkeit ihren Maximalwert bereits bei 50 i» hat.) Dabei ist es bekannt,· daß für einen festen Wert des sogenannten Magnetfeldparameters .with r max as the maximum and r min as the minimum beam radius. (To avoid errors, it should be noted that with the given relationship, the wooliness already has its maximum value at 50 i » .) It is known that for a fixed value of the so-called magnetic field parameter.
e B
a - - e B
a - -
2 T2
effL 2 T 2
eff L
32 « 2- m V 32 « 2 - m V
genau ein Wert des sogenannten RauraladungaparameterDexactly one value of the so-called raural charge parameter D.
L2IL 2 I
8 /2« 2 ^e/mr? U8/2 « 2 ^ e / mr? U
5'2 5 ' 2
vorhanden ist, für den die Welligkeit R am geringsten ist. (In den genannten Beziehungen bedeutet B8^ den effektiven Wert der magnetischen Induktion, L die Periodehlä'nge des Magnetfeldes, U die Beschleunigungsspannung der Elektronen, I den Strahlstrom und rQ einen geeigneten Bezugsradius.) Weiterhin weiß man, daß >bei ' der Fokussierung eines Elektronenstrahls mit einemis present for which the ripple R is the smallest. (In the above-mentioned relationships, B 8 ^ means the effective value of the magnetic induction, L the period length of the magnetic field, U the acceleration voltage of the electrons, I the beam current and r Q a suitable reference radius.) Furthermore, it is known that> with 'the Focusing an electron beam with a
909820/0528909820/0528
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
' H9 U'H9 U
PA 9/492/427 -'5 - .PA 9/492/427 -'5 -.
räumlich periodischen Magnet fold für den Wert ti Bereiche., in denen dio Fokussierung stabil ist (Durchlaßbereich), und sogenannteinstabile Bereiche bestehen, die für eine Fokussierung des Strahlec ungeeignet sind. Bei den bisher bekannten räumlich periodischen Magnetfeldern, deren Feldotärkevorlauf im v/osentlichen sinusförmig ist, hat man stetο mit dem ersten. Durchlaßbereich gearbeitet, der bei diesen Magnetfeldern sich von u.» 0 bis etv/a.<ü;=s 0,8 erstreckt (die obere Grenze für den Parameter hängt dabei vom Wert des Magnetfeldes ab, das an der Kathodenoberfläche vorhanden ist), In dem genannten Gebiet ergibt sich grundsätzlich kleinste Welligkeit dann, vienn der Raunladungsparameter Π kleiner als dör Magnetfeldparameter ä ist, so daß dadurch der fokussierbaro Strom I bzv/. die Perveanz l/Xr' ... auf eine bestimmte Größe beschränktspatially periodic magnet fold for the value ti areas in which the focusing is stable (pass band), and so-called unstable areas exist which are unsuitable for focusing the beam. With the previously known spatially periodic magnetic fields, the field intensity advance of which is essentially sinusoidal, one has continuously with the first. Passband worked, which in these magnetic fields differs from u. 0 to etv / a. <Ü ; = s extends 0.8 (the upper limit for the parameter depends on the value of the magnetic field from that at the cathode surface is present) is in the said region results in basically smallest ripple then, the Raunladungsparameter Π Vienne smaller than dör magnetic field parameter â , so that the focusable current I or v /. the perveance 1 / Xr '... limited to a certain size
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß in einem höheren Durchlaßbereich eines räumlich periodischen Magnetfeldes für den Raumladungsparamoter β verhältnismäßig große Werte sich ergeben und damit grundsätzlich ein starker Strom, f okussierbar Aväro. Ein solcher zweiter Durchlaßberoich liegt bei einem Magnetfeld mit e^TO sinusförmigen Verlauf der magnetischen Feldstärke »wischen G«1,5 und α »5,5, wennThe invention makes use of the knowledge that, in a higher pass range of a spatially periodic magnetic field, relatively large values result for the space charge parameter β , and thus, in principle, a strong current, focusable Avar. Such a second transmission area is in the case of a magnetic field with e ^ TO sinusoidal course of the magnetic field strength "between G" 1.5 and α "5.5, if
/ 909820/0528/ 909820/0528
149U28149U28
PA 9/492/427 - 6 - . _ " -· . "PA 9/492/427 - 6 -. _ "- ·."
