DE4411405A1 - Fokussiersystem mit periodischen Permanentmagneten für Elektronenstrahl - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrowellenverstärkungs­ röhren im allgemeinen und insbesondere ein Fokussiersystem mit periodischen Permanentmagneten für eine Wanderwellen­ röhre, die in einer phasengesteuerten Radaranordnung oder einem sonstigen anderen elektrischen System verwendet wird, das Wanderwellenröhren in unmittelbarer Nähe zueinander ver­ wendet.

Mikrowellen-Verstärkungsröhren, wie beispielsweise Wander­ wellenröhren (traveling wave tubes = TWTs) wirken dahingehend, als das sie die Verstärkung eines elektromagnetischen Wel­ lensignales im Mikrowellenfrequenzbereich erhöhen. Eine TWT ist eine Einrichtung mit linearem Strahl, die einen Elektro­ nenstrahl verwendet, der von einer Elektronenkanone ausgeht und der sich durch einen Tunnel oder eine Driftröhre aus­ breitet, die im wesentlichen innerhalb einer Wechselwir­ kungsstruktur angeordnet ist. Am Ende dieser Ausbreitung wird der Elektronenstrahl von einem Kollektor oder einer Strahl falle (beam dump) aufgenommen, die den "verbrauchten" Elektronenstrahl effektiv einfängt. Im allgemeinen wird der Strahl mittels magnetischen oder elektrostatischen Feldern in der Wechselwirkungsstruktur der Einrichtung fokussiert, damit er effektiv von der Elektronenkanone zu dem Kollektor transportiert werden kann, ohne Energieverluste an die Wech­ selwirkungsstruktur. Die elektromagnetische Welle kann der­ art erzeugt werden, daß sie sich durch die Wechselwirkungs­ struktur ausbreitet, in der sie mit dem Elektronenstrahl wechselwirkt. Der Strahl gibt Energie an die sich ausbrei­ tende Welle ab, wodurch sich die Leistung der Welle erhöht.

Ein bestimmter Typ einer TWT verwendet eine Drahthelix die sich entlang der axialen Längenausdehnung der Driftröhre er­ streckt. Der Elektronenstrahl wird entlang der Achse der Helix injiziert und die elektromagnetische Welle wandert entlang der Helix mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit wie der Elektronenstrahl. In einer helischen TWT erfolgt eine kontinuierliche Wechselwirkung zwischen dem Strahl und der elektromagnetischen Welle über die Driftröhre hinweg. Helische TWTs befinden sich im weit verbreiteten Einsatz, und zwar infolge ihrer extremen Breitbandcharakteristiken.

Ein bevorzugter Anwendungsbereich für helische TWTs liegt darin, sie als Element für die Verwendung in einer phasenge­ steuerten Radaranordnung (phased array radar) zu verwenden. Eine phasengesteuerte Radaranordnung besteht aus einem Array aus Antennen, die ihre Ausgänge kohärent zu einem strahlfor­ menden Netzwerk kombiniert haben. Die Ausgänge können von einer zweidimensionalen Matrix aus TWTs bereitgestellt wer­ den, von denen jede ein bestimmtes Mikrowellenausgangssignal erzeugt. Um in einer phasengesteuerten Radaranordnung einge­ setzt werden zu können, müssen die TWTs ausreichend kompakt sein, um hinter dem Antennenelement der phasengesteuerten Anordnung eingefügt werden zu können, und sie müssen ausrei­ chend gekühlt werden, um die Erzeugung einer erheblichen Menge an Leistung zu erlauben.

