DE3236880A1

DE3236880A1 - Mikrowellenroehre

Info

Publication number: DE3236880A1
Application number: DE19823236880
Authority: DE
Inventors: George V. Atherton Calif. Miram; Yoshuke M. Palo Alto Calif. Mizuhara
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1981-10-07
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1983-04-21
Also published as: JPS5868846A; GB2107111A; FR2514197B1; FR2514197A1; IT8223650A0; GB2107111B; IT1152713B; CA1213054A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenz - Mikrowellenröhren mit linearem Strahl und betrifft insbesondere die Steuerung und optimale Gestaltung der Elektronenstrahloptik in einer mittels Permanentmagnet fokussierten Hochieistungs-Linearstrahlröhre.

Seit langem besteht bei Mikrowellenröhren mit linearem Strahl die Schwierigkeit, daß die Leistung der Mikrowellenröhre und ihre Dauerhaftigkeit durch die unvermeidbaren Unzulänglichkeiten bei den Hersteilungstoleranzen und Ungenauigkeiten der Elektronenstrahloptik, die sich zumindest teilweise daraus ergeben, beschränkt waren. Im Verlauf der Jahre sind die verschiedensten Pläne zum Ausgleich dieser Schwierigkeiten in die Tat umgesetzt worden, um beispielsweise Fehlausrichtungen des Strahls zu korrigieren oder die Konvergenz des Strahls zu verbessern, und die Herstellungstechniken sind weiter entwickelt worden, um engere Toleranzen zu ermöglichen. Jedoch haben die in neuerer Zeit gewachsenen Anforderungen an fortschrittliche Röhrenkonstruktionen in vielen Fällen die Möglichkeiten früherer Maßnahmen zur Beseitigung der Schwierigkeiten mit der Strahloptik oder der Unzulänglichkeit hinsichtlich der Toleranzen überstiegen. Gleichzeitig hat das Erfordernis nach höherem Wirkungsgrad die Schwierigkeit noch weiter verstärkt, da für höchsten Wirkungsgrad der Durchmesser des Elektronenstrahls innerhalb der linearen Elektronenstrahlröhre wünschenswerterweise dem des Strahltunnels angenähert sein sollte, der in den im Innern angeordneten Strukturen der Röhre definiert ist und durch den der Strahl wandert und dabei mit der Mikrowellenenergie in Wechselwirkung tritt. In der Praxis muß jedoch der Strahldurchmesser auf einem konservativen Bruchteil des Tunneldurchmessers gehalten werden, denn sonst würden die unvermeidlichen Variationen im Strahl- oder Tunneldurchmesser von einer Produktionsröhre zur nächsten ein unannehmbar hohes Ausfallrisiko aufgrund eines zu starken Abfangens von Strahlelektronen durch die den

Strahl umgehende Wechselwirkungseinrichtung verursachen.

Mit dem Aufkommen von Linearstrahlröhren, die im Millimeterwellenlängenbereich von beispielsweise über 30 GHz und mit hoher Leistung arbeiten, sind die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik noch deutlicher hervorgetreten und die Notwendigkeit verschärft worden, den durch die Strahloptik und die Toleranzen verursachten Schwierigkeiten zu entkommen. Solche Millimeterwellenlangenröhren sind zur Befriedigung des Bedarfs an Radar mit hoher Auflösung sehr wichtig gewor- den, um früher nicht auflösbare Ziele wahrnehmen zu können. Jedoch ist ihr Potential bisher nicht voll nutzbar, weil das bei vernünftigem Gewicht und vernünftiger Größe des Gesamtröhr ensystems zur Verfügung stehende Leistungsniveau begrenzt ist. So ist z.B. das Klystron mit der höchsten Leistung, das neuerdings für 35 GHz zur Verfügung steht, eine 1 kW Dauerbetrieb-Röhre, die Solenoidfokussierung und folglich Solenoidkraftzufuhr und Flüssigkühlung erforderlich macht.

Röhren mit Fokussierung durch Dauermagneten haben allerdings wegen'der viel stärkeren physikalischen Größenbeschränkungen aufgrund der kurzen Millimeterwellenlängen und der daraus resultierenden verstärkten Auswirkung der unvermeidlichen Strahloptik- und Toleranzprobleme nicht den Leistungserwartungen entsprochen. In einer Röhre für Millimeterwellen kann z.B. der Strahltunnel einen Durchmesser von weniger als 0,76 mm (30/1000 Zoll) haben. Bei solchen Abmessungen ist es noch schwieriger, wirkungsvolle Durchmesserverhältnisse zwischen Strahl und Tunnel anzuwenden, und die Auswirkungen einer Zackenbildung im Strahl (Variationen des Strahldurchmessers mit der Entfernung) sind außerordentlich verschärft, und es besteht sogar die Wahrscheinlichkeit, daß sie zu einem unannehmbar hohen Grad des Abfangens von Elektronen des Strahls führen.

Ferner hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr der

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Wunsch herausgebildet, Elektronenstrahlen mit sehr hohen Strom- und Leistungsdichten trotz der Notwendigkeit an der konservativen Konstruktion und an konservativen Verhältnissen des Durchmessers von Strahl und Tunnel festzuhalten, als Mittel zur Erlangung höherer Leistungsabgabe und auch als Mittel zur Abhilfe gewisser anderer Beschränkungen zu nutzen. Neuerdings sind Röhren entwickelt worden, bei denen die Strahlstromdichten über 1000 Ampere pro Quadratzentiraeter und die Leistungsdichten über 50 Megawatt pro Quadratzentimeter liegen. Es liegt auf der Hand, daß Strahlen mit so hoher Leistungsdichte die durch die Strahloptik und Toleranzen verursachten Schwierigkeiten noch verschärfen. Auch ist im Verhältnis zur verstärkten Strahlleistungsdichte das Risiko eines raschen Zerfalls oder Durchbrennens der Röhre deutlich verstärkt.

