DE2828873A1

DE2828873A1 - Mikrowellenroehre

Info

Publication number: DE2828873A1
Application number: DE19782828873
Authority: DE
Inventors: John Moses Osepchuk
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-25
Also published as: GB2000633B; JPS6211449B2; DE2828873C2; JPS5414151A; GB2000633A; CA1120589A

Description

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München, den 26. Juni 1978 /J Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 213

Raytheon Company, 1^1 Spring Street, Lexington, MA 02173» Vereinigte Staaten von Amerika

Mikrowellenröhre

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenröhre, welche in einem evakuierten Gehäuse eine auf Frequenzen ansprechende Struktur und ferner eine geheizte Kathode aufweist.

Es sind für Magnete von Mikrowellenröhren bereits Substanzen der seltenen Erden wie Samariumkobalt oder Cerkobalt verwendet worden, worüber die US-Patentschrift 3 781 592 Auskunft gibt. Derartige Magnetanordnungen sind jedoch im allgemeinen ausreichend weit von Wärmequellen in der Mikrowellenröhre angeordnet worden, so daß sie eine relativ niedrige Temperatur haben, die 125 C nicht übersteigt. Das hat für die Polstücke ein zusätzliches Materialgewicht zur Folge, und es wurde im allgemeinen eine zusätzliche Menge an Permanentmagnetmaterial benötigt. Wenn als Permanentmagnetmaterial Substanzen aus der Gruppe der seltenen Erden während längerer Zeit in Luft auch bei Temperaturen unter 125 C verwendet wurden, dann veränderten sich die magneti-

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sehen Eigenschaften der Magnete aus den Substanzen der seltenen Erden, wodurch die Energieerzeugung abnahm und sich die Betriebs eigenschaften beispielsweise der damit versehenen Mikrowellenröhre änderten.

Mit der Erfindung ist erkannt worden, daß Magnete aus Substan- · zen der seltenen Erden auch bei wesentlich höheren Temperaturen in einer schützenden Umgebung wie etwa Vakuum oder inertem Gas während längerer Betriebszeiten eingesetzt werden können, ohne daß die magnetischen Eigenschaften sich dauernd verändern. Versuche haben ergeben, daß während längerer Anwendungszeiten Temperaturen über 25O C auftreten können, ohne daß das Magnetmaterial eine ins Gewicht fallende dauernde Veränderung durchmacht.

Gemäß der Erfindung werden verschiedene Anwendungefälle von Permanentmagneten aus Substanzen der seltenen Erden in Mikrowellenröhren möglich, indem das Magnetmaterial unmittelbar in dem gewünschten Bereich eingesetzt wird ohne zusätzliche Polstücke für eine Feldkonzentration und/oder ohne magnetische Ruckschlußpfade.[ Diese Vorteile lassen sich aufgrund des hohen Energieproduktes des Magnetmaterials aus Substanzen der seltenen Erden und aufgrund der Tatsache nützen, daß das Energieprodukt durch Hochfrequenzfelder in Vorrichtungen wie Magnetrons, Amplitrons oder Wanderwellenröhren, welche geheizte Kathoden verwenden und ein magnetisches Querfeld von einigen Tausend Gauß enthalten, das durch das Permanentmagnetsystem aus Substanzen der seltenen Erden aufgebaut wird, nicht dauerhaft verändert werden kann.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat eine Wanderwellenröhre der O-Type einen Strahl, der einen Einwirkungspfad entlang gerichtet ist, welcher z. B. durch eine Langsamwellenstruktur wie eine Wendel gebildet ist, während Permanentmagnete in Zonen außerhalb der Wendel angebracht sind, um eine magnetische Vorspannung für Ferritmaterial zuzuführen, die so orientiert ist, daß in Signalen, die auf der Wendel in derselben Richtung lau-