Ein signifikantes Problem bei der Verwendung von bekannten helischen TWTs in einer phasengesteuerten Anordnung liegt in der Kontrolle der Leckage des magnetischen Feldes, das für die Strahlfokussierung verwendet wird. Bei den TWTs, die in unmittelbarer Nähe zueinander innerhalb der Matrix angeord­ net sind, kann eine Leckage eines magnetischen Feldes von einer TWT die magnetische Fokussierung einer benachbarten TWT nachteilig beeinflussen. Das magnetische Leckage-Problem führte zu Bemühungen, um die einzelnen TWT-Elemente ausrei­ chend zu testen, da jedes Element an seiner Stelle innerhalb der Matrix getestet werden muß, um seine Verschlechterung in der Leistungscharakteristik infolge der magnetischen Leckage von benachbarten TWTs genau messen zu können.

Ein zweites Problem mit bekannten helischen TWTs liegt in der Bereitstellung eines ausreichenden thermischen Pfades von innerhalb der Röhre zu einem externen Kühlkörper. Be­ kannte TWTs verwenden torusförmige, axial magnetisierte Sa­ marium-Kobaltmagneten für die Strahlfokussierung, die im allgemeinen für eine schlechte thermische Leitfähigkeit in der axialen Richtung sorgen. Als ein Ergebnis hiervon basie­ ren bekannte TWTs im allgemeinen auf der radialen thermi­ schen Leitfähigkeit durch die Röhre zu einer externen Kühl­ mittelhülle bzw. einem externen Kühlkörper. Wenn die TWTs in unmittelbarer Nähe zueinander entlang ihrer Länge angeordnet sind, dann ist kein ausreichender Raum vorhanden, um einen Kühlkörper extern an den TWTs vorzusehen. Anstelle dessen muß die Wärme an einem Ende der TWTs entnommen werden, wie beispielsweise an der Oberfläche der phasengesteuerten An­ ordnung und die TWT muß über eine hohe axiale thermische Leitfähigkeit verfügen, um die Wärme zu dem Kühlkörper an dem Ende der TWT zu leiten.

Demnach besteht ein Bedarf an der Bereitstellung einer heli­ schen TWT, die vorteilhaft in einer phasengesteuerten Ra­ daranordnung oder einem beliebigen anderen sonstigen elek­ tronischen System verwendet werden kann, das TWTs in unmit­ telbarer Nähe zueinander verwendet. Idealerweise sollte die TWT im wesentlichen zu keiner Leckage eines magnetischen Feldes führen, während sie gleichzeitig eine hohe thermische Leitfähigkeit in axialer Richtung aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird durch ein magnetisches Fokussiersystem für einen Elektronenstrahl nach dem Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Im einzelnen werden die obigen Forderungen bzw. Nachteile des Standes der Technik durch ein verbessertes Fo­ kussiersystem mit periodischen Permanentmagneten für eine helische TWT erfüllt bzw. überwunden.

Das Fokussiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Polschuhstruktur zur Leitung eines magnetischen Flusses zu einer Driftröhre der TWT in einer ersten allgemeinen Richtung, und zum Leiten des magnetischen Flusses von der Driftröhre in einer zweiten allgemeinen Richtung senkrecht zu der ersten allgemeinen Richtung. Radial magnetisierte Permanentmagneten sind an den äußeren Teilen der Polschuh­ struktur angeordnet und stellen den magnetischen Flug be­ reit. Ein erstes Paar der Magneten weist eine erste Polari­ sationsrichtung auf, und ein zweites Paar der Magneten weist eine zweite Polarisationsrichtung auf, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Ein äußerer Mantel schließt die Polschuhstruktur und die Magneten ein und sorgt für einen Umkehrpfad des magnetischen Flusses für die Magneten. Ein Elektronenstrahl breitet sich in der Driftröhre aus und der magnetische Flug sorgt für die Fokussierung des Elektro­ nenstrahls.