Folglich wäre es äußerst erwünscht, eine mittels Permanentmagnet fokussierte Röhre zu schaffen, insbesondere eine Röhre, die im Millimeterwellenlängenbereich mit hoher Leistung arbeitet und deren Strahldurchmesser während des Betriebs exakt einstellbar ist, um das Betriebsverhalten zu optimieren, und die vorstehend genannten Probleme zu vermeiden. Obwohl die vorstehend genannten Probleme, die den Fortschritt behindern, ohne Zweifel erkannt worden sind, hat dies ganz offensichtlich nicht zu der Erkenntnis geführt, daß es wünschenswert sei, eine Röhre mit Verstellbarkeit zu schaffen, ganz zu schweigen von einer tatsächlichen Konstruktion einer Röhre mit solchen Merkmalen, durch die die genannten Schwierigkeiten vermieden werden könnten, und das, obwohl der Stand der Technik viele Beispiele für Röhren kennt, bei denen ein Ausgleich für Richtungsabweichung des Strahls oder Konvergenz vorgesehen ist, ebenso wie mittels Solenoid fokussierte Röhren mit linearem Strahl, die eine Hilfsspule im Elektronenkanonenbereich aufweisen, welche mit dem Solenoid in Reihe vorgesehen und dazu bestimmt ist, die Strahloptik zu verbessern.

-X-

Zu einigen bekannten Beispielen sei auf US-PS 2 867 verwiesen, wonach eine Magnetlinse mit einer Spule unmittelbar stromabwärts der Elektronenkanone um den Hals eines Klystrons mit Solenoidbündelung vorgesehen ist, um Fehlausrichtungen des Strahls zu kompensieren und die Zackenbildung zu verringern. Die Elektronenkanone selbst ist magnetisch abgeschirmt und steht nicht unter dem Einfluß eines Magnetfeldes. Es handelt sich also nicht um eine mit begrenztem Fluß fokussierte Elektronenkanone (confined-flow-focused gun), und sie ist nicht durch-die genannten Einstellungen beeinflußbar, die im wesentlichen keine Auswirkung auf den Strahl durchmesser haben.

Gemäß US-PS > 259 7^0 werden radial bewegliche Polschuhverlängerungen mit einem feststehenden inneren Hilfspol schuh innerhalb der Kathode ausgeglichen, um eine axiale Fehlausrichtung des Strahls zu korrigieren und die Strahlkonvergenz in einer mittels Solenoid gebündelten Röhre einzustellen. Bei jedem Versuch, den Strahldurchmesser mittels Einstellungen bei dieser Anordnung zu steuern, wird ein unannehmbar großes Ausmaß an Zackenbildung des Strahls, jedenfalls bei Anwendungsfällen im Millimeterwellenlängenbereich ,hervorgerufen. In ähnlichem Zusammenhang sind auch Trimmbleche oder derql. i^m Elektronenkanonenbereich als axiales Korrekturmittel für den Strahl eingefügt worden, ohne jedoch eine Auswirkung auf die Strahlgröße zu haben.

US-PS 3 33I 984 zeigt ein Eisenzylinderglied, welches tatsächlich Teil der Fokussierelektrode und innerhalb der Kathode im Innern des Vakuumkolbens befestigt ist und mit dem Elektronen abgebenden Element in elektrischer und thermischer Verbindung steht, um die Magnetflächenkonvergenz des Strahls zu vergrößern. Allerdings ist diese Ausgleichsanordnung für die Strahlkonvergenz keinesfalls für Strahleinstellungen beliebiger Art anpaßbar, da sie im Innern des Vakuumkolbens befestigt sein muß und folglich nach dem Zusammenbau der Rohre in keiner Weise mehr modifizierbar ist, um beliebige Fehler des Strahls auszugleichen, wie das bei allen anderen Elek-

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tröden der Fall wäre. Die hohen Kathodentemperaturen, bei denen das fragliche Glied arbeiten muß, können außerdem seine magnetischen Qualitäten bedrohen, und selbst wenn es auf irgendeine Weise möglich wäre, Zugang zu dem genannten Glied zu erhalten, würde sein Betrieb auf Kathodenpotential oder in der Nähe desselben und die Nachbarschaft der anderen Elemente, einschließlich der Anode jegliche Ortsveränderung ausschließen, weil das die Gefahr einer Bogenbildung bedeutete, und weil die physikalischen Grenzen der Kathode eng sind. Ähnliche Eigenschaften zeigt eine weitere Veröffentlichung, nämlich US-PS 3 522 469t die jedoch nur für Anwendungsfälle mit Elektronenkanonen niedriger Konvergenz bestimmt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrowellenröhre mit linearem Strahl und Permanentmagnetbündelung zu schaffen, deren Strahloptik zur Erzielung der bestmöglichen Leistung und längst möglichen Lebensdauer der Röhre von außerhalb des Vakuumkolbens und während des anfänglichen Betriebs der Röhre optimal wählbar. Insbesondere soll der Strahl durchmesser unter Vermeidung einer Zackenbildung des Strahls von außen einstellbar sein. '

ferner
Mit der Erfindung soll/eine Mikrowellenröhre^mit linearem Strahl geschaffen werden, die eine Elektronenkanone mit starker Konvergenz aufweist und deren Strahl während des Anlaufbetriebs durch Mittel, die außerhalb der Elektronenkanone liegen und auf Erdpotential arbeiten, über einen weiten Bereich auf größeren oder kleineren Durchmesser einstellbar ist.

Das wird gemäß der Erfindung durch Schaffung einer Mikrowellenröhre mit linearem Strahl und Permanentmagnetfokussierung erreicht, die in der Nähe eines Endes eine Elektronenkanone aufweist, von der der lineare Elektronenstrahl längs der Röhrenachse ausgeht. Zu der Elektronenkanone gehören eine Kathode und Vakuum-Kolbeneinrichtungen sowie ein Kollektor am entgegengesetz-

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ten Ende der Röhre, der die Elektronen des Strahls abfängt, und ferner eine Einrichtung zwischen der Elektronenkanone und dem Kollektor längs des Strahls, die die Energieaustausch-Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Mikrowellen unterstützt. Ferner ist ein Permanentmagnetkreis vorgesehen, der den Strahl auf einen im wesentlichen gleichmäßigen, engen Durchmesser innerhalb der Wechselwirkungseinrichtung bündelt und zu dem ein Polschuh gehört, welcher sich um die Elektronenkanone erstreckt. Hiermit wirkt eine Einrichtung zusammen, mittels der von außen im wesentlichen nur das Magnetfeld innerhalb des Elektronenkanonenbereichs, welches auf den Strahl einwirkt, einstellbar ist. Zu dieser Einrichtung gehört ein stark magnetisch permeabier Werkstoff, der innerhalb des Polschuhs außerhalb der Kolbeneinrichtung und dieser benachbart angeordnet und im Verhältnis zum Polschuh und der Elektronenkanone während des Betriebs der Röhre bewegbar ist. Auf diese Weise kann der Durchmesser des Elektronenstrahls während des Betriebs im Wechselwirkungsbereich verringert oder optimal eingestellt werden, während Variationen des Strahldurchmessers mit dem axialen Abstand auf vernachlässigbarem Niveau gehalten werden.

