DE2338061A1

DE2338061A1 - Periodisch magnetisch fokussierte strahlroehre

Info

Publication number: DE2338061A1
Application number: DE19732338061
Authority: DE
Inventors: Allan Woodburn Scott
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1974-02-21
Also published as: GB1406938A; FR2195838B1; US3787747A; FR2195838A1; JPS49124962A; IL42696A; IT992766B; IL42696A0

Description

_P. V1 P354 D

tn. '.■■■.. ...NDER DJPL-I,.;; ·. .,.·> BERNHARDT ■< D-8MÜNCHEN 60 OKTHSTRASSE12

VARIAN Associates, Palo Alto, CaI., USA

Periodisch magnetisch fokussierte Strahlröhre

Priorität: 7. August 1972,USA Serial No. 278, 408

Zusammenfassung

Die periodische Magnetstruktur für eine periodisch fokussierte Strahlröhre wird von einem einzelnen Paar homogener Platten aus magnetisierbarem Werkstoff gebildet, die permanent magnetisiert sind mit einem Muster aus Magnetpolen alternierender Polarität, gesehen in Richtung des Strahlweges. In einer Flachstrählröhre bevorzugter Geometrie sind zwei keramische Platten so angeordnet, dass sie den Flachstrahl übergreifen, und die inneren, ebenen Flächen der keramischen Platten sind mit gedruckten Schaltungen für die elektrischen Anschlüsse an alle Elemente, an die Strahlformungselektroden, die Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur, die Kantenfokussierelektroden, und die Strahlkolektorelektrode versehen. Die permanent mag^- netisierten Platten sind ausserhalb des Vakuumgefässes angeordnet und übergreifen die keramiaoiien Platten mit der aufgedruckten Schaltung, um den Straal su fokussieren,,

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifi\. per^od-U^ mit permanent Kss~i©-^;^n fokussierte Mikrowß"!Λ en-S+rahlror^n wie*.Wandertj-drö"· r-en und Klystrons. „ . , _: „

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Es ist bereits bekannt, eine Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur auf die Innenseiten von zwei im Abstand einander gegenüberliegenden keramischen Platten zu drucken, die einen Flach-Elektronenstrahl übergreifen. Der Strahl wurde elektrisch mittels aufgedruckter Elektroden fokussiert, die auf "der keramischen Platte sassen, entweder auf der gleichen Seite wie die Schaltung, oder der gegenüberliegenden Seite (US-Patentschriften 3 448 364; 3 549 852).

Der Nachteil der Verwendung von elektrostatischen Fokussierelementen liegt darin, dass zwischen den Fokussierelementen, die sich im Strahlweg auf unterschiedlichen Spannungen befinden, Bogenüberschläge und Sekundärelektronenemissionen auftreten, und die volle, an die Röhre angelegte Spannung ist nicht für die Mikrowellen-Wechselwirkung verfügbar, da die effektive Wechselwirkungsspannung ein Wert zwischen den Fokussierspannungen ist.

Es ist ferner bekannt, dass stiftförmige oder flache Elektronenstrahlen magnetisch mittels einer periodischen Magnet-Fokussierstruktur fokussiert werden können, die ein Polmuster hat, das durch Pole alternierender Polarität ir. Richtung des Strahlweges gekennzeichnet ist» Bei diesen bekannten periodischen Magnet-Fokussiers"crukturen wurden zwei Geometrien verwendet, von denen eine mit Magnetpolen gleicher Polarität arbeitet, die übereinstimmend quer über den Strahl angeordnet sind, und eine zweite, bei der Pole entgegengesetzter Polarität in Querrichtung übereinstimmend über dem Strahlweg angeordnet sind •:üi-Patentschrift 3 102 211? Fig. 13 bzw. US-Patentschrift 5 013 173).

