DE1916608C2 - Laufzeitröhre mit magnetisch begrenztem Strahlfluß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufzeitröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Röhren mit magnetisch begrenztem Strahlfluß - im Unterschied zu solchen mit Brillouin-Fluß (GB-PS 7 48 946) - sind bekannt, vergleiche US-PS 33 31 984. Der magnetisch permeable Hohlzylinder diente dazu, die Feldlinien des magnetischen Streufeldes derart zu formen, daß sie den Wegen von die Kathode verlassenden Elektronen folgen, d. h. ebenso konvergieren wie die Elektronenwege konvergieren sollen. Der magnetisch permeable Hohlzylinder befindet sich dort elektrisch und magnetisch auf Kathodenpotential.

Wenn — im Unterschied zu der bekannten Röhre — mit geringerer Strahlkonvergenz, etwa im Bereich Verhältnis Kathodenfläche zu minimaler Strahlquerschnittsfläche 1:2... 10, und gleichzeitig mit hoher Strahlspannung von über 10 kV gearbeitet werden soll, ergeben sich bei der bekannten Röhre einander widersprechende Forderungen:

Zwecks Erzielung der gewünschten allmählichen Auseinanderstrebens der Feldlinien des Fokussierfeldes müßte die zentrale zylindrische Bohrung im Polschuh sehr klein sein, zwecks Gewährleistung der notwendigen elektrischen Isolation müßte sie sehr groß sein.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannte Konstruktion so abzuwandeln, daß bei einem zur einwandfreien Isolation ausreichenden großen Abstand des Polschuhs von auf anderem Potential liegenden Bauteilen der magnetische Widerstand zwischen dem magnetisch permeablen Hohlzylinder und dem Polschuh ausreichend niedrig ist, um eine der geringen Strahlkonvergenz angepaßte Feldverteilung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, dazu zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Laufzeitröhre;

Fig.2 einen schematischen Schnitt durch die Kathode und den Kathodenpolschuh mit Darstellung der axialen Magnetfeldstärke H längs des Strahlweges; Fig.3 eine detaillierte Darstellung des in Fig. 1 mit der Linie 3-3 umschlossenen Teils der erfindungsgemäßen Laufzeitröhre, und

Fig.4 eine Fig.3 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laufzeitröhre.

Die in F i g. 1 dargestellte Laufzeitröhre 1 weist eine Elektronenkanone 2 auf, mit der ein Elektronenstrahl erzeugt und über einen länglichen Strahlweg zu einem Strahlkollektor 3 am Abschlußende des Strahlweges 4 projiziert wird. Eine Wechselwirkungsleitung 5, beispielsweise eine Reihe von Hohlraumresonatoren, ist längs des Strahlweges 4 zwischen der Elektronenkanone 2 und dem Strahlkollektor 3 angeordnet, um mit dem Strahl zur Verstärkung eines Mikrowellensignals in Wechselwirkung zu treten. Die zu verstärkende Mikrowellenenergie wird am strahlaufwärtigen Ende der Mikrowellenleitung 5 über eine Koaxial-Eingangsleitung 6 angelegt und die verstärkte Energie wird am Ausgang am strahlabwärtigen Ende der Mikrowellenleitung 5 über eine Koaxial-Ausgangsleitung 7 abgenommen.

Eine magnetische Strahlfokussieranordnung 8 umgibt den Strahlweg 4 und die Mikrowellenleitung 5 koaxial, um ein axial gerichtetes magnetisches Strahlfokussierfeld H innerhalb des Strahlweges 4 zu erzeugen. Die magnetische Strahlfokussieranordnung 8 weist eine Zylinderspule 9 auf, die koaxial zum Strahlweg 4 angeordnet ist, und zwei magnetische Polschuhe 11, 12 an den beiden Enden der Spule 9. Ein magnetisches Joch 13 verbindet die Polschuhe 11 und 12. Die Polschuhe 11 und 12 weisen zentrale zylindrische Öffnungen bzw. Bohrungen 14 bzw. 15 auf, durch die der Strahl hindurchtreten kann.

In Fig.2 ist schematisch der Polschuh 11 im Bereich der Elektronenkanone dargestellt. Der plattenförmige Polschuh 11 hat eine zentrale zylindrische Bohrung 14, und der Kathodenemitter 16 der Elektronenkanone 2 ist innerhalb der Bohrung 14 im wesentlichen an deren Eingang angeordnet. Eine nicht dargestellte Anodenan-Ordnung bildet einen Teil der Elektronenkanone und sorgt dafür, daß der Elektronenstrahl geformt und längs des Strahlweges 4 mit einer Flächenkonvergenz projiziert wird, die im Bereich von 2 ... 10 liegt, d. h. das Verhältnis der Kathodenemitterfläche zur minimalen Querschnittsfläche des Strahls bei D_m liegt im Bereich von 2 bis 10.