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fen wie der Elektronenstrahl minimale Emfikirissverluste und den Signalen, die auf der Wendel entgegen dem Strahl laufen, wesentlich größere Einfligtngpverluste anhaften, um das Schwingen der Röhre aufgrund von Reflexionen wegen der Impedanzfehlanpassungen am Ausgang und/oder am Eingang der Wendel zu verhindern, wenn diese als Verstärker benutzt wird. Es ist möglich, die Magnete aus Substanzen der seltenen Erden in unmittelbare Nähe der langsamen Wellenstruktur zu bringen, die durch das Auftreffen von Streuelektronen aus dem Strahl aufgeheizt wird, ohne daß die Temperatur des Magnetmaterials Werte von etwa 250 C übersteigt.

Es wird im Rahmen der Erfindung außerdem dargelegt, daß das Magnetmaterial durch thermische Leitung durch den Trägeraufbau zu einem Aufbau auf der Außenseite der Röhre hin gekühlt werden kann, so daß die Wärmeenergie, die dem Magnetmaterial aus Substanzen der seltenen Erden von heißen Teilen der Röhre wie etwa der Kathode oder der Anode aufgestrahlt wird, in einem Maße abgeleitet wird, daß das Magnetmaterial einen Gleichgewichtstemperaturwert annimmt, der unter dem Temperaturwert liegt, bei welchem das Material seine nützlichen Eigenschaften über längere Dauer verliert.

Im Rahmen der Erfindung wird ferner dargelegt, daß das Permanentmagnetmaterial von einer dünnen Schicht leitfähigen, thermische Strahlung stark reflektierenden Materials wie Kupfer umschlossen sein kann, die zusätzlich Wärme vom Magnetmaterial fernhält, wobei eine derartige leitfähige Schicht keine hinreichende Stärke besitzt, um die Wand zwischen einem evakuierten Bereich und dem Bereich unter Atmosphärendruck zu bilden, jedoch hinreichend dick ist, um Wärmeenergie, die durch Auftreffen von Streuelektronen oder durch thermische Strahlung hervorgerufen wird, aus dem Bereich fortzuleiten.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung in Verbindung mit Ausführungsbexspxelen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen axialen Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Figur 2 durch ein die Erfindung aufweisendes Magnetron;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Figur 1;

Fig. 3 ein Diagramm, das charakteristische Größen

einiger Permanentmagnete zeigt einschließlich solcher aus Substanzen der seltenen Erden, die bei der Erfindung eingesetzt werden;

Fig. k einen Längsschnitt durch einen Wanderwellenverstärker gemäß Linie k-k in Figur 5 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 einen in die Ebene 5-5 gemäß Figur k gelegten Querschnitt."

Es werden zunächst die Figuren 1 und 2 betrachtet, welche ein Magnetron 10 zeigen mit einem Anodenzylinder 12, der z. B. aus einem Material hoher Permeabilität wie Stahl hergestellt und mit Kupfer beschichtet ist. Vom Zylinder 12 verlaufen zahlreiche Anodenelemente lk radial einwärts zur Mittelöffnung hin, in der die Kathode 18 angeordnet ist, welche eine direkt beheizte Kathode mit carbonisiertem Wolframfaden 20 ist, der als Wendel ausgebildet und mit seinem oberen Ende an einem zentralen Haltestab 22 befestigt ist.

Das untere Ende des Fadens 20 ist an einem leitenden Trägerzylinder 2k befestigt, der den Haltestab 22 koaxial umgibt und gegenüber diesem durch einen Keramikzylinderabschnitt 26 und abdichtende Abschlußringe 28 und 78 abgestützt ist. Kathodenendabschirmungen an deren oberen bzw» unteren Ende 30 bzw. 32 sind mit dem oberen Ende des Haltestabes 22 bzw. dem oberen Ende des Tragzylinders 2k verbunden.

Gemäß der Erfindung sind Permanentmagnetelemente Jk und j6 als oberer bzw. unterer Ring aus einem Permanentmagnetmaterial der

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seltenen Erden wie SmCo_ koaxial zur Kathode l8 und

oberhalb bzw. unterhalb der Endabschirmungen 30 und 32 angebracht.