Bei diesen bekannten periodischen Magnet-Fokussierstrukturen war die Magnetstruktur jedoch relativ kompliziert, weil eine Vielzahl von permanent magnetisieren Magneten erforderlich

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ist, die mit magnetisch permeablem Material getrennt sind, oder mit Abstandshaltern unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften. Die sich ergebende Struktur ist deshalb relativ kompliziert, sodass eine relativ grosse Anzahl von Teilen verwendet werden muss, die um das Röhrengefäss herum montiert

werden müssen, um eine zusammengesetzte periodische permanent Magnet-Strahlfokussierstruktur zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung soll eine verbesserte Strahlröhre mit periodischer·Magnet-Fokussierung verfügbar gemacht werden.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung besteht die periodische Magnet-Fokussierstruktur aus einem allgemein homogenen, permanent magnetisierbarem Werkstoff, der in einem Muster von periodischen permanenten Polen alternierender Polarität, gesehen in Richtung des Strahlweges, magnetisiert ist, sodass eine relativ komplizierte periodische Permanent-Pol-Geometrie mit einer ausserordentlich einfachen Magnetstruktur erhalten wird.

Gemäss einer speziellen Ausbildung der Erfindung weist eine Mikrowellen-Strahlröhre eine Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur auf, die auf einer Hauptfläche einer dielektrischen Platte gebildet ist, die dem Elektronenstrahl zuweist, und ein permanent magnetisiertes Plattenpaar aus im allgemeinen homogenem Magnet-Werkstoff bildet die Strahl-Fokussierstruktur, die ausserhalb des Vakuumgefässes der Röhre angeordnet ist und zwar angrenzend an die Aussenwand der dielektrischen Platte, um dafür zu sorgen, dass die Magnetfelder die dielektrische Platte und Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur durchdringen, um den Strahl innerhalb des Vakuumgefässes der Röhre zu fokussieren.

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Gemäss einer anderen Ausbildlang der Erfindung werden die Mikrowellen-Wechselwirkungstrüktur,. elektrostatische Strahlτ kanten^Fokussierelektroden, elektrische Anschlüsse, Strahlτ formungselektroden und ein Strahlkollektor auf einer gemeinsamen Seite einer dielektrischen Platte gebildet, beispielsweise gedruckt, die dem flachen Elektronenstrahl zuweist. Zwei Plätten aus homogenem, permanent magnetisierbarem Material sind über der dielektrischen Platte ausserhalb des Vakuumgefässes angeordnet. Die Magnetstruktur ist permanent in einem Muster aus periodischen Permanent-Polen alternierender Polarität magnetisiert, gesehen in Richtung des Strahlweges, sodass eine ausserordentlich einfache Röhrenstruktur erhalten wird.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den Enden der beiden gedruckten Mikrowellen-Wechselwirkungsstrukturen, die auf der gleichen Seite einer dielektrischen Platte sitzen, eine Glühkathode angeordnet, um Elektronenstrahlen in entgegengesetzten Richtungen über die gedruckten Leitungen zu schicken, um zwei Mikrowellenröhren innerhalb eines gemeinsamen Gefässes zu schaffen.

Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden innerhalb eines einzelnen Gefässes dadurch viele Mikrowellenröhren geschaffen, dass alle einzelnen Wechselwirkungskreise nebeneinander auf eine gemeinsame dielektrische Platte gedruckt werden, und ein Elektronenstrom über die gedruckten Schaltungen geschickt wird, um eine Anzahl von Mikrowellenröhren innerhalb eines gemeinsamen Gefässes zu erhalten.

Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die permanent magnetisierte, homogene Platte aus Magnet-Werkstoff flexibel, sodass, nachdem ein Polmuster in die Platte geladen worden ist, diese verformt wird, beispielsweise in einen Zylinder, um sich

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der Kontur des Umfanges des Strahls anzupassen, der fokussiert werden soll.

Weitere Mgrkmale und Vorteile der Erfindung ergeben wir aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene, schematische, perspektivische

Ansicht einer Mikrowellenröhre mit Mgrkmalen der Erfindung ;

Fig. 1A einen Schnitt durch eine spezielle Ausführungsform einer Kantendichtung für den in Fig. 1 mit der Linie 1A-1A umschlossenen Teil;

Fig. 2A perspektivisch schematisch eine periodische Magnetpol-Fokussierstruktur zur Verwendung in einer Röhre nach Fig. 1;

Fig. 2B perspektivisch die axiale Magnetfeldstärke der Struktur nach Fig. 2A;

Fig. 3A eine Fig.2 entsprechende Darstellung einer abweichenden Ausführungsform der Magnet-Fokussierstruktur für eine Röhre nach Fig. 1;