die Kathode des Elektronenstrahlerzeuger magnetisch . ; vollständig abgeschirmt istj andernfalls verringert sich dieser Durchlaßbereich auf Werte von «^1^5 bio ö «=»3,5.· Die Rechnung hat allerdings ergeben, daß die Welligieit der Strahlberandung iur gesamten Durchlaßbereich steta so hoch ist, daß der Fokussierung eines Elektronenstrahls im zweiten Durchlaßbereich eineo Magnetfeldes mit sinusförmigen Verlauf der Feldstärke keine praktische Bedeutung zukommen kann. Sagegen bleibt die Welligkeit der Strahlberandung trotz der Fokussierung von hohen Strömen im zweiten Durchläßbereich in zulässigen Grenzen, trenn erfindungsgemäß der magnetische Feldverlauf eine solche Form aufweist, daß in der Mitte jeder Halbperioäe deo Magnetfeldes eine Einsattelung im Verlauf der magnetischen Feldstärke vorhanden ist und die Maxima d^er Feldstärke zu beiden Seiten der Einsattelung mindestens ein Viertel der Periodenlänge des Magnetfeldes auseinanderliegen.the cathode of the electron gun is magnetic. ; otherwise fully shielded is reduced this pass band is reduced to values of «^ 1 ^ 5 bio ö «=» 3.5. · However, the calculation showed that the Waviness of the beam boundary over the entire transmission range steta is so high that focusing one Electron beam in the second transmission range of a magnetic field with a sinusoidal course of the field strength cannot be of any practical importance. In contrast, the waviness of the beam boundary remains despite the Focusing of high currents in the second pass area within permissible limits, according to the invention the magnetic field course has such a shape, that in the middle of each half-period deo magnetic field there is a dip in the course of the magnetic field strength and the maxima of the field strength increase both sides of the saddle are at least a quarter of the period length of the magnetic field apart.
Anhand der Figuren der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing.
' ■ I-'■ I-
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen möglichen Verlauf der magnetischen Feldstärke während einer Halbperiode des Magnetfeldes,wie es durch eine erfindungsgemäße Fokuseierungseinrichtung erzeugt seinFigures 1 and 2 each show a possible course of the magnetic field strength during a Half period of the magnetic field, as indicated by an inventive Focusing device be generated
909820/0528909820/0528
,BAD ORIGINAi., BAD ORIGINAi.
H9142.8H9142.8
ΡΛ 9/492/427 . - 7 -ΡΛ 9/492/427. - 7 -
soll. Dabei ist in Figur 1 ein Verlauf der magnetischen Feldstärke dargeotellt, der durch die Punktiontarget. In this case, a course of the magnetic field strength is shown in Figure 1, which is caused by the puncture
f(z)■- ein .SgSJL- + o,5 sin 3 ^Jf (z) ■ - a .SgSJL- + o, 5 sin 3 ^ J
beschrieben ist. Der Feldstiirkeverlauf in Figur 2 wird während einer Halbperiode (0 ^ ζ Is I»/2) von der Funktionis described. The field strength curve in FIG during a half period (0 ^ ζ Is I »/ 2) of the function
f(z) s 1+2, 22 (4| - 1)2 -2, 68 (4| - 1)4 -0,54 (^f - 1)f (z) s 1 + 2, 22 (4 | - 1) 2 -2, 68 (4 | - 1) 4 -0.54 (^ f - 1)