Wie das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, sind die Permanentmagnetelemente Jk und 36, die vorzugsweise beide in derselben Richtung axial zur Kathode l8 gepolt sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, praktisch koaxial zur Kathode l8 angebracht und erstrecken sich in radialer Richtung von einem Punkt innerhalb des Durchmessers des Kathodenfadens 20 bis zu einem Punkt außerhalb des Durchmessers der Öffnung l6.

Gemäß der Erfindung werden die Magnete Jk und 36 so nahe wie möglich an den Wirkungsbereich zwischen den inneren Enden der Anodenelemente Ik und dem Kathodenfaden 20 herangebracht, um die Menge an magnetischem Material, die zum Hervorbringen der gewünschten magnetischen Induktion erforderlich ist, so klein wie möglich zu halten.

Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß Magnete aus Substanzen der seltenen Erden in einer inerten Umgebung wie etwa Vakuum, hohen Temperaturen standhalten können und dabei stabile magnetische Eigenschaften behalten. So sind beispielsweise Temperaturen im Bereich zwischen I50 C und 250 C während des Dauerbetriebs und höhere Temperaturen bis zu 500° C während kürzerer Zeitspannen von Stunden bis zu Tagen zulässig. Das in der Zeichnung gezeigte Magnetron läßt sich z. B. für einen Mikrowellenherd einsetzen und arbeitet dabei mit einer Spannung zwischen dem Kathodenfaden 20 und den Anodenelementen lk von etwa 4000 Volt. Bei einem mittleren Stromwert von etwa 300 mA stellt sich eine Erwärmung der Kanten der Anodenelemente lk von mehreren hundert Grad ein. Außerdem wird der Kathodenfaden 20 vorzugsweise auf Temperaturen aufgeheizt, die im Bereich zwischen l400° C bis I700 C liegen. Die Wärme von den Kanten der Anodenelementen IA₁ die keine nützliche Funktion hat, wird von diesen Kanten der Rippen Ik dem Anodenzylinder 12 zugeleitet, wo sie z. B. durch nicht dargestellte Kühlrippen, die auf die Außenseite des Zylin-

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ders 12 aufgesetzt sein können, abgegeben wird. Die Wärmestrahlung von den inneren Enden der Anodenelemente l4 und die Wärmestrahlung vom Kathodenfaden 20 jedoch, die von den glänzenden Kupferflächen der Anodenelemente Ik und des Zylinders 12 reflektiert werden kann, kann in Richtung auf die Magnete 34 und 36 gestrahlt werden. Zusätzlich können sich auch noch Streuelektro-

Wechselwiijkungsraum _r ■

nen, welche aus dem Aktions-/ der Öffnung Io zwischen den Endabschirmungen 30 und 32 entweichen können, in Richtung auf die Magnete 34 und 36 bewegen« Es wird deshalb die thermische Energie, die durch die Magnete Jk und 36 aufgenommen wird, vorzugsweise abgeleitet, damit diese Magnete im Betrieb nicht auf Temperatur
liegen.

peraturen kommen, die höher als beispielsweise I50 C bis 250 C

Die Magnete 3^ und 36 sind deshalb von ringförmigen Wannen kk und 46 aus einem Material mit hoher Wärmereflexionsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer umschlossen, um auf diese Weise die thermische Energie, die in Richtung auf die Magnete Jk und 36 gestrahlt wird, abzuleiten und auch die Streuelektronen aus dem Aktionsraum aufzufangen, so daß diese die Wannen kk oder 46 und nicht die Oberflächen der Magnete 34 und 36 treffen. Die Wannen kk und 46 sind an einer oberen bzw. an einer unteren Abschlußplatte 4θ bzw. 42 befestigt, die aus Stahl oder einem anderen Material von hoher Permeabilität und guter Leitfähigkeit bestehen und die mit dem oberen bzw. unteren Ende des Zylinders 12 verbunden sind. Die Wannen 44 und 46 sind hinreichend steif, daß sie die Magnete 34 und 36 dicht gegen die Abschlußplatten 40 bzw. 42 ziehen, und sind mit Öffnungen 33 versehen, durch die während dee Evakuierens und des Ausbackens des Magnetrons Gase aus den Magneten 34 und 36 entweichen können.

