DE1948088U

DE1948088U - Permanentmagnetsystem zur erzeugung mindestens zweier hintereinander liegender und einander entgegengesetzter magnetfelder fuer die gebuendelte fuehrung eines elektronenstrahls, insbesondere fuer wanderfeldroehren.

Info

Publication number: DE1948088U
Application number: DES51424U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-01-26
Filing date: 1965-01-26
Publication date: 1966-10-20

Description

Siemens & Halske München 2, 2 β» Ί_β 6S

Aktiengesellschaft Wittelsbacherplätz

65/204Ϋ

Permanentiaagnetsystem zur Erzeugung mindestens zweier hintereinander liegender und einander entgegengesetzter Magnetfelder für die gebündelte Führung eines Elektronenstrahls, insbesondere für Wanderfeldröhren

Die betrifft ein Permanentmagnetsystem zur Erzeugung mindestens zweier in Längsrichtung des Systems

PA 9/492/442 Wh/Wi
18.1.1965

PA 9/492/442 - 2 -

hintereinander liegender, einander entgegengesetzt gerichteter Magnetfelder für die gebündelte Führung eines Elektronenstrahls über eine längere Wegstrecke, 'insbesondere für Wanderfeldröhren, mit symmetrisch zur Systemachse angeordneten Permanentmagneten, die in Ebenen senkrecht zur Systemachse magnetisiert sind und deren der Systemachse abgewandten Pole durch Weicheisenbrücken magnetisch .miteinander verbunden sind, welche zumindest an den beiden Stirnseiten des Systems mit zur Systemachse hin sich erstreckenden Weicheisenteilen versehen sind, die jeweils eine v/eichmagnetische Blende bilden.

In Elektronenstrahlröhren zur Verstärkung und Erzeugung von sehr hohen Frequenzen, vor allem in Wanderfeldröhren, muß bekanntlich der Elektronenstrahl über eine längere Wegstrecke gebündelt geführt v/erden. Zu diesem Zweck sind magnetische Fokussierungseinrichtungen bekannt, dLirch die im Innern des Entladungsgefäßes der Röhre entweder ein homogenes oder ein alternierendes Magnetfeld längs der Entladungabahn erzeugt wird.

Es sind weiterhin bereits permanentmagnetische Fokussierungseinrichtungen für den Elektronenstrahl von Höchstfreq.uenzröhren bekannt, bei denen der Elektronenstrahl

PA 9/492/442 - 3 -

mit Hilfe mehrerer in Strahlrichtung hintereinander, liegender Magnetfelder, die jeweils im wesentlichen homogen sind, gebündelt geführt wird. Diese Art der Fokussierung, die als sogenannte "Reversed Field"-Fokussierung bezeichnet wird, hat den Vorteil," daß im Grundsatz das Gewicht des betreffenden Permanentmagnetsystems bei gleicher Wirksamkeit hinsichtlich der Fokussierungseigenschaften geringer gehalten werden kann als bei einer Fokussierung des Elektronenstrahls mit einem homogenen Magnetfeld. Eine bekannte Anordnung zur Erzeugung eines entsprechenden Umkehrfeldes besteht aus rohrförmigen Permanentmagneten, die mit einer entgegengesetzt gerichteten Polarisierung aneinander gereiht sind. Diese Permanentmagnetanordnung weist jedoch in ihrem Außenraum ein starkes magnetisches Streufeld auf", das nicht zur Bündelung des Elektronenstrahls beiträgt und demzufolge wieder eine Erhöhung des Magnetgewichts erfordert. Außerdem muß das erhebliche äußere Streufeld gegenüber anderen benachbarten Hochfrequenzgeräten magnetisch abgeschirmt werden.

Eine weitere bekannte Anordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls einer Wanderfeldröhre mit Hilfe mehrerer in Strahlrichtung hintereinander liegender homogener Magnetfelder besteht aus Permanentmagneten, die zwischen den Enden der Verzögerungsleitung der

PiV 9/492/442 - 4 -

Röhre in mindestens einer zum Elektronenstrahl senkrechten Ebene angeordnet sind. Dabei sind die dem Elektronenstrahl angewandten Pole der Permanentmagnete durch ein längs der Verzögerungsleitung der Röhre und über die Verzögerungsleitung etwas hinaus sich erstreckenden rotationssymmetrischen Weicheisenblechkörper verbunden. Dieser Weicheisenblechkörper ist an seinen Stirnseiten mit Weicheisenblechen abgeschlossen, die bis an die Vakuumhülle der Röhre heranreichen. Um eine bestimmte Homogenität des Magnetfeldes auf der Systemachse zu erzielen, sind die dem Elektronenstrahl benachbarten Magnetpole und die an den Stirnseiten des Weicheisenblechkörpers angebrachten Weicheisenbleche durch einen koaxial zur Strahlachse angeordneten Weicheisenzylinder magnetisch miteinander verbunden. Infolge der Anwesenheit des rohrförmigen Weicheisenzylinders trägt auch hier ein erheblicher Teil der magnetischen Induktion nicht zur Fokussierung des Elektronenstrahls bei, so daß insgesamt die einzelnen Permanentmagnete einen erheblichen magnetischen Energieinhalt haben müssen, was einen hohen Gewicht und großem Raumbedarf der Permanentmagnete entspricht.

