DE19510870C2 - Gyrotronsystem - Google Patents
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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 Zyklotronresonanz-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 - kz.Vz < sΩc (1),
worin ω die Resonanz-Winkelfrequenz des Hohlraum-Re
sonators 6 im Eigenschwingungszustand, kz die axiale
Kreiswellenzahl des Eigenschwingungszustands, Vz die
axiale Geschwindigkeit der Elektronen, s die Ord
nungszahl einer höheren harmonischen und Ωc durch
Ωc = 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 ei
nen 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 Os
zillation 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.
Die US 4,839,561 offenbart ein Gyrotronsystem mit ei
ner Elektronenkanone, einem Hohlraumresonator und ei
nen Kollektor zum Sammeln des von der Elektronenkanone
erzeugten und durch den Holraumresonator hindurch
gegangenen Elektronenstrahles. Die Elektronen des
Elektronenstrahles werden durch ein Magnetfeld eines
Elektromagneten auf eine wendelförmige Bahn gezwun
gen.
Aus K. Ruschmeyer: "Permanentmagnete und ihre Weiter
entwicklung" in DE-Z: "Valvo Berichte", Oktober 1985,
Seite 1 bis 12 ist es bekannt, Magnetfelder zu erzeu
gen, indem neben einem Elektromagneten auch zusätz
lich Permanentmagnete eingesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gyro
tronsystem zu schaffen, das einfach zu
betreiben ist, um dessen Handhabung zu erleichtern
und das eine Erregungsleistungs-Zuführung mit einer
vergleichsweise kleinen Kapazität erfordert und das
weiterhin in der Lage ist, mit vergleichsweise nied
rigen Betriebskosten betrieben zu werden.
Diese Aufgabe wird durch das Gyrotronsystem nach An
spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des er
findungsgemäßen Gyrotronsystems werden in den abhän
gigen Ansprüchen gegeben.
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.
Der Elektromagnet ist dabei so ausgebildet, daß er
die axiale Magnetfluß-Dichteverteilung in dem Hohl
raum-Resonator des Gyrotronsystems einstellt, welche
die räumliche Störung der Magnetflußdichte des vom
Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldes kor
rigiert und die Feineinstellung der Magnetflußdichte
entsprechend der ElektronenstrahlBeschleunigungs
spannung ermöglicht.
Dabei ist die Magnetflußdichte des vom Permanentmagneten
erzeugten magnetischen Feldes nicht geringer
als 90% und nicht größer als 110% der axialen Ma
gnetflußdichte im mittleren Bereich des Hohlraum-
Resonators, während das Gyrotron im Oszillationszu
stand ist. Da der überwiegende Teil der für die Os
zillation des Gyrotrons benötigten Magnetflußdichte
von dem von dem Permanentmagneten erzeugten magneti
schen Feld herrührt, sind der Elektromagnet und die
Erregungsleistungs-Zuführung in der Lage, das Gyro
tron für die Oszillation zu starten und die Oszilla
tion des Gyrotrons zu stabilisieren sowie in der La
ge, die für die Einstellung der Oszillations-
Ausgangsleistung erforderliche Magnetflußdichte zu
induzieren. Der Bereich der Magnetfeldeinstellung
kann ausgedehnt werden, indem das Verhältnis der von
dem Elektromagneten induzierten Magnetflußdichte zur
gesamten Magnetflußdichte erhöht wird.