Da der Zylinder 12 und die Abdeckplatten 40 und 42 aus einem Material hoher Permeabilität bestehen, stellen sie einen magnetischen Rückleitpfad mit niedrigem magnetischem Widerstand dar, so daß der überwiegende Teil des durch die Magnete 34 und 36 be-

Wechselwirkungsraum wirkten Magnetflusses, der durch den .Aktions-/ der Elektronen

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ACL

zwischen den Kanten der Anodenelemente tk und der Kathode l8 hindurch geht, durch die Abdeckplatten kO und k2 und den Anodenzylinder 12 zurückfließt. Daraus ergibt sich, daß im Aktionsraum eine Induktion von beispielsweise 1500 bis 2000 Gauß bereits mit relativ kleinen Permanentmagneten aus Substanzen der seltenen Erden erreicht wird, die, da sie innerhalb des magnetischen Rückschlußkreises angeordnet sind, außerhalb des Magnetrons äußerst schwache magnetische Streufelder erzeugen. Die Abdeckwannen kk und k6 sind mit den Deckplatten 40 und k2 vorzugsweise durch Punktschweißung mit Abstand von den Magneten 3^ befestigt, z.B. an Punkten 48 und 40, damit eine Überhitzung der Magneten ^k und 36 vermieden wird. Es versteht sich, daß Größe, Form und räumliche Gestaltung der Magnete 3^ und 36 so abgestimmt wer-

Wechselwirkungsden, daß die gewünschte Intensität des Magnetfeldes im Aktions'-raum hervorgerufen wird, und daß das Magnetfeld sich im Bereich der Endabschirmungen verjüngen kann, damit es mit axial von der Kathode wegstrebenden Streuelektronen zusammenwirkt.

Die Figur 3 zeigt ein Diagramm des zweiten Quadranten des Hysteresisfeldes verschiedener magnetischer Substanzen, in welchem die magnetische Feldstärke H in Oersted und die Induktion B in Gauß angegeben sind. Die Kurve 50 gilt für eine Verbindung einer Substanz der seltenen Erden mit Kobalt, z. B. SmCo , wobei der Magnet vorzugsweise aus einem SmCo -Granulat hergestellt ist, dessen überwiegende Korngröße kleiner ist als diejenige, die zwei Domänen trägt, so daß sie nachfolgend als Einzeldomänenkörner aus SmCoj. bezeichnet sind. Derartige Körner sind vorzugsweise durch Werkstoffe miteinander verbunden, die Samariumoxid oder andere Samariumkobaltverbindungen enthalten, die ein Anwachsen der Körner verhindern. Eine weitere Beschreibung dieser Materialien findet sich in der US-Patentanmeldung 4l6 7OO vom November 1973· In der Figur 3 zeigt die Kurve 50, daß für den mit 52 bezeichneten Punkt auf der Kurve bei einer Induktion von etwa I75OO Gauß eine Koerzitivkraft von etwa 18OO Oersted auftritt. In vergleichbarer Weise kann der Kurve 50 das Wertepaar für eine Induktion von I8OO Gauß entnommen werden, dem etwa