Gemäß der Erfindung ist ferner der magnetische Werkstoff innerhalb eines Hohlraums im Kathoden- Polschuh angeordnet, in welchem auch die Elektronenkanone untergebracht ist. Die Einrichtung aus magnetischem Werkstoff erstreckt sich axial symmetrisch um die Elektronenkanone außerhalb des Kolbens und befindet sich auf Erdpotential und im Abstand von dem Kolben und ist von außerhalb der Röhre im Verhältnis zur Elektronenkanone während des Betriebs in Richtung zu und von dem Anodenbereich bewegbar.

Es ist überraschend, daß die Röhre von außen zur Einstellung des Elektronenstrahldurchmessers innerhalb weiter Grenzen beeinflußbar ist, und daß durch diese Einstellung im wesentlichen keine Qualitätsverschlechterung des Strahls durch Zacken-

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bildung über die gesamte Erstreckung des Wechselwirkungsbereichs entsteht. Obwohl die Einstellung von außerhalb des Kolbens der Elektronenkanone und innerhalb des Hohlraums des Polschuhs bewirkt wird, bleibt das Magnetfeld im Wechselwirkungsbereich im wesentlichen unbeeinflußt, während das Feld innerhalb der Elektronenkanone selbst durch einen einfachen mechanischen Vorgang geändert wird, wobei völlige Sicherheit vor hohen Spannungen besteht und die Röhre selbst in Betrieb ist. Diese Einstellung bringt den weiteren unerwarteten Vorteil mit sich, daß sie in sehr gut gesteuerter, fein abgestimmter Weise durchgeführt werden kann, da lediglich eine geringfügige körperliche Verlagerung der Einstelleinrichtung nötig ist, um eine merkliche Änderung des Strahldurchmessers hervorzurufen, und da diese Änderungen auf glatte und gut gesteuerte Weise über den ganzen, beträchtlichen Einstellbereich hinweg vorgenommen werden können.

Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Mikrowellenröhre gemäß der Erfindung unter teilweisen WeglassungenJ

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Elektronenkanone und der benachbarten, diese umgebenden Röhrenkonstruktion ähnlich Fig. Ij

Fig. 3 einen Teilschnitt eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten, bei dem jedoch nur die Konstruktion oberhalb der Röhrenachse und außerdem eine Kurve zu sehen ist, die die Stärke des Fokussiermagnetfeldes, aufgetragen über der Distanz längs der Röhrenachse, und die daran sowie am Strahl mittels der Erfindung bewirkten Änderungen zeigt.

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In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1 ist ein Hoch-

leistungs -Klystron 1 im Millimeterwellenlängenbereich mit Permanentmagnetbündelung gezeigt, obwohl die Prinzipien der Erfindung auch an anderen Linearstrahlröhren, z.B. Lauffeldröhren und für Anwendungsfälle außerhalb des Millimeterwellenlängenbereichs anwendbar sind. Am Ende der Röhre ist ein Elektronenstrahlerzeuger 2 mit hoher Konvergenz und mit eingeschnürtem Magnetfluß vorgesehen, der einen Elektronenstrahl 3 in Längsrichtung längs der Röhrenachse 4 erzeugt und projiziert. Wünschenswerterweise gehört zum Elektronenstrahlerzeuger ein thermionischer Kathodenemitter 5 mit einer konkaven Emitterfläche 6, eine Fokussierelektrode 8, die axial zentriert und in Längsrichtung im Abstand von der Emitterfläche 6 angeordnet ist, ein Vakuumkolben 7, der die inneren Elektroden und den Emitter umschließt, und ein Isolierkolben 9, der die ganze Anordnung umschließt und durch den elektrische Anschlüsse nach hinten hinausgeführt sein können. Nicht nur die Kathode sondern üblicherweise auch die Fokussierelektrode arbeitet auf hohem negativem Potential. Strahl abwärts der Fokussierelektrode 8 ist kurz dahinter eine Anode 10 vorgesehen, die gegenüber der Kathode auf hohem positiven Potential arbeitet (tatsächlich auf Erdpotential). Es sind auch andere Ausführungsformen der Elektronenkanone anwendbar, beispielsweise die gemäß US-PS 4 O96 406, mit einem Gitter unmittelbar an der Kathodenoberfläche·

Dicht innerhalb des Elektronenstrahlerzeuger 2 erstreckt sich von der Röhrenachse 4 ein Kathoden-Pol schuh 12, welcher eine axial zentrierte Öffnung 13 begrenzt, innerhalb der die Anode 10 gegenüber dem Kathoden- Polschuh 12 elektrisch isoliert gehalten ist. Der Kathoden-Pol schuh 12 erstreckt sich radial von der Anode 10 weg und in Längsrichtung um den Elektronenstrahlerzeuger 2 und begrenzt einen größeren Hohlraum 14 mit einem insgesamt zylindrischen gleichförmigen Durchmesser, in welchem der Elektronenstrahlerzeuger 2 aufgenommen ist. Der Durchmesser des Hohlraums 14 ist größer als der des Iso-

lierkolbens 9, und der Isolierkolben 9 und der Vakuumkolben 7 sind an ihren inneren Enden in der Nähe der Anode 10 dicht mit dem Kathoden- Polschuh 12 verbunden, während die

übrigen Kolben einen Abstand von der Wand des Hohlraums I^ haben. Auf diese Weise sind diejenigen Bauelemente im Kanonenbereich, die gegenüber Erde hohes Potential aufweisen, sowohl mechanisch als auch elektrisch gegenüber dem Polschuh isoliert.

An der dem Elektronenstrahlerzeuger 2 gegenüberliegenden Seite des Kathoden- Polschuhs 12 ist eine Wechselwirkungseinrichtung 15 der Röhre zur Elektronenstrahl-Mikrowellenwechselwirkung vorgesehen, in der der Elektronenstrahl eine Energieaustausch-Wechselwirkung mit in der Wechselwirkungseinrichtung 15 gebildeten Resonanzhohl räumen erfährt. In diesem Fall dient als Wechselwirkungseinrichtung 15 ein Mehrkammerklystronverstärker, dessen übliche Reihe von Hohlräumen oder Kammern durch Triftröhren voneinander getrennt sind, beginnend mit dem Eingangshohlraum 16, den Zwischenhohlräumen 17 bis 20 und dem Ausgangshohl raum 21, die jeweils zwecks höherer Verstärkung

die charakteristische Ballung der Elektronen im Strahl verbessern. Natürlich ist nicht nur ein Mehrkammerklystronverstärker als Strahlwechselwirkungseinrichtung erfindungsgemäS anwendbar. Es kann auch, wie bekannt, eine Wanderfeldröhre, beispielsweise mit Wendelwechselwirkungseinrichtung oder gekoppelten Hohlräumen vorgesehen sein, und es sind verschiedene Betriebsarten möglich, z.B. als pulsierende oder Dauerstrich-Verstärker oder als Oszillatoren.

