DE19510870A1

DE19510870A1 - Gyrotronsystem

Info

Publication number: DE19510870A1
Application number: DE19510870A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kikunaga; Hiroyuki Asanao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-17
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2015-03-17
Also published as: JPH07307132A; US5818170A; DE19510870C2; JP3444999B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gyrotronsy stem, in welchem sich die Erzeugung von Mikrowellen oder Millimeterwellen aus einer Zyklotronresonanz- Maser-Wechselwirkung zwischen einen Elektronenstrahl und einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld in dem Eigenschwingungszustand eines Hohlraum-Resonators ergibt.

In Fig. 49, die Konfiguration eines bekannten Gyro tronsystems darstellt, das in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 56-102045 offenbart ist, sind eine Elektronenkanone 1, welche einen Elek tronenstrahl 9 erzeugt und eine Kathode 2, ein auf dieser vorgesehenes Elektronenemissionsglied 3, eine erste Anode 4 und eine zweite Anode 5 aufweist, ein Hohlraum-Resonator 6, in welchem eine Hochfrequenzwelle durch die Resonanzkopplung des Elektronenstrahls 9 und eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes erzeugt wird, ein Kollektor 7 zum Sammeln des Elektronenstrahls nach der Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld, und ein Ausgangsfenster 8, durch welches die Hochfrequenzwel le erhalten wird, gezeigt. Ein Gyrotronsystem 200 umfaßt ein Gyrotron 100, welches die Elektronenkanone 1, den Hohlraum-Resonator 6, den Kollektor 7 und das Ausgangsfenster 8 aufweist, einen Haupt-Elektromagne ten 11, der ein magnetisches Feld entlang der Achse des Gyrotrons 100 erzeugt, und einen Elektronenkano nen-Elektromagneten 12.

Im Betrieb wird der von dem Elektronen emittierenden Teil auf der Kathode 2 der Elektronenkanone 1 emit tierte Elektronenstrahl 9 durch ein elektrisches Feld zwischen der Kathode 2 und der ersten Anode 4 be schleunigt und angetrieben für eine Drehbewegung und eine axiale Auswanderung durch ein von dem Elektro nenkanonen-Elektromagneten 12 erzeugtes magnetisches Feld. Dann wird der Elektronenstrahl durch ein von dem Haupt-Elektromagneten 11 erzeugtes starkes magne tisches Feld zusammengedrückt und demgemäß wird die Geschwindigkeit der Elektronen senkrecht zu dem ma gnetischen Feld vergrößert und die Geschwindigkeit derselben parallel zu dem magnetischen Feld wird her abgesetzt, bevor die Elektronen in den Hohlraum-Reso nator 6 eintreten. Ein Teil der normalen Geschwindig keitsenergie der Elektronen wird durch die Zyklotron resonanz-Maser-Wechselwirkung zwischen dem magneti schen Hochfrequenzfeld im Eigenschwingungszustand des Hohlraum-Resonators 6 mit einem im allgemeinen zylin drischen Hohlraum und den Elektronen in durch das vom Haupt-Elektromagneten 11 erzeugte axiale magnetische Feld bewirkter Zyklotronbewegung in Hochfrequenz energie umgewandelt. Der Elektronenstrahl 9, der Zy klotronresonanz-Maser-Wechselwirkung im Hohlraum-Re sonator 6 unterzogen wurde, wird durch den Kollektor 7 gesammelt und die im Hohlraum-Resonator 6 erzeugte Hochfrequenzwelle wandert durch das Ausgangsfenster 8 nach außen.

Die Energie des Elektronenstrahls kann im Hohlraum- Resonator 6 wirksam in Hochfrequenzenergie umgewan delt werden, wenn der folgenden Ungleichung genügt wird.

ω - k_z *V_z < sΩ_c (1),

worin ω die Resonanz-Winkelfrequenz des Hohlraum-Re sonators 6 im Eigenschwingungszustand, k_z die axiale Kreiswellenzahl des Eigenschwingungszustands, V_z die axiale Geschwindigkeit der Elektronen, s die Ord nungszahl einer höheren harmonischen und Ω_c durch

Ω_c= e*B/γ*m₀ (2)

bestimmt sind, worin e die Ladung (absoluter Wert) des Elektrons, B die axiale magnetische Flußdichte im Hohlraum-Resonator 6, γ der Relativitätskoeffizient und m₀ die Ruhemasse des Elektrons sind.

Wie aus dem Ausdruck (1) offensichtlich ist, wird die Energie des Elektronenstrahls wirksam in Hochfrequen zenergie umgewandelt, um eine starke elektromagneti sche Welle zu erzeugen, wenn die rechte Seite des Ausdrucks (1) geringfügig kleiner als die linke Seite desselben ist.

Somit spielt das magnetische Feld eine wesentliche Rolle in dem Gyrotronsystem und daher ist es wichtig, das magnetische Feld genau für den wirksamen Betrieb des Gyrotronsystems einzustellen.

In diesem bekannten Gyrotronsystem sind der Haupt- Elektromagnet 11 und der Elektronenkanonen-Elektroma gnet 12 zum Drehen der Elektronen supraleitende Ma gnete, Magnete mit normaler Leitfähigkeit oder Magne te, die jeweils einen supraleitenden Magneten und einen Magneten mit normaler Leitfähigkeit aufweisen, und die magnetische Flußdichte wird auf einen optima len Wert eingestellt durch Einstellen der zu den Elektromagneten gelieferten Ströme entsprechend der Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung. Wie aus den Ausdrücken (1) und (2) ersichtlich ist, muß ein star kes magnetisches Feld im Hohlraum-Resonator erzeugt werden, um eine Hochfrequenz-Oszillation zu erzeugen. Daher wird in den meisten Fällen ein supraleitender Magnet als Haupt-Elektromagnet verwendet, um eine Oszillation von zum Beispiel etwa 30 GHz oder mehr zu erzeugen, und ein Magnet mit normaler Leitfähigkeit wird als Haupt-Elektromagnet verwendet, um eine Os zillation von 30 GHz oder weniger zu erzeugen. Jedoch ist ein supraleitender Magnet im allgemeinen teuer und es besteht eine Unannehmlichkeit darin, daß der supraleitende Magnet mit flüssigem Helium oder der gleichen oder durch eine Kühlvorrichtung auf eine sehr niedrige Temperatur gekühlt werden muß, wenn er erregt wird, und es ist sehr schwierig, das magneti sche Feld plötzlich zu ändern. Andererseits benötigt der Magnet mit normaler Leitfähigkeit eine Erregungs leistungs-Zuführung mit einer sehr großen Kapazität und verbraucht eine hohe Leistung, und der Magnet mit normaler Leitfähigkeit und die Erregungsleistungs- Zuführung müssen wassergekühlt werden, wodurch die Betriebskosten erhöht werden.

Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein Gyrotronsystem zu schaffen, das einfach zu betreiben ist, um dessen Handhabung zu erleichtern, das eine Erregungsleistungs-Zuführung mit einer ver gleichsweise kleinen Kapazität erfordert und in der Lage ist, mit vergleichsweise niedrigen Betriebsko sten betrieben zu werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gyrotronsy stem mit einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit versehen, welche einen Permanentmagneten zum Erzeugen des über wiegenden Teils des für die Oszillation eines Gyro trons erforderlichen axialen magnetischen Feldes und wenigstens einen Elektromagneten zur Einstellung des axialen magnetischen Feldes aufweist. Im Betrieb er zeugt der Elektromagnet das minimale magnetische Feld in dem erforderlichen axialen magnetischen Feld. Dem gemäß kann eine Erregungsleistungs-Zuführung mit ei ner vergleichsweise kleinen Kapazität verwendet wer den und das Gyrotronsystem ist in der Lage, mit ver ringertem Leistungsverbrauch und verringerten Be triebskosten betrieben zu werden.

In einer bevorzugten Form ist der Elektromagnet so ausgebildet, daß er die axiale Magnetfluß-Dichtever teilung in dem Hohlraum-Resonator des Gyrotronsystems einstellt, welche die räumliche Störung der Magnet flußdichte des vom Permanentmagneten erzeugten magne tischen Feldes korrigiert und die Feineinstellung der Magnetflußdichte entsprechend der Elektronenstrahl- Beschleunigungsspannung ermöglicht.

Vorzugsweise stellt der Elektromagnet die axiale Ma gnetfluß-Dichteverteilung an einem Elektronen emit tierenden Teil auf der Kathode der Elektronenkanone des Gyrotrons ein, wodurch die Einstellung der gesam ten axialen Magnetflußdichte nahe der Elektronenkano ne ermöglicht wird, um die axiale Magnetfluß-Dichte verteilung zu formen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Form weist die Ma gnetfeld-Erzeugungseinheit einen Elektromagneten zum Einstellen der axialen Magnetfluß-Dichteverteilung in dem Hohlraum-Resonator des Gyrotrons und einen Elek tromagneten zum Einstellen der axialen Magnetfluß- Dichteverteilung am Elektronen emittierenden Teil auf der Kathode der Elektronenkanone des Gyrotrons auf.

Vorzugsweise weist das Gyrotronsystem weiterhin einen Hochfrequenzwellen-Detektor zum Erfassen der durch das Ausgangsfenster des Gyrotrons austretenden Hoch frequenzwelle und Rückführmittel zum Zurückführen von durch den Hochfrequenzwellen-Detektor gelieferten Erfassungssignalen zu einer Leistungszuführungs-Steu erschaltung zum Steuern der Leistungszuführung für die Zuführung eines Stroms zu dem Elektromagneten auf, um das durch den Elektromagneten erzeugte magne tische Feld einzustellen durch Einstellung des durch den Elektromagneten fließenden Stroms, so daß das Gyrotronsystem die maximale Ausgangsleistung oder eine vorbestimmte Ausgangsleistung liefert. Die Rück führmittel können so ausgebildet sein, daß sie den Elektromagneten zum Einstellen der axialen Magnet fluß-Dichteverteilung in dem Hohlraum-Resonator des Gyrotrons und den Elektromagneten zum Einstellen der axialen Magnetfluß-Dichteverteilung an dem Elektronen emittierenden Teil auf der Kathode der Elektronenka none des Gyrotrons einstellen. Wenn die von den Elek tromagneten erzeugten magnetischen Felder so einge stellt werden, kann die Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons automatische auf die maximale Ausgangs leistung oder eine vorbestimmte Ausgangsleistung ein gestellt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Form weist das Gyro tronsystem weiterhin eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Veränderung des vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten auf und ist in der Lage, die Veränderung der Intensität des magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten durch den Elektromagneten zu kompensieren.

Vorzugsweise weist das Gyrotronsystem weiterhin eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Änderung des magnetischen Feldes aufgrund der Änderung der Tempe ratur des Permanentmagneten auf und kompensiert die Veränderung der Intensität des magnetischen Feldes durch den Elektromagneten.

Bei einer noch weiteren bevorzugten Form ist die Ma gnetflußdichte des vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes nicht geringer als 90% und nicht größer als 110% der axialen Magnetflußdichte im mittleren Bereich des Hohlraum-Resonators, während das Gyrotron im Oszillationszustand ist. Da der über wiegende Teil der für die Oszillation des Gyrotrons benötigten Magnetflußdichte von dem von dem Perma nentmagneten erzeugten magnetischen Feld herrührt, sind der Elektromagnet und die Erregungsleistungs- Zuführung in der Lage, das Gyrotron für die Oszilla tion zu starten und die Oszillation des Gyrotrons zu stabilisieren sowie in der Lage, die für die Einstel lung der Oszillations-Ausgangsleistung erforderliche Magnetflußdichte zu induzieren. Der Bereich der Ma gnetfeldeinstellung kann ausgedehnt werden, indem das Verhältnis der von dem Elektromagneten induzierten Magnetflußdichte zur gesamten Magnetflußdichte erhöht wird.

Bei einer noch weiteren bevorzugten Form induziert der Permanentmagnet nicht weniger als 50% und nicht mehr als 150% der axialen Magnetflußdichte an dem Elektronen emittierenden Teil der Elektronenkanone, wodurch das von dem Elektromagneten zu erzeugende magnetische Feld aus dem am Elektronen emittierenden Teil benötigten axialen magnetischen Feld reduziert werden kann.

Vorzugsweise weist das Gyrotronsystem weiterhin einen Elektromagneten zum Erzeugen eines axialen magneti schen Feldes nahe dem Kollektor des Gyrotrons auf, wodurch die Position auf dem Kollektor, an welcher der Elektronenstrahl auf den Kollektor fällt, ver schoben werden kann.

Bei einer noch weiteren bevorzugten Form sind alle Materialien zum Verbinden isolierender Teile, welche die Hauptkomponenten des Gyrotrons des Gyrotronsy stems voneinander isolieren und dieselben miteinander verbinden, und die Metallteile der Hauptkomponenten nichtmagnetische Materialien, so daß die Magnetfluß dichte des durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten magnetischen Feldes oder die Magnetfluß- Dichteverteilung nicht gestört werden. Vorzugsweise sind alle Hauptmaterialien, welche die Komponenten der Elektronenkanone verbindende Verbindungsteile darstellen, nichtmagnetische Materialien. Die isolie renden Teile können aus isolierenden Materialien ge bildet sein, die direkt mit den nichtmagnetischen Metallteilen verbunden sein können.

Bei einer noch weiteren bevorzugten Form weist das Gyrotronsystem weiterhin einen Bereich begrenzenden Rahmen auf, in welchem die magnetische Flußdichte des von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten magne tischen Feldes gleich 5 G (Gauss) oder darüber ist, um Gefahren und Störungen zu verhindern, die auf das magnetische Feld zurückzuführen sind, das von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit fortlaufend aufrechter halten wird. Der Rahmen kann so ausgebildet sein, daß er einen Bereich begrenzt, in welchem die Magnetfluß dichte des von dem Permanentmagneten erzeugten magne tischen Feldes gleich 5 G oder darüber ist. Vorzugs weise ist die Außenfläche des Rahmens mit einem stoß dämpfenden Material beschichtet.

Wenn die von dem Permanentmagneten gebildete axiale Magnetfeldverteilung eine Position hat, an der die Richtung des magnetischen Feldes umgekehrt ist, ist der Elektronen emittierende Teil auf der Kathode der Elektronenkanone des Gyrotrons vorzugsweise auf der Seite des Hohlraum-Resonators mit Bezug auf die Posi tion, an der die Richtung des magnetischen Feldes umgekehrt ist, angeordnet. Wenn der Elektronen emit tierende Teil so angeordnet ist, geht der von dem Elektronen emittierende Teil emittierte Elektronen strahl nicht durch die Position hindurch, an der das axiale magnetische Feld umgekehrt ist.

Magnetische Teile, die an die gegenüberliegenden En den des die Komponenten der Elektronenkanone isolie renden Isolationsteils hartgelötet sind, können auf der Seite angeordnet sein, die der Seite des Hohl raum-Resonators mit Bezug auf die Position, an der das axiale magnetische Feld umgekehrt ist, gegenüber liegt. Wenn die magnetischen Teile so angeordnet sind, kann die Störung des axialen magnetischen Fel des um das Elektronen emittierende Teil auf der Ka thode durch die magnetischen Teile herabgesetzt wer den und die magnetischen Teile beeinträchtigen den von dem Elektronen emittierenden Teil emittierten Elektronenstrahl nicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß einem bevor zugten Ausführungsbeispiel entspre chend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel nach der vorlie genden Erfindung,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß einem weite ren Ausführungsbeispiel nach der vor liegenden Erfindung,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung,

Fig. 10 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung,

Fig. 12 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 14 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 15 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 16 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 17 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 18 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 19 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 20 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 21 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 22 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 23 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 24 einen schematischen Längsschnitt durch ein anderes Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 25 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 26 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 27 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 28 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 29 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 30 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 31 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 32 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 33 einen schematischen fragmentarischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungs beispiel nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 34 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 35 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 36 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 37 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 38 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 39 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 40 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 41 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 42 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 43a einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 43b ein Diagramm, das eine axiale Magnet fluß-Dichteverteilung in dem Gyrotron system nach Fig. 43a darstellt,

Fig. 44 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 45 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 46 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 47 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 48 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 49 einen schematischen Längsschnitt durch ein bekanntes Gyrotronsystem.