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75OO Oersted zuzuordnen sind. Da der hauptsächliche magnetische Widerstand im Aktionsraum zwischen den Magneten liegt, kann ein Spalt in der Größenordnung des Fünffachen des gesamten axialen Abstandes durch die Magnete Jk und 35 vorhanden sein. Es sei bemerkt, daß ein derartiges magnetisches Material tatsächlich ohne einen magnetischen Rückschlußpfad verwendet werden kann, wenn nur eine größere Gewichtsmenge des magnetischen Materials eingesetzt wird. Da jedoch das Gehäuse 12 und die Magnettragplatten kO und 42 vorzugsweise aus Werkstoffen bestehen, die einen großen Verhältniswert von Festigkeit zu Gewicht aufweisen, wie Stahl, dessen innere Fläche vorzugsweise mit einem Werkstoff von hoher Leitfähigkeit wie etwa Kupfer in einer Schichtdicke von beispielsweise 0,025 "im plattiert ist, ist es wirtschaftlich vorteilhaft, diese Bauteile als magnetischen Rückschlußpfad zu verwenden. Die wesentliche Verbesserung durch Magnete aus Substanzen der seltenen Erden gegenüber Permanentmagneten aus Alnico 5» Alnico 8, Ferrit und Platinkobalt lassen sich aus den Kurven 5^, 56, 58 und 60 der Figur 3 ersejhen. Bei einem Induktionswert von 18OO Gauß besitzt Alnico 5» das mit der Kurve 5^ dargestellt ist, eine Koerzitivkraft von weniger als 5OO Oersted, so daß die gesamte Magnetlänge das Vier- bis Fünffache des Luftspaltabstandes betragen muß, wodurch die gesamte Weglänge der Alnicomagnete erheblich größer wird und mit einer ganz beträchtlichen Gewichtszunahme zu rechnen ist. Auch Ferrit, Alnico 8 und Platinkobalt erfordern größere Magnete, wobei von diesem Substanzen Platinkobalt die beste ist, die jedoch äußerst teuer und deshalb wirtschaftlich nicht anwendbar ist.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß SmCo_ hier als Beispiel aufgeführt ist und daß andere Kobaltverbindungen mit Substanzen der seltenen Erden wie etwa Cerkobalt ebenfalls als Magnetmaterial verwendet werden können. Dadurch, daß das Material der Magnete Jk und 36 mit den Substanzen der seltenen Erden unter 250 C gehalten wird, kann die Röhre tausende von Stunden betrieben werden, ohne daß die Charakteristik der Magnete Jk

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und 36 sich derart verändert, daß die Eigenschaften des Magnetrons dadurch wesentlich beeinflußt werden. Nach dem Zusammenbau der Röhre kann diese außerdem sogar auf 400 bis 450 C oder sogar auf 5OO C während des Evakuierens und Ausbackens der Innenteile der Röhre erhitzt werden.

Im Betrieb wird die vom Magnetron erzeugte Mikrowellenenergie aus der Resonanzanodenstruktur l4 mit Hilfe einer Ausgangskoppelleitung 62 abgenommen, die mit der Oberkante eines Anodenelementes l4 verbunden ist und eine Öffnung 64 in der oberen Abdeckplatte 40 durchsetzt und nach oben durch einen Metallzylinder 66 koaxial zur Röhrenachse verläuft bis zu einem Schmelzabschluß 68, durch den die Röhre evakuiert wurde. Das Schmelzabschlüßrohr 68 ist mit dem,Zylinder 66 über einen^Keramikzylinder 70 verbunden und ergibt auf diese Weise ^eineiT vakuumdichten Abschluß, in welchem das Abschlußrohr 68 gegenüber dem Zylinder 66 isoliert ist, und stellt außerdem eine Austrittsöffnung dar, über die die Mikrowellenenergie durch die Auskopplungssonde 62 an eine Mikrowellenbelastung wie etwa einen Mikrowellenherd abgegeben werxten kann. Pas Abschlußrohr 68 wird durch eine Kappe 72 überdeckt, die Schutzfunktion hat und für eine 'Vergleichmäßigung der Oberflächenabstrahlung sorgt. Die obereßiind die unteren Kanten der Anodenelemente l4 sind nahe den Innen-■*^-—-ksnt-jfH---in.-bekannter Weise in versetzter und abwechselnder Folge durch Ringstreifen 82 an ihren Ober- und Unjte^lcanten~Ttti4«4iianiiej^ verbunden. Nach ligi^beB.^können die Endabschirjmungen 3° und 32 außerdem mit Nuten 84 versehen werden, um axiale Schwingungen während der Aufwärmperiode der Röhre zu unterdrücken, wie es in der US-Patentanmeldung 78I 288 vom Dezember 1976 dargelegt ist.