Das Mikrowelleneingangssignal wird dem Eingangshohlraum 16 mittels eines Eingangshohlleiters 23 zugeführt, und das verstärkte Mikrowellenausgangssignal wird mit Hilfe eines Ausgangshohlleiters 24 entnommen. Ein Röhrenkörper 25» in welchem die Resonanzhohlräume gebildet sind, ist typischerweise ein Metallblock, beispielsweise aus Kupfer, in den die Resonanzhohlräume gefräst sind oder in-.welchem vorfabrizierte Abschnitte befestigt sind, die die Hohlräume definieren. Fer-

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ner ist ein axialer Tunnel 27 vorgesehen, der von den Strahltriftröhren begrenzt ist und die einzelnen Hohlräume verbindet. Der Strahltunnel hat nur einen kleinen Durchmesser im Größenordnungsbereich von einigen 10-100 Tausendstel/(0,25 ... 2,5 mm); im vorliegenden Fall hat der Tunnel einen Durchmesser von weniger als 0,?6 mm (30/1000 Zoll). Aus Gründen des Wirkungsgrades der Elektronenstrahl-Mikrowellen-Wechselwirkung ist es wünschenswert, wenn der Durchmesser des Strahltunnels und des Elektronenstrahls nahe beisammen liegen; aber in der Praxis ist normalerweise weder die Toleranz des Strahltunnels noch die Gleichmäßigkeit des Strahls längs der Achse genau genug, um viel mehr als ein Verhältnis im Größenordnungsbereich von 6($> zu ermöglichen. Deshalb wird dieser konservative Anteil im Verhältnis zwischen Strahldurchmesser und Tunneldurchmesser für nötig gehalten, um zu verhindern, daß zu viele Elektronen auf die Tunnelwände auftreffen und dadurch den Tunnelkörperstrom und das Risiko eines Durchbrennens der Röhre auf ein unannehmbar hohes Niveau schnellen lassen.

Am Abschlußende der Röhre ist ein axial angeordneter, herkömmlicher Kollektor 29 vorgesehen, der den Elektronenstrahl 3 am Austritt aus der Wechselwirkungseinrichtung 15 empfängt, wobei die Elektronen durch ein hohes positives Potential gegenüber der Kathode zur Anode und zum Kollektor beschleunigt werden. Der Elektronenstrahl 3 wird von der Fokussierelektrode 8 mit Hilfe eines Magnetkreises 30 auf einen sehr kleinen Durchmesser gebündelt, der einen Bruchteil von lOO/lOOO Zoll ausmacht und im Bereich von einigen lO/lOOO Zoll, hier von 0,13 bis 0,76mm (5/1000" - 30/2D(D Zoll) hei gewissen Millimeterwellenanwendungsfällen liegen kann. Zum Magnetkreis 30 gehört der Kathoden-Pol schuh 12, ein ähnlicher Kollektor-Polschuh 32, welcher sich zwischen der Wechselwirkungseinrichtung 15 und dem Kollektor 29 radial von der Röhrenachse 4 weg und in Längsrichtung um den Kollektor 29 erstreckt, sowie Permanentmagnete 33 (die nur teilweise gezeigt sind), welche die Polschuhe überbrücken, um den Magnetkreis zu

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vervollständigen. Durch den Magnetkreis 30, der über die ganze Wechselwirkungseinrichtung 15 hinweg das nötige, gleichmäßige, axiale Magnetfeld schafft, wird der Elektronenstrahl über die ganze Wechselwirkungseinrichtung hinweg eingeschnürt und auf unverändertem Durchmesser gehalten.

Angesichts der in Frage stehenden ultrakurzen Wellenlängen und des dadurch verursachten kleinen Durchmessers des Strahls und des Tunnels und der Notwendigkeit eines angemessenen Wirkungsgrads hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen Strahl und Welle und angemessener Bandbreiten müssen die Strahlleistungsdichten für eine angemessene Leistungsabgabe außerordentlich hoch sein. Dadurch wird leider das zuvor genannte Problem hinsichtlich der Toleranzen noch verschärft, welches durch die geringe Größe entsteht, und es erhöht sich das Risiko eines zu hohen Körperstroms und eines Ausfalls

selbst wenn konservative Verhältnisse der . Durchmesser von Strahl und Tunnel eingehalten werden. Tatsächlich ist bisher die Ausbeute bei der Herstellung zu gering gewesen, um eine industrielle Fertigung großer Mengen einer Vielzahl erwünschter Millimeterwellenröhrenausfuhrungsformen zu ermöglichen, da angesichts der oben genannten Faktoren selbst geringfügige üngenauigkeiten be„i der Größe des Strahls oder Tunnels oder Ungleichmäßigkeiten eine sofortige katastrophale Folge haben können.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten durch Anordnung eines oder mehrerer Einsätze 35 von hoher magnetischer

der* bzw

Permeabilität vermieden,/ die in dem erweiterten Hohlraum Hides Polschuhs axial symmetrisch mit Abstand zum Elektronenstrahlerzeuger 2 aber in Berührung mit den Hohlraumwänden angeordnet sinä. Diese Einsätze können in verschiedener Form vorgesehen sein, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 noch näher erläutert wird. Sie sollten einen magnetischen Werkstoff aufweisen, beispielsweise Eisen und können sogar in einigen Ausführungsbeispielen Dauermagnetteile haben. Auf jeden

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Fall erstrecken sich die Einsätze axial in der Nähe des Isolierkolbens 9 aber mit gleichmäßigem Abstand von demselben. Mindestens ein Teilbereich derselben erstreckt sich insgesamt von der Außenkante des Hohlraums 14 bis zu einer Stelle am inneren Ende des Hohlraums I^ der axialen Stellung der Anode 10 benachbart. Die Einsätze, die insgesamt zylindrische Form haben, sind normalerweise durch Handhaben an den äußeren Enden in der Nähe der äußersten Kante des Hohlraums Ik von außerhalb der Röhre in Richtung zum Elektronenstrahlerzeuger und zum Anodenbereich und von diesen weg bewegbar, wie noch näher erläutert wird. Sobald die optimale Stellung und Anordnung gefunden worden ist, können die Einsätze durch Befestigen eines Flansches 36 an der Stirnfläche des Kathoden-Pol-Stücks 12 in ihrer Lage fixiert werden.