Genauer gesagt enthält die Polschuhstruktur erste magneti­ sche Polschuhe, die sich radial durch die Driftröhre und parallel zueinander erstrecken. Zweite magnetische Polschuhe erstrecken sich gleichfalls radial durch die Driftröhre, so­ wie parallel zueinander. Die zweiten Polschuhe sind mit den ersten Polschuhen verschachtelt und stehen senkrecht zu ih­ nen. Ein erstes Paar aus Endpanelen verbindet jeweils gegen­ überliegende Endteile der ersten Polschuhe. Die ersten Pol­ schuhe und die ersten Endpanele sorgen für ein erstes, lei­ terförmiges Teil. Auf ähnliche Weise verbindet ein zweites Paar aus Endpanelen jeweils gegenüberliegende Endteile der zweiten Polschuhe. Die zweiten Polschuhe und die zweiten Endpanele sorgen für ein zweites, leiterförmiges Teil. Nicht-magnetische Abstandshalter werden zwischen den einzel­ nen ersten und zweiten Polschuhen eingeschachtelt, wobei die Abstandshalter im wesentlichen eine kreuzförmige Konfigura­ tion aufweisen. Das erste leiterförmige Teil und das zweite leiterförmige Teil sind zueinander verschachtelt und sie stehen orthogonal zueinander.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Polschuhe im wesentlichen rechteckig. Der erste Teil der Magneten grenzt an den ersten Polschuhen und weist die erste Polarisationsrichtung auf und die Magneten, die an den zweiten Polschuhen angrenzen, weisen die zweite Polarisationsrichtung auf. Die orthogonale Konfiguration der Polschuhe erlaubt die Bildung von einer Ecke, die durch einen inneren Teil der ersten und zweiten Polschuhteile in­ nerhalb des äußeren Mantels gebildet wird. Die Ecke erlaubt die Verwendung eines Abschreckstabes (chill bar), der sich axial entlang der Länge der Polschuhstruktur erstreckt und der Wärme aus der Struktur in einer axialen Richtung ent­ fernt. Zusätzliche freie Ecken können einen Zugriffsraum für die Einfügung von Koaxialkabeln bereitstellen.

Ein vollständigeres Verständnis des periodischen Fokussier­ systemes mit Permanentmagneten für einen Elektronenstrahl stellt sich bei den Fachleuten bei der Betrachtung der fol­ genden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ein, sowie die Möglichkeit der Realisierung zu­ sätzlicher Vorteile. Es wird auf die beigefügten Blätter der Zeichnung Bezug genommen, die zunächst kurz beschrieben wer­ den.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, in dem eine helische Wanderwel­ lenröhre (TWT) nach dem Stand der Technik illu­ striert ist;

Fig. 2 eine partiell ausgeschnittene, perspektivische An­ sicht einer periodischen helischen TWT mit Perma­ nentmagneten nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Polschuhe und der Abstandshalter einer Fokussierstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in Explosionsdarstellung;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Fokussierstruktur aus Fig. 3, in der die radial magnetisierten Perma­ nentmagneten illustriert sind, die an den Polschuhen befestigt sind; und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Fokussierstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wie in den Fig. 3 und 4, in der der äußere Mantel dargestellt ist, der die Fokussierstruktur einschließt bzw. umgibt.

Unter Bezugnahme zunächst auf Fig. 1 ist dort eine periodi­ sche fokussierende helische TWT 10 mit Permanentmagneten nach dem Stand der Technik illustriert. Die helische TWT 10 weist eine Elektronenkanone 12 mit einer Kathodenoberfläche 14 und einem thermoionischen Heizelement 16 auf, das unter­ halb der Oberfläche angeordnet ist. Ein Elektronenstrahl 18 wird aus der Kathodenoberfläche 14 gezogen, indem man das Heizelement 16 aktiviert und indem man eine starke negative Spannung an die Kathode angelegt. Der Elektronenstrahl 18 breitet sich axial durch eine Driftröhre 20 der helischen TWT 10 aus und er wird in einen Kollektor 28 eingebracht.