Fig. 1 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß einem bevorzug ten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfin dung, in welcher Teile gleich oder entsprechend denen des Gyrotronsystems nach dem Stand der Technik mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf de ren Beschreibung wird hier verzichtet. Ein Permanent magnet 20 erzeugt ein axiales magnetisches Feld durch beispielsweise ein in "International Journal of In frared and Millimeter Waves", Band 14, Nr. 4, Seite 783 (1993), offenbartes Verfahren. Der Permanentma gnet 20 erzeugt den überwiegenden Teil eines magneti schen Feldes, das für den Oszillationsbetrieb eines Gyrotrons 100 erforderlich ist. Der Permanentmagnet 20 und ein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 30, der nahe einem Hohlraum-Resonator 6 angeordnet ist, erzeugen ein magnetisches Feld mit einer axialen Magnetflußdichte, die für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons 100 erforderlich ist. Weiterhin ist ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gnet 31 vorgesehen. Ein Gyrotronsystem 200 umfaßt eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit, die den Permanent magneten 20, den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 30 und den Elektronenkanonen-Magnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten 31 aufweist, und ein Gyrotron 100.

Wie vorerwähnte ist, ist das Magnetfeld wesentlich für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons 100 und es ist wichtig, das Magnetfeld genau entsprechend der Oszillationsfrequenz im Eigenschwingungszustand des Hohlraum-Resonators 6 für den wirksamen Betrieb des Gyrotronsystems 200 einzustellen. Da ein magnetisches Feld mit hoher Intensität in dem Hohlraum-Resonator 6 erzeugt werden muß, um eine Hochfrequenz-Oszillation zu erzeugen, verwendet, wie aus den Ausdrücken (1) und (2) ersichtlich ist, das bekannte Gyrotronsystem 200 Magnete mit normaler Leitfähigkeit, supraleitende Magnete oder einen Magnet mit normaler Leitfähigkeit und einen supraleitenden Magnet. Da ein von einem Elektromagneten erzeugtes magnetisches Feld ohne wei teres einstellbar ist, ist es zweckmäßig, einen Elek tromagneten für die Einstellung der Oszillations-Aus gangsleistung entsprechend der Elektronenstrahl-Be schleunigungsspannung für die Beschleunigung eines Elektronenstrahls 9 und dem Strahlstrom zu verwenden. Jedoch benötigt ein Magnet mit normaler Leitfähigkeit eine Erregungsleistungs-Versorgung mit einer großen Kapazität und verbraucht eine hohe Leistung, und die Erregungsleistungs-Versorgung und der Magnet mit nor maler Leitfähigkeit müssen wassergekühlt werden. An dererseits ist der supraleitende Magnet im allgemei nen teuer und muß mit flüssigem Helium oder derglei chen auf eine sehr niedrige Temperatur gekühlt wer den. Entweder der supraleitende Magnet oder der Ma gnet mit normaler Leitfähigkeit erfordern hohe An fangskosten, hohe Betriebskosten und eine mühsame Handhabung.

Diese Probleme bei dem bekannten Gyrotron werden ge löst durch die einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten verwendende Magnetfeld-Erzeugungsein heit gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn zum Bei spiel eine zweite harmonische von 28 GHz erzeugt wird, s = 2 im Ausdruck (1) und γ ≈ 1, dann ergibt sich aus den Ausdrücken (1) und (2) eine erforderli che axiale Magnetflußdichte in dem Hohlraum-Resonator 6 von etwa 5 Kg. Wenn 4 Kg dem Permanentmagneten 20 und etwa 1 Kg dem Elektromagneten 30 zugewiesen sind, kann die Erregungsleistungs-Versorgung eine ver gleichsweise kleine Kapazität aufweisen und das Gyro tronsystem 200 verbraucht vergleichsweise wenig Lei stung. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist das magneti sche Feld wichtig für eine Zyklotronresonanz-Maser- Wechselwirkung zwischen Elektronen und einem elektro magnetischen Feld innerhalb des Hohlraum-Resonators 6, und eine Magnetflußdichte, die den Betrieb des Gyrotronsystems 200 mit dem maximalen Oszillations- Wirkungsgrad ermöglicht, ist abhängig von der Elek tronenstrahl-Beschleunigungsspannung für die Be schleunigung des Elektronenstrahls 9 und dem Strahl strom, und es ist wünschenswert, daß die Feineinstel lung der Magnetflußdichte innerhalb des Hohlraum-Re sonators 6 möglich ist. Der Hauptmagnetfeld-Feinein stell-Elektromagnet 30 wird für die Feineinstellung der Magnetflußdichte innerhalb des Hohlraum-Resona tors 6 verwendet.

Wie allgemein bekannt ist, sind die Eigenschaften eines von der Elektronenkanone 1 erzeugten Elektro nenstrahls 9 abhängig von der Magnetflußdichte nahe der Elektronenkanone 1 sowie von der Elektronen strahl-Beschleunigungsspannung für die Beschleunigung des Elektronenstrahls 9 und dem Strahlstrom, und sie beeinflussen empfindlich die Hochfrequenz-Ausgangs leistung des Hohlraum-Resonators 6. Daher ist es schwierig für die Elektronenkanone 1 des Gyrotrons 100, optimale Betriebseigenschaften des Gyrotronsy stems 200 nur durch ein von dem Permanentmagneten 20 erzeugtes stationäres magnetisches Feld für unter schiedliche Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannun gen zum Beschleunigen des Elektronenstrahls 9 und unterschiedliche Strahlströme herzustellen, und daher ist es wünschenswert, daß die Magnetflußdichte der Elektronenkanone 1 fein einstellbar ist. Daher ist das Gyrotronsystem 200 nach Fig. 1 mit dem Elektro nenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 31 versehen. Das Gyrotronsystem 200 ist mit einem Iso lierteil 13 für eine elektrische Isolation versehen, um Spannungen an die Kathode 2 und die erste Anode 4, die in der Elektronenkanone 1 enthalten sind, anzule gen. Das Isolierteil 13 isoliert die erste Anode 4 und die zweite Anode 5 voneinander.

Im allgemeinen ist das Isolierteil 13 aus Aluminium oxid gebildet, und Kovar (Warenzeichen der Westing house Electrich Corp.) wird an die entgegengesetzten Enden des Isolierteils aus Aluminiumoxid hartgelötet, um zu ermöglichen, daß das Isolierteil 13 aus Alumi niumoxid mit Metallteilen verbunden wird. Jedoch be steht die Möglichkeit, daß das magnetische Feld um das Isolierteil 13 herum gestört wird, da Kovar ein magnetisches Material ist. Wenn ein magnetisches Feld nahe der Elektronenkanone 1 nur durch den Permanent magneten 20 erzeugt wird, kann die Störung der Ma gnetfeldverteilung nicht korrigiert werden und die gestörte Magnetfeldverteilung kann den Elektronen strahl 9 beeinträchtigen. Daher korrigiert der Elek tronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 31 die gestörte Magnetfeldverteilung.

Da die Magnetfeld-Erzeugungseinheit des Gyrotronsy stems 200 den Permanentmagneten und den Elektromagne ten aufweist, kann die Kapazität einer Erregungslei stungsversorgung zum Magnetisieren des Elektromagne ten vergleichsweise klein sein und der Leistungsver brauch des Gyrotronsystems kann verringert werden. Da der Einstellbereich der Magnetflußdichte für die Ein stellung der Oszillations-Ausgangsleistung ver gleichsweise eng ist, ist der ein derartiges magneti sches Feld erzeugende Elektromagnet in der Lage, die Magnetflußdichte wirksam einzustellen. Demgemäß ist die Möglichkeit der Einstellung der Oszillations-Aus gangsleistung durch das Gyrotronsystem 200 gemäß der vorliegenden Erfindung insgesamt nicht unterschied lich gegenüber der bei dem bekannten Gyrotronsystem. Der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 30 und der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagnet 31 können individuell magnetisiert werden oder die Elektromagneten 30 und 31 sind in Reihe ver bunden für eine gleichzeitige Magnetisierung unter Berücksichtigung der jeweiligen Anzahl von Windungen der Elektromagnete 30 und 31.

Obgleich die Elektromagnete 30 und 31 jeweils nahe dem Hohlraum-Resonator 6 und der Elektronenkanone 1 des Gyrotrons 100 in Fig. 1 angeordnet sind, können die Elektromagnete 30 und 31 entweder nahe des Hohl raum-Resonators 6 oder nahe der Elektronenkanone 1 angeordnet sein in Abhängigkeit von der Magnetfluß dichte des von dem Permanentmagneten 20 erzeugten magnetischen Feldes. Es können mehrere Elektromagnete in der Nähe des Hohlraum-Resonators 6 und mehrere Elektromagnete in der Nähe der Elektronenkanone 1 angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, in welchem Teile, die gleich oder entsprechend sol chen des bekannten Gyrotronsystems sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf deren Beschreibung hier verzichtet wird. Das Bezugszeichen 32 dient zur Kennzeichnung eines Hauptmagnetfeld-Fein einstell-Elektromagneten. Der Permanentmagnet 20 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist in der Lage, ein axiales magnetisches Feld leichter zu erzeugen, wenn der Innendurchmesser des Permanentmagneten 20 kleiner ist, und der Permanentmagnet 20 mit einem kleinen Innendurchmesser ist klein und leicht und kann mit geringen Kosten erhalten werden. Wenn daher nur ein enger Raum zwischen der Außenfläche des Gyro trons 100 und der Innenfläche des Permanentmagneten 20 verfügbar ist, können die Spulen des Hauptmagnet feld-Feineinstell-Elektromagneten 32 direkt auf die Außenfläche des Gyrotrons 100 gewickelt sein oder der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 32 kann in eine Nut eingepaßt sein, die in der Außenfläche des Gyrotrons nahe dem Hohlraum-Resonator 6 ausgebildet ist, wie sich aus dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ergibt. Je kleiner der Innen durchmesser des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magneten 32 ist, desto geringer ist der Leistungsver brauch des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagne ten 32 zum Erzeugen desselben magnetischen Feldes. Daher ist die in Fig. 2 gezeigte Anordnung des Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 32 bevorzugt.

Fig. 3 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit den gleichen Be zugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Mit dem Bezugszeichen 33 ist ein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet ge kennzeichnet. Wie vorstehend erwähnt ist, ist der Permanentmagnet 20 in der Lage, ein axiales magneti sches Feld leichter zu erzeugen, wenn der Innendurch messer des Permanentmagneten 20 kleiner ist, und der Permanentmagnet 20 mit einem kleinen Innendurchmesser ist klein und leicht und kann mit geringen Kosten erhalten werden. Wenn der Permanentmagnet 20 einen vergleichsweise kleinen Innendurchmesser hat und der Raum zwischen der Außenfläche eines Gyrotrons 100 und der Innenfläche des Permanentmagneten 20 nicht weit genug ist, um den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 32 in der Nähe des Hohlraum-Resonators 6 in dem Raum zwischen der Außenfläche des Gyrotrons 100 und der Innenfläche des Permanentmagneten 20 an zuordnen, kann der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagnet 33 auf der Außenfläche des Permanentmagne ten 20 ausgebildet werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 4 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung, in welchem Teile gleich oder entsprechend solchen beim bekannten Gyrotronsystem mit den glei chen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Ein Magnetfeld- Feineinstell-Elektromagnet 34 ersetzt sowohl den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 30 und den Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 31 nach dem ersten Ausführungsbeispiel; das heißt, der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magnet 30 und der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Fein einstell-Elektromagnet 31 nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel werden beim vierten Ausführungsbeispiel durch den Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 34 ersetzt. Obgleich die axialen Magnetflußdichten in der Elektronenkanone 1 und in dem Hohlraum-Resonator 6 durch den Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 34 nicht individuell eingestellt werden können, benö tigte das Gyrotronsystem nur eine einzige Erregungs leistungsversorgung.

Fig. 5 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Während die Elektronenka none 1 jedes der Gyrotronsysteme nach dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel in der mittleren Bohrung des Permanentmagneten 20 enthalten ist, ist die im Gyrotron nach dem fünften Ausführungsbeispiel vorge sehene Elektronenkanone 1 außerhalb des einen Endes des Permanentmagneten 20 angeordnet. Ein Elektronen kanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 31 ist nahe der Elektronenkanone 1 angeordnet, um ein um die Elektronenkanone 1 erzeugtes magnetisches Feld wirk sam einzustellen. Obgleich irgendein Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagnet nicht nahe des Hohlraum- Resonators 6 angeordnet ist, kann erforderlichenfalls ein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet in der Nähe des Hohlraum-Resonators 6 angeordnet werden.

Fig. 6 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Die Elektronenkanone 1 bei jedem der Gyrotronsysteme nach dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel ist vom Trioden-Typ mit einer Kathode, einer ersten Anode und einer zweiten Anode. Das Gyrotronsystem nach Fig. 6 ist mit einem Gyrotron 100 versehen, das eine Elektronenkanone 1 vom Dioden- Typ mit einer Kathode 2 und einer Anode 14 verwendet. Die Funktion der Elektronenkanone 1 nach dem Dioden- Typ zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 9 für eine Zyklotronresonanz-Maser-Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eines Eigenschwingungszu stands in einem Hohlraum-Resonator 6 ist ähnlich der Elektronenkanone vom Trioden-Typ. Daher kann ein Gy rotron mit einer Elektronenkanone vom Dioden-Typ bei den Gyrotronsystemen nach den folgenden Ausführungs beispielen verwendet werden, selbst wenn die Gyro tronsysteme in den folgenden Ausführungsbeispielen so beschrieben sind, daß sie eine Elektronenkanone vom Trioden-Typ verwenden.

Fig. 7 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Mit dem Bezugszeichen 35 ist ein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet versehen. Es wird angenommen, daß ein Gyrotron 100 eine 28 Ghz-Welle bei einer Oszillation der zweiten harmonischen erzeugt. Dann wird der Relativitätskoef fizient γ wie folgt ausgedrückt:

γ = 1 + V_b/511 (3),

worin V_b (Kv) die Elektronenstrahl-Beschleunigungs spannung ist. Aus Ausdruck (2) ergibt sich, daß γ = 1,04 ist, wenn V_b = 20 Kv ist. Gemäß Ausdruck (2) ist die Magnetflußdichte etwa 10,4 Kg, wenn die Zy klotronfequenz 28 Ghz beträgt. Daher muß gemäß Aus druck (1) ein magnetisches Feld mit einer Magnetfluß dichte, die geringfügig geringer als etwa 5,2 Kg ist, in dem Hohlraum-Resonator 6 erzeugt werden, um eine 28 GHz-Welle bei einer Oszillation der zweiten harmo nischen zu erzeugen.

Wenn ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdich te, die nicht geringer als 90% und nicht größer als 110% der Magnetflußdichte von etwa 5,2 Kg ist, durch den Permanentmagneten 20 in dem mittleren Be reich des Hohlraum-Resonators 6 erzeugt wird, muß der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 35 ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte in der Größe von ± 0,52 Kg im Hohlraum-Resonator 6 erzeugen. Daher können der Hauptmagnetfeld-Einstell-Elektroma gnet 35 und eine Erregungsleistungsversorgung zum Erregen des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektroma gneten 35 klein und leicht sein, und sie können mit geringem Leistungsverbrauch und verringerten Be triebskosten betrieben werden.

Wenn die Richtung eines durch den Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten 35 erzeugten magneti schen Feldes entgegengesetzt zu der eines vom Perma nentmagneten 20 erzeugten magnetischen Feldes ist, hat das erstgenannte magnetische Feld eine negative Magnetflußdichte. Ein Strom, der entgegengesetzt zu dem Strom ist, der zum Hauptmagnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten 35 geliefert wird, um ein magneti sches Feld zu erzeugen, das dieselbe Richtung wie das vom Permanentmagneten 20 erzeugte magnetische Feld hat, kann zu dem Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 35 geliefert werden, um ein magnetisches Feld mit einer negativen Magnetflußdichte zu erzeu gen.

Fig. 8 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Die Bezugszeichen 36, 37 und 38 dienen zur Bezeichnung von Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten zur Einstellung der axialen Verteilung der Magnetflußdichte eines in dem Hohlraum-Resonator 6 erzeugten magnetischen Feldes.

Wie vorstehend erwähnt ist, hat ein magnetisches Feld einen wichtigen Einfluß auf den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons 100, und insbesondere haben der absolu te Wert und die räumliche Verteilung der Magnetfluß dichte innerhalb des Hohlraum-Resonators 6, in wel chem die Wechselwirkung zwischen einem Elektronen strahl und einem elektromagnetischen Feld auftritt, einen bemerkenswerten Einfluß auf den Oszillations- Wirkungsgrad und dergleichen. Es ist im Vergleich mit einem Elektromagneten schwierig, mit dem Permanentma gneten 20 ein entworfenes magnetisches Feld genau zu erzeugen; zum Beispiel ist es schwierig, den Perma nentmagneten 20 so auszubilden, daß er ein axiales magnetisches Feld mit einer gleichförmigen räumlichen Magnetflußdichten-Verteilung über eine lange Strecke erzeugt.

