DE2319689B2

DE2319689B2 - Wanderfeldroehre

Info

Publication number: DE2319689B2
Application number: DE19732319689
Authority: DE
Inventors: Maurice; King Robin Charles Moorhouse; Gregory John Frederick; Chelmsford Essex Esterson (Großbritannien)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1976-09-09
Also published as: CA1000853A; DE2319689A1; JPS5025167A; US3885192A; GB1451956A; FR2218643A1; FR2218643B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlraumresonatoren, deren trennende Stirnwände durch hiniereinanderliegende, mit Koppelöffnungen und Strahldurchtrittsöffnungen versehene, relativ dünne Platten gebildet sind, und deren Seitenwände durch die Innenflächen dazwischenliegender ringförmig geschlossener, relativ dicker Abstandsstücke gebildet sind sowie mit einer Strahlfokussierungsanordnung zur Erzeugung statischer, in der Richtung periodisch alternierender magnetischer Felder, die mittels als Polstücke dienender Teile der Hohlraumresonatoren in den Strahlweg geleitet sind.

Die Verwendung periodischer Permanentmagnetstrukturen zur Fokussierung des Elektronenstrahls in einer Wanderfeldröhre (sogenannte PPM-Fokussierung) ist in letzter Zeit attraktiver geworden, nachdem es dank der Entwicklung verbesserter magnetischer Werkstoffe wie Samarium-Cobalt gelungen ist, PPM-Fokussierungsanordnungen mit geringem Gewicht und geringer Größe zu bauen. Ferner ist es in vielen Fällen vorteilhaft, die Verzögerungsleitung einer Wanderfeldröhre mittels gekoppelter Hohlraumresonatoren zu realisieren, da hierdurch höhere Leistungen erzielt ίο werden können als bei Verwendung der bekannten homogenen Verzögerungsleitung in Form einer Wendel. Wegen der begrenzten Leistung, die eine Wendel verarbeiten kann, werden nämlich Wanderfeldröhren mit wendeiförmiger Verzögerungsleitung für hohe Leistungspegel im Bereich von 10OkW bis 1 MW (je nach der Frequenz) ungeeignet.

Es ist also wünschenswert, auch bei einer Wanderfeldröhre mit PPM-Fokussierung die Verzögerungsleitung durch gekoppelte Hohlraumresonatoren zu bilden. Eine entsprechende Röhre mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der USA.-Patentschrift 33 54 347 bekannt. Bei ihr bestehen die Abstandsstücke, welche die Seitenwände der hintereinanderliegenden Hohlraumresonatoren definieren, alle aus relativ dicken Scheiben oder Ringen aus Kupfer, während die trennenden Stirnwände der Resonatoren durch relativ dünne Platten gebildet werden, die alle aus ferromagnetischem Material bestehen und als Polstücke zum Leiten der Magnetfelder in den Strahlweg dienen. Diese relativ dünnen Polstücke sind an ihren Strahldurchtrittsöffnungen notgedrungen mit flanschartigen Ansätzen versehen, welche triftrohrähnliche Polschuhe bilden.

Das Schema einer solchen bekannten PPM-Fokussierung bei einer Wanderfeldreöhre mit Verzögerungsleitung aus Hohlraumresonatoren sei anhand der Fig. 1 näher erläutert. Diese Figur zeigt in einem Axialschnitt durch die Mittellinie C/L einen der ringförmigen Hohlraumresoratoren und den zugehörigen Teii der PPM-Fokussierungsanordnung, weiche den Strahlweg umschließen. Die beiden gegenüberliegenden Stirnwände dieses Hohlraumresonators werden durch zwei relativ dünne Platten 1 und 2 gebildet, die mit Koppelöffnungen oder Schlitzen zu den jeweils benachbarten Hohlraumresonatoren versehen sind.