Die Kathodenanordnung 18 ist starr in die Öffnung l6 eingesetzt, und zwar durch eine isolierende abdichtende Verbindung des Metallzylinders 24 mit der unteren Abdeckplatte 42 über den Metallverbindungsring 781 den Keramikzylinder 76 und dem Metallzylinder 74.

In der Ausführungsform sind die die Magnete umschließenden Wannen 44 und 46 mit Öffnungen 33 dargestellt, so daß die Magnete mit dem Vakuum im Magnetron in Verbindung sind. Es ist jedoch auch möglich, die Magnete Jk und 36 vollkommen zwischen den Wannen 44 und 46 und den Abschlußplatten 40 und 42 einzuschließen.

In den Figuren 4 und 5 ist eine Wanderwellenröhre, die die Merkmale der Erfindung verwendet, dargestellt. Die Röhre 110 weist ein rohrförmiges Gehäuse 112 aus leitfähigem Material wie Kupferauf, das eine wendeiförmige Langsamwellenstruktur 114 enthält, die von drei Isolierträgern II6 abgestützt wird und mit ihrem einen Ende mit einer Signaleingangsstruktur II8 und mit ihrem anderen Ende mit einer Signalausgangsstruktur 120 verbunden ist. " ~

Eine Kathode 122 ist an dem Ende der Wendel 114 angeordnet, wo sich die Eingangsstruktur II8 befindet. Die Kathode 122 wird von einer isolierenden Hülse 124 abgestützt, die mit der Gehäuseröhre 112 dichtschließend verbunden ist, und eine Gitterstruktur 126 ist sowohl gegenüber der~KathocEe als auch^gegenüber der Gehäuseröhre isoliert. Die Kathode 122 wird durch eine Heizvbirridhrfeun^J.28 geheizt, welche durch eine Isolierdichtung,

^" ist

die von der Hülse 124 getragen wird, abgeschlossen/ Am anderen" Ende der Wendel grenzt eine Last an, in die Elektr-QiteiE?

KathffcterTSSL· abgegeben werden und durchdj-e; Wendel Il4

sie absorbiert werden. Eine derartige Wanderwellenröhre, die allgemein bekaiiiiC ist, dient beispielsweise zum Verstärken von Mikrowellensignalen über ein Breitband von Z. B. einer Oktave, indem ein Elektronenstrahl durch die Wendel hindurch geschickt wird, während eine Signalwelle an einem Ende eingeführt wird, die entlang der Wendel praktisch synchron mit dem Elektronenstrahl wandert und dann am anderen Ende der Wendel in verstärkter Form wieder abgenommen werden kann. Reflexionen jedoch vom Ausgangsende der Wendel zum Eingang aufgrund von beispielsweise nicht vollständig angepaßten Signaleingangs- und Ausgangsbelastungen können

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dann abermals reflektiert werden, wodurch die Einrichtung in
Schwingungen geraten und unerwünschte Verstärkungseigenschaften hervorbringen kann. Bisher wurde in der Praxis deshalb der Wendel eine Ohm'sche Last zugefügt, um derartige Schwingungen zu
dämpfen. Eine solche Belastung kann z. B. ein auf Abschnitte
der Wendel aufgebrachter Überzug oder auch eine örtlich konzentrierte konstante Belastung sein, die die Wendel umgibt.