Beim achten Ausführungsbeispiel sind Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagnete 36, 37 und 38 vorgesehen, um die räumliche Verteilung der Magnetflußdichte zu sätzlich zu der Kompensation der Abweichung des ab soluten Wertes der Magnetflußdichte von der entworfe nen Magnetflußdichte zu formen. Somit kann die ge störte räumliche Verteilung der Magnetflußdichte des vom Permanentmagneten 20 erzeugten magnetischen Fel des korrigiert werden. Es ist auch möglich, die Ma gnetflußdichte fein einzustellen entsprechend der Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung zum Be schleunigen des Elektronenstrahls 9, um den Oszilla tions-Wirkungsgrad auf ein Maximum zu erhöhen, und die Oszillations-Ausgangsleistung kann eingestellt werden.

Fig. 9 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß einem noch wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit den glei chen Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Be schreibung wird hier verzichtet. Die Bezugszeichen 39, 40 und 41 dienen zur Kennzeichnung von Hauptma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten zum Einstellen der axialen Verteilung der Magnetflußdichte innerhalb des Hohlraum-Resonators 6. Es ist theoretisch be kannt, daß der Oszillations-Wirkungsgrad eines Gyro trons 100 höher ist, wenn die Magnetflußdichte eine geeignete Verteilung innerhalb des Hohlraum-Resona tors 6 aufweist als wenn diese eine gleichförmige Verteilung aufweist. Beispielsweise nimmt der Oszil lations-Wirkungsgrad zu, wenn die Verteilung der Ma gnetflußdichte so geneigt ist, daß die Magnetfluß dichte an einem Ende des Hohlraum-Resonators 6 auf der Seite des Ausgangsfensters 8 um einen Wert im Bereich von 5 bis 10% größer ist als diejenige an dem anderen Ende des Hohlraum-Resonators 6 auf der Seite der Elektronenkanone 1.

In diesem Ausführungsbeispiel können die Elektroma gnete 39, 40 und 41 individuell erregt werden oder die Elektromagnete 39, 40 und 41 sind so ausgebildet, daß die Anzahl der Drahtwindungen des Elektromagne ten, der näher am Ausgangsfenster 8 liegt, größer ist als diejenige des Elektromagneten, der weiter vom Ausgangsfenster 8 weg liegt, wobei die Elektromagnete 39, 40 und 41 in Reihe geschaltet sind für eine gleichzeitige Erregung, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Die Anzahl der Drahtwindungen und das Verfahren zur Bildung der Spulen der Elektromagnete 39, 40 und 41 sowie das Verfahren zur Erregung der Elektromagnete 39, 40 und 41 sind wahlfrei, vorausgesetzt, daß die axiale Magnetflußdichte-Verteilung innerhalb des Hohlraum-Resonators 6 so ausgebildet sein kann, daß der Oszillations-Wirkungsgrad des Gyrotrons verbes sert wird. Das Gyrotronsystem nach Fig. 9 kann erfor derlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnet feld-Feineinstell-Elektromagneten versehen sein.

Fig. 10 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Das Bezugszeichen 42 dient zur Kennzeichnung eines Hauptmagnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten zum Einstellen der axialen Verteilung der magnetischen Flußdichte eines in dem Hohlraum- Resonator 6 erzeugten magnetischen Feldes. Der Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 42 ersetzt die Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnete 39, 40 und 41 des Gyrotronsystems bei dem in Fig. 9 gezeig ten neunten Ausführungsbeispiel. Die Anzahl der Drahtwindungen pro Längeneinheit nimmt bei der Spule des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 42 von dessen einem Ende auf der Seite der Elektronenka none 1 in dem Hohlraum-Resonator 6 zu dessen anderem Ende auf der Seite des Ausgangsfensters 8 zu.

Obgleich der Grad der Freiheit zur Gestaltung der axialen Verteilung der Magnetflußdichte herabgesetzt wird, kann ein magnetisches Feld mit einer Magnet flußdichte-Verteilung, die von der Seite der Elektro nenkanone 1 zum Ausgangsfenster 8 hin zunimmt, inner halb des Hohlraum-Resonators 6 durch Verwendung einer einzigen Erregungsleistungsversorgung erzeugt werden, wenn der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 42 mit einer derartigen sich axial verändernden Win dungsdichte verwendet wird. Obgleich die Spule des in Fig. 10 gezeigten Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 42 die vorgenannte Ausbildung aufweist, kann die Spule in jeder beliebigen Gestaltung ausge bildet sein, vorausgesetzt, daß der Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagnet 42 in der Lage ist, die axiale Magnetflußdichte des innerhalb des Hohlraum- Resonators 6 erzeugten magnetischen Feldes so zu for men, daß der Oszillations-Wirkungsgrad des Gyrotrons 100 verbessert wird. Das Gyrotronsystem kann erfor derlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnet feld-Feineinstell-Elektromagneten ausgerüstet sein.

Fig. 11 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Es sind ein Hauptmagnet feld-Feineinstell-Elektromagnet 43, ein Gyrotron 100, ein Abtastloch, durch welches die Hochfrequenz-Aus gangswelle des Gyrotrons 100 abgetastet wird, ein Ausgangsdetektor 81, eine Oszillations-Ausgangslei stungs-Meß- und Steuerschaltung 82 und eine Erre gungsleistungsversorgung 90 gezeigt.

Im allgemeinen wird die Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 durch Einstellung der Elektronen strahl-Beschleunigungsspannung und des Strahlstroms eingestellt. Wenn die Elektronenstrahl-Beschleuni gungsspannung oder der Strahlstrom geändert werden, wird die axiale Magnetflußdichte entsprechend geän dert, um den maximalen Oszillations-Wirkungsgrad des Gyrotrons 100 aufrechtzuerhalten, da, wie durch die Ausdrücke (1) und (2) bekannt ist, die axiale Magnet flußdichte des innerhalb des Hohlraum-Resonators 6 erzeugten magnetischen Feldes nachgestellt werden muß, weil sich der Relativitätskoeffizient γ und die axiale Geschwindigkeit V_z der Elektronen ändern, wenn die Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung geändert wird.

Da sich die Intensität des elektromagnetischen Feldes im Eigenschwingungszustand innerhalb des Hohlraum- Resonators 6 ändert, wenn der Strahlstrom geändert wird, um die Oszillations-Ausgangsleistung zu ändern, muß das axiale magnetische Feld innerhalb des Hohl raum-Resonators 6 nachgestellt werden, um eine opti male Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl 9 und dem elektromagnetischen Feld aufrechtzuerhalten. Bei den meisten bekannten Gyrotronsystemen verwendet die Ma gnetfeld-Erzeugungseinheit Elektromagnete und die Erregungsleistungsversorgung ist in der Lage, den Ausgangsstrom automatisch mit einer festen Geschwin digkeit auf einen geeigneten eingestellten Wert zu erhöhen oder zu verringern. Jedoch erfordern die mei sten bekannten Gyrotronsysteme eine manuelle endgül tige Feineinstellung. Insbesondere wenn der Elektro magnet ein supraleitender Elektromagnet ist, benötigt die Feineinstellung des magnetischen Feldes eine be trächtlich lange Zeit, da der supraleitende Elektro magnet eine hohe Induktivität hat und der Strom nicht mit großer Geschwindigkeit geändert werden kann.

Da weiterhin die Kathode 2 der Elektronenkanone 1 des Gyrotrons 100 eine Heißkathode ist, ist es erforder lich, daß die zu einer Heizvorrichtung zum Beheizen der Kathode 2 gelieferte Leistung geändert wird, um die Temperatur des auf der Kathode 2 vorgesehenen Elektronen emittierenden Teils zu ändern, wenn die Oszillations-Ausgangsleistung durch Veränderung des Strahlstroms eingestellt wird, was im allgemeinen eine beträchtlich lange Zeit erfordert. Wenn eine Einstellung des magnetischen Feldes erforderlich ist, um den Oszillations-Wirkungsgrad bis zum Maximum zu erhöhen, oder wenn die Einstellung der Oszillations- Ausgangsleistung durch die Einstellung des magneti schen Feldes erforderlich ist, selbst wenn der Oszil lations-Wirkungsgrad in gewissem Maße herabgesetzt wird, ist es demgemäß zweckmäßig, wenn das Gyrotron system mit einer Vorrichtung versehen ist, die zur automatischen und schnellen Einstellung der axialen Magnetflußdichte in der Lage ist. Obgleich die durch schnittliche Ausgangsleistung durch Einstellung der Impulsbreite des Ausgangs der Leistungsversorgung eingestellt werden kann, erfordert ein derartiges Verfahren zur Einstellung der durchschnittlichen Aus gangsleistung eine kostenaufwendige Leistungsversor gung. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Oszillations-Ausgangsleistung durch Einstellung des magnetischen Feldes eingestellt.

Das Gyrotronsystem nach dem elften Ausführungsbei spiel ist mit einer Anordnung zum Erfassen der Oszil lations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 und zur automatischen Einstellung der axialen Magnetflußdich te des innerhalb des Hohlraum-Resonators 6 erzeugten magnetischen Feldes versehen, so daß die Oszilla tions-Ausgangsleistung auf den maximalen Wert oder einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Der Aus gangsdetektor 81 erfaßt die Oszillations-Ausgangslei stung des Gyrotrons 100 durch ein Abtastloch 80 und liefert ein Signal mit einer der Oszillations-Aus gangsleistung proportionalen Größe. Bei Empfang des Ausgangssignals des Ausgangsdetektors 81 berechnet die Oszillations-Ausgangsleistungs-Meß- und Steuer schaltung 82 die Oszillations-Ausgangsleistung und zeigt diese an und gibt ein Steuersignal zu der Erre gungsleistungsversorgung 90, um die Oszillations-Aus gangsleistung zu erhöhen und auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, wobei Bezug genommen wird auf die Historie der Veränderung der Oszillations-Ausgangs leistung entsprechend der Veränderung der Magnetfluß dichte innerhalb des Hohlraum-Resonators. Die Erre gungsleistungsversorgung 90 ändert den zu dem Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 43 geliefer ten Strom entsprechend dem Steuersignal, so daß die Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 ver ändert wird. Somit wird die Oszillations-Ausgangslei stung durch diese Rückführschleife gesteuert.

Ein Richtungskoppler kann anstelle des Abtastloches 80 verwendet werden. Das Gyrotronsystem kann mit meh reren Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten anstelle des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektroma gneten 43 versehen sein. Die Anforderungen an die Anordnung der Elektromagnete und die Anzahl der Win dungen der Elektromagnete sind dieselben wie die in Verbindung mit den vorhergehenden Ausführungsbeispie len beschriebenen. Das Gyrotronsystem nach dem elften Ausführungsbeispiel kann erforderlichenfalls mit ei nem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten versehen sein, obwohl dieser nicht in Fig. 11 gezeigt ist.

Fig. 12 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Es sind ein Permanentma gnet 21 und ein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magnet 44 gezeigt. Das Gyrotronsystem muß in der Lage sein, in einem weiten Bereich der Elektronenstrahl- Beschleunigungsspannung und einem weiten Bereich des Strahlstroms zu operieren, um die Oszillations-Aus gangsleistung des Gyrotrons in einem weiten Bereich zu verändern. Wie vorerwähnt ist, ist γ = 1,04, wenn die Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung V_b = 20 kV ist, und, aus Ausdruck (3) ergibt sich, daß γ = 1,16 ist, wenn V_v = 80 kV ist. Daher ist gemäß Ausdruck (2) die Magnetflußdichte etwa 11,6 kG, wenn die Zyklotronfrequenz der Elektronen 28 GHz ist.

Demgemäß ist es nach Ausdruck (1) erforderlich, ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte zu schaffen, die geringfügig kleiner als etwa 5,8 kG innerhalb des Hohlraum-Resonators 6 ist, wenn das Gyrotron in einem Oszillationsbetrieb der zweiten harmonischen bei 28 GHz operiert. Wie zuvor erwähnt ist, besteht die Möglichkeit, da ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte, die geringfügig kleiner als etwa 5,2 kG ist, innerhalb des Hohlraum- Resonators 6 erzeugt werden muß, wenn V_b = 20 kV ist, daß die erforderliche axiale Magnetflußdichte nicht durch den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagne ten 44 eingestellt werden kann, wenn V_b = 80 kV ist, wenn der Permanentmagnet ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte erzeugt, die nicht weniger als 90% und nicht größer als 110% der erforderlichen axialen Magnetflußdichte ist, wenn V_b = 20 kV ist, um das Gyrotron für eine Oszillation in einem Bereich der Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung von 20 kV bis 80 kV zu betreiben.

In einem solchen Fall wird das Verhältnis der Magnet flußdichte eines magnetischen Feldes, das durch den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 44 er zeugt werden kann, zu der gesamten Magnetflußdichte, die für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons erfor derlich ist, erhöht. Die Kapazität des bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Hauptmagnetfeld-Fein einstell-Elektromagneten 44 ist größer als die des beim siebenten Ausführungsbeispiel verwendeten Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 35, und der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 44 ist in der Lage, ein magnetisches Feld von ± 20% des in dem mittleren Bereich des Hohlraum-Resonators 6 zu erzeu genden axialen magnetischen Feldes zu erzeugen. Daher wird ein magnetisches Feld mit einer axialen Magnet flußdichte von nicht weniger als 80% und nicht mehr als 120% der im mittleren Bereich des Hohlraum-Reso nators 6 zu erzeugenden Magnetfelddichte durch den Permanentmagneten 21 erzeugt. Das Gyrotronsystem kann erforderlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Ma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten versehen sein.

Das so ausgebildete Gyrotronsystem benötigt eine Er regungsleistungsversorgung mit einer vergleichsweise kleinen Kapazität, arbeitet mit einem vergleichsweise geringen Leistungsverbrauch und herabgesetzten Be triebskosten, und ist in der Lage, die erforderliche axiale Magnetflußdichte für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons einzustellen.

Während dieses Ausführungsbeispiel für den Betrieb bei einer Oszillationsfrequenz von 28 GHz beschrieben wurde, gilt die vorhergehende Beschreibung auch für solche Fälle, in denen das Gyrotronsystem mit unter schiedlichen Oszillationsfrequenzen arbeitet. Der Hohlraum-Resonator 6 hat mehrere Eigenschwingungszu stände mit einander unterschiedlichen Resonanzfre quenzen. Demgemäß ist das Gyrotron in der Lage, in den mehreren Eigenschwingungszuständen mit den unter schiedlichen Resonanzfrequenzen zu oszillieren, wenn der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 44 in der Lage ist, die Magnetflußdichte in einem weiten Bereich einzustellen.

Fig. 13 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf die Beschreibung von diesen wird hier verzichtet. Es sind drei Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnete 45, 46 und 47 vorgesehen. Die Anzahl der Hauptmagnetfeld-Feinein stell-Elektromagnete braucht nicht notwendigerweise auf drei beschränkt zu sein; das Gyrotronsystem kann mit zwei, vier oder irgendeiner Anzahl von Hauptma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten ausgerüstet sein, die erforderlich sind zur Erzeugung und Ein stellung eines für die Oszillation des Gyrotrons be nötigten Hauptmagnetfelds. Die Hauptmagnetfeld-Fein einstell-Elektromagnete 45, 46 und 47 können entweder individuell oder nicht individuell erregt werden.

Fig. 14 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, in welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und auf deren Be schreibung wird hier verzichtet. Das vierzehnten Aus führungsbeispiel ist hinsichtlich der Ausbildung und der Funktion dasselbe wie das in Fig. 2 gezeigte Aus führungsbeispiel mit der Ausnahme, daß das Gyrotron system nach dem vierzehnten Ausführungsbeispiel mit einem Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 48 versehen ist, der in der Lage ist, ein magnetisches Feld einer axialen Magnetflußdichte von ± 20% einer axialen Magnetflußdichte, die für den Oszillations betrieb des Gyrotrons erforderlich ist, zu erzeugen. Der Permanentmagnet 21 des Gyrotronsystems ist in der Lage, ein axiales magnetisches Feld leichter zu er zeugen, wenn der Innendurchmesser des Permanentmagne ten 21 kleiner ist, und der Permanentmagnet 21 mit einem kleinen Innendurchmesser ist klein und leicht und kann bei verringerten Kosten erhalten werden. Wenn daher nur ein enger Raum zwischen der Außenflä che des Gyrotrons 100 und der Innenfläche des Perma nentmagneten 21 verfügbar ist, können die Spulen des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 48 di rekt auf die Außenfläche des Gyrotrons 100 gewickelt werden oder der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magnet 48 kann in eine Nut eingepaßt werden, die in der Außenfläche eines in dem Gyrotron 100 enthaltenen Hohlraum-Resonators 6 ausgebildet ist, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Je kleiner der Innendurchmesser des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 48 ist, desto geringer ist der Leistungsverbrauch des Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 48 zur Erzeu gung desselben magnetischen Feldes. Daher ist die in Fig. 14 gezeigte Anordnung des Hauptmagnetfeld-Fein einstell-Elektromagneten 48 bevorzugt.