Fig. 3B perspektivisch die Intensität des magnetischen Querfeldes der Struktur nach.Fig. 3A;

Fig. 4 schematisch einen Schnitt durch einen Flach-Elektronenstrahl zur Veranschaulichung der defokussierenden Raumladungskräfte ;

Fig. 5 grafisch querliegende und laterale elektrische Defokussierfeldkräfte in Abhängigkeit von der Ausdehnung des Elektronen-

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Strahls nach Fig. 4;

Fig. 6 den Strahlkantenteil der Röhrenkonstruktion nach Fig. 1 mit Veranschaulichung der elektrostatischen Fokussierelektrodenstruktur für die Strahlkante und das elektrische Kanten-Fokussierfeld;

Fig. 7 die Abhängigkeit des Kollektorstroms in mA von der Spannung an der elektrostatischen Strahlkanten-Fokussierelektrode;

Fig. 8 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Röhre nach der Erfindung; und

Fig. 9 schematisch eine Aufsicht auf die Kombination einer gedruckten Oszillator-und Verstärker-Schaltung für eine erfindungsgemässe Röhre.

In Fig. 1 ist eine Mikrowellen-Strahlröhre 11 mit gedruckter Schaltung und Merkmalen der Erfindung dargestellt. Die Röhre 11 weist zwei keramische Platten 12 und 13, beispielsweise aus Tonerde-oder Beryllerde-Keramik auf, die gasdicht im Abstand von einander zusammenmontiert sind, mit Hilfe einer gasdichten Abstandsstruktur wie einem Abstandsring 14 aus Metall oder Keramik. Bei einer anderen Ausführungsform gemäss Fig. 1A sind die keramischenPlatten 12 und 13 jeweils am Umfang dicht an metallische Dichtrahmen 15 und 16 angesetzt, beispielsweise gelötet, die ihrerseits bei 20 dicht zusammengesetzt sind, etwa durch Heliarc-Schweissung.DLe Rahmen 15 und 16 ersetzen den Abstandshalter 14 und dienen dazu, das Vakuumgefäss der Röhre dicht abzuschliessen.

Ein Glühkathodenemitter17 ist auf eine der Keramikplatten 12 und montiert, beispielsweise die untere Platte 12, indem die Heizx

leitungen der Glühkathode 17 an metallisierte Leitungen 10 auf der Innenseite der unteren Keramikplatte 12 angelötet sind. Die Glühkathodeneinheit 17 ist vorzugsweise an einem Ende der Kerainik-

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röhre 11 im Zwischenraum zwischen den im Abstand von einander befindlichen Keramikplatten 12 bzw. 13 angeordnet.

Eine Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur 18, beispielsweise eine Mäanderleitung, eine Interdigitalleitung, eine doppelte Mäanderleitung, oder eine Reihe von verteilten Wechselwirkungs-Klystronhohlräumen oder dergleichen ist auf jeder der einander gegenüberstehenden Flächen der Keramikplatten 12 bzw. 13 geformt, und eine Strahlkollektorelektrodenplatte 19 ist in ähnlicher Weise sowohl

auf der unteren als auch der oberen Keramikplatte 12 bzw. 13 geformt.

Zwei elektrostatische Strahlkanten-Fokussierelektroden 21 sind jeweils auf jeder Seite der Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktur 18 auf den einander gegenüberliegenden Innenflächen der Keramikplatten 12 bzw. 13 angeordnet.

Zwei Elektronenkanonen-Strahlformungselektroden 22 sind auf den einander gegenüberliegenden Flächen der oberen und unteren dielektrischen Platten 12 bzw. 13 zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Mikrowellenkreises 18 und dem Glühkathodenemiteer 17 gebildet. Die Fokussierelektroden 22 sind in Richtung quer zum Strahl übereinstimmend angeordnet, um anfänglich den Elektronenstrahl quer in den Bereich zwischen den gedruckten Verzögerungsr leitungen zu fokussieren.