Es hat sich erwiesen, daß die Einsätze trotz ihrer Anordnung um den Elektronenstrahlerzeuger 2 herum in überraschender Weise eine Einstellung des Elektronenstrahldurchmessers innerhalb der Wechselwirkungseinrichtung I5 während des Betriebs der Röhre durch Handhabung von außerhalb der Röhre zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Durchmessers ganz einfach durch Hinein- oder Herausbewegen der Einsätze und/oder Hinzufügen weiterer Einsätze wie in Fig. 1 oder durch Verwenden eines dickeren Einsatzes ermöglichen. Diese Einstellung kann innerhalb unerwartet weiter Grenzen erfolgen, nämlich plus oder minus 10$ des Strahldurchmessers (im Fall eines der alternativen Ausführungsbeispiele plus oder minus 15%). Aber wichtiger als der absolute Einstellbereich ist der überraschende Vorteil, der darin besteht, daß die Einstellung des Strahldurchmessers über diesen Bereich hinweg erfolgen kann, ohne daß dadurch eine Zackenbildung, d.h. Ungleichmäßigkeiten im Strahldurchmesser mit axialer Entfernung eingeführt werden. Anders als bei vielen bekannten Maßnahmen zur Strahl-Kontrolle, die außerdem keine zufriedenstellende Einstellbarkeit des Strahldurchmessers lieferten, wurde bei der Einstellung des Strahls gemäß der Erfindung praktisch keine Ände-

rung der Strahlungleichmäßigkeiten über den nominalen Prozentsatz hinaus, der vermutlich schon von Anfang an vorhanden ist, festgestellt.

Die Auswirkung der genannten Einstellungen ist in Fig. 3 in der Kurve 37 des Magnetfeldes zur Fokussierung des Strahls gezeigt. Die vertikale Achse zeigt die Feldstärke, während auf der horizontalen Achse, die gleichzeitig die Röhrenachse k j__st, der Abstand längs der Röhre angezeigt ist. Die Kurve zeigt, wie sich die Fokussierfeidstärke mit der axialen Entfernung längs der Röhre ändert. Der Kathodenemitter 5 und der Elektronenstrahl 3 selbst ist ebenso wie ein Teil des Kathoden-Polschuh 12 schematisch gezeigt, und es ist ein alternativer, einstellbarer, zylindrischer Einsatz 38, vergleichbar den Einsätzen 35 gemäß Fig. 1 innerhalb des Hohlraums I^ des Polschuhs angeordnet. Der durchgezogen gezeichnete Abschnitt der Kurve zeigt die normale Magnetfeldstärke längs der Röhre, wenn die Röhre in üblicher Weise ohne die Einsätze hergestellt wäre. Der gestrichelte Bereich der Kurve 37 zeigt die Art und Weise, in der die Feldstärke durch Benutzung und Einstellung der Einsätze veränderbar ist. Wenn z.B. der Einsatz 38 seine axial am weitesten innen liegende Stellung einnimmt, die gestrichelt gezeigt ist, wird das Feld im Bereich der Elektronenkanone auf den maximalen nutzbaren Wert eingestellt, den der obere gestrichelte Abschnitt der Kurve wiedergibt. Wird der Einsatz zu seiner äußersten nutzbaren Axialstellurig herausgezogen, wie in der Zeichnung dargestellt, wird dadurch das Feld im Elektronenkanonenbereich auf den minimalen nutzbaren Wert eingestellt, den die untere gestrichelte Linie der Kurve wiedergibt. -Auf jeden Fall ist erkennbar, daß die einzigen, durch diese Einstellungen hervorgerufenen Änderungen im Bereich des Kathodenemitters 5 erfolgen. Die Kurve bleibt im Bereich jenseits des Kathoden- Polschuhs 12 unverändert, so daß auch das an die Wechselwirkungseinrichtung angelegte Feld unverändert ist.

Damit ist erstmalig eine exakte Einstellung der Strahloptik ohne Zackenbildung und während des Betriebs der Röhre möglich. Praktisch kann dies auf verschiedene Weise erfolgen. So kann z.B. während der Endkontrolle und des Anlaufbetriebs der Röhre nach Beendigung der Herstellung eine Spule um den Elektronenstrahlerzeuger 2 in dem Raum zwischen diesem und den Wänden des Hohlraums Ik des Polschuhs angeordnet und das HF- Verhalten der Röhre einschließlich der Verstärkung, Bandbreite und Ausmaß des Abfangens des Strahls gemessen und durch Einstellen des Spulenstroms, bis der beste Wert des Kathodenfeldes erreicht ist, optimal eingestellt werden. Dieser Wert kann dann durch einen Einsatz von entsprechender Dicke und axialer Länge (oder durch Benutzung von zwei oder mehr Einsätzen von geringerer Dicke) wieder eingestellt werden. Für eine Elektronenkanone von gegebener Konstruktion mit Fokussierung durch eingeschnürten Fluß, bei dem das maximale

Magnetfeld B_Q festgelegt ist, folgen das Magnetfeld der Kathode B„ und der Strahldurchmesser folgender Beziehung:

X/ Λ 1/2

oder

K V B_c

worin R = Strahlradius und K = eine Konstante. Wie sich aus ο

der vorstehenden Beschreibung ergibt, können jedoch die Einstellungen normalerweise empirisch vorgenommen werden, ohne daß exakte Berechnungen, außer zum Festlegen grober Grenzen nötig sind.