Diese Platten 1 und 2, die aus ferromagnetischem Material (z. B. Weicheisen) bestehen, dienen gleichzeitig als Polstücke für einen ringförmigen Permanentmagneten 3, der wie mit Λ/und 5angedeutet polarisiert sei. An den Platten 1 und 2 sind zylindrische, triftrohrähnliche Polschuhe XA und 2A angeformt, die den Elektronenstrahl umgeben, welcher von einer (nicht dargestellten) Elektronenkanone an einem Ende der Röhrenachse zu einem (ebenfalls nicht dargestellten) Elektronenauffänger am anderen Ende dieser Achse durch die Polschuhe hindurch projiziert wird. Die Polschuhe XA und 2A dienen dazu, das Magnetfeld sehr nahe an den Elektronenstrahl heranzubringen, und da der Abstand d zwischen den einander zugewandten Enden der benachbarten Polschuhe sehr klein in bezug auf die Magnetstreuwege (beispielsweise ML X und ML 2) gehalten werden kann, erhält man am Ort des Strahlwegs eine ausreichend hohe axiale Magnetfeldstärke für eine gute PPM-Fokussierung, insbesondere, wenn man die neuentwickelten magnetischen Werkstoffe wie Samarium-Cobalt verwendet.

Die zur Erzielung eines hinreichend starken axialen Magnetfeldes und zur Vermeidung von Streuflüssen vorgesehenen triftrohrähnlichen Polschuhe XA und 2A

bringen es jedoch mit sich, daß beim Betrieb der Röhre der Elektronenstrahl nur mit einer räumlichen Harmonischen des von den Hohlraumresonatoren gebildeten Wanderfeldes wirksam verkoppelt werden kann. Eine Verkopplung des Elektronenstrahls mit der Grundwelle der räumlichen Teilwellen des Wanderfeldes stößt wegen des Vorhandenseins der triftrohrähnlichen Polschuhe auf ernsthafte Schwierigkeiten.

Wenn man andererseits die für eine Anregung im Grundwelienmodus störenden rohrförmigen Erweiterungen an den Strahldurchtrittsöffnungen der die Hohlraumresonatoren trennenden dünnen Platten einfach fortläßt, dann wird es schwierig, ein hinreichend hohes magnetisches Fokussierungsfeld zum Strahlweg zu bringen. Auch wenn diese Platten aus magnetischem Material wie z. B. Weicheisen bestehen, dann ist bei fehlenden triftrohrähnlichen Erweiterungen der Abstand d zwischen benachbarten Platten im Bereich des Strahfweges genauso groß wie der Streuflußweg ML2 oder ML 1 (vgl. Fig. 1) an anderen Orten zwischen den Platten. Eine zur guten Strahlfokussierung ausreichende Konzentration des axialen Magnetfeldes im Bereich des Strahlweges ist dann kaum noch zu erreichen.

Wanderfeldröhren mit Hohlraumkopplung, die für einen zufriendenstellenden Betrieb im Grundwellenmodus geeignet sind, weil sie keine triftrohrähnlichen Erweiterungen an den Strahldurchtrittsöffnungen der Resonator-Trennwände haben, sind daher bisher der PPM-Fokussierung nicht zugänglich gewesen. So 2eigt z.B. die USA.-Patentschrift 36 68 459 eine derartige bekannte Wanderfeldröhre, die zur Strahlfokussierung eine die gesamte Verzögerungsleitung umgebende Magnetspule statt einer peiiuuiithen Permanentmagnetstruktur aufweist. Es ist jedoch erwünscht, eine Wanderfeldröhre mit einer durch Hohlraumresonatoren gebildeten Verzögerungsleitung sowohl mit PPM-Fokussierung als auch im Grundwellenmodus betreiben zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, bei einer Wanderfeldröhre der eingangs beschriebenen Gattung die Schwierigkeiten zu überwinden, die bei fehlenden Triftrohrstücken an den als Polschuhe dienenden Hohlraumresonatorwandungen hinsichtlich der Zuführung des magnetischen Fokussierungsfeldes bestehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes n-te Abstandsstück als dicke ferromagnetische Platte ein Polstück bildet, wobei η eine ganze Zahl größer oder gleich zwei ist, daß die beidseitig jeder dieser dicken ferromagnetischen Platten liegenden relativ dünnen und sich nach innen nicht verdickenden Platten ebenfalls aus ferromagnetischem Mateirial bestehen und den durch die dicken ferromagnetischen Platten laufenden Magnetfluß bis in unmittelbare Nachbarschaft des Strahlweges führen und daß die übrigen Abstandsstücke und Platten aus nichtmagnetischem elektrisch leitendem Material bestehen.