Elektrische Anschlüsse sind an jede der verschiedenen Elektrodenstrukturen innerhalb des Gefässes durch elektrisch leitende Stifte hergestellt, die durch die Keramikplatten 12 bzw. 13 hindurchführen und mit den zugehörigen Elektroden durch metallisierte Kissen und metallisierte Löcher verbunden sind, die mit den Stiften verbunden sind. Die dielektrischen Platten und Abstandshalter 12, 13 und 14 sind alle gasdicht mit einander Verbunden, um ein gasdichtes Gefäss für die Röhre 11 zu bilden. Das Gefäss wird über ein übliches, nicht dargestelltes Saugröhrchen auf einen' geeigneten niederen Druck, beispielsweise 10 ^Torr, evakuiert.

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Zwei folienförmige Magnete 23 und 24 sind ausserhalb des Vakuumgefässes in Anlage an den Aussenflächen der unteren bzw. oberen dielektrischen Keramikplatte 12 bzw. 13 angeordnet. Die folien- oder plattenförmigen Magnete 23 und 24 bestehen aus einem im allgemeinen homogenen, permanent magnetisierbarem Magnetwerkstoff, beispielsweise einem ferromagnetische!! Werkstoff, oder permanent magnetisierbaren Partikeln, die in einen geeigneten Binder eingebettet sind, beispielsweise Siliziumgummi. Geeignete Magnetwerkstoffe sind BaFe-j2 ^ig» vorzugsweise orientiert, und Bariumferrit, das in Siliziumgummi eingebettet ist. Solche Werkstoffe haben vorzugsweise eine hohe Koerzitivkraft von = 2000 Oe

Die folienförmigen Magnete 23 und 24 werden permanent nach einem Muster magnetisiert, das allgemein hinsichtlich Magnet 24 angedeutet ist, und zwar hat dieses Muster eine Anzahl von seitlich gerichteten Magnetpolen alternierender Polarität, gesehen in Richtung längs des Strahlwegee, wie das schematisch in Fig. 2 und angedeutet ist. Das Permanentmagnetmuster wird leicht in den plattenförmigen Magnet 24 dadurch geladen, dass die Magnetplatte über eine geeignete Magnetisierhalterung gebracht wird, die aus einem allgemein kaminförm4gen, magnetisch permeablem Werkstoff besteht, beispielsweise Weicheisen. Die Zähne des Kammes haben Fahnenform, allgemein entsprechend der Form der seitlich gerichteten Pole, die in die Magnetplatte 24 geladen werden müssen. Erregungswicklungen sind um die Wurzeln der einzelnen fahnenförmigen Zähne der·kammförmigen Ladehalterung gewickelt, wobei die Stromrichtung durch benachbarte Spulen umgekehrt ist, sodass bei Erregung mit Strom Pole alternierender Polarität in Richtung längs des Rückens der kammförraigeri Ladehalterung gebildet werden.

Die Magnetplatte 24 die geladen werden soll, kann zwischen einander gegenüberliegende Zähne von zwei solcher kammförmiger Ladehalterungen gebracht werden, wobei die in Querrichtung ausgefluchteten, einander gegenüberstehenden Zähne der Kämme entgegengesetzte magnetische Polarität haben, sodass die Magnetplatte 24

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gleichförmig durch die Platte durch mit Polen alternierender Polarität geladen wird. Stattdessen kann die Platte 24 über einen einzigen Ladekamm gebracht und geladen werden. In diesem Falle wird die Magnetplatte 24 permanent so magnetisiert, dass quergerichtete Pole gegenüber den Enden jeder der fahnenförmigen Zähne der Ladehalterung und Längspolarisation in den Aussenbereichen der Streufelder zwischen benachbarten Polen gebildet werden. Ein Vorteil der Herstellung der Magnetstruktur 23 und 24 durch Ladung des gewünschten Polmusters besteht darin, dass, sobald eine Ladehalterung hergestellt worden ist, die gewünschte Magnetstruktur genau vervielfältigt werden kann, ohne dass einzelne Magnete und Abstandshalter montiert und hergestellt werden müssen. Auch die Intensität und Periode der periodischen Magnetstruktur kann leicht über die Länge der Magnetstruktur dadurch geändert werden, dass die Amperwindungen um die einzelnen fahnenförmigen Zähne der Ladehalterung geändert werden und der Abstand zwischen benachbarten Zähnen der Ladehalterung geändert wird.