Das oben beschriebene Verfahren kann erheblich vereinfacht werden, wenn der Strahltunnel, der Elektronenstrahl und die Herstellungstoleranzen ziemlich gut sind und nur eine mäßige Justierung , des Strahls zur Erzielung maximaler Verstärkung, maximalen Wirkungsgrades oder maximaler Bandbreite nötig ist. Dann kann z.B. nur

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eine geringfügige axiale Bewegung eines normalen dünnen Einsatzes erforderlich sein, oder es kann die Ausführungsform gemäß Fig. 2 oder 3 mit Vorzug angewandt werden. In Fig. 2 ist der Elektronenstrahlerzeuger 2, der Isolierkolben 9» der Kathoden-Polschuh 12, der Hohlraum 14 und die Anode 10 von gleicher Ausführung wie in Fig. 1, wobei der Kathoden-Polschuh 12 nur teilweise gezeigt ist. Wie in Fig. 1 werden zwei zylindrische Einsätze benutzt, die konzentrisch ineinander sitzen und ein stark magnetisch permeables Material wie Eisen aufweisen. Der innere Hohlzylinder 40 hat einen gleichmäßigen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Hohlraums 14 entspricht und steht in Eingriff mit der Hohlraumwand und ist mittels einer Stellschraube 4l, die sich durch einen Außenflansch 42 desselben erstreckt, in seiner Lage gesichert. Ein zweiter, dünner Hohlzylinder 44 (dessen Dicke je nach Bedarf für die verschiedenen Anwendungsfälle unterschiedlich sein kann) hat einen Außendurchmesser, der insgesamt dem Innendurchmesser des Hohlzylinders 40 entspricht, und die Außenfläche des Hohlzylinders 44 sowie die Innenfläche des Hohlzylinder.s 40 sind mit komplementären Gewinden versehen.

Der Hohlzylinder 44 hat ferner einen ganz außen liegenden Flansch 45, der ein Drehen des Hohlzylinders.44 ermöglicht, um ihn in den Hohlraum 14 hinein oder aus diesem heraus zu bewegen. Dadurch wird eine größere oder geringere Menge eines stark permeablen magnetischen Werkstoffs in den Bereich der Elektronenkanone bewegt und beeinflußt dementsprechend das darin herrschende Magnetfeld. Hierdurch kann der Durchmesser des Elektronenstrahls im Mikrowellenwechselwirkungsbereich sanft-innerhalb von Grenzen von plus bis minus IQfi geändert werden, wie schon erwähnt. In den meisten Fällen ist zum Erzielen einer optimalen Leistung der Röhre nur eine ganz geringe Justierung nötig. Wie Fig. 2 mit der Kurve der Magnetfeldstärke zeigt, handelt es sich bei der Justierung von Natur aus um eine feinfühlige, und der erwähnte Schraubgewindeeingriff trägt noch dazu bei, exakte,feinfühlige

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stellbare, kleine Änderungen vorzunehmen, die normalerweise auch alles sind, was nötig ist, um die beste Verstärkung, die optimale Bandbreite und den höchsten Wirkungsgrad der Röhre zu erzielen. In einigen Anwendungsfällen kann es nötig sein, Elektronenkanonen mit niedrigerer Konvergenz als die mit sehr hoher Konvergenz vorzusehen, von denen bisher ausgegangen wurde. Selbst bei Elektronenkanonen mit höherer Konvergenz kann es sich erweisen, daß eine zufriedenstellende Strahleinstellung es erforderlich macht, einen Einsatz aus magnetischem Material vorzusehen, dessen Dicke oder axiale Abmessung die Abhaltefähigkeit des Isolierkolbens 9 zur Isolierung gegenüber Hochspannung, der die innerhalb der Elektronenkanone vorhandene hohe Spannung gegenüber Erde und dem die Kanone umgebenden Polschuh abschirmen muß, zu stören beginnt. In diesen Fällen ist ein permanentes Hilfselement für die Einsätze vorgesehen, um entweder das gleiche Ausmaß an Korrektur des Magnetfeldes mit weniger Metall zu erzielen oder, insbesondere im Fall einer Elektronenkanone mit niedrigerer Konvergenz, ein Ausmaß an Magnetfeldkorrektur über dasjenige hinaus zu erreichen, was mit Einsätzen ohne Hilfsmittel möglich ist. Wie Fig. 2 zeigt, kann z.B. ein kleiner, radial magnetisierter Permanentmagnet kS vorzugsweise aus Samariumkobalt in der Nähe der führenden Kante des inneren Hohlzylinders 44 vorgesehen sein. Dieser Magnet ist vorzugsweise ein dünner geschlossener Ringmagnet, er könnte jedoch auch aus kleinen Abschnitten von Dauermagneten bestehen, die symmetrisch in einem Ringmuster um die zylindrische Achse des Einsatzes angeordnet sind. Das Vorhandensein und die Lage dieses Permanentmagnetmaterials ermöglicht bei einem gegebenen Korrekturniveau, dünne und we.niger massive Einsätze zu verwenden und/oder erlaubt ein größeres Ausmaß an Korrektur von z.B. bis zu ca. +15% des Strahldurchmessers als sonst bei einem körperlich kleinen Einsatz möglich wäre, der nur aus Eisen bestünde. Auf diese Weise können das Spannungsabhal tevermögen besser erhalten und die Vorteile der Erfindung selbst in Röhren erzielt werden, die Elektronenkanonen von niedrigerer Konvergenz aufweisen.

In Anwendungsfällen, die nur eine geringfügige Korrektur erfordern, um das Betriebsverhalten zu optimieren, oder in denen das Vorhandensein von zusätzlichem Metall auf ein Minimum eingeschränkt werden sollte, beispielsweise wegen des zuvor genannten Hochspannungsabhal teprobi ems, kann der alternative Einsatz 38 gemäß Fig. 3 am nützlichsten sein. Er weist eine dünne,innere Stützhülse 48 auf, deren Tiefe insgesamt mit der des Hohlraums 14 im Polschuh vergleichbar ist. Wahlweise kann er an seinem äußersten Ende einen Flansch aufweisen, der eine Stellschraube 49 aufnimmt, die sich durch den Flansch erstreckt und an einem Stirnteil des Kathodenpolschuhs 12 unmittelbar außerhalb des Hohlraums 14 anliegt. Durch Drehen der Stellschraube 49 kann damit die Stützhülse 48 axial nach innen und außen bewegt werden, und dies ist ein zweckmäßiges Mittel, um die exakte, feinfühlige Einstellung zu erzielen, die zum optimalen Röhrenverhalten führt.

Am innersten Ende der Stützhülse 48 ist eine Schicht 50 aus Permanentmagnetmaterial an der Innenfläche der Hülse in Ringform und in mäßiger Dicke befestigt, deren axiale Tiefe einem kleinen Bruchteil der Stützhülse 48 entspricht. Wie im Fall von Fig. 2₍ist die Magnetschicht radial polarisiert und kann entweder in Form eines geschlossenen Ringmagneten vorgesehen sein oder kleine Magneten in einer kleinen Matrix unter Schaffung des Ringes aufweisen. Schließlich kann eine Schicht $2 ähnlich der Schicht 50 und aus magnetischem Werkstoff _t wie Eisen aber vorzugsweise in dünnerer Ausführung als die Schicht 50 an der Innenseite der Schicht 50 vorgesehen sein, insbesondere dann wenn die Schicht 50 aus mehreren Einzelmagneten besteht c- damit der Magnetfluß gleichmäßiger um die Elektronenkanone herum verteilt wird.