Der liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Permanentmagnetsystem zur Erzeugung mindestens zweier in Längs-

5 -

PA 9/492/442 - 5 -

richtung des Elektronenstrahls hintereinander liegender, einander entgegengesetzt gerichteter Magnetfelder (Umkehrfeld) für die gebündelte Führung dec Elektronenstrahls von HÖchstfrequenzröhren zu schaffen, bei welchem der magnetische Streufluß im Verhältnis zum „Nutzfluß gering ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Permanentmagnetsystem der eingangs erwähnten Art nach der vorgeschlagen, daß die Permanentmagnete zwischen zwei einander benachbarten weichmagnetischen Blenden in einer geschlossenen Reihe hintereinander angeordnet sind und das magnetische Potential der Permanentmagnete von der Mitte der geschlossenen Reihen zu deren beiden Enden hin abnimmt, wobei die der Systemachse benachbarten Pole der Permanentmagnete alle gleichnamig sind.

Bei einem Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes für die gebündelte Führung eines Elektronenstrahls über eine längere Wegstrecke ist es an sich bereits bekannt, senkrecht zur Systemachse angeordnete und magnetisierte Permanentmagnete in einer geschlossenen Reihe hintereinander anzuordnen, um ein geringes Gewicht der Magnetanordnung zu erzielen. Dabei soll jedoch im Gegensatz zur vorliegenden das magnetische Potential der Permanentmagnete von den beiden Stirnseiten des Systems her zur Mitte des Systems

PA 9/492/442 - 6 -

gleichförmig abnehmen. Ein weiterer wesentlicher Unterschied dieser bekannten Anordnung gegenüber einem Permanentmagnetsystem nach der vorliegenden · besteht darin, daß die der Systemachse benachbarten Pole der Permaneiitmagnete jeweils lediglich von den Stirnseiten des Systems her bis zur Mitte gleichnamig sind.

Ein ?gemäßes Permanentmagnetsystem v/eist nicht nur den Vorteil auf, daß das Verhältnis des magnetischen Nutzflusses zum magnetischen Streufluß sehr günstig ist. Durch die räumliche Anordnung der Permanentmagnete können darüber hinaus ohne besondere Schwierigkeiten die Ein- und Auskoppelleitungen, die bei einer Wanderfeldröhre üblicherweise an beiden Enden der Verzögerungs leitung angebracht sind, im System räumlich gut untergebracht werden. Die Permanentmagnete selbst bestehen vorteilhaft aus einem hartmagnetischen Perritmaterial, die :i^|;a gegenüber den für Permanentmagneten gebräuchlichen Nickel-Eisen-Kobalt-Legierungen ein geringes spezifisches Gewicht haben.

/7 e.e/&rtrt~> 0$

Die Permanentmagnete eines ?gemäßen Systems werden vorzugsweise so bemessen, daß das magnetische Potential der Permanentmagnete von der Mitte der geschlossenen Reihen zu deren beiden Enden hin etwa pro-

PA 9/492/442 - 7 -

portional mit der Wegstrecke in Längsrichtung des .Systems abnimmt. Dadurch wird erreicht, daß die einzelnen hintereinander liegenden Magnetfelder im wesentlichen homogen sind, wie dies "bei einer Fokussierung mit einem Umkehrfeld üblicherweise der Fall ist. Man hat aber auch die Möglichkeit, durch geeignete Wahl der Potentiale einen nicht weitgehend homogenen Verlauf der magnetischen Induktion in den einzelnen Magnetfeldbereichen, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen, zu erzielen, wenn dies in gewissen Anwendungsfällen gewünscht wird.

Anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die - mit weiteren Merkmalen nachstehend näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt ein emäßes Permanentmagnet system im Längsschnitt und die Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1. Mit 1 sind quaderförmige Permanentmagnete bezeichnet, die senkrecht zur Längsachse des Magnetsystems magnetisiert sind und vorzugsweise aus einem Material hoher Koerzitivkraft

em
(H > 1500 Oe), ζ. B. ein hartmagnetischen Ferrit, be-

PA 9/492/442 - 8 -

stehen. Die Permanentmagnete 1 sind dabei in vier geschlossenen Reihen hintereinander angeordnet, welche die Systemachse drehsymmetrisch umgeben. Die der Systemachse abgewandten Enden der Permanentmagnete 1 liegen in einer gemeinsamen Ebene, während die der Systemachse benachbarten Enden der Permanentmagnete stufenförmig gegeneinander abgesetzt sind. Die Abstufung ist dabei so vorgenommen, daß das magnetische Potential der Permanentmagnete 1 von der Mitte der geschlossenen Reihen zu deren beiden Enden hin gleichförmig abnimmt, wobei die der Systemachse benachbarten Pole der Permanentmagnete alle gleichnamig sind. Zur Verdeutlichung dieser magnetischen Potentialverhältnisse sind in die einzelnen Permanentmagnete 1 Zahlen mit einem positiven Vorzeichen eingetragen, die einen normierten Wert der jeweiligen magnetischen Spannung bezeichnen sollen. Die der Systemachse abgewandten Pole der Permanentmagnete 1 liegen an Weicheisenbrücken 2 an, die zu einem Abschirmgehäuse mit quadratischen Querschnitt miteinander verbunden sind. Dieses Abschirmgehäuse besitzt an seinen Stirnseiten Weicheisenbleche, die sich zur Systemachse hin erstrecken und dabei jeweils eine weichmagnetische Blende 3 bilden. Die beiden Blenden 3 bewirken, daß auf der Achse des Systems-ein Magnetfeld mit einer Umkehrung der magnetischen Induktion in der Mitte des Systems erreicht wird.

PA 9/492/442 - 9 -

Unterhalb der Figur 1 ist in Figur 3 der Feldverlauf dargestellt, der mit einem Permanentmagnetsystem nach den Figuren 1 und 2 erzielt wird. Die Abszisse des rechtwinkligen Koordinatensystems gibt dabei den Weg ζ in Längsrichtung des Systems und die Ordinate die magnetische Induktion B an. Die ausgezogene Kurve 4 stellt den Wert des Magnetfeldes B_ längs der Achse des Fokussierungssystems nach den Figuren 1 und 2 mit den dort angedeuteten magnetischen Potentialen dar; dieses Magnetfeld ist ein Umkehrfeld mit zwei hintereinander liegenden entgegengesetzt gerichteten Magnetfeldern, die jeweils im wesentlichen homogen sind. Mit der gestrichelten Kurve ist angedeutet, daß in den einzelnen Bereichen des Umkehrfeldes der Verlauf der magnetischen Feldstärke auf der Systemachse nicht homogen zu sein braucht, was dadurch erreicht werden kann, daß bei einem Permanentmagnetsystem nach den Figuren 1 und 2 die Permanentmagnete 1 sich in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Systemachse nicht gleichmäßig mit der Wegstrecke ζ verkleinern.

Die Figur 4 zeigt im Längsschnitt und die Figur 5 im Schnitt längs der Linie V-V der Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ■ crf-gemäßen Permanentmagnetsystems. Dabei bilden die Permanentmagnete 1, in

- 10 -

PA 9/492/442 - 10 -

Längsrichtung des Systems gesehen, zwei geschlossene Reihen, zwischen denen eine weichmagnetische Blende angeordnet ist, die von den Weicheisenbrücken 2 ausgehend, sich senkrecht zur Systemachse hin erstreckt. Die wiederum quaderförmigen Permanentmagnete 1 sind hier jeweils zwischen zwei benachbarten magnetischen Blenden in zwei gegenüberliegenden geschlossenen Reihen symmetrisch zur Systemachse angeordnet. Im übrigen sind die Permanentmagnete 1, wie im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2, von der Mitte der geschlossenen Reihen zu deren beiden Enden hin stufenförmig gegeneinander so abgesetzt, daß das magnetische Potential der Permanentmagnete in längsrichtung des Systems zn den beiden Enden der geschlossenen Reihen hin gleichförmig abnimmt. Die der Systemachse abgewandten Enden der Permanentmagnete liegen wieder in einer gemeinsamen Ebene und sind durch die Weicheisenbrücken·2 magnetisch miteinander verbunden. Diese Y/eicheisenbrücken 2 sind mit den Weicheisenblechen versehen, welche die weichmagnetischen Blenden bilden, die eine Umkehrung der magnetischen Induktion bewirken.