Die permanent magnetisierten Plattenmagnete 23 und 24 mit den jeweiligen Palmustern werden auf gegenüberliegenden Seiten der Keramikplatten 12 und 13 so angeordnet, dass ihre Magnetpole in Querrichtung übereinstimmen. Bei einer Ausführungsform einer magnetischen Fokussierung gemäss Fig. 2 haben einander gegenüberstehende Pole der einander gegenüberliegenden Platten 23 und 24 die gleiche magnetische Polarität, um eine periodische Magnetfokussierung des plattenförmigen Strahls gemäss US-Patentschrift 3 102 211 zu erreichen. Stattdessen können die Polmuster in den einander gegenüberstehenden Magnetplatten 23 und 24 so angeordnet werden, dass Magnetpole entgegengesetzter Polarität in Querrichtung registrieren, wie das in Fig. 3 veranschaulicht ist. Diese magnetische Ablenkungsfokussierung ist in der US-Patentschrift 3 013 173 beschrieben.

In einem typischen Ausführungsbeispiel einer Dauerstrich-Mikrowellen-Verstärkerröhre 11 für das L-Band von 20 W Leistung hat die Ver-

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zögerungsleitung 18 eine seitliche Breite von etwa 20,4 mm (0,80") und eine axiale Länge von etwa 140 mm (5,5")· Der Elektronenstrahl hat eine seitliche Breite von etwa 17,8 mm (0,700") und eine Dicke von etwa 1,4 mm (0,055"). Verzögerungsleitungen 18 werden als gedruckte Schaltungen auf den Haupt-Innenseiten der einander gegenüberliegenden Keramikplatten 12 und 13 gebildet; jede Platte hat eine Stärke von etwa 2,54 mm (0,100") und einen Abstand von der gegenüberliegenden Platte von etv/a 3,05 mm (0,120"). Die elektrostatischen Strahlfokussierelektroden 21 haben einen Abstand von etwa 1,52 mm (0,060!') von der benachbarten Kante der Verzögerungsleitung 18, und jede Elektrode 21 hat eine Seitenbreite von etwa 1,27 mm (0,050"). Die plattenförmigen Magnete 23 und 24 haben jeder eine seitliche Breite von etwa 25,4 mm (1,00") und eine Dicke von etwa 2,54 mm (0,100") und erstrecken sich im wesentlichen über die ganze axiale Länge der Röhre. In diesem Falle hatte die Magnetstruktur eine Periode von 12,7 mm (0,5") von einem Nordpol zum folgenden Nordpol, in Richtung des Strahlweges. Das periodische Strahlfokussierfeld hatte einen Spitzenwert der Longitudinalkomponente der Magnetfeldstärke in der Mittelebene des Strahls von 200 G.

In dem Fall, dass die plattenförmigen Magnete 23 und 24 ganz durchmagnetisiert sind, sodass das Material zwischen benachbarten Polen nicht permanent magnetisiert ist, wird vorzugsweise ein nicht dargestelltes magnetisch permeables Element, beispielsweise eine Weicheisenplatte, über der äusseren Hauptfläche der plattenförmigen Magnete 23 und 24 angeordnet, um als magnetischer Rückflussweg hoher magnetischer Permeabilität zu dienen.

Der Effekt der elektrostatischen Strahlkanten-Fokussierelektroden 21 ist in Fig. 4-6 veranschaulicht. In Fig. 4 ist der flache Elektronenstrahl bei 27 dargestellt, mit elektrostatischen Raumladungs-Defokussierkräften, die durch Pfeile angedeutet sind, die vom Strahl 27 wegstrahlen. Aus der Richtung der Pfeile ist

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-Ή -

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erkennbar, dass die Defokussierkräfte in den Seitenmitten des Strahls 27 im wesentlichen quer verlaufen, jedoch nahe den Strahlkanten die Defokussierkräfte im wesentlichen seitlich werden.

In Fig. 5 ist die relative Amtitude der quer und seitlich gerichteten elektrischen Raumladungs-Defokussierfeider dargestellt. Aus der Kurve ist erkennbar, dass das elektrische Quer-Defokussierfeld abfällt, wenn das seitliche Defokussierfeld ansteigt.