Ein elektromagnetisches HF-Wellen-Eingangssignal wird durch ein HF-Eingangstor 22 bereitgestellt. Das Eingangssignal wandert entlang einer Helix 26, die sich entlang der Länge der Driftröhre 20 erstreckt. Die Helix 26 wird typischer­ weise aus einem gespulten Stück eines Wolframdrahtes gebil­ det und der Elektronenstrahl 18 wandert axial durch das ra­ diale Zentrum der Helix. Das elektrische Feld, das von dem HF-Eingangssignal erzeugt wird, bedingt eine periodische Bündelung bzw. "Paketbildung" (bunching) der Elektronen des Elektronenstrahles 18, was einen effizienten Energietransfer von den Elektronen auf das Signal erlaubt. Die elektronische Wechselwirkung innerhalb der helischen TWT 10 erzeugt ein verstärktes HF-Ausgangssignal, das dann an ein HF-Ausgang­ stor 24 weitergegeben wird.

Um den Elektronenstrahl 18 durch die Driftröhre 20 zu füh­ ren, wird typischerweise eine magnetische Fokussierung vor­ gesehen. Indem nun auf Fig. 2 Bezug genommen wird, ist dort eine konventionelle Fokussierstruktur für die helische TWT 10 illustriert. Die Helix 26 wird in die Driftröhre 20 mit­ tels axialen Tragestäben 42 eingehängt, und sie wird von Magneten 38 in der Form von Unterlegscheiben und Polschuhen 36 umgeben. Die Polschuhe 36 sind typischerweise aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt, wie beispielsweise aus Weicheisen oder anderen magnetisch leitenden Eisenlegierungen. Die Magneten 38 sind axial magnetisiert und sie bestehen typischerweise aus einem Sama­ rium-Kobaltmaterial. Darüber hinaus werden magnetisch nicht­ leitende Abstandshalter 34 zwischen benachbarten Polschuhen 36 angeordnet und sie bestehen aus Kupfer oder einem Kupfer­ nickelmaterial. Die Abstandshalter 34 sorgen für eine ther­ mische Leitung von der Driftröhre zu den Polschuhen 36. Die Magneten 38 werden extern von Halteringen 32 getragen. Typi­ scherweise umgibt ein externer Kühlkörper oder ein Kühlkör­ permantel (nicht dargestellt) extern die Fokussierstruktur.

Permanentmagneten werden typischerweise für die Fokussierung des Elektronenstrahles verwendet, und zwar infolge ihres vergleichsweise niedrigen Gewichtes im Vergleich zu einem Magneten vom Solenoid-Typ. Bei der periodischen Permanent­ magnet-Fokussierung führen die Polschuhe 36 den magnetischen Flug von den Magneten 38 in die Driftröhre auf einem Pfad, der axial durch den Magneten 38 zu den Polschuhen 36 läuft. Daran anschließend wandert der Flug durch die Polschuhe 36 radial nach innen zu der Driftröhre und er springt über die Spalte, die durch die nicht-magnetischen Abstandshalter 34 gebildet wird, auf die benachbarten Polschuhe. Der Flug kehrt dann durch die Polschuhe 36 radial nach außen hin zu den Magneten 38 zurück. Ein Alternieren der Richtung der Po­ larität der Magneten 38 erzeugt ein sich periodisch alter­ nierendes Magnetfeld in der Driftröhre 20. Wenn der Strahl das alternierende Magnetfeld durchquert, entwickelt der Strahl eine Rotationsbewegung, die in alternierenden Richtun­ gen vor und zurück oszilliert. Diese Rotation verdichtet den Strahl, um Raumladungskräften entgegenzuwirken, die sonst zu einer unerwünschten Expansion des Strahles führen würden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die helische TWT 10 nach dem Stand der Technik gemäß den Fig. 1 und 2 für die Verwen­ dung in einer Matrix einer phasengesteuerten Anordnung unge­ eignet wäre. Die Fokussierstruktur verhindert nicht die Leckage des magnetischen Flusses aus der Struktur heraus, denn ganz im Gegensatz hierzu kann der magnetische Flug leicht benachbarte Polschuhe 36 über die Halteringe 32 hin­ weg überbrücken. Darüber hinaus findet die thermische Lei­ tung im wesentlichen in radialer Richtung durch die Pol­ schuhe 36 statt, mit einer eingeschränkten axialen thermi­ schen Leitung über die Abstandshalter 34. Diese Eigenschaf­ ten führen dazu, daß die helische TWT 10 dort nicht brauch­ bar ist, wo sie in unmittelbarer Nähe zu anderen ähnlichen TWTs verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung löst jedes dieser Probleme mit ei­ ner kompakten und einfachen Struktur. Die Fokussierstruktur 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 3 bis 5 illustriert. Die Struktur 50 umfaßt eine Mehrzahl aus im wesentlichen rechteckig geformten Polschuhen 52, die alter­ nierend gestapelt bzw. übereinander angeordnet sind. Die Polschuhe 52 sind aus einem elektrisch und magnetisch leit­ fähigen Material hergestellt, wie beispielsweise aus Eisen. Nicht-magnetische Abstandshalter 56 sind mit einem jeden der benachbarten Polschuhe 52 verschachtelt und sie sind im we­ sentlichen kreuzförmig. Jeder benachbarte Polschuh 52 ist im Verhältnis zum vorigen Polschuh um 90° versetzt und sie sind mit zusätzlichen rechteckigen nicht-magnetischen Abstands­ haltern 57 an den Seitenteilen der Polschuhe 52 verbunden. Die Abstandshalter 56 und 57 sind aus einem thermisch leit­ fähigen und magnetisch isolierenden Material hergestellt, wie beispielsweise aus Kupfer. Die zusammengesetzte Fokus­ sierstruktur 50 weist eine im wesentlichen kreuzförmige Kon­ figuration auf. Ein Strahltunnel 48 erstreckt sich axial durch einen jeden der Polschuhe 52 und Abstandshalter 56 und sorgt für eine Driftröhre für den Strahl und für die Helix.