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 Elektronenkanone
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 Ausgangsleistung
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 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 Gyrotonsystem
gemäß noch einem weiteren Ausführungs
beispiel nach der vorliegenden Erfin
dung,
Fig. 26 einen schematischen fragmentarischen
Längsschnitt durch ein Gyrotronsystem
gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
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-Resonators
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-Fei
neinstell-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 Erfindung,
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 Beispiel, bei welchem Teile gleich oder ent
sprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit
denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf deren
Beschreibung wird hier verzichtet. Dieses Ausfüh
rungsbeispiel weist keinen Hauptmagnet-Feineinstell
magneten auf und beschreibt daher kein Beispiel der
Erfindung, dient jedoch der Erläuterung weiterer
Aspekte. Während die Elektronenkanone 1 jedes der Gy
rotronsysteme nach dem ersten bis vierten Ausfüh
rungsbeispiel in der mittleren Bohrung des Permanent
magneten 20 enthalten ist, ist die im Gyrotron nach
dem fünften Ausführungsbeispiel vorgesehene Elektro
nenkanone 1 außerhalb des einen Endes des Permanent
magneten 20 angeordnet. Ein Elektronen
kanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 31 ist
nahe der Elektronenkanone 1 angeordnet, um ein um die
Elektronenkanone 1 erzeugtes magnetisches Feld wirksam
einzustellen. Obgleich bei diesem Beispiel ir
gendein Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet
nicht nahe des Hohlraum-Resonators 6 angeordnet ist,
kann erforderlichenfalls ein erfindungsgemäßer Haupt
magnetfeld-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 Ka
thode, 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 Gyroton 100
eine 28 Ghz-Welle bei einer Oszillation der zweiten
harmonischen erzeugt. Dann wird der Relativitätskoef
fizient γ wie folgt ausgedrückt:
γ = 1 + Vb/511 (3),
worin Vb (kV) die Elektronenstrahl-Beschleunigungs
spannung ist. Aus Ausdruck (3) ergibt sich, daß
γ = 1,04 ist, wenn Vb = 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 magntisches 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 Gyrotrons
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 Vz 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 Erregungsleistungsversorgung
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 Vb =
20 kV ist, und, aus Ausdruck (3) ergibt sich, daß
γ = 1,16 ist, wenn Vv = 80 kV ist. Daher ist gemäß
Asudruck (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 Vb = 20 kV ist,
daß die erforderliche axiale Magnetflußdichte nicht
durch den Hauptmagnetfeld-Feineinstell-Elektromagne
ten 44 eingestellt werden kann, wenn Vb = 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 Vb = 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 Hauptmagnetfeld-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 erzeugen,
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 Mut 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 dar 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 Ausgangsdetektors
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 Ma
gnetflußdichte-Einstellbereich einzustellen, der wei
ter 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 Beispiel, in welchem ein Permanentmagnet 22
und ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-
Elektromagnet 54 für die Feineinstellung eines um den
Elektronen emittierenden Teil 3 auf der Kathode 2 der
Elektronenkanone 1 erzeugten magnetischen Feldes dar
gestellt
sind. Dieses Ausführungsbeispiel weist keinen
Hauptmagnet-Feineinstellmagneten auf und beschreibt
daher kein Beispiel der Erfindung, dient jedoch der
Erläuterung weiterer Aspekte. Im allgemeinen ist die
Magnetflußdichte des um das Elektronen emittierende
Teil 3 erzeugten magnetischen Feldes etwa 1/5 oder
weniger der Magnetflußdichte eines Hauptmagnetfeldes.
Wie in Verbindung mit der Beschreibung des in Fig. 7
gezeigten siebenten Ausführungsbeispiels erwähnt ist,
ist beispielsweise die Magnetflußdichte eines inner
halb des Hohlraum-Resonators erzeugten magnetischen
Feldes etwa 5,2 kG für eine 28 GHz-Oszillation der
zweiten harmonischen und daher ist die Magnetfluß
dichte des um das Elektronen emittierende Teil 3 er
zeugten magnetischen Feldes in der Größe von 1,04 kG.
Wenn der Permanentmagnet 22 ein magnetisches Feld mit
einer Magnetflußdichte erzeugt, die nicht weniger als
50% und nicht mehr als 150% der Magnetflußdichte
beträgt, muß der Elektro
nenkanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 54
ein magnetisches Feld mit einer Magnetflußdichte von
±0,52 kG oder niedriger um das Elektronen emittie
rende Teil 3 erzeugen, und daher kann der Elektronen
kanonen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagnet 54
klein und leicht sein und mit geringem Leistungs
verbrauch 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 magnetisches
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 korrigiert
werden und die Störung der Magnetfeldverteilung
kann einen nachteiligen Einfluß auf einen von der
Elektronenkanone 1 emittierten Elektronenstrahl 9 ha
ben. 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 Beispiel, bei welchem Teile gleich oder ent
sprechend solchen des bekannten Gyrotronsystems mit
den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und auf de
ren Beschreibung wird hier verzichtet. Dieses Ausfüh
rungsbeispiel weist keinen Hauptmagnet-Feineinstell
magneten auf und beschreibt daher kein Beispiel der
Erfindung, dient jedoch der Erläuterung weiterer
Aspekte. Es sind ein Elektronenkanonen-Magnetfeld-
Feineinstell-Elektromagnet 57 für die Feineinstellung
eines um das Elektronen emittierende Teil 3 auf der
Kathode 2 der Elektronenkanone 1 erzeugten magneti
schen Feldes, eine Oszillations-Ausgangsleistungs-