Fig. 15 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, in welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Das fünfzehnte Ausfüh rungsbeispiel ist hinsichtlich der Ausbildung und der Funktion dasselbe wie das in Fig. 9 gezeigte neunte Ausführungsbeispiel und es ist mit Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten 49, 50 und 51 versehen, die in der Lage sind, ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte von ± 20% einer axialen Magnetfluß dichte, die für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons 100 erforderlich ist, zu erzeugen. Das fünfzehnte Ausführungsbeispiel ist in der Lage, die axiale Ma gnetflußdichte in einem Magnetflußdichte-Einstellbe reich einzustellen, der weiter ist als der, in wel chem das neunte Ausführungsbeispiel zur Einstellung der axialen Magnetflußdichte in der Lage ist. Das Gyrotronsystem nach Fig. 15 kann erforderlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten ausgestattet sein.

Fig. 16 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, in welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Dieses Ausführungsbeispiel ist in bezug auf die Gestaltung und die Funktion das selbe wie das in Fig. 10 gezeigte Ausführungsbeispiel und ist mit einem Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 52 versehen, der zur Erzeugung eines ma gnetischen Feldes mit einer Magnetflußdichte von ± 20% der axialen Magnetflußdichte, die für den Os zillationsbetrieb eines Gyrotrons erforderlich ist, in der Lage. Das sechzehnte Ausführungsbeispiel ist in der Lage, die axiale Magnetflußdichte in einem Magnetflußdichte-Einstellbereich einzustellen, der weiter ist als der, in welchem das zehnte Ausfüh rungsbeispiel zur Einstellung der axialen Magnetfluß dichte in der Lage ist.

Die Spule des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektroma gneten 52 ist in einer Nut gewickelt, die in der Nähe des im Gyrotron 100 enthaltenen Hohlraum-Resonators 6 in dessen Außenfläche ausgebildet ist. Wenn jedoch ein ausreichend großer Raum nahe dem Hohlraum-Resona tor 6 zwischen der Innenfläche des Permanentmagneten 21 und der Außenfläche des Gyrotrons 100 verfügbar ist, kann die Spule des Hauptmagnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten 52 auf der Außenfläche des Gyrotrons 100 gewickelt sein, ohne daß eine Nut in der Außen fläche des Gyrotrons 100 ausgebildet ist. Das Gyro tronsystem nach Fig. 16 kann erforderlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten ausgestattet sein.

Fig. 17 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Das siebzehnte Ausfüh rungsbeispiel ist in bezug auf die Ausgestaltung und die Funktion dasselbe wie das in Fig. 11 gezeigte elfte Ausführungsbeispiel und ist mit einem Hauptma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 53 versehen, der zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer axialen Magnetflußdichte von ± 20% der axialen Ma gnetflußdichte, die für den Oszillationsbetrieb des Gyrotrons 100 erforderlich ist, in der Lage ist. Das Gyrotronsystem ist mit einer Anordnung zum Erfassen der Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 und zum automatischen Einstellen der axialen Magnet flußdichte des innerhalb des Hohlraum-Resonators 6 erzeugten magnetischen Feldes versehen, so daß die Oszillations-Ausgangsleistung auf die maximale Aus gangsleistung oder eine vorbestimmte Ausgangsleistung eingestellt wird. Ein Ausgangsdetektor 81 erfaßt die Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 durch ein Abtastloch 80 und liefert ein Signal mit einer zur Oszillations-Ausgangsleistung proportionalen Grö ße. Bei Empfang des Ausgangssignals des Ausgangsde tektors 81 berechnet die Oszillations-Ausgangslei stungs-Meß- und Steuerschaltung 82 die Oszillations- Ausgangsleistung und zeigt diese an und gibt ein Steuersignal zu der Erregungsleistungsversorgung 90, um die Oszillations-Ausgangsleistung zu erhöhen oder auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, wobei sie Bezug auf die Historie der Veränderung der Oszilla tions-Ausgangsleistung entsprechend der Veränderung der Magnetflußdichte innerhalb des Hohlraum-Resona tors nimmt. Die Erregungsleistungsversorgung 90 än dert den zu dem Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magneten 53 gelieferten Strom entsprechend dem Steu ersignal, so daß sich die Oszillations-Ausgangslei stung des Gyrotrons 100 ändert. Somit wird die Oszil lations-Ausgangsleistung durch diese Rückführungs schleife gesteuert.

Dieses derart ausgestaltete Ausführungsbeispiel ist in der Lage, die axiale Magnetflußdichte in einem Magnetflußdichte-Einstellbereich einzustellen, der weiter ist als der, in welchem das elfte Ausführungs beispiel zur Einstellung der axialen Magnetflußdichte in der Lage ist. Das Gyrotronsystem nach dem sieb zehnten Ausführungsbeispiel kann erforderlichenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten ausgestattet sein, obgleich dieser in Fig. 17 nicht gezeigt ist.

Fig. 18 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Permanentmagnet 22 und ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gnet 54 für die Feineinstellung eines um den Elektro nen emittierenden Teil 3 auf der Kathode 2 der Elek tronenkanone 1 erzeugten magnetischen Feldes darge stellt sind. Im allgemeinen ist die Magnetflußdichte des um das Elektronen emittierende Teil 3 erzeugten magnetischen Feldes etwa 1/5 oder weniger der Magnet flußdichte eines Hauptmagnetfeldes. Wie in Verbindung mit der Beschreibung des in Fig. 7 gezeigten sieben ten Ausführungsbeispiels erwähnt ist, ist beispiels weise die Magnetflußdichte eines innerhalb des Hohl raum-Resonators erzeugten magnetischen Feldes etwa 5,2 kG für eine 28 GHz-Oszillation der zweiten harmo nischen und daher ist die Magnetflußdichte des um das Elektronen emittierende Teil 3 erzeugten magnetischen Feldes in der Größe von 1,04 kG. Wenn der Permanent magnet 22 ein magnetisches Feld mit einer Magnetfluß dichte erzeugt, die nicht weniger als 50% und nicht mehr als 150% der Magnetflußdichte beträgt, muß der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gnet 54 ein magnetisches Feld mit einer Magnetfluß dichte von ± 0,52 kG oder niedriger um das Elektro nen emittierende Teil 3 erzeugen, und daher kann der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gnet 54 klein und leicht sein und mit geringem Lei stungsverbrauch und herabgesetzten Betriebskosten arbeiten.

Da Spannungen an die Kathode 2 und die ersten Anode 4 der Elektronenkanone 1 angelegt werden, ist das Gyro tronsystem mit einem Isolierteil 13 für eine elektri sche Isolierung versehen. Im allgemeinen ist das Iso lierteil 13 aus Aluminiumoxid gebildet und Kovar ist an den entgegengesetzten Enden des Isolierteils 13 aus Aluminiumoxid hartgelötet, um zu ermöglichen, daß das Isolierteil 13 aus Aluminiumoxid mit Metallteilen verbunden werden kann. Jedoch besteht dadurch die Möglichkeit, daß das um das Isolierteil 13 erzeugte magnetische Feld gestört wird, da Kovar ein magneti sches Material ist. Wenn ein magnetisches Feld in der Nähe der Elektronenkanone 1 nur durch den Permanent magneten 22 erzeugt wird, kann die gestörte Magnet feldverteilung nicht korrigiert werden und die ge störte Magnetfeldverteilung kann nachteilig auf einen von der Elektronenkanone 1 emittierten Elektronen strahl 9 einwirken.

Der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagnet 54 ist in der Lage, die gestörte Magnet feldverteilung zu korrigieren. Wenn die Richtung ei nes von dem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feinein stell-Elektromagneten 54 erzeugten magnetischen Fel des entgegengesetzt zu der des von dem Permanentma gneten 22 erzeugten magnetischen Feldes ist, hat das erstgenannte magnetische Feld eine negative Magnet flußdichte. Ein zu einem zu dem Elektronenkanonen- Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 54 geliefer ten Strom zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit derselben Richtung wie der des vom Permanentmagneten 22 erzeugten magnetischen Feldes entgegengesetzter Strom kann zu dem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Fein einstell-Elektromagneten 54 geliefert werden, um ein magnetisches Feld mit einer negativen Magnetflußdich te zu erzeugen.

Fig. 19 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Elektronenkanonen-Magnet feld-Feineinstell-Elektromagnete 55 und 56 stellen die axiale Verteilung der Magnetflußdichte eines in der Elektronenkanone 1 erzeugten magnetischen Feldes ein. Wie vorstehend erwähnt ist, hat ein magnetisches Feld einen wichtigen Einfluß auf den Oszillationsbe trieb des Gyrotrons 100 und der absolute Wert und die Verteilung der Magnetflußdichte um das Elektronen emittierende Teil beeinflußt in großem Maße die Ei genschaften eines Elektronenstrahls 9 und die radiale Position des Elektronenstrahls 9 in dem Hohlraum-Re sonator. Die Feineinstellung des absoluten Wertes und der Verteilung der Magnetflußdichte eines von dem Permanentmagneten 20 erzeugten magnetischen Feldes ist schwierig im Vergleich zu der Feineinstellung derjenigen eines von einem Elektromagneten erzeugten magnetischen Feldes. Wenn demgemäß das Gyrotronsystem mit den Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten 55 und 56 ausgestattet ist, wie in Fig. 19 gezeigt ist, können der absolute Wert und die Verteilung der Magnetflußdichte leicht auf einen op timalen Wert und eine optimale Verteilung eingestellt werden um zu ermöglichen, daß das Gyrotronsystem mit einem maximalen Oszillations-Wirkungsgrad arbeitet.

Da Spannungen an die Kathode 2 und die erste Anode 4 der Elektronenkanone 1 angelegt werden, ist das Gyro tronsystem mit einem Isolierteil 13 für die elektri sche Isolierung versehen. Im allgemeinen ist das Iso lierteil 13 aus Aluminiumoxid gebildet und Kovar wird an den entgegengesetzten Enden des Isolierteils 13 hartgelötet, um zu ermöglichen, daß das Isolierteil 13 aus Aluminiumoxid mit Metallteilen verbunden wird. Jedoch besteht die Möglichkeit, daß das um das Iso lierteil 13 erzeugte magnetische Feld gestört wird, da Kovar ein magnetisches Material ist. Wenn ein ma gnetisches Feld in der Nähe der Elektronenkanone 1 nur durch den Permanentmagneten 20 gebildet wird, kann die gestörte Magnetfeldverteilung nicht korri giert werden und die Störung der Magnetfeldverteilung kann einen nachteiligen Einfluß auf einen von der Elektronenkanone 1 emittierten Elektronenstrahl 9 haben. Die Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagnete 55 und 56 sind in der Lage, die ge störte Magnetfeldverteilung zu korrigieren. Obgleich nur die Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagnete 55 und 56 in Fig. 19 gezeigt sind, kann das Gyrotronsystem mit drei oder mehr Elektro nenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten ausgestattet sein.

Fig. 20 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit den glei chen Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Be schreibung wird hier verzichtet. Es sind ein Elektro nenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 57 für die Feineinstellung eines um das Elektronen emit tierende Teil 3 auf der Kathode 2 der Elektronenkano ne 1 erzeugten magnetischen Feldes, eine Oszilla tions-Ausgangsleistungs-Meß- und Steuerschaltung 83 und eine Erregungsleistungsversorgung 91 zum Erregen des Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten 57 gezeigt. Während das Gyrotronsystem bei dem in Fig. 11 gezeigten elften Ausführungsbei spiel den Oszillations-Wirkungsgrad erhöht und die Oszillations-Ausgangsleistung durch den Hauptmagnet feld-Feineinstell-Elektromagneten 43 einstellt, stellt das Gyrotronsystem nach diesem Ausführungsbei spiel das um die Elektronenkanone erzeugte magneti sche Feld für denselben Zweck ein.

Ein Ausgangsdetektor 81 erfaßt einen Teil der Oszil lations-Ausgangsleistung eines Gyrotrons 100 durch ein Abtastloch 80 und liefert ein Signal mit einer zu der Oszillations-Ausgangsleistung proportionalen Grö ße. Bei Empfang des Ausgangssignals des Ausgangsde tektors 81 berechnet die Oszillations-Ausgangslei stungs-Meß- und Steuerschaltung 83 die Oszillations- Ausgangsleistung und zeigt diese an und gibt ein Steuersignal zu der Erregungsleistungsversorgung 91, um die Oszillations-Ausgangsleistung zu erhöhen oder auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, wobei sie Bezug auf die Historie der Veränderung des Oszilla tions-Ausgangssignals entsprechend der Veränderung der Magnetflußdichte eines um die Elektronenkanone 1 erzeugten magnetischen Feldes nimmt. Dann ändert die Erregungsleistungsversorgung 91 den zu dem Elektro nenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 57 gelieferten Strom entsprechend dem Steuersignal, so daß die Oszillations-Ausgangsleistung des Gyrotrons 100 verändert wird. Somit wird die Oszillations-Aus gangsleistung durch diese Rückführungsschleife ge steuert.

Ein Richtungskoppler kann anstelle des Abtastloches 80 verwendet werden. Das Gyrotronsystem kann mit meh reren Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elek tromagneten anstelle des Elektronenkanonen-Magnet feld-Feineinstell-Elektromagneten 57 versehen sein. Die in Verbindung mit der Beschreibung der vorherge henden Ausführungsbeispiele festgestellten Bedingun gen gelten auch für die Anordnung des Elektromagneten und die Anzahl von Windungen des Elektromagneten. Das in Fig. 20 gezeigte Gyrotronsystem kann erforderli chenfalls mit einem Elektronenkanonen-Magnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten versehen sein.

Fig. 21 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Das Bezugszeichen 58 dient zur Kennzeichnung eines Hauptmagnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten. In jedem der mit Bezug auf die Fig. 11, 17 und 20 beschriebenen Ausführungsbeispiele er faßt der Ausgangsdetektor 81 die Oszillations-Aus gangsleistung durch das Abtastloch 80, und der zum Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten oder zum Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gneten gelieferte Strom wird entsprechend dem Aus gangssignal des Ausgangsdetektors 81 individuell ge steuert. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Erre gungsleistungsversorgungen 90 und 91 und Oszilla tions-Ausgangsleistungs-Meß- und Steuerschaltungen 82 und 83 in Kombination. Die Verwendung der beiden Er regungsleistungsversorgungen 90 und 91 und der beiden Oszillations-Ausgangsleistungs-Meß- und Steuerschal tungen 82 und 83 ermöglicht die Feineinstellung des Oszillations-Wirkungsgrades und der Oszillations-Aus gangsleistung durch die Einstellung von magnetischen Feldern und erhöht weiterhin die Wirkungsgrad des Oszillationsbetriebs des Gyrotrons 100.

Fig. 22 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Während die Elektronenka none 1 des Gyrotrons 100 jedes der in den Fig. 20 und 21 gezeigten Gyrotronsysteme in der mittleren Bohrung des Permanentmagneten 22 enthalten ist, ist die Elektronenkanone des Gyrotrons 100 bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des einen Endes des Permanentmagneten 22 angeordnet. Obgleich die Elek tronenkanone außerhalb des Permanentmagneten 22 an geordnet ist, kann ein um die Elektronenkanone 1 er zeugtes magnetisches Feld wirksam durch einen Elek tronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 59, der in der Nähe der Elektronenkanone 1 angeordnet ist, wirksam eingestellt werden. Der Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagnet kann erforderlichenfalls in der Nähe des Hohlraum-Resonators 6 angeordnet wer den.