Gemäß der Erfindung werden an der Außenseite der Wendel Ferritstrukturen angeordnet, die die Mikrowellenfelder mit in einer
Richtung wirkenden magnetischen Feldern umgeben, welche mit
Hilfe von Permanentmagneten aus Substanzen der seltenen Erden
zugeführt werden, welche auf der Innenseite des vakuumdicht
schließenden Gehäuses angebracht sind, so daß sie Magnetfeldkomponenten in einer Umfangsrichtung um die Wendel herum erzeugen. Geeignet orientierte Ferrite, die in solchen Feldern angeordnet sind, bewirken für Wellen, die entlang der Wendel in Vorwärtsrichtung vom Eingang zum Ausgang laufen, geringere Eaifügungs Verluste, als gegenüber den Wellen, die entlang der Wendel in
der umgekehrten Richtung waruiera. ~E~s~ ergibt sich daraus, daß von der verstärkten Wj&li^T die sich in Vorwärtsrichtung bewegt, weniger Energie verbraucht wird, als nötig wäre, wenn ein isotro- ^eS^'Terlustmedium benutzt wird, so daß dadurch auch weniger
Wärme ^rzexigir-wix-d. ^~

Bei dem in der Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Ferritplättchen~T30 im Raum innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 112 zwischen den Trägerstrukturen Il6 angeordnet. Diese
Ferritplättchen 130 liegen zwischen Permanentmagnetplättchen 132, die aus einer Verbindung von Kobalt mit einer Substanz der seltenen Erden bestehen, und die Außenflächen der Permanentmagnete 132 sind durch Metallträger 134 abgedeckt, die an der Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses 112 festgeschweißt sind. Die Metallträger 134 sind vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt wie Kupfer,

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und bestehen aus einem Blech, das praktisch radial einwärts verläuft. Die Magnetelemente 132 und der Ferrit I30 sind etwas keilförmig, so daß sie nahe der Oberfläche des rohrförmigen Gehäuses 112 gehalten werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel liegen zu beiden Seiten des Ferrites I30 je ein Magnet 132, die in gleicher Richtung polarisiert sind, wodurch eine Magnetfeldkomponente in Umfangsrichtung erzeugt wird. Es können aber auch andere Gestaltungen gewählt werden.

Der Elektronenstrahl kann z. B. durch einen Elektromagneten ikO, welcher das rohrförmige Gehäuse 112 umgibt und so ein axiales Fokussierungsfeld erzeugt, gebündelt werden. Dennoch wird ein erheblicher Anteil der Elektronen des Strahls auf die Wendel Il4 treffen und diese erhitzen, wobei diese Erhitzung dann durch Strahlung und durch Leitung über die Träger II6 auf die Röhren--__ wand 112 übertragen wird. Die Wärmeenergie, die auf die Magnete 132 auftrifft, läßt deren Oberflächentemperatur ansteigen, jedoch hat sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt, daß die Oberflächentemperatur im Vakuum während langer Betriebszeiten der Rohre bis auf 250^ C~-a£Lsjfcjiijgen kann, ohne daß Magnetfeldstörungen beobachtet werden können.

Gegenüber den dargestellten^ Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung möglich. Scr=köniujSj,^S. anstelle- des außen angebrachten Elektromagneten bei der WanderwellenrolfPe gemäß Figuren k und 5 ein axial gerichteter Permanentmagnet

aus einer Verbindung von Kobalt mif^eiitei^Süb stanz der seltenen Erden eingesetzt werden; auch kann die Quermagnetfeldröhre der Figuren 1 und 2 ein Amplitron oder eine andere Querfeldvorrichtung sein, und die Prinzipien der Erfindung lassen sich auch bei anderen Röhren als bei Mikrowellenoszillatoren und -verstärkern einsetzen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