Gemäß der Erfindung sind es also nicht die relativ dünnen Hohlraumresonatorwandungen sondern ausgewählte der viel dickeren als Abstandsstücke dienenden Platten, welche die Rolle der Polstücke übernehmen und daher einen starken Magnetfluß bei geringer Streuung bis in die Nähe des Strahlweges leiten. Die Ausbildung des axialen Magnetfeldes im Bereich des Strahlweges selbst übernehmen die beidseitig jeder dieser dicken Platten liegenden ferromagnetischen dünnen Platten, so daß man ein zufriedenstellendes axiales Magnetfeld im Bereich des Strahlweges ohne die Notwendigkeit von Triftrohrstücken erreicht.

Vorzugsweise haben die als Polstücke dienenden ferromagnetischen Abstandsstücke einen größeren Außendurchmesser als die relativ dünnen Platten und die anderen nichtmagnetischen Abstandsstücke, und im Raum zwischen den dadurch vorstehenden äußeren Rändern aufeinanderfolgender ferromagnetischer Abstandsstücke sind jeweils Ringmagnete angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus.

Die Zahl η sei vorzugsweise mindestens 3, d. h. in vorteilhafter Ausführungsweise ist nur jedes dritte (oder vierte usw.) Abstandsstück als ferromagnetisches Polstück ausgebildet.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der F i g. 2 bis 4 näher erläutert.

F i g. 2 zeigt die Form und Ausrichtung verschiedener dünner und dicker Platten, die zusammengestapelt eine aus Hohlraumresonatoren bestehende Verzögerungsleitung für eine Wanderfeldröhre ergeben;

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Hohlraum-Verzögerungsleitung in einer Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung;

Fig.4 zeigt die Form einer als Polstück dienenden dicken Platte.

Zur Bildung einer aus Hohlraumresonatoren bestehenden Verzögerungsleitung zur Schaffung eines Wanderfeldes, welches im Grundwellenmodus mit dem Elektronenstrahl einer Wanderfeldröhre verkoppelt werden soll, werden verschiedenartige dicke und dünne Platten abwechselnd aufeinandergeschichtet. Drei der dicken Platten sind in Fig.2 mit Xi, X2 und X3 bezeichnet, während zwei dünne Platten mit Yi und Yl bezeichnet sind. Die Platten Xi, X2 und X3 sind einander gleich und bestehen aus einem äußeren Kranz mit radial sich nach innen verjüngenden Vorsprüngen P. Die Dicke jeder dieser A'-Platten entspricht der axialen Länge eines zu bildenden Hohlraumresonators, d. h. die Innenfläche jeder dieser dicken Platten bildet die Seitenwand eines Hohlraums. Die zwischen den dicken A'-Platten liegenden dünneren Platten wie Vl und Y2 (K-Platten) sind ebenfalls einander gleich und haben jeweils eine zentrale Strahldurchtrittsöffnung H und radiale Kopplungsschlitze S. Diese dünneren K-Platten bilden die trennenden Stirnwände zwischen den aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren.

Die A'-Platten und die K-Platten wechseln im Stapel ab, wobei die Platten derart fluchten, daß ihre Außenflächen eine Zylinderfläche bilden und die öffnungen H ebenfalls miteinander fluchten. Die K-Platten sind so orientiert, daß auch ihre Koppelschlitze 5 miteinander fluchten. Jede der A'-Platten im Stapel ist jedoch gegenüber der jeweils vorhergehenden A"-P!atte um einen bestimmten Winkel (im vorliegenden Beispiel 60°) verdreht, so daß sich bei den aufeinanderfolgenden A'-Platten ΑΊ, X2 und A"3 die in Fig. 2 gezeigte Orientierung ergibt. Der Stapel wird durch Löten oder Schweißen zu einer mechanischen Einheit zusammengefaßt, um mit (nicht dargestellten) Endstükken eine vakuumdichte Anordnung zu bilden, wobei am einen Ende eine axial fluchtend angeordnete Elektronenkanone und am anderen Ende ein axial fluchtender Elektronenauffänger (ebenfalls nicht dargestellt) vorgesehen ist.

Der bis hierher beschriebene Aufbau ist an sich bekannt und ähnelt der in der weiter obengenannten USA.-Patentschrift 36 68 459 beschriebenen Verzögerungsleitung. Während im bekannten Fall alle dicken und dünnen Platten aus nichtmapnetisohem Material

wie Kupfer bestehen, sind bei dem hier weiter zu beschreibenden Aufbau einige ausgewählte der dicken und dünnen Platten aus fcrromagnetisehem Material, vorzugsweise Weicheisen, hergestellt, um eine PPM-Fokussierung des die Verzögerungsleitung durchlaufenden Elektronenstrahls zu ermöglichen. Die Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 ähnlichen Schnittansicht einen vier Hohlraumresonaloren umfassenden Abschnitt eines solchen Aufbaus.