Fig. 23 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Es sind Magnetflußdichte- Detektoren 70 wie beispielsweise Hall-Vorrichtungen gezeigt, um die Veränderung der Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten 20 erzeugten magnetischen Feldes aufgrund von Alterung zu erfassen. Im allge meinen nimmt die Magnetflußdichte des von einem Per manentmagneten erzeugten magnetischen Feldes aufgrund von Alterung mit der Zeit ab. Daher erfordert in ei nigen Fällen das von einem Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld eine Korrektur. Gewöhnlich ist die erforderliche jährliche Korrektur nicht größer als 1% der Magnetflußdichte des von dem Permanentmagne ten erzeugten magnetischen Feldes, wenn der Perma nentmagnet bei Raumtemperatur verwendet wird. Eine derartige Korrektur kann zufriedenstellend erfolgen durch einen Magnetfeldkorrektur-Elektromagneten 60, wie in Fig. 23 gezeigt ist, oder mehrere Magnetfeld korrektur-Elektromagnete sowie eine Erregungslei stungsversorgung mit kleiner Kapazität. Eine derarti ge Korrektur kann durch den Hauptmagnetfeld-Feinein stell-Elektromagneten und/oder den Elektronenkanonen- Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten erfolgen, die in jedem der in den Fig. 1 bis 22 gezeigten vorher gehenden Ausführungsbeispiele verwendet werden, oder den Magnetfeldkorrektur-Elektromagneten 60, der in diesem Ausführungsbeispiel besonders verwendet wird für die Kompensation der zeitabhängigen Veränderung der Magnetflußdichte aufgrund der Alterung des Perma nentmagneten 20.

Fig. 24 ist eine Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung mit den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektro magneten 49, 50 und 51 versehen, die in dem in Fig. 15 gezeigten fünfzehnten Ausführungsbeispiel be schrieben sind, sowie mit einem Permanentmagneten 21. Die Veränderung der Magnetflußdichte eines von dem Permanentmagneten 21 erzeugten magnetischen Feldes mit der Zeit aufgrund von Alterung wird durch die Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 49, 50 und 51 kompensiert. Diese Anordnung stellt den an fänglichen wirksamen Betrieb des Gyrotrons 100 und die anfängliche wirksame Steuerung der Hochfrequenz- Ausgangsleistung ungeachtet der zeitabhängigen Ver änderung der Magnetflußdichte des von dem Permanent magneten 21 erzeugten magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten 21 sicher. Während die Magnetflußdichte-Detektoren 70 wie beispielsweise Hall-Vorrichtungen zwischen dem Magnetfeldkorrektur- Elektromagneten 60 und dem Gyrotron 100 und zwischen den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 49, 50 und 51 und dem Gyrotron 100 angeordnet sind, wie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 23 und 24 gezeigt sind, können die Magnetflußdichte-Detektoren 70 zwischen dem Magnetfeldkorrektur-Elektromagneten 60 und dem Permanentmagneten 20 bzw. zwischen den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 49, 50 und 51 und dem Permanentmagneten 21 angeordnet sind.

Fig. 25 zeigt ein Gyrotron, das in einem Gyrotronsy stem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Es sind ein Kathodenflansch 15, eine er ste Anode 4, ein zwischen dem Kathodenflansch 15 und der ersten Anode 4 angeordnetes Isolierteil 101, eine zweite Anode 5, eine zwischen der ersten Anode 4 und der zweiten Anode 5 angeordnetes Isolierteil 102, ein Hohlraum-Resonator 6, eine Kollektor 7, eine zwischen dem Hohlraum-Resonator 6 und dem Kollektor 7 angeord netes Isolierteil 103, ein Ausgangs-Wellenleiter 16 und ein zwischen dem Kollektor 7 und dem Ausgangs- Wellenleiter 16 angeordnetes Isolierteil 104 gezeigt. Die Isolierteile und die Metallteile sind mit Nickel plattierten Schichten aus einem nichtmagnetischen Material wie Molybdän oder Wolfram miteinander ver bunden. Obgleich Nickel ein magnetisches Material ist, ist der Einfluß der Nickelplattierung auf das magnetische Feld unbeachtlich. In Fig. 25 sind der Kathodenflansch 15, die ersten Anode 4, die zweite Anode 5, die Seitenwände des Hohlraum-Resonators 6, der Kollektor 7 und der Ausgangs-Wellenleiter 16 Me tallteile.

In einem Gyrotron 100 sind im allgemeinen alle oder einige der Verbindungen zwischen den benachbarten Teilen durch Isolierteile elektrisch voneinander iso liert, die jeweils aus Aluminiumoxid gebildet sind, um Spannungen zwischen der Kathode 2 und der ersten Anode 4 und zwischen der ersten Anode 4 und der zwei ten Anode 5 anlegen zu können, damit die Elektronen kanone 1 Elektronen emittiert, und um die Anzahl der in den Hohlraum-Resonator 6, den Kollektor 7 und das Ausgangsfenster 8 eintretenden Elektronen messen zu können. Kovar wird an den entgegengesetzten Enden der Isolierteile aus Aluminiumoxid hartgelötet, um zu ermöglichen, daß die Isolierteile aus Aluminiumoxid mit den Metallteilen verbunden werden.

Aluminiumoxid ist leicht verfügbar und hat eine hohe Festigkeit, und Kovar hat einen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten, der angenähert gleich dem von Aluminiumoxid ist, und wird in weitem Umfang für eine Hartlötung mit Teilen aus Aluminiumoxid verwendet. Da jedoch Kovar ein magnetisches Material ist, besteht die Möglichkeit, daß ein magnetisches Feld gestört wird, wenn ein derartiges Teil in das magnetische Feld eingebracht wird, und die Störung des magneti schen Feldes beeinträchtigt den Weg und die Eigen schaften des Elektronenstrahls. Wenn das magnetische Feld ge 56996 00070 552 001000280000000200012000285915688500040 0002019510870 00004 56877stört ist, bewegt sich der Elektronenstrahl nicht entlang eines vorbestimmten Weges, eine Oszil lation in einem Eigenschwingungszustand, der anders als der geplante Zustand ist, kann auftreten oder der Oszillations-Wirkungsgrad kann herabgesetzt werden. Weiterhin wird der Elektronenstrahl lokal auf dem Kollektor 7 konzentriert, so daß dieser überhitzt wird, oder der Elektronenstrahl fällt auf das Aus gangsfenster 8 und beschädigt dieses.

Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit des bekannten Gyro tronsystems, das nur mit Elektromagneten ausgestattet ist, beseitigt die vorgenannten Schwierigkeiten, in dem die durch die Spulen der Elektromagnete fließen den Ströme eingestellt werden. Da der Einstellbereich für den absoluten Wert der Magnetflußdichte eines magnetischen Feldes und der Einstellbereich der Ver teilung der Magnetflußdichte der Magnetfeld-Erzeu gungseinheit nach der vorliegenden Erfindung, die sowohl mit einem Permanentmagneten als auch mit einem Elektromagneten in Kombination versehen ist, nicht soweit sind wie diejenigen bei der bekannten Magnet feld-Erzeugungseinheit, besteht die Möglichkeit, daß die Magnetfeld-Erzeugungseinheit nach der vorliegen den Erfindung nicht in der Lage ist, ein durch ein in das magnetische Feld eingebrachtes magnetisches Teil gestörtes magnetisches Feld vollständig zu korrigie ren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der absolute Wert der Magnetflußdichte eines von der Magnetfeld-Erzeu gungseinheit erzeugten magnetischen Feldes nicht ge ändert, die Magnetflußdichte-Verteilung wird nicht gestört und daher tritt eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften und den Weg des Elektronenstrahls nicht auf, obgleich das Gyrotron 100 innerhalb der Magnetfeld-Erzeugungseinheit, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet ist. Demgemäß bewegt sich der Elek tronenstrahl durch den Hohlraum-Resonator 6 entlang eines vorbestimmten Weges, eine elektromagnetische Welle kann in dem geplanten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und der Oszillations-Wirkungsgrad wird nicht herabgesetzt. Da der Elektronenstrahl an einer vorbestimmten Position auf den Kollektor 7 auftrifft und dieser nicht lokal überhitzt wird, hat das Gyro tron weiterhin eine hohe Zuverlässigkeit.

Fig. 26 zeigt ein Gyrotron 100, das in einem Gyro tronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbei spiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugs zeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zumindest die Innenflächen, axialen Enden und Bereiche, die in Kon takt mit Metallteilen von Isolierteilen 101, 102, 103 und 104 sind, mit genauen Abmessungen geglättet, und das Gyrotron 100 ist zusammengesetzt, indem Metall teile in die Isolierteile 101, 102, 103 und 104 ein gepaßt sind. Die Wirkungen des in Fig. 26 gezeigten Gyrotrons 100 sind dieselben wie diejenigen des in Fig. 25 gezeigten Gyrotrons nach dem vierundzwanzig sten Ausführungsbeispiel. Das Gyrotron 100 erleich tert die Arbeit für die Ausrichtung der Komponenten teile, wenn dieses zusammengesetzt wird.

Fig. 27 zeigt einen Bereich eines Gyrotrons 100, das in einem Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entspre chend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit den selben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Es sind ein Katho denflansch 15, eine erste Anode 4, ein zwischen dem Kathodenflansch 15 und der ersten Anode 4 angeordne tes Isolierteil 101, eine zweite Anode 5 und ein zwi schen der ersten Anode 4 und der zweiten Anode 5 an geordnetes Isolierteil 102 gezeigt. Die Isolierteile und die Metallteile sind ähnlich wie beim vierund zwanzigsten Ausführungsbeispiel mit einem nichtmagne tischen Material miteinander verbunden, um nachteili ge Wirkungen auf die Funktion der Elektronenkanone zu vermeiden, die ein wesentliches Teil des Gyrotrons 100 darstellt, welche den absoluten Wert und die Ma gnetflußdichte-Verteilung eines zwischen der Elektro nenkanone 1 und dem Hohlraum-Resonator 6 erzeugten magnetischen Feldes stören, sowie nachteilige Wirkun gen auf den Weg und die Eigenschaften des Elektronen strahls.

Demgemäß bewegt sich der Elektronenstrahl durch den Hohlraum-Resonator 6 entlang eines vorbestimmten We ges, eine elektromagnetische Welle kann in einem ge planten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und eine lokale Überhitzung der Komponenten findet nicht statt. Somit hat das Gyrotron 100 eine hohe Zuverläs sigkeit. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf ein Gyrotron 100 mit einem Ausgangsfenster, das nicht elektrisch isoliert werden muß.

Fig. 28 zeigt ein Gyrotron, das in einem Gyrotronsy stem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Es sind ein Kathodenflansch 15, eine er ste Anode 4, ein zwischen dem Kathodenflansch 15 und der ersten Anode 4 angeordnetes Isolierteil 105, eine zweite Anode 5, ein zwischen der ersten Anode 4 und der zweiten Anode 5 angeordnetes Isolierteil 106, ein Hohlraum-Resonator 6, ein Kollektor 7, ein zwischen dem Hohlraum-Resonator 6 und dem Kollektor 7 angeord netes Isolierteil 107, ein Ausgangs-Wellenleiter 16 und ein zwischen dem Kollektor 7 und dem Ausgangs- Wellenleiter 16 angeordnetes Isolierteil 108 gezeigt. Die Isolierteile sind aus Glas gebildet. Die Isolier teile aus Glas sind direkt den Metallteilen verbun den, d. h. dem Kathodenflansch 15, der ersten Anode 4, der zweiten Anode 5, dem Hohlraum-Resonator 6, dem Kollektor 7 und dem Ausgangs-Wellenleiter 16, oder sie sind mit den Metallteilen über Schichten aus ei nem Metall verbunden, die direkt mit den Isoliertei len aus Glas verbunden werden können und jeweils zwi schen den Isolierteilen aus Glas und den entsprechen den Metallteilen angeordnet sind. Das Metall, das direkt mit den Isolierteilen aus Glas verbunden wer den kann, ist ein nichtmagnetisches Material wie Kup fer oder ein rostfreier Stahl, und das Teil aus dem nichtmagnetischen Material wird mit dem Isolierteil aus Glas durch einen ferngesteuerten Versiegelungs prozeß verbunden.

Diese Ausgestaltung des Gyrotrons 100 ändert nicht den absoluten Wert der Magnetflußdichte eines von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten magnetischen Feldes, stört nicht die Magnetflußdichte-Verteilung des magnetischen Feldes und beeinträchtigt nicht den Weg und die Eigenschaften des Elektronenstrahls. Dem gemäß bewegt sich der Elektronenstrahl durch den Hohlraum-Resonator entlang eines vorbestimmten Weges, eine elektromagnetische Welle kann in einem geplanten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und der Oszil lations-Wirkungsgrad wird nicht herabgesetzt. Da der Elektronenstrahl zu einer vorbestimmten Position auf dem Kollektor 7 geführt wird und der Kollektor 7 nicht lokal überhitzt wird, hat weiterhin das Gyro tron 100 eine hohe Zuverlässigkeit.

Fig. 29 zeigt ein Gyrotron 100, das in einem Gyro tronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbei spiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugs zeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Das Gyrotron 100 hat Isolier teile 105, 106, 107 und 108. Zumindest die Innenflä chen, axialen Enden und Bereiche, die in Kontakt mit Metallteilen der Isolierteile 105, 106, 107 und 108 sind, sind mit genauen Abmessungen geglättet, und das Gyrotron 100 wird zusammengesetzt, indem Komponenten teile in die Isolierteile 105, 106, 107 und 108 ein gepaßt werden. Die Wirkungen des in Fig. 28 gezeigten Gyrotrons 100 nach dem siebenundzwanzigsten Ausfüh rungsbeispiel sind dieselben wie diejenigen des Gyro trons 100 nach dem in Fig. 29 gezeigten achtundzwan zigsten Ausführungsbeispiel, und das Gyrotron 100 nach diesem Ausführungsbeispiel erleichtert die Ar beit für die Ausrichtung der Komponententeile, wenn dieses zusammengesetzt wird.

Fig. 30 zeigt einen Bereich eines Gyrotrons 100, das in einem Gyrotronsystem nach noch einem weiteren Aus führungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist, bei welchem Teile gleich oder entspre chend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit den selben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Während alle Iso lierteile der in den Fig. 28 und 29 gezeigten Gyro trons 100 aus Glas gebildet sind, sind bei diesem Ausführungsbeispiel nur die Isolierteile 105 und 106, die nahe der Elektronenkanone 1 angeordnet sind und bei denen ein sehr hohe Festigkeit nicht erforderlich ist, aus Glas gebildet, und die Isolierteile, die nahe des Kollektors und des Ausgangsfensters angeord net sind und die eine hohe Festigkeit aufweisen müs sen, die ausreichend ist, um Kräfte zu ertragen, die beim Transport oder Hochheben des Gyrotrons 100 oder bei der Verbindung des Gyrotrons 100 mit einem Hoch frequenzwellen-Übertragungssystem auf das Gyrotron 100 einwirken, sind aus einer Kombination aus Alumi niumoxid und Kovar gebildet.

Wenn die Isolierteile aus derartigen Materialien ge bildet sind, werden die absoluten Werte der Magnet flußdichte und der Magnetflußdichte-Verteilung von um die Elektronenkanone 1 erzeugten magnetischen Fel dern, deren Funktionen besonders wichtig für den Be trieb des Gyrotrons 100 sind, und der magnetischen Felder in dem Raum zwischen der Elektronenkanone 1 und dem Hohlraum-Resonator 6 nicht gestört, und die Isolierteile beeinträchtigen nicht den Weg und die Eigenschaften eines Elektronenstrahls.

Demgemäß bewegt sich der Elektronenstrahl entlang eines vorbestimmten Weges, eine elektromagnetische Welle kann in einem geplanten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und der Oszillations-Wirkungsgrad wird nicht herabgesetzt.

Die Fig. 31 bis 33 zeigen Gyrotronsysteme gemäß noch weiteren Ausführungsbeispielen nach der vorliegenden Erfindung, bei welchen Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Die in jedem der in den Fig. 25 bis 30 gezeigten vierundzwanzigsten bis neunundzwanzigsten Ausführungsbeispiele ist eine Elektronenkanone vom Trioden-Typ mit einer Kathode, einer ersten Anode und einer zweiten Anode. Ein in jedem dieser Ausführungsbeispiele verwendetes Gyro trons 100 ist mit einer Elektronenkanone 1 vom Dio den-Typ mit zwei Elektroden, nämlich einer Kathode 2 und einer Anode 14 versehen. In Fig. 31 sind ein Ka thodenflansch 15, die Anode 14, ein zwischen dem Ka thodenflansch 15 und der Anode 14 angeordnetes Iso lierteil 101, ein Hohlraum-Resonator 6, ein Kollektor 7, ein zwischen dem Hohlraum-Resonator 6 und dem Kol lektor 7 angeordnetes Isolierteil 103, ein Ausgangs- Wellenleiter 16 und ein zwischen dem Kollektor 7 und dem Ausgangs-Wellenleiter 16 angeordnetes Isolierteil 104 gezeigt. Die Isolierteile und Metallteile sind mit Nickel plattierten Schichten aus einem nichtma gnetischen Material wie Molybdän oder Wolfram mitein ander verbunden. Obgleich Nickel eine magnetische Substanz ist, ist der Einfluß der Nickelplattierung auf das magnetische Feld unbeachtlich. Der Kathoden flansch 15, die Anode 14, die Seitenwände des Hohl raum-Resonators 6, der Kollektor 7 und der Ausgangs- Wellenleiter 16 sind jeweils aus Metall gebildet.