Elektrisch und magnetisch leitende Endpanele 62 grenzen an den einzelnen Endteilen 54 der Polschuhe 52 an, und zwar an jedem der freiliegenden vier Enden. Wenn sich die Endpanele 62 an ihrem Platz befinden, ähnelt die Fokussierstruktur 50 einem Paar aus verschachtelten Leitern, wobei die Polschuhe 52 "Sprossen" der Leitern bilden und die Endpanele 62 die "Pfosten" der Leitern. Radial magnetisierte Permanentmagne­ ten 58, die eine im wesentlichen flache rechteckige Form ha­ ben, werden an der äußeren freiliegenden Oberfläche der End­ panele 62 befestigt. Die gesamte Fokussierstruktur wird dann in einem im wesentlichen rechteckig geformten Mantel 64 ein­ geschlossen, der aus einem magnetisch leitenden Material ge­ bildet wird.

Obgleich früher einmal für die Verwendung in Linearstrahl­ röhren weit verbreitet, sind radial magnetisierte Permanent­ magneten infolge des Erscheinens von Samarium-Kobaltmagneten aus der Mode gekommen. Zuvor sind radial magnetisierte Magneten weit verbreitet eingesetzt worden, die aus Alnico (Aluminium-Nickel-Kobalt) bestanden. Alnico-Magneten weisen ein maximales Energieprodukt bei einer Flußdichte auf, die im Vergleich zu ihrer Magnetisierung hoch ist. Als ein Er­ gebnis hiervon war es notwendig, den Durchmesser der Perma­ nentmagneten im Verhältnis zu der Spaltlänge zu erhöhen, wenn hohe Feldstärken in der Spalte gebraucht wurden. Mit dem Erscheinen von Samarium-Kobaltmagneten sind Radialmagne­ ten unnötig geworden, da ihre Flußdichten und Magnetisierun­ gen für ein maximales Energieprodukt praktisch gleich sind. Axial magnetisierte Permanentmagneten mit der Form von Un­ terlegscheiben erlauben im allgemeinen die Entwicklung einer kompakteren TWT-Struktur.