Meß- und Steuerschaltung 83 und eine Erregungslei
stungsversorgung 91 zum Erregen des Elektronenkano
nen-Magnetfeld-Feineinstell-Elektromagneten 57 ge
zeigt. Während das Gyrotronsystem bei dem in Fig. 11
gezeigten elften Ausführungsbeispiel den Oszilla
tions-Wirkungsgrad erhöht und die Oszillations-
Ausgangsleistung durch den Hauptmagnetfeld-
Feineinstell-Elektromagneten 43 einstellt, stellt das
Gyrotronsystem nach diesem Ausführungsbeispiel das um
die Elektronenkanone erzeugte magnetische 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 gebil 58289 00070 552 001000280000000200012000285915817800040 0002019510870 00004 58170det 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 gestört 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 angeordnetes
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 Isolierteile
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 Elektromagneten
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 geplanten
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 Hauptmagnetfeld-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 Magnetisieurungsrichtung 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 21 und 22 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 1N-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 Oszillationsvorgang
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 Gyrotronsystem
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 eingestellt
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-Erzeugungseinheit
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 Umgebungsbedingungen
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 (19)
1. Gyrotronsystem mit einer Elektronenkanone (1), wel
che einen Elektronenstrahl (9) erzeugt, einer Ma
gnetfeld-Erzeugungseinheit (1) enthaltend wenigstens
einen Elektromagneten (30) zum Erzeugen und Einstel
len der Magnetflussdichte eines axialen magneti
schen Feldes, welches in der Lage ist, von der
Elektronenkanone emittierte Elektronen in eine
wendelförmige Bewegung zu versetzen, einem Hohl
raum-Resonator (6), welcher eine Zyklotronresonanz-
Maser-Wechselwirkung zwischen den sich bewegen
den 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 (9) und einem
Ausgangsfenster, durch welches eine durch die
Zyklotronresonanz-Maser-Wechselwirkung erzeugte
Hochfrequenzwelle hindurchtritt,
wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit weiterhin einen Permanentmagneten (20-23) aufweist, wel cher ein magnetisches Feld mit einer Magnet flussdichte, die gleich dem überwiegenden Teil der Magnetflussdichte des axialen magnetischen Feldes ist, erzeugt, und
der Elektromagnet (30) die axiale Verteilung der Magnetflussdichte im Hohlraum-Resonator (6) ein stellt und
wobei die Magnetflussdichte des von dem Perma nentmagneten (20 bis 23) erzeugten magnetischen Feldes nicht weniger als 90% und nicht mehr als 110% der axialen Magnetflussdichte im mittleren Bereich des Hohlraum-Resonators (6) beträgt, während sich das Gyrotron (100) im Oszillations betrieb befindet.
wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit weiterhin einen Permanentmagneten (20-23) aufweist, wel cher ein magnetisches Feld mit einer Magnet flussdichte, die gleich dem überwiegenden Teil der Magnetflussdichte des axialen magnetischen Feldes ist, erzeugt, und
der Elektromagnet (30) die axiale Verteilung der Magnetflussdichte im Hohlraum-Resonator (6) ein stellt und
wobei die Magnetflussdichte des von dem Perma nentmagneten (20 bis 23) erzeugten magnetischen Feldes nicht weniger als 90% und nicht mehr als 110% der axialen Magnetflussdichte im mittleren Bereich des Hohlraum-Resonators (6) beträgt, während sich das Gyrotron (100) im Oszillations betrieb befindet.
2. 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.
3. 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.
4. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, 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 vor
gesehen sind.
5. Gyrotronsystem nach Anspruch 2, 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.
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 (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.
7. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
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.
8. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
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.
9. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetflußdichte
des von dem Permanentmagneten (20 bis 23) er
zeugten magnetischen Feldes nicht weniger als 80
% und nicht mehr als 120% der axialen Magnet
flußdichte in dem mittleren Bereich des Hohl
raum-Resonators (6) beträgt, während sich das
Gyrotron (100) im Oszillationsbetrieb befindet.
10. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
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.
11. Gyrotronsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet
(65, 66, 67) vorgesehen ist, der ein axiales ma
gnetisches Feld um den Kollektor (7) herum er
zeugt.
12. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß alle Hauptmaterialien, die die Me
tallteile 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.
13. 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.
14. Gyrotronsystem nach Anspruch 12 oder 13, 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.
15. Gyrotronsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Rahmen (110 bis 114) einen Be
reich, in welchem die Magnetflußdichte des von
der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugten ma
gnetischen Feldes 5 G oder mehr beträgt, um
schließt.
16. 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.
17. Gyrotronsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Rahmens
(110) mit einem Polsterungsteil (115) bedeckt
ist.
18. 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.
19. 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 Hinblick
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.
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