In Fig. 3 sind die aus ferromagnetischem Material bestehenden Platten schraffiert gezeichnet, während die ohne Schraffur gezeichneten Platten aus Kupfer bestehen. Man erkennt, daß sich im mittleren Teil des gezeichneten Abschnitts drei kupferne X-Platten befinden, zwischen denen zwei kupferne Y-Platten liegen. Diese X- und Y-Platten entsprechen in ihrer Form und ihrer Orientierung den Platten XI, X 2 und X 3 und den Platten Y1 und X 2 nach F i g. 2. An diesen Tcilsiapel schließt sich rechts und links jeweils eine Anordnung aus ferromagnetisehen Platten MX und MY an.

In F i g. 4 ist eine der ferromagnetisehen dicken Platten MX der Slirnansichi dargestellt. Man erkennt, daß diese Platte im inneren 'Teil genauso geformt ist, wie die X-Plattcn Xl bis X3, d.h., sie hat die gleichen radialen Vorsprünge P wie diese Platten. Die ferromagnetische Platte MX hat jedoch einen größeren Außendurchmesscr als die anderen Platten.

Die beidseitig jeder ferromagnetisehen Platte MX liegenden ferromagnetisehen dünnen Platten MY entsprechen in ihrer Form und Ausrichtung den kupfernen Y-Platten Y 1 und V 2 nach F i g. 2.

Man muß sich den in F i g. 3 gezeigten Teilstapel aus kupfernen und ferromagnetisehen Platten in Axialrichtung fortgesetzt denken, d. h. in dem die Verzögerungsleitung bildenden Gcsamtstapel ist jede n-te (im dargestellten Beispiel jede vierte) dicke Platte eine ferromagnetische Platte MX. die nach außen über die anderen Platten hervorsteht, und die beidseitig einer solchen MX'-Platte liegenden dünnen Platten sind ferromagnetische Platten MY. Jeder n-te Hohlraum wird also in Umfangsrichtung durch eine dicke ferromagnetische Platte MX in slirnseitig durch zwei dünne ferromagnetische Platten MY begrenzt. Die dicken ferromagnetisehen Platten MX an jedem n-ten Hohlraum bilden Polstücke für einzelne Ringmagneie, die zwischen den nach außen vorspringenden Rändern der MX-Platten eingelegt sind und jeweils die glatte zylindrische Außenfläche des dazwischenliegenden Teilstapels umschließen. Ein solcher Ringmagnet ist in F i g. 3 dargestellt, seine Polarisierung ist in der üblichen Weise durch die Buchstaben N und S angegeben. Aufeinanderfolgende Ringmagnete längs des Plattenstapels sind in alternierenden Richtungen polarisiert.

Die dicken ferromagnetisehen Platten MX dienen als Polstücke für diese Ringmagnete und vermögen somit einen starken magnetischen Fluß bis in die Nähe des Elektronenstrahls zu leiten. Die beiden benachbarten dünnen ferromagnetischen MV-Platten, die sich bis in unmittelbare Nachbarschaft des Strahlwegs erstrecken, bewirken dann ein ausreichend starkes magnetisches Axialfeld im Strahlweg, um eine zufriedenstellende PPM-Fokussierung zu erreichen.

Die auf diese Weise geschaffene PPM-Fokussierungsanordnung, die aus dem Permanentmagneten und den entsprechenden zugehörigen Polstücken besteht, ist kompakt, hat einen geringen Raumbedarf und ist verhältnismäßig leicht, insbesondere dann, wenn man Materialien wie Samarium-Cobalt in der Konstruktion verwendet. Das zur Fokussierung ausreichende axiale Magnetfeld wird erreicht, ohne daß die Platten an den

ίο Strahldurchtrittsöffnungen mit triftrohrähnlichen Erweiterungen versehen sind, so daß eine Verkopplung des Strahls mit der Grundwelle der räumlichen Teilwellen des Wanderfeldes gut möglich ist.