IJ Mikrowellenröhre mit einem evakuierten Gehäuse, in dem eine auf Frequenzen ansprechende Struktur eingeschlossen ist, und mit einer geheizten Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Substanzen der seltenen Erden bestehender Permanentmagnetaufbau (34, 36) thermisch isoliert nahe der Kathode (l8) und/ oder der auf Frequenzen ansprechenden Struktur (l4) angeordnet ist.
2. Mikrowellenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhangige Struktur eine elektrisch von der Kathode (l8) isolierte Anode (l4) aufweist.
3. Mikrowellenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptsächliche Feldrichtung des vom Permanentmagnetaufbau (34, 36) erzeugten Magnetfeldes senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Elektronen von der Kathode (I8) zur Anode (l4) steht.
4. Mikrowellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetaufbau (34, 36) aus gesinterten Körnern einer Verbindung mit Substanzen der seltenen Erden besteht und die durchschnittliche Korngröße geringer ist als diejenige, bei der sich im Betrieb der Röhre in jedem Korn mehrfache Domänen bilden.
5. Mikrowellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Permanentmagnet des Permanentmagnetaufbaus (34, 36) an jedem Ende der Kathode (l8) angeordnet ist, die ein im wesentlichen koaxiales Feld erzeugen.
6. Mikrowellenröhre, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß in der Anodenstruktur (14)

eine Anzahl von Resonatoren ausgebildet ist, die eine in einer Mittelöffnung (l6) angeordnete, direkt beheizte Kathode (l8) umgeben, und daß die mit Abstand nahe zu den Enden der Kathode (l8) angeordneten Permanentmagnete (3^, 36) des Permanentmagnetaufbaus aus einer Verbindung der seltenen Erdmetalle mit Kobalt bestehen.
7. Mikrowellenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (3^» 36) überwiegend aus einem gesinterten Granulat von Kobalt mit Substanzen der seltenen Erden bestehen, wobei die Durchschnittsgröße der Körner des Granulats geringer ist als diejenige, bei der sich im Betrieb der Röhre in jedem Korn mehrfache Domänen ausbilden.
8. Mikrowellenröhre nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Induktion des von dem Permanentmagnetaufbau (3^, 36) erzeugten Magnetfeldes im Bereich zwischen 1000 und 3OOO

Gauß liegt. j
9· Mikrowellenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß j die auf Frequenzen ansprechende Struktur eine von der Kathode (l8) elektrisch isolierte Wxedereintrittsanode (l4) aufweist.
10. Mikrowellenröhre nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetaufbau (3^, 36) auf Anodenpotential liegt und ein Magnetfeld erzeugt, das im wesentlichen koaxial zur Kathode (l8) verläuft.
11. Mikrowellenröhre, die in einem evakuierten Gehäuse eine geradlinige, auf Frequenzen ansprechende Struktur aufweist und eine geheizte Kathode besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (112), gegenüber der Kathode (122) thermisch isoliert und angrenzend an unterschiedliche Bereiche der auf Frequenzen ansprechenden Struktur (ll4) eine Anzahl von Permanentmagneten (132) angebracht ist.

j
12. Mikrowellenröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Frequenzen ansprechende Struktur (ll4) eine Wendel ist.

13· Mikrowellenröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

Permanent-

daß die magnete (132) so angeordnet sind, daß sie ein Magnetfeld erzeugen, welches mit einer Hauptkomponente senkrecht auf der Richtung der Bewegung der Elektronen entlang der Wendel steht.

l4. Mikrowellenröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (132) aus einem gesinterten Granulat aus SmCo_n. bestehen.

j 15· Mikrowellenröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, j daß das von den Permanentmagneten (132) im Bereich zwischen ein- ! ander benachbarter Magnete erzeugte Magnetfeld eine Induktion zwischen 1000 und 3OOO Gauß aufweist.

j l6. Mikrowellenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobaltverbindung mit einer Substanz der seltenen Erden Samariumkobalt ist.

17. Mikrowellenröhre nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Samariumkobaltverbindung überwiegend SmCo,. ist.

18. Mikrowellenröhre nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (l8) mit Endabschirmungen (30, 32) ausgestattet ist.

19· Mikrowellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und l6 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetaufbau , 36) sich im Innern des evakuierten Gehäuses befindet.

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