In einem Gyrotron 100 sind im allgemeinen alle oder einige der Verbindungen zwischen den benachbarten Teilen durch Isolierteile gegeneinander elektrisch isoliert, die jeweils aus Aluminiumoxid gebildet sind, um eine Spannung zwischen die Kathode und die Anode 14 anzulegen, damit die Elektronenkanone 1 Elektronen emittiert, und um die Anzahl von in den Hohlraum-Resonator 6, den Kollektor 7 und das Aus gangsfenster 8 eintretenden Elektronen zu messen. Kovar ist an den entgegengesetzten Enden der Isolier teile aus Aluminiumoxid hartgelötet, um zu ermögli chen, daß die Isolierteile aus Aluminiumoxid mit den Metallteilen verbunden werden.

Aluminiumoxid ist leicht verfügbar und eine hohe Fe stigkeit, und Kovar hat einen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten, der angenähert gleich dem von Aluminiumoxid ist, und wird in weitem Umfang verwen det zur Hartlötung mit Teilen aus Aluminiumoxid. Da jedoch Kovar ein magnetisches Material ist, besteht die Möglichkeit, daß ein magnetisches Feld gestört wird, wenn ein derartiges Teil in das magnetische Feld eingebracht wird, und die Störung des magne tischen Feldes beeinträchtigt den Weg und die Eigen schaften des Elektronenstrahls. Wenn das magnetische Feld gestört ist, bewegt sich der Elektronenstrahl nicht entlang eines vorbestimmten Weges, eine Oszil lation in einem Eigenschwingungszustand, der ein an derer als ein geplanter Zustand ist, kann auftreten, oder der Oszillations-Wirkungsgrad kann herabgesetzt werden. Weiterhin wird der Elektronenstrahl lokal auf dem Kollektor 7 konzentriert, so daß dieser überhitzt wird, oder der Elektronenstrahl trifft auf das Aus gangsfenster 8 und beschädigt dieses.

Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit des bekannten Gyro tronsystems, die nur mit Elektromagneten ausgestattet ist, beseitigt die vorgenannten Schwierigkeiten, in dem die durch die Spulen der Elektromagnete fließen den Ströme eingestellt werden. Da der Einstellbereich des absoluten Wertes der Magnetflußdichte eines ma gnetischen Feldes und der Einstellbereich der Magnet flußdichte-Verteilung bei der Magnetfeld-Erzeugungs einheit nach der vorliegenden Erfindung, die sowohl mit einem Permanentmagneten als auch mit Elektroma gneten in Kombination versehen ist, nicht so weit sind wie diejenigen bei der bekannten Magnetfeld-Er zeugungseinheit, besteht die Möglichkeit, daß die Magnetfeld-Erzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung nicht in der Lage ist, ein durch ein in das magnetische Feld eingebrachtes magnetisches Teil ge störtes magnetisches Feld vollständig zu korrigieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der absolute Wert der Magnetflußdichte eines von der Magnetfeld-Erzeu gungseinheit erzeugten magnetischen Feldes nicht ge ändert, die Magnetflußdichte-Verteilung wird nicht gestört, und daher besteht keine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften und den Weg des Elektronen strahls, obgleich das Gyrotron 100 innerhalb der Ma gnetfeld-Erzeugungseinheit, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet ist. Demgemäß bewegt sich der Elek tronenstrahl durch den Hohlraum-Resonator 6 entlang eines vorbestimmten Weges, eine elektromagnetische Welle kann in dem geplanten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und der Oszillations-Wirkungsgrad wird nicht herabgesetzt. Da der Elektronenstrahl an einer vorbestimmten Position auf den Kollektor 7 auftrifft und dieser nicht lokal überhitzt wird, hat das Gyro tron weiterhin eine hohe Zuverlässigkeit.

Die Isolierteile 101, 103 und 104 sind ähnlich wie die Isolierteile bei dem in Fig. 28 gezeigten sieben undzwanzigsten Ausführungsbeispiel aus Glas gebildet. Die Isolierteile 101, 103 und 104 können direkt mit den entsprechenden Metallteilen, nämlich dem Katho denflansch 15, der Anode 14, den Seitenwänden des Hohlraum-Resonators 6, dem Kollektor 7 und dem Aus gangs-Wellenleiter 16 verbunden werden, oder sie wer den mit den Metallteilen über Schichten aus einem Metall verbunden, die direkt mit den Isolierteilen aus Glas verbunden werden können und jeweils zwischen den Isolierteilen aus Glas und den entsprechenden Metallteilen angeordnet sind. Das direkt mit den Iso lierteilen aus Glas verbindbare Metall ist ein nicht magnetisches Material wie Kupfer oder ein rostfreier Stahl, und die Schicht des Metalls wird mit dem Iso lierteil aus Glas durch einen ferngesteuerten Versie gelungsprozeß verbunden.

Diese Ausgestaltung des Gyrotrons 100 ändert nicht den absoluten Wert der Magnetflußdichte eines von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten magnetischen Feldes, stört nicht die Magnetflußdichte-Verteilung des magnetischen Feldes und beeinträchtigt nicht den Weg und die Eigenschaften des Elektronenstrahls. Dem gemäß bewegt sich der Elektronenstrahl durch den Hohlraum-Resonator 6 entlang eines vorbestimmten We ges, kann eine elektromagnetische Welle in einem ge planten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und wird der Oszillations-Wirkungsgrad nicht herabge setzt. Da der Elektronenstrahl zu einer vorbestimmten Position auf dem Kollektor 7 geführt wird und der Kollektor 7 nicht lokal überhitzt wird, hat das Gyro tron 100 eine hohe Zuverlässigkeit.

In dem Gyrotron 100 nach dem in Fig. 32 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Isolierteile 101, 103 und 104 ähnlich wie die Isolierteile bei dem in Fig. 29 gezeigten achtundzwanzigsten Ausführungsbeispiel ge glättet. Zumindest die Innenflächen, axialen Enden und Bereiche, die in Kontakt mit Metallteilen der Isolierteile 101, 103 und 104 sind, sind mit genauen Abmessungen geglättet, und das Gyrotron 100 wird zu sammengesetzt durch Einpassen von Komponententeilen in die Isolierteile 101, 103 und 104. Die Wirkungen des Gyrotrons 100 bei diesem Ausführungsbeispiel sind dieselben wie diejenigen bei dem in Fig. 31 gezeigten Ausführungsbeispiel, und das Gyrotron 100 bei diesem Ausführungsbeispiel erleichtert die Arbeit bei der Ausrichtung der Komponententeile, wenn dieses zusam mengesetzt wird.

In dem Gyrotron 100 nach dem in Fig. 33 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem Gyrotron 100 nach dem in Fig. 30 gezeigten neunundzwanzigsten Ausfüh rungsbeispiel nur ein Isolierteil 101, das in der Nähe der Elektronenkanone 1 angeordnet ist und bei dem eine sehr hohe Festigkeit nicht erforderlich ist, aus Glas gebildet, und Isolierteile, die in der Nähe des Kollektors und des Ausgangsfensters angeordnet sind und bei denen eine hohe Festigkeit erforderlich ist, die ausreichend ist, um Kräften zu widerstehen, die beim Transport oder beim Hochheben des Gyrotrons 100 oder bei der Verbindung des Gyrotrons 100 mit einem Hochfrequenzwellen-Übertragungssystem auf das Gyrotron 100 einwirken, sind aus einer Kombination aus Aluminiumoxid und Kovar gebildet.

Wenn die Isolierteile aus derartigen Materialien ge bildet sind, werden der absolute Wert der Magnetfluß dichten und die Magnetflußdichte-Verteilungen der magnetischen Felder, die um die Elektronenkanone 1, deren Funktion für den Oszillationsbetrieb des Gyro trons 100 besonders wichtig ist, und in dem Raum zwi schen der Elektronenkanone 1 und dem Hohlraumresona tor 6 erzeugt werden, nicht gestört, und die Isolier teile beeinträchtigen nicht den Weg und die Eigen schaften des Elektronenstrahls. Demgemäß bewegt sich der Elektronenstrahl entlang eines vorbestimmten We ges, die elektromagnetische Welle kann in einem ge planten Eigenschwingungszustand erzeugt werden und der Oszillations-Wirkungsgrad wird nicht herabge setzt.

Fig. 34 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf die Beschreibung hiervon wird verzichtet. Es sind ein Gyrotron 100, ein Wellenleiter 17 zum Leiten von Hochfrequenzwel len, ein aus einem nichtmagnetischen Material gebil deter Rahmen 110, ein Permanentmagnet 20, ein Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 30 und ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gnet 31 gezeigt. Der Rahmen 110 ist so gebildet, daß er einen Bereich bestimmt, in welchem die Magnetfluß dichte eines von dem Permanentmagneten 20, dem Haupt magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 30 und dem Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektroma gneten 31 gebildeten magnetischen Feldes 5 G oder darüber beträgt. Die mit dem Permanentmagneten 20 versehene Magnetfeld-Erzeugungseinheit des Gyrotrons 100 erzeugt kontinuierlich ein magnetisches Feld, selbst wenn das Gyrotron 100 nicht in Betrieb ist, was verschiedene Risiken und Störungen bewirken kann. Beispielsweise kann das magnetische Feld gefährlich für den Menschen sein. Ein derartiges kontinuierli ches magnetisches Feld hat einen ernsten Einfluß auf eine Person, die einen Herzschrittmacher trägt. Wenn ein magnetisches Feld in dem Gyrotron 100 erzeugt wird, können Werkzeuge von dem Permanentmagneten 20 angezogen werden und möglicherweise mit den Teilen um den Permanentmagneten 20 herum kollidieren.

Entsprechend einer Empfehlung in den Federal FDA der Vereinigten Staaten von Amerika ist ein Bereich, in welchem die Magnetflußdichte eines entweichenden Ma gnetflusses 5 G beträgt, ein Kriterium für die magne tische Abschirmung. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit dem Rahmen 110 versehen und daher ist das magne tische Feld außerhalb des Rahmens 110 sehr schwach. Daher beeinträchtigt der Permanentmagnet 20 eine Per son, die einen Herzschrittmacher trägt, nicht, magne tische Gegenstände werden nicht von dem Permanentma gneten 20 angezogen und das Gyrotron 100 ist sicher. Selbst wenn der Permanentmagnet 20 von einem magneti schen Schirm umschlossen ist, kann der Permanentma gnet 20 in dem Rahmen enthalten sein, um Risiken zu vermeiden, die einem Leckfluß zuzuschreiben sind.

Die Fig. 35 und 36 zeigen Gyrotronsysteme gemäß noch weiterer Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung. Die in den Gyrotronsystemen nach den Fig. 35 und 36 enthaltenen Gyrotrons 100 sind ähnlich dem Gyrotron 100 nach dem in Fig. 34 gezeigten einund dreißigsten Ausführungsbeispiel, in welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyro tronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzich tet. Der Rahmen 110 bei dem in Fig. 34 gezeigten ein unddreißigsten Ausführungsbeispiel bedeckt sowohl die Seiten der Magnetfeld-Erzeugungseinheit als auch das axiale Ende hinter der Elektronenkanone 1. Da die Elektronenkanone 1 elektrisch mit einer externen Lei stungsschaltung verbunden werden muß, ist jeder der in den Fig. 35 und 36 gezeigten Rahmen 111 mit einer Öffnung in seiner axialen Endwand hinter der Elektro nenkanone 1 versehen.

Die Fig. 37 bis 39 zeigen Gyrotronsysteme nach noch weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung, in welchen Teile oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugs zeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Jedes der gezeigten Gyrotronsy steme ist mit einem ersten Rahmen 112, der den Haupt bereich des Gyrotronsystems bedeckt, und einem zwei ten Rahmen 113, der abnehmbar mit dem ersten Rahmen 112 verbunden ist, um die im Gyrotronsystem 200 ent haltene Elektronenkanone 1 abzudecken, versehen. Die abnehmbar verbundenen Rahmen 112 und 113 erleichtern die Arbeit bei der Verbindung der Elektronenkanone 1 mit einer externen Leistungsschaltung sowie die Ar beit beim Transport des Gyrotronsystems 200, wobei dieselbe Wirkung wie beim einunddreißigsten Ausfüh rungsbeispiel erzielt wird.

Fig. 40 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Bei diesem Ausführungsbei spiel umgibt ein Rahmen 114 einen Bereich, in welchem die Magnetflußdichte eines starken magnetischen Fel des, das von einem in einer Hybrid-Magnetfeld-Erzeu gungseinheit enthaltenen Permanentmagneten 20 erzeugt wird, 5 G oder darüber beträgt. Der Rahmen 114 ist kleiner als die in den Fig. 34 bis 39 gezeigten Rah men und leicht zu handhaben. Der Rahmen 114 um schließt den Bereich, in welchem die Magnetflußdichte 5 G oder darüber beträgt, um die Sicherheit zu ge währleisten.

Fig. 41 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Er findung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Ein Rahmen 110 ist mit einem Polsterungsteil 115 aus Urethanschaum, Schwamm, Styrolschaum, Filz, Glaswolle, Papier oder Holz be deckt. Das Polsterungsteil kann eine pneumatische Kappe sein. Das Polsterungsteil 115 kann auf jeden Rahmen aufgesetzt werden, der in der Lage ist, einen Bereich zu umgeben, in welchem die Magnetflußdichte 5 G oder mehr beträgt. Selbst wenn Werkzeuge oder dergleichen von dem magnetischen Feld zum Gyrotronsy stem hin gezogen werden, schützt das Polsterungsteil das Gyrotronsystem vor einem Schaden.

Fig. 42 zeigt ein Gyrotronsystem nach noch einem wei teren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugs zeichen versehen sind, und auf die Beschreibung hier von wird verzichtet. Das Gyrotronsystem ist mit Ma gnetflußdichte-Detektoren 71 wie zum Beispiel Hall- Vorrichtungen versehen, um die Magnetflußdichte eines von einem Permanentmagneten 23 erzeugten magnetischen Feldes zu erfassen, damit die Temperaturveränderung der Magnetflußdichte festgestellt wird. Die Tempera turveränderungen der Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten 23 erzeugten magnetischen Feldes in Bereichen um einen Hohlraum-Resonator 6 und eine Elektronenkanone 1 werden durch einen Hauptmagnet feld-Feineinstell-Elektromagneten 30 bzw. einen Elek tronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 31 kompensiert.

Im allgemeinen ändert sich die Magnetflußdichte eines von einem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes mit der Temperatur des Permanentmagneten. Der Restmagnetflußdichte-Temperaturkoeffizient, welcher die Temperaturveränderung der Magnetflußdichte be stimmt, ist bei einem Neodym-Magneten in der Größe von -0,1%/°C, und bei einem Samarium-Magneten von -0,03%/°C. Wie zuvor erwähnt ist, muß die Magnet flußdichte des mittleren Bereichs des Hohlraum-Reso nators 6 etwa 5,2 kG sein, um eine Oszillation von 28 GHz beim Oszillationsbetrieb der zweiten harmoni schen zu erzeugen. Die Magnetflußdichte nimmt um etwa 5,2 G/°C ab, wenn die Temperatur des Neodym-Perma nentmagneten erhöht wird, und nimmt um etwa 5,2 G/°C zu, wenn die Temperatur des Permanentmagneten ab nimmt. Daher ist der Bereich der Änderung der Magnet flußdichte in der Größe von ± 104 G, wenn die Tempe ratur des Permanentmagneten in einem Bereich von etwa ± 20°C schwankt. Die Veränderung der Magnetflußdich te in einem derartigen Größenbereich kann durch einen oder mehrere Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnete und eine Erregungsleistungsversorgung mit kleiner Kapazität kompensiert werden.

Die Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnete 30 und 31 können ähnlich denen bei den in den Fig. 1 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispielen verwendeten sein. Dieses Ausführungsbeispiel kann mit einem Magnetfeld korrektur-Elektromagneten versehen sein ähnlich dem beim in Fig. 23 gezeigten dreiundzwanzigsten Ausfüh rungsbeispiel verwendeten Magnetfeldkorrektur-Elek tromagneten 60. Während die Magnetflußdichte-Detekto ren 71, z. B. Hallvorrichtungen, zum Erfassen der Ma gnetflußdichte und zum Bestimmen der Temperaturver änderung der Magnetflußdichte zwischen dem Hauptma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 30 und dem Gy rotron 100 bzw. zwischen dem Elektronenkanonen-Ma gnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 31 und dem Gy rotron 100 gemäß Fig. 42 angeordnet sind, können die Magnetflußdichte-Detektoren 71 auch an anderen geeig neten Positionen innerhalb des magnetischen Feldes als den in Fig. 42 gezeigten Positionen angeordnet sein.