Der Schnitt nach F i g. 2 zeigt die Situation mit einer Flächenkonvergenz von etwa 3:1. In diesem Falle ist der Kathodenemitter 16 in einer Ebene angeordnet, in der das magnetische Fokussierfeld H auf etwa 30% seiner maximalen Stärke reduziert ist. Bei der dargestellten Anordnung liegt dieser 30%-Punkt etwa in der Eingangsebene der Bohrung 14. Ersichtlich hat das Magnetfeld etwa 50% seines Maximalwertes an der Ausgangsebene der Bohrung 14. Um das Lecken des 'Magnetfeldes durch die Bohrung 14 in der Umgebung uer Zylinderspule 9 herabzusetzen, sollte die Bohrung 14 den kleinstmöglichen Durchmesser haben, der zur

Aufnahme des Kathodenemitters 16 ausreicht. In den meisten Fällen muß jedoch eine Strahlfokussierelektrodenanordnung um den Kathodenemitter 16 angeordnet werden. Darüber hinaus ist es oft erwünscht, eine Modulationsanode vorzusehen, die die Fokussierelektrode umgibt

Da das Potential der Modulationsanode irgendwo zwischen Kathodenpotential und Anodenpotential liegt, muß eine geeignete Isolation zwischen der Modulationsanode und dem Kathodenemitter oder seiner Fokussierehktrode und der Innenseite der Bohrung 14 im Polschuh 11 vorgesehen sein. Dieser radiale Abstand, der dazu erforderlich ist, die verschiedenen Isolationen für die verschiedenen getrennten Elektroden um den Kathodenemitter aufzunehmen, erhöht den minimalen Durchmesser der Bohrung 14 erheblich, so daß sich ein größerer magnetischer Leckfluß ergibt, der erfordert, daß die magnetische Strahlfokussieranordnung 8 größer und schwerer als wünschenswert wird.

In Fig 3 ist eine Elektronenkanone mit magnetischem Strahlfokussierkreis und Modulationsanode nach der Erfindung dargestellt. Die zentrale zylindrische Bohrung 14 in dem Kathodenpolschuh 11, beispielsweise aus Eisen, ist in axialer Richtung dadurch verlängert, daß eine zylindrische Hülse 21, beispielsweise aus Eisen, vorgesehen ist Ein erster Hohlzylinder 22 als magnetischer Nebenschluß, beispielsweise aus Weicheisen, ist koaxial zur Bohrung 14 und gegenüber dieser in isolierendem Abstand angeordnet Der Hohlzylinder 22 überlappt auf die Länge 1 mit der axialen Länge der Hülse 21. Diese axiale Länge 1 ist größer als das Doppelte des radialen Abstandes r zwischen dem Hohlzylinder 22 und der Innenseite der zylindrischen Bohrung 14. Der radiale Abstand r erlaubt es, daß der Polschuh 11 auf Anodenpotential betrieben wird, während der Hohlzylinder 22 des magnetischen Nebenschlusses nahe Kathodenpotential arbeiten kann. Geeignete isolierende Stützen, die in Verbindung mit F i g. 4 noch näher erläutert werden, dienen dazu, den Hohlzylinder 22 in der zylindrischen Bohrung 14 mechanisch abzustützen.

Eine hohlzylindrische, unmagnetische Strahlfokussierelektrode 23 umgibt den Kathodefiemitter 16, um den Elektronenstrahl durch eine Zentralöffnung 24 in einer Anode 25 der Elektronenkanone 2 zu fokussieren. Der Kathodenemitter 16 wird an der Innenseite der unmagnetischen Fokussierelektrode 23 mit einem dünnen, rohrförmigen Träger 26 abgestützt Eine ringförmige, unmagnetische Elektrode 27 ist am Ende des Hohlzylinders 22 befestigt und steht radial nach innen von dem Hohlzylinder 22 zur Strahlachse vor. Die unmagnetische Elektrode 27 bildet eine Modulationsanode, die zwischen der Hauptanode 25 und dem Kathodenemitter 16 angeordnet ist, um die Stärke des Elektronenstrahls zu modulieren.

Der Polschuh 11 und die Hülse 21 zusammen mit dem Hohlzylinder 22 sind so geformt, daß sie dafür sorgen, daß die durch den Kathodenemitter 16 hindurch und längs des Strahlweges 4 verlaufenden Magnetfeldlinien eine konvergierende Form haben, die allgemein der konvergierenden Form der elektrostatischen elektrischen Feldlinien an der Strahlkante im Bereich zwischen dem Kathodenemitter 16 und der Anode 25 angepaßt sind. Auf diese Weise hat der Strahl die richtige Konvergenz und die Elektronenbahnen 4 an der Kante des Strahls sind nicht unzulässig gestört, so daß ein laminarer Elektronenfluß beibehalten wird.