Der mit einem System nach den Figuren 4 und 5 erzielte Verlauf der magnetischen Induktion ist unterhalb der Figur 4 in Figur 6 dargestellt, wobei mit der Kurve 6 der.Wert des Magnetfeldes B„ längs der Achse ζ des Magnet-

- 11 -

PA 9/492/442 - 11 -

'systems bezeichnet ist. Es empfiehlt sich, ein entsprechendes Magnetsystem zu verwenden, wenn ein Elektronenstrahl über eine sehr große Länge, beispielsweise bis zu 20 cm, gebündelt geführt werden muß. Das erforderliche magnetische Gewicht ist dann geringer als wenn man£nur mit einem Umkehrfeld arbeitet, bei dem, wie in Figur 3, lediglich zwei Magnetfelder hintereinander liegen.

Die in den Figuren 1 und 2 bzw. 4 und 5 dargestellten Permanentmagnetsysteme sind magnetisch vollkommen abgeschirmt, weil der magnetische Kreis durch die an den Stirnseiten befindlichen Weicheisenjoche geschlossen ist. Infolge des sehr geringen magnetischen Streuflusses können die Permanentmagnete 1 aus einem energiearmen Magnetwerkstoff mit hoher Koerzitivkfraft bestehen, wozu sich besonders ein hartmagnetisches Ferritmaterial eignet. Als Beispiel sei ein Ferrit genannt, der eine Feldstärke von 1800 Oe und eine magnetische Induktion von 1800 G hat. Mit einem solchen Ferrit ist eine maximale magnetische Induktion auf der Systemachso von 900 G erreichbar.

Die . beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können in gewissen

12 -

PA 9/492/442 - 12 -

Fällen die Permanentmagnete, die in geschlossenen Reihen nebeneinander angeordnet sind, auch radial magnetisierte Hingmagnete sein.

9 ansprüche
6 Figuren

Claims

PA 9/492/442 - 13 -

ansprüche

1. Permanentmagnetsysten zur Erzeugung mindestens zweier in Längsrichtung dec Systems hintereinanderliegender, einander entgegengesetzt gerichteter Magnetfelder für die gebündelte Führung eines Elektronenstrahls über eine längere Y/egstrecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, mit symmetrisch zur Systemachse angeordneten Permanentmagneten, die in Ebenen senkrecht zur Systemachse magnetisiert sind und deren der Systemachse abgewandte Pole durch Weicheisenbrücken magnetisch'miteinander verbunden sind, welche zumindest an den beiden Stirnseiten des Systems mit zur Systemachse hin sich erstreckenden Weicheisenteilen versehen sind, die jeweils eine v/eichmagnetische Blende bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete zwischen zwei einander benachbarten weichmagnetischen Blenden in einer geschlossenen Reihe hintereinander angeordnet sind und das magnetische Potential der Permanentmagnete von der Mitte der geschlossenen Reihe zu deren beiden Enden hin abnimmt, wobei die der Systemachse benachbarten Pole der Permanentmagnete alle gleichnamig sind.

2. Permanentmagnetsystem nach Anspruch /I, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete in ihrer Ausdehnung

PA 9/492/442 ' -H-

senkrocht zur Systeraaehse von dor Mitte der geschlossenen Reihe zu deren beiden Enden hin abnehmen .

p. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Systemachse angewandten Enden der Permanentmagnote in einer gerneinsamen Ebene liegen, während die der Systemachso benachbarten Enden der Permanentmagnete stufenförmig gegeneinander abgesetzt sind.

4. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneto, die jeweils eine Stufe bilden, quaderförmig sind. :

5. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete jeweils zwischen zwei benachbarten weichmagnetischen Blenden in vier geschlossenen Reihen angeordnet sind, die die Systemachso drehsymmetrisch umgeben.

6. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete jeweils zwischen zwei benachbarten weichmagnetischen Blenden in zwei gegenüberliegenden geschlossenen Reihen symmetrisch zur Systemachsc angeordnet sind.

- 15 - -

PA.9/492/442 - 15 *

7. Permanentmagnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Potential der Permanentmagnete von der Mitte der geschlossenen Reihen zu deren beiden Enden hin gleichförmig abnimmt, derart, daß die in Längsrichtung des _: Systeme hintereinander liegenden Magnetfelder jeweils homogen sind.

8. Permanentmagnetsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete, in Längsrichtung des Systems gesehen, mindestens zwei geschlossene Reihen bilden, zwischen denen eine v/eichmagnetische Blende angeordnet ist, die von den Weicheisenbrücken ausgehend sich senkrecht zur Systemachse hin erstreckt.

9. Permanentmagnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete aus einem Material hoher Koerzitivkraft, insbesondere aus einem hartmagnetischen Ferritmaterial bestehen.