Das Gyrotron ist in der Lage, wirksam zu arbeiten und die Hochfrequenz-Ausgangsleistung kann gesteuert wer den, selbst wenn die Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes sich durch die Veränderung der Temperatur des Permanentma gneten ändert, die durch die Veränderung der Umge bungsbedingungen bewirkt wird.

Fig. 43a zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung hier verzichtet wird. Fig. 43b zeigt ein Dia gramm, das die axiale Magnetflußdichte-Verteilung auf der Mittelachse des Gyrotronsystems wiedergibt. Das Gyrotronsystem ist mit einer zylindrischen Magnet feld-Erzeugungseinheit 25 versehen. Ein axiales ma gnetisches Feld kann durch eine axiale Anordnung meh rerer ringförmiger Permanentmagnete 25a bis 25h mit einer im wesentlichen radialen Magnetisierungsrich tung erzeugt werden. Jeder der ringförmigen Perma nentmagnete 25a bis 25h mit einer im wesentlichen radialen Magnetisierungsrichtung wird durch radiale Magnetisierung mehrerer trapezförmiger magnetischer Segmente und Anordnen der magnetisierten magnetischen Segmente in der Form eines Polygonalringes gebildet. Jeder der ringförmigen Permanentmagnete 25a bis 25h hat eine im wesentlichen polygonale Außenfläche und eine im wesentlichen polygonale Innenfläche. Jeder der ringförmigen Permanentmagnete 25a bis 25h kann durch Magnetisieren magnetischer Sektorsegmente und Zusammensetzen der magnetisierten magnetischen Sek torsegmente in eine Ringform gebildet werden. Jeder der so gebildeten Permanentmagnete 25a bis 25h hat eine kreisförmige Außenfläche und eine kreisförmige Innenfläche. Jeder der ringförmigen Permanentmagnete 25a bis 25h kann durch Zusammensetzen magnetisierter magnetischer Segmente von jeder geeigneten Form ge bildet werden, vorausgesetzt, daß der ringförmige Permanentmagnet eine im wesentlichen radiale Magneti sierungsrichtung hat. In dem Raum innerhalb der zy lindrischen Magnetfeld-Erzeugungseinheit 25 nach die sem Ausführungsbeispiel ist die Richtung des axialen magnetischen Feldes an einigen Positionen umgekehrt, zum Beispiel an den axialen Positionen z₁ und z₂ in Fig. 43b.

Die Geschwindigkeit eines von einem Elektronen emit tierenden Teil 3 auf der Kathode 2 der in dem Gyro tron 100 enthaltenen Elektronenkanone 1 emittierten hohlen Elektronenstrahls 9 ist abhängig von einem elektrischen Feld auf der Oberfläche des Elektronen emittierenden Teils 3 und dem magnetischen Feld. Der Elektronenstrahl 9 schreitet entlang eines spiralför migen Weges zum Hohlraum-Resonator 6 hin fort, wie in Fig. 43a gezeigt ist, während die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls 9 senkrecht zu der Richtung des magnetischen Feldes zunimmt. Da die Geschwindigkeiten von Elektronen, unmittelbar nachdem diese von dem Elektronen emittierenden Teil 3 emittiert wurden, von dem elektrischen Feld und dem um das Elektronen emit tierende Teil 3 erzeugten magnetischen Feld abhängen, ist die Elektronenkanone 1 in der Lage, wirksam zu funktionieren, selbst wenn das Elektronen emittieren de Teil 3 auf der linken Seite von der in Fig. 43b gezeigten Position z₁ angeordnet ist.

Da jedoch bei dieser Anordnung die Stärke des magne tischen Feldes mit dem axialen Abstand abnimmt, nimmt der Radius des spiralförmigen Weges allmählich zu und der Radius des hohlen Elektronenstrahls 9 wird grö ßer. Daher treffen die Elektronen auf einer Anode 14 auf, bewegen sich ungeordnet und sind nicht in der Lage, den Hohlraum-Resonator 6 zu erreichen. Demgemäß ist das Gyrotron 100 nicht in der Lage, normal zu oszillieren. Dies ist ein Problem insbesondere in dem Fall, in welchem ein axiales magnetisches Feld in dem Gyrotronsystem 200 durch die zylindrische Magnetfeld- Erzeugungseinheit 25 erzeugt wird, die durch axiale Anordnung der ringförmigen Permanentmagnete 25a bis 25h mit jeweils einer im wesentlichen radialen Magne tisierungsrichtung gebildet ist.

Dieses Problem kann gelöst werden, indem das Elektro nen emittierende Teil 3 auf der rechten Seite von der in Fig. 43b gezeigten Position z₁ angeordnet wird. Wenn das Elektronen emittierende Teil 3 auf der rech ten Seite von der Position z₁ angeordnet ist, nimmt der Radius des spiralförmigen Pfades ab und der Radi us des hohlen Elektronenstrahls 9 wird kleiner mit dem zurückgelegten Weg und der von dem Elektronen emittierenden Teil 3 emittierte Elektronenstrahl 9 ist in der Lage, den Hohlraum-Resonator 6 zu errei chen, um eine normale Oszillation zu ermöglichen.

Da das in Fig. 49 gezeigte bekannte Gyrotronsystem 200 ein Solenoid verwendet, um ein axiales magneti sches Feld zu erzeugen, gibt es dort keine Position, an der die Richtung des axialen magnetischen Feldes umgekehrt ist in dem Raum, in welchem das Gyrotron installiert ist und in der Verlängerung des Raums, und daher tritt das vorgenannte Problem bei dem be kannten Gyrotronsystem 200 nicht auf.

Fig. 44 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannte Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Bei der zylindrischen Ma gnetfeld-Erzeugungseinheit 25 nach dem in Fig. 43a gezeigten Ausführungsbeispiel haben die auf der Seite der Elektronenkanone 1 angeordneten ringförmigen Per manentmagnete 25a bis 25d auf der Innenseite S-Pole und die auf der Seite des Kollektors 7 angeordneten ringförmigen Permanentmagnete 25e bis 25h haben N- Pole auf der Innenseite, was umgekehrt sein kann. Wenn ringförmige Permanentmagnete 26a bis 26d auf der Innenseite der Elektronenkanone 1 N-Pole auf der In nenseite haben und ringförmige Permanentmagnete 26e bis 26h auf der Seite des Kollektors 7 auf der Innen seite S-Pole haben, wie in Fig. 44 gezeigt ist, ist die Richtung des axialen magnetischen Feldes an be stimmten Positionen umgekehrt und das Problem bei dem in Fig. 43a gezeigten Ausführungsbeispiel tritt auch bei diesem Ausführungsbeispiel auf.

Fig. 45 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. Die in den Fig. 43a und 44 gezeigte Gyrotronsysteme sind mit den zylindri schen Magnetfeld-Erzeugungseinheiten 25 und 26 ver sehen, die gebildet sind durch Zusammensetzen der ringförmigen Permanentmagnete 25a bis 25h und 26a bis 26h mit einer im wesentlichen radialen Magnetisie rungsrichtung. Ein axiales magnetisches Feld mit ei ner flachen Magnetflußdichte-Verteilung, wie in Fig. 43b gezeigt, kann um den Hohlraum-Resonator 6 herum erzeugt werden durch einen ringförmigen Permanentma gneten 27i mit einer im wesentlichen axialen Magneti sierungsrichtung, wie in Fig. 45 gezeigt ist. Da ringförmige Permanentmagnete, die in diesem Ausfüh rungsbeispiel verwendet werden und in der Nähe der Elektronenkanone angeordnet sind, eine im wesentli chen radiale Magnetisierungsrichtung haben, ist die Magnetflußdichte-Verteilung auf der Mittelachse ähn lich der in Fig. 43b gezeigten, und die Funktionen des Gyrotronsystems bei diesem Ausführungsbeispiel sind ähnlich zu denen des in Fig. 43a gezeigten Gyro tronsystems.

Fig. 46 zeigt ein Gyrotronsystem gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel entsprechend der vorlie genden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder ent sprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschreibung wird hier verzichtet. Das Gyrotronsystem ist mit einer zylindrischen Magnetfeld-Erzeugungsein heit 28 versehen, welche ringförmige Permanentmagnete 28a bis 28h mit einer im wesentlichen radialen Magne tisierungsrichtung aufweist. Von den N-Polen zu den S-Polen der ringförmigen Permanentmagnete 28a bis 28h gerichtete, mit Pfeilen versehene Linien sind magne tische Kraftlinien. Da die zylindrische Magnetfeld- Erzeugungseinheit 28 in ihrer Gestaltung ähnlich der des in Fig. 43a gezeigten Gyrotronsystems ist, ist die axiale Magnetflußdichte-Verteilung des von der zylindrischen Magnetfeld-Erzeugungseinheit 28 erzeug ten magnetischen Feldes an bestimmten Punkten umge kehrt, wie in Fig. 43b gezeigt ist, und es ist aus Fig. 46 bekannt, daß eine Position entsprechend der Position z₁ in Fig. 43b in der Nähe des S-Pols des ringförmigen Permanentmagneten 28a in Fig. 46 liegt. In derselben Weise ist es bekannt, daß eine Position entsprechend der Position z₂ in Fig. 43b in der Nähe des N-Pols des ringförmigen Permanentmagneten 28h in Fig. 46 liegt.

Da eine Spannung von mehreren zehn Kilovolt zwischen die Kathode 2 und die Anode 14 der in dem Gyrotron 100 enthaltenen Elektronenkanone 1 gelegt ist, ist ein Isolierteil 13 zwischen der Kathode 2 und der Anode 14 angeordnet. Das Isolierteil 13 ist aus einem keramischen Material wie zum Beispiel Aluminiumoxid gebildet, und Verbindungsteile zum Verbinden des Iso lierteils 13 mit Metallteilen werden an den entgegen gesetzten Enden des Isolierteils 13 hartgelötet. Im allgemeinen sind die Verbindungsteile aus Kovar ge bildet und diese sind mit Metallteilen verschweißt. Da Kovar ein magnetisches Material ist, besteht die Möglichkeit, daß die Verbindungsteile aus Kovar das von dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld stören. Als eine Folge kann ein schädlicher Einfluß auf die Eigenschaften eines von dem Elektronen emit tierenden Teil 3 auf der Kathode 2 emittierten Elek tronenstrahls ausgeübt werden. Daher besteht die Mög lichkeit, daß ein schädlicher Einfluß auf den Oszil lationsvorgang des Gyrotrons 100 ausgeübt wird. In einigen Fällen können solche nachteiligen Wirkungen durch den in dem in Fig. 43a gezeigten Gyrotronsystem verwendeten Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feinein stell-Elektromagneten 31 nicht eliminiert werden. In Fig. 46 ist ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feinein stell-Elektromagnet weggelassen. Um das Problem zu lösen, sind die Verbindungsteile aus Kovar auf der linken Seite von der Position angeordnet, an der das axiale magnetische Feld umgekehrt ist, so daß ein axiales magnetisches Feld mit einer Richtung, die zu der des axialen magnetischen Feldes, das um das Elek tronen emittierende Teil 3 herum erzeugt wird, umge kehrt ist, auf die Verbindungsteile aus Kovar ein wirkt, um den Einfluß dieser Verbindungsteile aus Kovar auf das um das Elektronen emittierende Teil 3 herum erzeugte axiale magnetische Feld herabzusetzen und demgemäß ist das Gyrotron 100 in der Lage, wirk sam zu oszillieren. Das Gyrotronsystem nach Fig. 46 kann erforderlichenfalls mit einem Hauptmagnetfeld- Feineinstell-Elektromagneten versehen sein. Das Gyro tronsystem nach Fig. 46 kann die zylindrische Magnet feld-Erzeugungseinheit nach den Fig. 44 oder 45 ver wenden. Wenn die zylindrische Magnetfeld-Erzeugungs einheit nach den Fig. 44 oder 45 verwendet wird, sind die Verbindungsteile aus Kovar auf der Seite entgegengesetzt zu der Seite, auf welcher das Elek tronen emittierende Teil 3 angeordnet ist mit Bezug auf die Position, an der das axiale magnetische Feld umgekehrt ist, angeordnet. Wenn die Verbindungsteile aus einem anderen magnetischen Material als Kovar gebildet sind, ergibt natürlich dieselbe Anordnung der Verbindungsteile dieselben Wirkungen.

Fig. 47 zeigt ein Gyrotronsystem 200 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Teile gleich oder entsprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren Beschrei bung wird hier verzichtet. In dem Gyrotronsystem 200 muß das Innere eines Gyrotrons 100 in einem hohen Vakuum aufrechterhalten werden, um die stabile Oszil lation des Gyrotrons 100 zu gewährleisten. Daher muß ein Kollektor 7 einer ausreichenden Alterung für die Entgasung unterzogen werden, indem der Elektronen strahl 9 über einen weiteren Bereich auf dem Kollek tor 7 bewegt wird, um das Innere des Gyrotrons 100 in einem hohen Vakuum aufrechzuerhalten. Obgleich der Elektronenstrahl 9 in einem vergleichsweise engen Bereich auf dem Kollektor 7 durch einen Elektronenka nonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 31 und einen Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 30 in dem mit einer einen Permanentmagneten verwendenden Magnetfeld-Generatoreinheit aufweisenden Gyrotronsy stem 200 bewegt werden kann, ist es schwierig, den Elektronenstrahl 9 über einen weiten Bereich auf dem Kollektor 7 zu bewegen.

Das in Fig. 47 gezeigte Gyrotronsystem 200 ist mit einem Kollektor-Magnetfelderzeugungs-Elektromagneten 65 versehen, der in der Nähe des Kollektors 7 des Gyrotrons 100 angeordnet ist, um den Elektronenstrahl 9 in einem weiteren Bereich auf dem Kollektor 7 zu bewegen, wodurch eine wirksame Alterung in einer ver gleichsweise kurzen Zeit erzielt wird. Die Anzahl der Windungen der Spule des Elektromagneten, die Art der Wicklung der Spule und der zu der Spule zu liefernde Erregungsstrom werden selektiv bestimmt, um den von dem Elektronenstrahl 9 zu bestrahlenden Bereich auf dem Kollektor 7 zu vergrößern, wodurch ein Wärmefluß auf dem Kollektor 7 herabgesetzt und die Zuverlässig keit des Gyrotronsystems vergrößert werden.

Fig. 48 zeigt ein Gyrotronsystem nach einem achtund vierzigsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegen den Erfindung, bei dem zwei Kollektor-Magnetfelder zeugungs-Elektromagnete 66 und 67 vorgesehen sind. Das Gyrotronsystem kann mit mehr als zwei Kollektor- Magnetfelderzeugungs-Elektromagneten versehen sein. Da diese Konfiguration den Grad der Freiheit der Ma gnetflußdichte-Verteilung eines von den Elektromagne ten erzeugten axialen magnetischen Feldes erhöht, kann die Alterung wirksamer erzielt werden und der Wärmefluß auf dem Kollektor 7 kann weiter herabge setzt werden.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensicht lich ist, hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.

Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit des Gyrotronsystems, welche den Permanentmagneten und die Elektromagnete aufweist, kann mit geringer Größe gebildet werden, ist einfach zu betreiben, kann mit vergleichsweise geringen Kosten hergestellt werden und arbeitet mit vergleichsweise geringen Betriebskosten.

Da der Permanentmagnet ein magnetisches Feld einer Magnetflußdichte von nicht weniger als 90% und nicht mehr als 110% der axialen Magnetflußdichte des axia len magnetischen Feldes, das für den Betrieb des Gy rotrons in dem mittleren Bereich des Hohlraum-Resona tors des Gyrotrons während der Oszillation des Gyro trons erforderlich ist, erzeugt, kann das Gyrotronsy stem klein ausgebildet werden, ist einfach zu betrei ben, kann mit vergleichsweise niedrigen Kosten herge stellt werden und arbeitet mit vergleichsweise nied rigen Betriebskosten.