Indessen führt ein radial magnetisierter Samarium-Kobaltma­ gnet zu vorteilhaften Ergebnissen, wenn er in Verbindung mit der Fokussierstruktur 50 der vorliegenden Erfindung verwen­ det wird. Die Richtung der Polarität der Magneten 58 alter­ niert umfangsseitig entlang der Fokussierstruktur 50. Im einzelnen weisen Magneten 58 ₁ und 58 ₃ eine magnetische Süd­ polpolarität auf, die von der Struktur 50 aus gesehen nach außen zeigt, und eine magnetische Nordpolpolarität, die nach innen zeigt. Demgegenüber weisen die Magneten 58 ₂ und 58 ₄ eine magnetische Nordpolpolarität auf, die von der Struktur 50 aus gesehen nach außen zeigt, und eine magnetische Süd­ polpolarität, die nach innen zeigt.

Der magnetische Flug von dem ersten Paar der Magneten 58₁ und 58₃ wandert im wesentlichen nach innen, und zwar durch Polschuhe 52 von einer ersten der Leitern. Bei Erreichen des Strahltunnels 48 überbrückt der Flug die Spalte über den be­ nachbarten Abstandshalter 56 zu dem benachbarten Polschuh 52 der zweiten Leiter. Der Flug strahlt dann nach außen, und zwar durch die Polschuhe 52 der zweiten Leiter, die von der ersten Leiter um 90° versetzt ist, hin zu dem zweiten Satz aus Magneten 58 ₂ und 58 ₄. Der äußere Mantel 64 sorgt für einen magnetischen Flußumkehrpfad, um die Fokussierstruktur im magnetischen Gleichgewicht zu halten. Demgemäß erstreckt sich kein Flug über den äußeren Mantel 64 hinaus. Indem man die Polschuh-Leiterelemente verschachtelt, wird das magneti­ sche Feld in der Driftröhre 20 alternieren, um den Elektro­ nenstrahl zu fokussieren, wie in der helischen TWT 10 nach dem Stand der Technik, die zuvor beschrieben worden ist.

Die im wesentlichen kreuzförmige Fokussierstruktur 50 er­ zeugt vier rechteckige Räume 66, wenn sie innerhalb des äußeren Mantels 64 angeordnet wird. Diese Räume 66 können für zusätzliche unterschiedliche alternative Zwecke verwen­ det werden. Thermische Leiter, wie beispielsweise Abschreck­ stäbe 68 können in die Räume 66 eingeführt werden, wobei sie dann dazu dienen, Wärme aus einem jeden der Polschuhe 52 zu ziehen. Die von den Abschreckstäben 68 herausgezogene Wärme kann dann axial aus der Fokussierstruktur entfernt werden, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo dies radial ge­ schieht. Die Räume 66 sind weiterhin als Kanal für elektri­ sche Verbindungen brauchbar, so wie beispielsweise für Ko­ axialverbindungen der Helix 26, zur Befestigung der HF-Ein­ gangs- und Ausgangssignale. Eine elektrische Verbindung kann gleichfalls für den Kollektor und/oder die Kathode vorgese­ hen werden. Wie an sich im Stand der Technik bekannt, sollte eine ausreichende Abschirmung der Kollektorverbindung vorge­ sehen werden, um unerwünschte magnetische Feldvariationen innerhalb der Driftröhre zu verhindern.

Es wird erwartet, daß die Fokussierstruktur 50 die Vakuum­ hülle für die TWT 10 bereitstellen kann. Eine integrale Pol­ schuhkonstruktion wird typischerweise verwendet, in der die Polschuhe und Abstandshalter miteinander hartverlötet bzw. verschweißt sind, um eine luftdichte Abdichtung für den Strahltunnel 48 zu bilden, um so die Bildung eines Vakuums innerhalb des Strahltunnels zu erlauben. Indessen werden ge­ mäß einer altnativen Konstruktion die TWT-Komponenten nicht miteinander verlötet, sondern lediglich miteinander verpreßt und eine Vakuumabdichtung wird innerhalb des Strahltunnels 48 nicht erreicht. In diesen Fällen kann eine separate Röhre in den Strahltunnel eingezogen werden und die Helix 26 wird innerhalb der Röhre angeordnet. Da die Bereitstellung einer kompakten Größe der Fokussierstruktur 50 eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, wird für die TWT bevorzugt, sie in der integralen Polschuhkonfiguration auszubilden.