Bei dem vorstehend anhand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Verzögerungsleitung aus Hohlraumresonatoren mit sogenanntem Kleeblatt-Profil. Dies bedeutet, daß wie in ähnlichen bekannten Anordnungen die radialen Koppelschlitze Sund die Strahldurchtrittsöffnungen Waller dünnen Platten Y und MY miteinander fluchten, während die dicken Platten X und MX so zueinander verdreht sind, daß von Platte zu Platte die radialen Vorsprünge Pum einen bestimmten Winkel (beispielsweise um 6O⁰C) zueinander versetzt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Platten einer speziellen Koppelschlilzkonfiguration und auf ein spezielles öffnungsprofil der dicken Platten beschränkt. Es sind genauso gut auch andere Ausführungsformen möglich, d. h. die Koppelöffnungcn in den dünnen Platten und das Querschnittsprofi! der als Abstandsstücke dienenden dicken Platten können beliebige Formen haben, wie sie an sich bei Wanderfeldröhren zur Bildung einer im Grundwellenmodus koppelnden Verzögerungsleitung bekannt sind.

Wie bei Hohlraum-Verzögerungsleitungen mit Kleeblatt-Profil und anderen vergleichbaren Anordnungen (z. B. Tausendfüßler-Profil) für die Kopplung im Grundwellcnmodus an sich bekannt, kann die Charakteristik der Verzögerungsleitung gegen ein Ende hin im Sinne einer »Verjüngung« des Wanderfeldes geändert werden. Dies kann auf verschiedene bekannte Arten geschehen, beispielsweise durch lineare Veränderung der axialen Hohlraumlänge oder durch Veränderung der Schlitz- oder Öffnungsabmessungen der Platten. Bei der ersten Art ergibt sich eine sogenannte »Geschwindigkeitsverjüngung«, und bei der zweitgenannten Art erreicht man eine sogenannte »Phasenverjüngung«. Grundsätzlich kann die Verjüngung bei den verschiedenen Ausführungsformen auf irgendeine bekannte Art erreicht werden. Allerdings wird eine Veränderung der axialen Hohlraumlänge auch zu einer entsprechenden Veränderung des Abstandes aufeinanderfolgender Polstücke führen, so daß Ringmagnete verschiedener axialer Länge verwendet werden müssen. Es ist daher vorteilhaft, eine evtl. gewünschte Geschwindigkeitsoder Phasenverjüngung ohne Veränderung der axialen Hohlraumlänge zu erreichen, & h. durch Maßnahmen, bei denen die axiale Hohlraumlänge von einem zum anderen Ende der der Röhre gleichbleiben kann. Auf diese Weise kann auch der Abstand der Polstücke und somit die Länge der Magnete gleichförmig bleiben, was hinsichtlich der Fertigung praktische Vorteile bringt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlraumresonatoren, deren trennende Stirnwände durch hintereinanderliegende, mit Koppelöffnungen und Strahldurchtrittsöffnungen versehene, relativ dünne Platten gebildet sind und deren Seitenwände durch die Innenflächen dazwischenliegender ringförmig geschlossener, relativ dicker Abstandsstücke gebildet sind sowie mit einer Strahlfokussierierungsanordnung zur Erzeugung statischer, in der Richtung periodisch alternierender magneiischer Felder, die mittels als Polstücke dienender Teile der Hohlraumresonatoren in den Strahlweg ge!eitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes /Me Abstandsstück als dicke ferromagnetische Platte (MX) ein Polstück bildet, wobei η eine ganze Zahl größer oder gleich zwei ist, daß die beidseitig jeder dieser dicken ferromagnetische!) Platten (MX) liegenden relativ dünnen und sich nach innen nicht verdickenden Platten (MX) ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehen und den durch die dicken ferromagnetischen Platten laufenden Magnetfluß bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Strahlweges führen und daß die übrigen Abstandsstücke (X) und Platten (Y) aus nichtmagnetischem elektrisch leitendem Material bestehen.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Abstandsstücke (MX) einen größeren Außendurchmesser haben als die relativ dünnen Platten (Y, MY)und die anderen, nichtmagnetischen Abstandsstücke (X) und daß im Raum zwischen den dadurch vorstehenden äußeren Rändern aufeinanderfolgender ferromagnetischer Abstandsstücke (MX) jeweils Ringmagnete angeordnet sind.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß η größer oder gleich drei ist.

4. Wanderfeldröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Auslegung der die aufeinanderfolgenden Hohlräume begrenzenden Teile (X, Y, MX, MY), daß sich eine Geschwindigkeits- oder Phasenverjüngung der durch sie gebildeten Verzögerungsleitung mit gleicher axialer Länge aller Hohlraumresonatoren ergibt.