In Fig. 6 sind die elektrischen Fokussier-Feldlinien dargestellt, die durch die elektrostatischen Strahlkanten-Fokussierelektroden 21 erzeugt werden. Der Strahl 27 hat eine gewisse .Strahlspannung, beispielsweise + 900 V gegenüber Kathode. Typischerweise ist die Strahlspannung auf Erdpotential, auf dem sich auch die Verzögerungsleitung 18 befindet, und die Kathode 17 arbeitet auf negativem Potential. Der Unterschied zwischen dem Verzögerungsleitungspotential und dem Kathodenpotential entspricht der Strahlspannung.

Die Strahlkanten-Fokussierelektroden 21 werden auf einem Potential negativ gegen das Strahlpotential und das Potential der Leitung betrieben. Die elektrostatische Kraft auf die Elektronen wird durch Pfeile 28 angedeutet, und es ist erkennbar, dass diese Pfeile, in der Quermittelebene des Strahls an der Kante des Strahls eine maximaleAmplitude haben, die dazu neigt, die Elektronen in die Seitenmittelebene des Strahls 27 zurückzuzwingen.

Ss zeigt sich, dass das Potential an den Kantenfokussierelektroden 21 relativ zum Strahlpotential und dem Potential der Leitung 18 nicht kritisch ist. Das ist in Fig. 7 veranschaulicht, in der die Kollektorströme in mA in Abhängigkeit von der Spannung an den Kantenfokussierelektroden 21 dargestellt. Aus der Kurve ist erkennbar, dass, sobald einmal eine minimale Spannung zwischen der elektrostatischen Fokussierelektrode und der Strahlspannung und dem Kreispotential eingestellt worden ist, beispielsweise 50 V, eine weitere Erhöhung der Spannungsdifferenz sehr wenig Einfluss

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auf die Strahlüberträgung hat. Es ist auch erkennbar, dass ein relativ hoher Strahltransmissionswirkungsgrad erreicht wird, etwa 95 %.

In einem typischen Ausführungsbeispiel einer Wanderfeldröhre der in Fig. 1 gezeigten Art konnte eine Strahltransmission von 92 % erreicht werden. Mit voller HF-Aussteuerung und 50 % Kollektorabsenkung fiel die Strahltransmission nur auf 75 %· Die momentane Bandbreite der Röhre war grosser als 20 %_t zentriert auf eine L-Band-Frequenz von etwa 1,1 GHz, wobei 15 W Dauerstrich-Ausgangsleistung geliefert wurden. Mit diesen Ergebnissen im L-Band ist es durchaus erreichbar, etwa 2 kW Impulsleistung im Frequenzbereich von 3,1 - 3,5 GHz zu erreichen. Die Herstellungskosten der Röhre mit gedruckter Schaltung nach Fig. 1 liegen bei etwa ein Zehntel der Kosten einer üblichen Wanderfeldröhre, mit der das gleiche Ausgangs-Betriebsverhalten erreicht werden kann.

In Fig. 8 ist eine andere Ausfuhrungsform einer Mikrowellenröhre 30 nach der Erfindung dargestellt. Die in Fig. 8 dargestellte Röhre 30 ist im wesentlichen so aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellte, nur dass die Ausdehnung der keramischen Platten 12 und 13 in Längs- und Seitenrichtung so weit vergrössert ist, dass eine Vielzahl paralleler Mikrowellen-Wechselwirkungskreise 18 aufgenommen wird, die auf beiden einander gegenüberstehenden Seiten der Keramikplatten 12 bzw. 13 gebildet sind. Zusätzlich ist die Glühkathoden-Emittereinheit 17 in die Mitte der Röhre gebracht worden, und die Kollektorelektroden 19 sind an gegenüberliegenden Enden der Keramikplatten 12 und 13 angeordnet, sodass die Elektronenstrahlen von beiden Seiten des Glühkathoden-Emitters 17 zu den beiden gegenüberliegenden Enden der einzelnen Mikrowellen-Wechselwirkungskreise 18 zu den Kollektoren 19 an den gegenüberliegenden Enden der Röhre gerichtet werden. Auf diese Weise kann ein einzelner Kathoden-Emitter 17 dazu dienen, einen Elektronenstrahl für eine Vielzahl von einzelnen parallel geschalteten Röhren zu liefern.