Es sei erwähnt, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele gewählt wurden und einander nicht ausschließen, und daß sie innerhalb der Grenzen der Erfindung beträchtlich abgewandelt werden können. So können z.B.

die Vorteile der Optimierung des Strahldurchmessers ohne weiteres dadurch mit einem Merkmal zum Ausgleich der Strahlfehlausrichtung kombiniert werden, daß an einem der vorstehend als Beispiel erwähnten Einsätze ein in Querrichtung magnetisierter Bereich hinzugefügt wird. Die Ausrichtung des Strahls und sein Durchmesser könnte dann durch axiale Verstellung des Einsatzes geändert werden. Auch wenn die Erfindung besonders geeignet ist für Anwendungsfälle im Millimeterwellenbereich, lassen sich wertvolle Vorteile in jeder beliebigen Mikrowellenröhre mit linearem Strahl erzielen. Erstmals ist eine Röhrenkonstruktion geschaffen worden, die eine Einstellbarkeit der Verstärkung, des Wirkungsgrades und der Bandbreite während des Betriebs auf sichere Weise von außerhalb der Röhre ermöglicht, und zwar isoliert gegenüber Hochspannungen und ohne Gefahr einer Qualitätsverschlechterung des Elektronenstrahls durch Zackenbildung. Zum ersten Mal erfolgt die Einstellung des Strahldurchmessers im Wechselwirkungsbereich durch einfache mechanische Handhabung im Bereich des Elektronenstrahlerzeuger und ist exakt und fein steuerbar. Die Erfindung ermöglicht eine Strahleinstellung in einem weiten Bereich, wozu nur eine geringe körperliche Verlagerung, beispielsweise mittels einer Stellschraube nötig ist. Die Justierung kann leicht und rasch an jeder einzelnen Produktionsröhre vorgenommen werden, und jede derartige Röhre kann zum Erzielen der besten Werte für Verstärkung, Wirkungsgrad und Bandbreite beim Anfangsbetrieb und Prüfen optimal entsprechend Kundenwünschen eingestellt werden. Damit können die herkömmlichen Entwurfsgrenzen ^für den Strahl-ZU Tunneldurchmesser problemlos überschritten werden, und es werden nunmehr auf regulärer Produktionsbasis sehr leicht bisher nicht.durchgehend erzielbare Werte des Wirkungsgrades und der Verstärkung erzielt. Gleichzeitig wird der Produktionsausstoß,

insbesondere hinsichtlich der schwierig herzustellenden, mit Permanentmagneten fokussieren Hochleistungs-Linearstrahlröhren im Millimeterwellenlängenbereieh stark verbessert, da Korrekturen vorgenommen werden können, um den nahezu sofortigen Ausfall zu verhindern, der sonst bereits beim Prüfen auftreten würde, wenn angesichts der bei diesen Röhren

nötigen hohen Strahlleistung und kleinen Größe auch nur ein geringfügiges Problem in der Strahloptik vorläge.

Leerseite

Claims

Mikrowellenröhre

Priorität: 7. Oktober 1981 - USA - Serial No. 309,366

Patentansprüche

Permanentmagnet fokussierte Linearstrahl-Mikrowellenröhre

- einer Elektronenkanone in der Nähe eines Endes der Röhre, die einen linearen Elektronenstrahl erzeugt und eine Kathode sowie eine Kolbeneinrichtung aufweist,

- einem Kollektor am entgegengesetzten Ende der Röhre, der die Elektronen des Strahls auffängt, und

- einer Einrichtung zwischen der Elektronenkanone und dem Kollektor längs des Strahls zur Unterstützung einer Elektronenstrahl-Mikrowellen-Energieaustausch-Wechselwirkung,

gekennzeichnet durch

-einen Permanentmagnetkreis, der den Strahl auf einen im wesentlichen gleichmäßigen kleinen Durchmesser innerhalb der Wechselwirkungseinrichtung fokussiert und einen Polschuh aufweist, welcher sich um die Elektronenkanone" erstreckt, und

- eine Einrichtung zum Einstellen im wesentlichen nur des Magnetfeldes innerhalb des Elektronenkanonenbereichs von außen, die magnetisch permeableS Material aufweist, welches innerhalb des Polschuhs außerhalb der Kolbeneinrichtung und dieser benachbart mit Abstand angeordnet und gegenüber dem Polschuh und der Elektronenkanone während des Röhrenbetriebs

bewegbar ist, wodurch der Durchmesser des Elektronenstrahls während des Betriebs verringert oder optimal eingestellt werden kann, während Variationen des Strahldurchmessers im Verlauf der Strahlwanderung auf vernachlässigbarem Niveau gehalten werden.

2. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Werkstoff Eisen aufweist.

3. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennz eichnet, daß der magnetische Werkstoff mindestens einen Permanentmagneten aufweist, der so angeordnet ist, daß er gegenüber der Mittelachse der Röhre radiale Magnetisierung aufweist.

b. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum in Querrichtung einen größeren Durchmesser hat als die Querabmessungen der Kolbeneinrichtung, und daß die Einrichtung zum Einstellen des Magnetfeldes einen Hohlzylinder aus magnetischem Werkstoff aufweist, der innerhalb des Hohlraums und in Eingriff mit demselben angeordnet ist und einen größeren Innendurchmesser hat als die Querabmessungen des Kolbens zur Schaffung des Abstandsverhältnisses zwischen denselben und zur Gewährleistung einer Isolierung bei den Betriebsspannungen der Elektronenkanone.

5. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone, der Magnetkreis und der Kollektor in vakuumdichter Beziehung zueinander stehen.

6. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen des Magnetfeldes der Elektronenkanone von außen

in axialer Richtung bewegbar ist.

7. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeic h η et, daß die Einstelleinrichtung sich nach innen bis zu einer Stelle in der Nähe des Obergangs zwischen der Elektronenkanone und dem Wechselwirkungsbereich erstreckt.

8. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kathoden-Polschuh so nach innen erstreckt, daß eine mittlere Öffnung von kleinem Durchmesser im Verhältnis zu dem des Hohlraums im Polschuh begrenzt, und daß die Kolbeneinrichtung einen größeren Durchmesser hat als die genannte Öffnung und sich in den Hohlraum bis zu einer Stelle in unmittelbarer Nachbarschaft der Öffnung erstreckt, daß die Einrichtung zum Einstellen des Magnetfeldes der Elektronenkanone sich nach innen in den Hohlraum und insgesamt symmetrisch um die Elektronenkanone in gleichmäßigem Abstand zu derselben bis zu einer Stelle in unmittelbarer Nachbarschaft der Grenzfläche zwischen Kolben und Polschuh erstreckt.

9. Röhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinrichtung elektrisch isolierendes !Material aufweist, daß die Elektronenkanone mit hoher Spannung arbeitet, und daß sich die Einrichtung zum Einstellen des Magnetfeldes während des Röhrenbetriebs im wesentlichen auf Erdpotential befindet.

10. Lineare Millimetermikrowellen-Elektronenstrahlröhre mit Permanentmagnetfokussierung und einer Mittelachse,

- einer Elektronenkanone hoher Konvergenz mit magnetischer Fokussierung mit eingeschnürtem Fluß an einem Ende der Röhre, die einen Elektronenstrahl erzeugt und längs der Achse projiziert und eine bei hoher negativer Spannung arbeitende Kathode

BAD ORfGINAL

und einen isolierenden Kolben aufweist, und

- einer Elektronenstrahl-Mikrowellen-Wechselwirkungseinrichtung, die sich längs der Achse in vakuumdichter Beziehung zur Kathode erstreckt,

gekennzeichnet durch

- einen Polschuh, welcher einen axialen Hohlraum begrenzt, der

eine erweiterte Eingangs- und eine verengte Auslaßöffnung zur

Wechselwirkungseinrichtung hat, und in dem die Elektronenkanone angeordnet ist, und der mit der Wechselwirkungseinrichtung über die Auslaßöffnung in Verbindung steht, und - eine von außen einstellbare Einrichtung aus magnetischem Material innerhalb des Hohlraums, die symmetrisch um den Kolben der Elektronenkanone und außerhalb desselben mit Abstand angeordnet ist und sich auf Erdpotential befindet und von außerhalb der Röhre gegenüber der Elektronenkanone und dem Polschuh in Richtung zur Kanone und von dieser weg während des Röhrenbetriebs bewegbar ist, um eine wesentliche Einstellung des Elektronenstrahldurchmessers zum optimalen Betriebsverhalten zu ermöglichen und dabei Variationen des Strahl durchmess er s längs der Achse auf einem Minimum zu halten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Hohlraum einen im wesentlichen gleichmäßigen, kreisförmigen Querschnitt und Durchmesser über den größten Teil seiner axialen Länge hat, daß der Kolben der Elektronenkanone insgesamt einen Zylinder definiert, dessen Durchmesser kleiner ist als der Hohlraumdurchmesser, und daß die Einrichtung, die die Einstellung ermöglicht, einen Hohlzylinder aufweist, dessen Außendurchmesser dem Hohlraumdurchmesser entspricht und dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Kolbens der Elektronenkanone, wodurch ein gleichmäßiger Raum zwischen denselben definiert ist und der Zylinder zum Einstellen des Strahldurchmessers axial bewegbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzei chnet, daß die Einrichtung

aus magnetischem Material gegenüber der Elektronenkanone drehbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung aus magnetischem Material innerhalb der ursprünglichen Einrichtung befestigt ist.

1*J·. Vorrichtung nach Anspruch I3,

dadurch gekennz e i ohne t, daß die zweite Einrichtung eine andere Dicke hat als die ursprüngliche Einrichtung aus magnetischem Material.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus magnetischem Material eine andere Tiefe hat als die Tiefe des Hohlraums.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennz eichnet, daß die Einrichtungen aus magnetischem Material Zylinder sind,und daß beide Zylinder mit komplementären Gewinden versehen sind, wobei der ursprüngliche Zylinder an dem Polschuh befestigt ist, während der zweite Zylinder so drehbar ist, daß er in die Nachbarschaft und aus der Nachbarschaft der Elektronenkanone schraubbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennz eichnet, daß die Einrichtung aus magnetischem Material innerhalb des Hohlraums verschiebbar ist, daß sie einen Bereich aufweist, der sich außerhalb des Hohlraums erstreckt und mit einer Gewindeschraube in Eingriff steht, die axial an einem Stirnabschnitt des PoI-schuhs anliegt, wodurch der Strahldurchmesser durch Drehen der Schraube exakt optimal einstellbar ist.

BAD ORIGINAL

18. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus magnetischem Material einen oder mehrere Permanentmagnetbereiche aufweist, die so ausgerichtet sind, daß sie gegenüber der Achse radiale Polarisierung aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus magnetischem Material eine Schicht aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität enthält, die sich symmetrisch um die Elektronenkanone in Berührung mit den Permanentmagnetbereichen erstreckt und zwischen den Permanentmagnetbereichen und der Elektronenkanone angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetbereiche einen Ringmagneten aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Anode vorgesehen ist, die axial dem verengten Auslaß des Hohlraums benachbart ist und durch die sich ein Kanal erstreckt, der den Strahl von der Elektronenkanone aufnimmt, und daß die Anode auf einer Spannung arbeitet, die gegenüber der Kathode positiv ist, daß die Einrichtung aus magnetischem Material in eine Stellung in enger Ausrichtung mit der Anode aber in elektrischer Isolierung gegenüber der Kathode und der Anode bewegbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungseinrichtung einen Tunnel für den Strahl begrenzt, der einen Durchmesser von weniger als 2,5^ mm (100/1000 Zoll) hat.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl einen Durchmesser im Bereich von 0,13 bis 0,76 mm (5/1000 bis 30/1000 Zoll) hat.

Zk. Vorrichtung nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl eine Leistungsdichte hat, die aus der Nähe von 50 Megawatt pro Quadratzentimeter nach oben reicht.

25· Vorrichtung nach Anspruch 22,

dadurch g ek ennz e i ohne t, daß die Einrichtung aus magnetischem Material den Strahl auf den Durchmesser einstellt, und daß der Strahldurchmesser ein wesentlicher Bruchteil des Tunneldurchmessers ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennz eichnet, daß die Wechselwirkungseinrichtung einen Tunnel für den Strahl bestimmt und den Durchmesser des Strahls so einstellt, daß er ein großer Bruchteil desjenigen des Tunnels ist.