Bei Verwendung des Hohlzylinders 22 kann der minimale Durchmesser der zylindrischen Bohrung 14 ausreichend groß gemacht werden zur Aufnahme der Kathode, der Fokussierelektrode 23, der Modulationsanode 27 und des Hohlzylinders 22 zusammen mit den isolierenden Stützen, während gleichzeiiig der magneusehe Leckfluß herabgesetzt wird. Der Hohlzylinder 22 dient dazu, den Magnetfluß zu sammeln, der sonst durch die Bohrung 14 nach außen lecken würde, und diesen Magnetfluß über den relativ dünnen radialen Spalt in die Innenwand der Hülse 21 und von dort durch den Polschuh 11 und das Joch 13 zu leiten.

In Fig.4 ist eine andere Elektronenkanone mit magnetischer Strahlfokussierung und Modulationsanode dargestellt Die Kanone nach Fig.4 entspricht im wesentlichen der nach F i g. 3 mit dem Unterschied, daß die Strahlfokussierelektrode 23' in Form eines Hohlzylinders 28 als zweiter magnetischer Nebenschluß, beispielsweise aus Weicheisen, ausgebildet ist, der den Kathodenemitter 16 umgibt und sich axial in der gleichen Richtung wie der Hohlzylinder 22 des ersten magnetischen Nebenschlusses erstreckt. Der zweite Hohlzylinder 28 hat einen relativ kleinen radialen Abstand η von dem ersten Hohlzylinder 22 und überlappt den ersten auf eine Länge h- Auf diese Weise wird ein restlicher Anteil des Leckflusses, der sonst aus der Bohrung 14 herausleckcn würde, vom zweiten magnetischen Nebenschluß gesammelt und über einen relativ kleinen radialen Spalt in den ersten magnetischen Nebenschluß geleitet. Wie im Falle des Hohlzylinders 22 des ersten magnetischen Nebenschlusses soll der radiale Abstand /2 deutlich kleiner sein als die Hälfte der axialen Überlappung /2, um die Reluktanz des Spaltes erheblich zu verringern. Eine ringförmige unmagnetische Strahlfokussierelektrode 29 ist an dem Hohlzylinder 28 des zweiten magnetischen Nebenschlusses befestigt und steht radial einwärts zum Strahl 4 vor, um die elektrostatischen Feldlinien im Bereich des Kathodenemitters 16 richtig zu formen, so daß der Elektronenstrahl über den gewünschten Weg 4 zur Anode 25 fokussiert wird.

Eine Hochspannungsversorgung 31 liegt zwischen dem Kathodenpolschuh 11 und der mit dem Kathodenemitter 16 verbundenen Fokussierelektrode 23'; sie liefert die Strahlspannung zwischen Anode 25 und Kathodenemitter 16. Mit Hilfe eines Modulators 33 wird das Potential an der Modulationsanode 27 moduliert, um die Stärke des Strahls zu verändern. Hochspannungs-Abstützisolatoren 34 und 35, die auch einen Teil des Vakuumgefäßes der Röhre 1 bilden, sorgen für die erforderliche Isolation zwischen den Potentialen am Kathodenemitter 16, der Modulationsanode 27 und der Anode 25. Die Isolatoren sind an den anschließenden Enden mit einer Modulationsanodenstütze 36 dicht verbunden, die einen konischen Teil aufweist, der mit dem Ende des Hohlzylinders 22 des ersten magnetisehen Nebenschlusses verbunden ist, um diesen innerhalb der Röhre abzustützen und ihm Betriebsspannung zuzuführen. Das andere Ende des Isolators 35 ist vakuumdicht mit dem Polschuh 11 über ein übliches vakuumdichtes Verbindungsstück 38 verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre mit magnetisch begrenztem Strahlfluß, bei der in der zentralen Bohrung des kathodenseitigen Polschuhs ein die Kathode umgebender, magnetischer permeabler Hohlzylinder angeordnet ist, und bei der eine Modulationsanode vorgesehen ist, die auf einem von Kathode und Anode unabhängigen Potential liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsanode (27) an dem Hohlzyiinder (22) befestigt ist und radial einwärts von diesem vorsteht, daß die zentrale zylindrische Bohrung (14) in dem kathodenseitigen Polschuh (11) durch eine eingesetzte magnetisch permeable zylindrische Hülse (21) in axialer Richtung verlängert ist, und daß die axiale Überlappung (1) des Hohlzylinders (22) mit der zylindrischen Hülse (21) größer ist als das Doppelte des radialen Abstandes (r) des Hohlzylinders (22) von der Innenseite der Hülse (21).

2. Laufzeitröhre nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode (16) und Hohlzylinder (22) ein zweiter magnetisch permeabler Hohlzylinder (28) angeordnet ist, dessen axiale Länge I2 größer als das Doppelte seines radialen Abstandes fa) von der Innenseite des ersten Hohlzylinders (22) ist.