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In einem speziellen Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 sind zehn Röhren parallel geschaltet. Die Mikrowellenschaltungen und die Anschlüsse für die einzelnen Röhren werden leicht durch gedruckte Schaltungen erhalten, sodass die Herstellungskosten für die zehn Röhren im wesentlichen genauso gross sind wie für eine einzige Röhre. Die HF-Ausgänge der einzelnen Leitungen 18 werden durch geeignete HF-Ausgangsanschlüsse 31 herausgeführt, die an den gegenüberliegenden Enden der zusammengesetzten Röhre 30 aufgereiht sind. Die einzelnen HF-Ausgänge können einzeln verwendet werden oder parallel geschaltet werden, um die mögliche Ausgangsleistung der Röhre 30 zu erhöhen. Die Glühkathode 17 kann beispielsweise aus einem direkt geheizten,thoriertem Wolframband bestehen.

Fig. 9 ist in Aufsiöht einer anderen Mikrowellenröhren-Ausführung 35 der Erfindung dargestellt. Bei der Röhre 35 nach Fig. 9 weist die Mikrowellenschaltung 18 zwei Leitungsteile auf, Leitungsteil 18 ist ein Vorwärtswellen-Verstärkerkreis, und Leitungsteil 18' ein Interdigital-Rückwärtswellen-Oszillator-Kreis. Der Ausgang des Rückwärtswellen-OszillatorriKreises 18 ' wird zum Eingang der Vorwärtswellen-Verzögerungsleitung über eine gedruckte Leitung 33 gebracht, die am strahlaufwärtigen Ende des Elektronenstrahls angeordnet ist. Der Strahl wird von einem Glühemitter 17 emittiert, sodass der flache Strahl beiden Verzögerungsleitungen 18 und 18' gemeinsam ist und mit einem gemeinsamen Kollektor 19 aufgefangen wird.

Bisher sind die Magnete 23 und 24 so beschrieben worden, wie sie verwendet werden, wenn ein flacher Strahl fokussiert werden soll, die Technik ist ,jedoch auch zur Fokussierung von vollen und hohlen zylinderischen Strahlen anwendbar. Im Falle eines vollen zylindrischen Strahls kann der Magnet aus einem Hohlzylinder bestehen,

der mit einem Muster von in axialem Abstand befindlichen, ringförmigen Polbereichen alternierender Magnet-Polarität geladen ist, gesehen in axialer Richtung längs des Strahlweges.

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Derhonkylindrische Magnet kann dadurch gebildet werden, dass das Muster in einen magnetischen Zylinder geladen wird, oder dass das Muster in eine Folie oder Platte aus flexiblem Magnetwerkstoff geladen wird, beispielsweise eine Folie oder Platte aus Siliziumgummi, in die eine homogene Suspension von permanent magnetisierbarer Magnetpartikeln eingebettet ist, und dann die magnetisierte Platte in einen Zylinder gebogen wird, um das Polmuster aus in axialem Abstand befindlichen, ringförmigen Polen alternierender Polarität zu bilden.

Im FaIlB eines hohlzylindrischen Strahls können zwei solche konzentrisch angeordneten zylindrischen Magnete verwendet werden, um den ringförmigen Strahl zu fokussieren, der koaxial zwischen den beiden zylindrischen permanent magnetisierten Magnetstrukturen hindurchtreten kann.

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Claims

V1 P354 D Patentansprüche

1. Periodisch magnetisch fokussierte Strahlröhre mit einem evakuierbaren Gefäss, einer Strahlerzeugungseinrichtung, einer Wechselwirkungseinrichtung längs des Strahlweges und einer periodischen magnetischen Fokussiereinrichtung längs des Strahlweges, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische magnetische Fokussiereinrichtung eine im allgemeinen homogene, permanent magnetisierbare Struktur aufweist, und dass diese magnetisierbare Struktur permanent in einem Muster aus periodischen permanenten Polen alternierender Polarität, gesehen in Richtung längs des Strahlweges, magnetisiert ist.

2. Röhre nach Anspruch 1, bei der die Strahlformeinrichtung einen flachen Strahl bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die homogene, permanent magnetisierbare Struktur ein im allgemeinen homogenes, permanent magnetisierbares Element aufweist, das auf einer Seite des flachen Strahls angeordnet ist.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode des Musters aus permanenten Magnetpolen sich in Richtung längs des Strahlweges ändert.