beschrieben. (In beiden Funktionen bedeutet jev/eils ζ die Koordinate in Elektronenstrahlrichtung und L die Periodenlänge deo Magnetfeldes.) Für die beiden in Figur 1 und 2 dargestellten Feldformen konnte ein zweiter Durchlaßbereich (d.h. die Berandung des Elektronenstrahls führt in einer Halbperiode dea Magnetfeldes zwei Schwingungen aus) für «-Werte zwischen ungefähr 1,5 und 4 festgestellt werden. Die Figuren 3 und 4 zeigen für die Feldform der Figur 1 und die Figuren 5 und 6 für die Feldform der Figur 2 jeweils die rechnerisch erhaltenen Werte des Raumladungoporameters β und der Welligkeit R in Abhängigkeit des Feldparametero Q . Mit R ist dabei ein Parameter bezeichnet, der ein Maß für die magnetische Induktion darotel-lt, welche an der KathodenoberflUche senkrecht zu dieser vorhanden ist (K = 0 bedeutet eine magnetfeldfreio Kathode). Mandescribed. (In both functions, jev / eils ζ means the coordinate in the electron beam direction and L the period length of the magnetic field.) For the two field shapes shown in Figure 1 and 2, a second transmission range (i.e. the edge of the electron beam performs two oscillations in one half-cycle of the magnetic field ) for «values between approximately 1.5 and 4 can be determined. Figures 3 and 4 show for the field shape of Figure 1 and Figures 5 and 6 for the box shape of the Figure 2 respectively, the values obtained by calculation of the Raumladungoporameters β and of the ripple R in dependence of the Feldparametero Q. Here, R denotes a parameter which is a measure of the magnetic induction that is present on the cathode surface perpendicular to it (K = 0 means a cathode free of magnetic fields). Man
909820/0528909820/0528
^ .U9U28^ .U9U28
PA 9/492/427 - 8 -PA 9/492/427 - 8 -
erkennt, daß trots erheblicher Tferto der fokusaierbaren Ströiie (gro0e Werte von β ) eine verhältnismäßig geringe Welligkeit vorhanden ist. FUr eine * Fokussierung alt der Feldfona der Figur 2 kann f ölgendes Beispiel angegeben werdenι Für K = 0f4, « a 1,5 und ß - O15 ergibt sich eine Welligkeit von R a 8 ^. Bei einer Periodenl&nge deo Ifegnetfeldes von υ « 5 ca und eineia Spitzenwert der aagnetisehen Induktion von 500 Gaue erhält man dabei eine atrahlspannung von U ss 1600 V, einen Strahlstrom von I β 0,38 A-und eine PerveanB P<~ 6.10 AT ^ . Der Eintrittsradius des Elektronenstrahls beträgt in diesen Fall rQ - 0,33 cm. .recognizes that in spite of the considerable amount of the focusable currents (large values of β ), there is a relatively small waviness. For a * focusing the old Feldfona of Figure 2 can for example oil constricting werdenι given for K = 0 f 4, "a 1.5 and ß - O 1 5 results in a ripple of a R ^ 8. With a period length of the Ifegnet field of ½ «5 approx and a peak value of the magnetic induction of 500 gaue, one obtains a beam voltage of U ss 1600 V, a beam current of I β 0.38 A and a PerveanB P <~ 6.10 AT ^. In this case, the entry radius of the electron beam is r Q - 0.33 cm. .