Da der Permanentmagnet ein magnetisches Feld mit ei ner Magnetflußdichte von nicht weniger als 80% und nicht mehr als 120% der axialen Magnetflußdichte des axialen magnetischen Feldes, das zum Betrieb des Gy rotrons in dem mittleren Bereich des Hohlraum-Resona tors des Gyrotrons während der Oszillation des Gyro trons erforderlich ist, erzeugt, kann das Gyrotronsy stem klein ausgebildet sein, ist einfach zu betrei ben, kann mit vergleichsweise niedrigen Kosten herge stellt werden und arbeitet bei vergleichsweise gerin gen Betriebskosten. Weiterhin kann die axiale Magnet flußdichte, die zum Betrieb des Gyrotrons erforder lich ist, für den beschleunigten Elektronenstrom durch die Beschleunigungsspannung in einem weiteren Bereich variabel eingestellt werden.

Da der Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet die axiale Magnetflußdichte in dem Hohlraum-Resonator des Gyrotrons einstellt, kann der Oszillations-Wirkungs grad erhöht werden oder die Oszillations-Ausgangslei stung kann eingestellt werden.

Da die Ausgangsleistung des Gyrotrons von dem Detek tor erfaßt wird, wird das vom Detektor gelieferte Erfassungssignal zu der Steuerschaltung zum Steuern der Erregungsleistungsversorgung für die Magnetisie rung des Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten zurückgeführt, um das von dem Elektromagneten erzeug te magnetische Feld zu regulieren, indem der durch die Spule des Elektromagneten fließende Strom einge stellt wird, wodurch die Oszillations-Ausgangslei stung des Gyrotrons automatisch auf einen maximalen oder einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann.

Da der Permanentmagnet ein magnetisches Feld mit ei ner Magnetflußdichte von nicht weniger als 50% und nicht mehr als 150% der gesamten axialen Magnetfluß dichte um das Elektronen emittierende Teil auf der Kathode der Elektronenkanone des Gyrotrons herum er zeugt, während das Gyrotron im Oszillationsbetrieb ist, kann das Gyrotronsystem klein ausgebildet sein, ist einfach zu betreiben, kann mit vergleichsweise niedrigen Kosten hergestellt werden und arbeitet bei vergleichsweise geringen Betriebskosten.

Da der Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagnet die axiale Magnetflußdichte-Verteilung um das Elektronen emittierende Teil auf der Kathode der Elektronenkanone einstellt, kann der Oszilla tions-Wirkungsgrad vergrößert werden oder die Oszil lations-Ausgangsleistung kann eingestellt werden. Weiterhin kann die gestörte Magnetflußdichte-Vertei lung um die Elektronenkanone herum durch den Elektro magneten korrigiert werden.

Da die Ausgangsleistung des Gyrotrons von dem Detek tor erfaßt wird, wird das von dem Detektor gelieferte Erfassungssignal zu der Steuerschaltung zum Steuern der Erregungsleistungsversorgung für die Magnetisie rung des Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell- Elektromagneten zurückgeführt, um das von dem Elek tromagneten erzeugte magnetische Feld einzustellen durch Einstellung des durch die Spule des Elektroma gneten fließenden Stroms, wodurch die Oszillations- Ausgangsleistung des Gyrotrons automatisch auf einen maximalen oder einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann.

Da die zeitabhängige Veränderung des von dem Perma nentmagneten erzeugten magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten durch die Magnet flußdichte-Detektoren erfaßt wird und die zeitabhän gige Veränderung des von dem Permanentmagneten er zeugten magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten kompensiert wird, kann das anfäng liche Leistungsvermögen des Gyrotronsystems oder der anfängliche Steuerbetrieb des Gyrotronsystems gewähr leistet werden, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Der Gebrauch des nichtmagnetischen Materials als ei nes Materials zum Verbinden des Isolierteils und der Metallteile miteinander in dem wesentlichen Bereich des Gyrotrons vergrößert dessen Zuverlässigkeit.

Die Verwendung der Verbindungsteile aus einem nicht magnetischen Material zum Verbinden der Komponenten teile der Elektronenkanone miteinander vergrößert die Zuverlässigkeit des Gyrotronsystems.

Die Verwendung der Isolierteile, die aus einem iso lierenden Material gebildet sind, das direkt mit nichtmagnetischen Metallteilen verbunden werden kann zur Isolierung der Komponententeile des Gyrotrons, vergrößert die Zuverlässigkeit des Gyrotronsystems.

Da die den Permanentmagneten und die Elektromagnete aufweisende Magnetfeld-Erzeugungseinheit mit dem Rah men versehen ist, der einen Bereich umgibt, in wel chem die Magnetflußdichte des von der Magnetfeld-Er zeugungseinheit erzeugten magnetischen Feldes 5 G oder mehr beträgt, können Gefährdungen und Störungen, die dem von dem Permanentmagneten kontinuierlich auf rechterhaltenen magnetischen Feld zugeschrieben wer den, verhindert werden.

Da die den Permanentmagneten und die Elektromagnete aufweisende Magnetfeld-Erzeugungseinheit mit dem Rah men versehen ist, der einen Bereich umgibt, in wel chem die Magnetflußdichte des von dem Permanentmagne ten der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten magne tischen Feldes 5 G oder mehr beträgt, können Gefähr dungen und Störungen, die dem von der Magnetfeld-Er zeugungseinheit kontinuierlich aufrechterhaltenen magnetischen Feld zugeschrieben werden, verhindert werden.

Das den Rahmen bedeckende Polsterungsteil verhindert Gefährdungen und Störungen, die dem von der Magnet feld-Erzeugungseinheit kontinuierlich aufrechterhal tenen magnetischen Feld zugeschrieben werden.

Da die Veränderung der Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes auf grund der Veränderung der Temperatur des Permanentma gneten von dem Magnetflußdichte-Detektor erfaßt wird und die Veränderung der Magnetflußdichte des magneti schen Feldes aufgrund der Veränderung der Temperatur des Permanentmagneten kompensiert wird, ist das Gyro tron in der Lage, wirksam zu arbeiten, und die Hoch frequenz-Ausgangsleistung kann gesteuert werden, selbst wenn die Magnetflußdichte des von dem Perma nentmagneten erzeugten magnetischen Feldes sich auf grund der Änderung der Temperatur des Permanentmagne ten ändert, die durch eine Änderung der Umgebungsbe dingungen bewirkt wird, und daher wird die Zuverläs sigkeit des Gyrotronsystems vergrößert.

Wenn die Richtung des von dem Permanentmagneten der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten axialen magne tischen Feldes an einigen Positionen umgekehrt wird, ist das Elektronen emittierende Teil auf der Kathode der Elektronenkanone des Gyrotrons auf der Seite des Hohlraum-Resonators mit Bezug auf die Position, an der die Richtung des magnetischen Feldes umgekehrt ist, angeordnet. Daher bilden von dem Elektronen emittierenden Teil emittierte Elektronen einen hohlen Elektronenstrahl, wobei der Radius des Elektronen strahls sich allmählich verringert, wenn sich der Elektronenstrahl zum Hohlraum-Resonator hin bewegt und der hohle Elektronenstrahl mit einem reduzierten Radius sich durch den Hohlraum-Resonator hindurchbe wegt, so daß ein normaler Oszillationsvorgang durch geführt werden kann.

Da das Isolierteil zum Isolieren der Komponententeile der Elektronenkanone des Gyrotrons so angeordnet ist, daß die an den entgegengesetzten Enden des Isolier teils hartgelöteten magnetischen Teile auf der Seite entgegengesetzt zu der Seite, auf welcher der Hohl raum-Resonator angeordnet ist mit Bezug auf die Posi tion, an der die Richtung des axialen magnetischen Feldes umgekehrt ist, angeordnet sind, wird der Ein fluß der magnetischen Teile auf die Magnetflußdichte- Verteilung des magnetischen Feldes um das Elektronen emittierende Teil herum herabgesetzt und das Gyrotron ist in der Lage, für eine Oszillation wirksam zu ar beiten.

Da der zur Erzeugung eines axialen magnetischen Fel des fähige Elektromagnet in der Nähe des Kollektors des Gyrotrons angeordnet ist, kann der Elektronen strahl in einem weiteren Bereich auf dem Kollektor bewegt werden, wird die zum Altern benötigte Zeit herabgesetzt, wird die Alterungswirkung vergrößert und kann der Wärmefluß des Elektronenstrahls auf dem Kollektor reduziert werden.

Claims

1. Gyrotronsystem mit einer Elektronenkanone, wel che einen Elektronenstrahl erzeugt, einer Ma gnetfeld-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines axialen magnetischen Feldes, welches in der Lage ist, von der Elektronenkanone emittierte Elek tronen in eine Drehbewegung zu versetzen, einem Hohlraum-Resonator, welcher eine Zyklotronreso nanz-Maser-Wechselwirkung zwischen den sich dre henden Elektronen und einem sich in einem Eigen schwingungszustand befindenden elektromagneti schen Hochfrequenz-Feld bewirkt, einem Kollektor zum Sammeln des durch den Hohlraum-Resonator hindurchgegangenen Elektronenstrahls und einem Ausgangsfenster, durch welches eine durch die Zyklotronresonanz-Maser-Wechselwirkung erzeugte Hochfrequenzwelle hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungseinheit einen Per manentmagneten (20 bis 23), welcher ein magneti sches Feld mit einer Magnetflußdichte, die gleich dem überwiegenden Teil der Magnetfluß dichte des axialen magnetischen Feldes ist, er zeugt, und wenigstens einen Elektromagneten (30, 31) zum Einstellen der Magnetflußdichte des axialen magnetischen Feldes aufweist.

2. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektromagnet (30) die axiale Verteilung der Magnetflußdichte im Hohlraum-Re sonator (6) einstellt.

3. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektromagnet (31) die axiale Verteilung der Magnetflußdichte um das Elektro nen emittierende Teil (3) auf der Kathode (2) der Elektronenkanone (1) herum einstellt.

4. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungseinheit einen Elektromagneten (30) zum Einstellen der axialen Verteilung der Magnetflußdichte im Hohl raum-Resonator (6) und einen Elektromagneten (31) zum Einstellen der axialen Verteilung der Magnetflußdichte um das Elektronen emittierende Teil (3) auf der Kathode (2) der Elektronenkano ne (1) aufweist.

5. Gyrotronsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Ausgangsdetektor (81) zum Er fassen der Ausgangsleistung der durch das Aus gangsfenster (8) hindurchtretenden Hochfrequenz welle und eine Rückführvorrichtung zum Einstel len der Magnetflußdichte des von dem Elektroma gneten (53) erzeugten elektrischen Feldes durch Rückführung eines von dem Ausgangsdetektor (81) gelieferten Erfassungssignals zu einer Steuer schaltung (82), welche eine Leistungsversorgung (90) steuert, die einen Strom zu dem Elektroma gneten (53) liefert, und zum Einstellen des durch den Elektromagneten (53) fließenden Stroms für die Einstellung der Ausgangsleistung auf einen maximalen oder einen vorbestimmten Wert vorgesehen sind.

6. Gyrotronsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Ausgangsdetektor (81) zum Erfassen der Ausgangsleistung der durch das Ausgangsfen ster (8) hindurchtretenden Hochfrequenzwelle und eine Rückführvorrichtung zum Einstellen der Ma gnetflußdichte des von dem Elektromagneten (57) erzeugten magnetischen Feldes durch Rückführung eines von dem Ausgangsdetektor (81) zu einer Steuerschaltung (83) gelieferten Signals, welche eine Leistungsversorgung (91) steuert, die einen Strom zu dem Elektromagneten (57) liefert, und zum Einstellen des durch den Elektromagneten (57) fließenden Stroms zur Einstellung der Aus gangsleistung auf einen maximalen oder einen vorbestimmten Wert.

7. Gyrotronsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Ausgangsdetektor (81) zum Erfassen der Ausgangsleistung der durch das Ausgangsfen ster (8) hindurchtretenden Hochfrequenzwelle und eine Rückführvorrichtung (82, 90; 83, 91) zum Ein stellen der Magnetflußdichte des von dem Elek tromagneten (58; 57) erzeugten magnetischen Fel des durch Rückführung eines von dem Ausgangsde tektor (81) gelieferten Signals zu einer Steuer schaltung (82; 83), die eine Leistungsversorgung (90; 91) steuert, welche einen Strom zu dem Elek tromagneten (58; 57) liefert, und zum Einstellen des durch den Elektromagneten (58; 57) fließenden Stroms zum Einstellen der Ausgangsleistung auf einen maximalen oder einen vorbestimmten Wert.

8. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorvor richtung (70) zum Erfassen der Veränderung der Magnetflußdichte des magnetischen Feldes auf grund der Alterung des Permanentmagneten (21) vorgesehen ist und daß die Änderung der Magnet flußdichte des magnetischen Feldes aufgrund der Alterung des Permanentmagneten (21) durch den Elektromagneten (49, 50, 51) kompensiert wird.

9. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorvor richtung (71) zum Erfassen der Änderung der Ma gnetflußdichte des magnetischen Feldes aufgrund der Änderung der Temperatur des Permanentmagne ten (23) vorgesehen ist und daß die Änderung der Magnetflußdichte des magnetischen Feldes auf grund der Änderung der Temperatur des Permanent magneten (23) durch den Elektromagneten (30, 31) kompensiert wird.

10. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten (20 bis 23) er zeugten magnetischen Feldes nicht weniger als 90% und nicht mehr als 110% der axialen Ma gnetflußdichte im mittleren Bereich des Hohl raum-Resonators (6) beträgt, während sich das Gyrotron (100) im Oszillationsbetrieb befindet.

11. Gyrotronsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Magnetflußdichte des von dem Permanentmagneten (20 bis 23) erzeugten magneti schen Feldes nicht weniger als 80% und nicht mehr als 120% der axialen Magnetflußdichte in dem mittleren Bereich des Hohlraum-Resonators (6) beträgt, während sich das Gyrotron (100) im Oszillationsbetrieb befindet.

12. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetflußdichte des Permanentmagneten (20 bis 23) nicht weniger als 50% und nicht mehr als 150% der axialen Magnetflußdichte in einem Bereich um das Elek tronen emittierende Teil (3) auf der Kathode (2) der Elektronenkanone (1) beträgt, während sich das Gyrotron (100) im Oszillationsbetrieb befin det.

13. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (65, 66, 67) vorgesehen ist, der ein axiales ma gnetisches Feld um den Kollektor (7) herum er zeugt.

14. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß alle Hauptmaterialien, die die Metallteile der Hauptkomponenten eines Gyrotrons (100) umfassend die Elektronenkanone (1), den Hohlraum-Resonator (6), den Kollektor (7) und das Ausgangsfenster (8) und die Hauptkomponenten voneinander isolierende und diese verbindende Isolierteile (101 bis 108) miteinander verbin den, nichtmagnetische Materialien sind.

15. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß alle Hauptmaterialien, die die Komponententeile der Elektronenkanone (1) mit einander verbindenden Verbindungsteile (13) bil den, nichtmagnetische Materialien sind.

16. Gyrotronsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hauptkomponenten des Gyrotrons (100) umfassend die Elektronenkanone (1), den Hohlraum-Resonator (6), den Kollektor (7) und das Ausgangsfenster (8) voneinander iso lierenden und miteinander verbindenden Isolier teile (101 bis 108) aus einem isolierenden Mate rial gebildet sind, das in der Lage ist, direkt mit den nichtmagnetischen Metallteilen verbunden zu werden.

17. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Rahmen (110 bis 114) einen Bereich, in welchem die Magnetflußdichte des von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten ma gnetischen Feldes 5 G oder mehr beträgt, um schließt.

18. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Rahmen (114) einen Bereich, in welchem die Magnetflußdichte des von dem Perma nentmagneten (20) erzeugten magnetischen Feldes 5 G (Gauss) oder mehr beträgt, umschließt.

19. Gyrotronsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Rahmens (110) mit einem Polsterungsteil (115) bedeckt ist.

20. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß, wenn eine Position vorliegt, an der die Richtung des magnetischen Feldes in der axialen Magnetflußdichte-Verteilung des von dem Permanentmagneten (25) erzeugten magnetischen Feldes umgekehrt ist, das Elektronen emittieren de Teil (3) auf der Kathode (2) der Elektronen kanone (1) auf der Seite des Hohlraum-Resonators (6) mit Bezug auf die Position, an der die Rich tung des magnetischen Feldes umgekehrt ist, an geordnet ist.

21. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Teile eines an den entgegengesetz ten Enden des Isolierteils (13) angelöteten ma gnetischen Materials, wodurch die Komponenten der Elektronenkanone (1) voneinander isoliert werden, auf der entgegengesetzten Seite, im Hin blick auf eine Position, an der die Richtung des axialen magnetischen Feldes invertiert ist, von der Seite, auf der der Hohlraum-Resonator (6) angeordnet ist, angeordnet sind.