4. Röhre nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbare Struktur mit einer glatten Fläche dem Strahl zuweist.

5. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbare Struktur aus einer Platte aus im wesentlichen

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homogenem, permanent magnetisierbarem Material besteht, die eine öbene Fläche aufweist, die dem Strahl zuweist.

6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetplatte eine Platte aus Ferrit ist.

7. Röhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetplatte eine Platte aus permanent magne.tisierbaren Magnetpartikeln ist, die in einen Binder eingebettet sind.

8. Röhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder flexibel ist, sodass die Platte flexibel ist.

9. Röhre nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dielektrische Platte mit einer Hauptseite einer Hauptseite des flachen Strahls zuweisend angeordnet ist, und dass die Platte aus im wesentlichen homogenem permanent magnetisierbarem Werkstoff über dieser dielektrischen Platte angeordnet ist und eine Hauptfläche des magnetischen Elementes so angeordnet ist, dass sie einer Hauptfläche der dielektrischen Platte zuweist.

10. Röhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die permanent magnetisierbar Struktur zwei magnetisierbare Platten aufweist, die auf beiden Seiten des flachen Strahls so angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Hauptflächen einer entsprechenden Hauptfläche des flachen Strahls zuweisen.

11. Röhre nach einem der Ansprüche 1 - 10, bei der der Strahl ein Elektronenstrahl ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerzeugungseinrichtung einen Glühkathodenemitter aufweist, der am strahlaufwärtigen Ende des Strahlweges angeordnet ist und stromführende Zuleitungen vorgesehen sind, mit denen Heizstrom an den Glühkathodenemitter geführt wird.

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12. Röhre nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkungseinrichtung eine Mikrowellen-Wechselwirkungseinrichtung ist, die auf der Hauptfläche der dielektrischen Platte gebildet ist, die zur entsprechenden Hauptfläche des flachen Strahls weist.

13· Röhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrostatische Kantenfokussier-Elektrodeneinrichtung angrenzend an die Kantenbereiche der Wechselwirkungsstruktur elektrisch gegen diese isoliert angeordnet ist und sich längs der beiden Kanten des flachen Elektronenstrahls erstreckt.

14. Röhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenfokussier-Elektrodeneinrichtung auf der Hauptfläche der dielektrischen Platte angeordnet ist, die zur Hauptfläche des Strahls weist.

15. Röhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsleitung, die Kantenfokussier-Elektrodeneinrichtung und die Heizerzuleitung direkt auf der Hauptfläche der dielektrischen Platte geformt sind und im wesentlichen vollständig auf dieser liegen, die zum flachen Elektronenstrahl weist.

16. Röhre nach den Ansprüchen 5 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlkollektor-Elektrodeneinrichtung auf der ebenen Hauptfläche der dielektrischen Platte am Abschlussende des Strahlweges angeordnet ist und im wesentlichen ' vollständig darauf liegt.

17. Röhre nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlfokussier-Elektrodenstruktur auf der ebenen Haupt-

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fläche der dielektrischen Platte am strahlaufwärtigen Ende des Strahlweges zwischen dem Kathodenemitter und der Verzögerungsleitung angeordnet ist und im wesentlichen vollständig darauf liegt.

18. Röhre nach einem der Ansprüche 12 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkungseinrichtung eine Vielzahl von länglichen Mikrowellen-Wechselwirkungsstruktureinrichtungen aufweist, die auf der Hauptfläche der dielektrischen Platte Seite an Seite angeordnet sind und im wesentlichen vollständig auf dieser liegen.

19. Röhre nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkungsstruktur zwei längliche Mikrowellen-Viechselwirkungsstruktureinrichtungen aufweist, die auf der Hauptfläche der dielektrischen Platte Ende an Ende liegen.

20. Röhre nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerzeugungseinrichtung einen Glühkathodenemitter aufweist, der zwischen den benachbarten Enden von zwei Wechselwirkungseinrichtungen angeordnet ist, um zwei Elektronensträien in entgegengesetzter Richtung längs des Wechselwirkungseinrichtungspaares zu projizieren.

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