In den Figuren 7 und 8 ist schematisch eine Fokusoie-In FIGS. 7 and 8, a focus area is schematically
rungseinrichtung veranschaulicht, welche sur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer Feldforra entsprechend der Figur 2 geeignet ist. Mit 1 sind dabei ringförmige Permanentmagnete bezeichnet, die koaxial zur Elektronenstrahl achse 2 hintereinander so angeordnet sind, daß ;jev/eila gleichnamige Pole aneinander angrenzen. Zwischen den gleichnamigen Polen sind ringscheibenförmige Polschuhe 3 vorhanden, welche im Bereich der Elektroneutrahlachse 2 Bohrungen 4 haben, die zur Aufnahme des Entladungsgefüßes beispielsweise ' einer Wanderfeldröhre, dienen sollen. In der Mitterungseinrichtung illustrates what sur generation a magnetic field with a field shape corresponding to FIG. 2 is suitable. With 1 are ring-shaped Permanent magnets referred to, the coaxial to the electron beam axis 2 arranged one behind the other are that; jev / eila poles of the same name attached to one another adjoin. Between the poles of the same name there are annular disc-shaped pole pieces 3, which in the Area of the electron beam axis have 2 holes 4, those for receiving the discharge vessel, for example ' a traveling wave tube. In the middle
909820/0528909820/0528
BADORlQiNAtBADORlQiNAt
PA 9/492/427 -9-PA 9/492/427 -9-
zwischen zwei aufeinander folgenden Polschuhen 3 ist. jeweils ein weichraagnetischer Hohlzylinder 5 vorgesehen, der ebenfalls koaxial die Elektronenstrahlachse 2 umgibt. Auf diese Weise ergibt sich entlang der z-Achse der fokuBsierungoeinrichtung der Figur 5 der in Figur 6 gezeigte Verlauf der magnetischen Feldstärke H.is between two consecutive pole pieces 3. each a soft magnetic hollow cylinder 5 is provided, which is also coaxial with the electron beam axis 2 surrounds. This results in the focusing device of FIG. 5 along the z-axis the course of the magnetic field strength H shown in FIG.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebene Ausfuhrungsform. Vielmehr kann zur Erzeugung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Feldform jede an sich bekannte magnetische Fokussierungseinrichtungzur Erzeugung eineo in der Richtung wechselnden Magnetfeldes dienen, wenn durch zusätzliche magnetische Mittel •in der Mitte jeder Halbperiode des Magnetfeldes eine Einsattelung im Verlauf der magnetischen Feldstärke erzielt wird. Weiterhin Jet es nicht notwendig, daß die Fokussierung mit einer magnetischen Fokussierung im sogenannten zweiten Durchlaßbereich des Magnetfeldern erfolgt. Man kann nämlich ohne weiteres auch mit einem höheren Durchlaßbereich arbeiten. Die Ordnungszahl des Durchlaßbereichea ist dabei durch die Zahl von ganzen Strahlrandschwingungen des Elektronenstrahls in einer Halbperiode des Magnetfeldes bestimmt. Ganz allgemein läßt sich hierfür die Regel angeben, daßfür höher© Durchlaßbereiche die Magnetfeldmaxima zu beiden SeitenThe invention is not limited to the embodiment described. Rather, it can be used to generate the According to the invention proposed field shape any magnetic focusing device known per se for generating a direction-changing magnetic field serve if by additional magnetic means • one in the middle of each half period of the magnetic field Saddle is achieved in the course of the magnetic field strength. Furthermore, it does not need to be the jet Focusing takes place with a magnetic focus in the so-called second transmission range of the magnetic field. You can work with a higher pass band without further ado. The ordinal number of the Pass range a is determined by the number of whole beam edge oscillations of the electron beam in one Half-period of the magnetic field determined. In general, the rule can be stated that for higher © Pass ranges the magnetic field maxima on both sides
909820/0528909820/0528
. .·. ■. - to—' ■. . ·. ■. - to— '■
Vh 9/492/427 . - 10.- . ^ Vh 9/492/427. - 10.-. ^
der Einsattelung iia Verlauf der magnetischen Feldstürke· mit zunehmender Ordnungozahl deo Durchlaßbereicheo weiter auseinander liegen oollen, v/odurch . die Wolligkeit der Strahlberandung steto klein ge- , halten werden kann.the dip in the course of the magnetic field strength with increasing order number deo transmission rangeso should be further apart, v / o by. the wooliness of the beam boundary is always small, can be held.
4 Patentansprüche
8 Figuren4 claims
8 figures
908820/0528 ~ 11 "908820/0528 ~ 11 "
BADBATH
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2591031A1 (en) * | 1985-11-29 | 1987-06-05 | Thomson Csf | Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| GB2152742B (en) * | 1980-04-28 | 1986-02-19 | Emi Varian Ltd | Microwave amplifiers and oscillators |
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- 1965-07-12 NL NL6508968A patent/NL6508968A/xx unknown
- 1965-08-11 GB GB3431965A patent/GB1102173A/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2591031A1 (en) * | 1985-11-29 | 1987-06-05 | Thomson Csf | Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| NL6508968A (en) | 1966-02-14 |
| GB1102173A (en) | 1968-02-07 |
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