Nachdem somit eine bevorzugte Ausführungsform einer Fokus­ sierstruktur mit periodischen Permanentmagneten für eine he­ lische TWT beschrieben worden ist, sollte nun den Fachleuten deutlich geworden sein, daß bestimmte Vorteile mit dem Sy­ stem realisiert werden. Die vorliegende Erfindung demon­ striert eine Fokussierstruktur, die im wesentlichen zu kei­ ner magnetischen Flußleckage führt, und zwar im Vergleich zu den konventionellen helischen TWTs, und die eine verbesserte axiale thermische Leitfähigkeit aufweist und die insbeson­ dere in einer phasengesteuerten Radaranordnungs-Konfigura­ tion vorteilhaft einzusetzen ist.

Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß die vor­ liegende Erfindung für ein Fokussiersystem einer helischen TWT (Wanderwellenröhre) sorgt, die eine Polschuhstruktur zur Leitung eines magnetischen Flusses hin zu einer Driftröhre der TWT in einer ersten allgemeinen Richtung aufweist, und zum Leiten des magnetischen Flusses von der Driftröhre in einer zweiten allgemeinen Richtung, die zu der ersten allge­ meinen Richtung senkrecht steht. Radial magnetisierte Perma­ nentmagneten werden an den äußeren Teilen der Polschuhstruk­ tur angeordnet und sie sorgen für den magnetischen Flug. Ein erstes Paar der Magneten weist eine erste Polarisationsrich­ tung auf, und ein zweites Paar der Magneten weist eine zweite Polarisationsrichtung auf, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Ein äußerer Mantel schließt die Pol­ schuhstruktur und die Magneten ein und sorgt für einen Um­ kehrpfad des magnetischen Flusses. Ein Elektronenstrahl wan­ dert innerhalb der Driftröhre und der magnetische Flug sorgt für die Fokussierung des Elektronenstrahls.

Schließlich sollte den Fachleuten deutlich geworden sein, daß unterschiedliche Modifikationen, Anpassungen und alter­ native Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Bei­ spielsweise ist die Fokussierstruktur 50 für die Verwendung in einer helischen TWT illustriert worden, aber es sollte deutlich geworden sein, daß das erfinderische Konzept auch mit alternativen Linearstrahleinrichtungen verwendet werden kann, so wie beispielsweise für gekoppelte Hohlraumröhren und Klystrons. Darüber hinaus kann der äußere Mantel 64 Wände aufweisen, die mit anderen TWTs einer Matrix geteilt werden, zur Verwendung in einer phasengesteuerten Anordnung, anstelle der Verwendung für eine einzelne TWT, wie oben il­ lustriert. Die Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims (10)

1. Ein magnetisches Fokussiersystem für einen Elektronen­ strahl einer helischen Wanderwellenröhre (TWT) mit:
einer fokussierenden Struktur, die eine Mehrzahl aus Polschuhen enthält, eine Mehrzahl aus nicht-magneti­ schen Abstandshaltern, die mit den Polschuhen ver­ schachtelt sind, sowie radial magnetisierte Permanent­ magneten, die an den äußeren Enden der Polschuhe an­ grenzen, wobei ein erster Teil der genannten Polschuhe alternierend und orthogonal zu einem zweiten Teil der genannten Polschuhe angeordnet ist;
einem Strahltunnel, der sich axial durch die Fokussier­ struktur erstreckt, um den genannten Elektronenstrahl aufzunehmen; und
einem äußeren Mantel, der die genannte Fokussierstruk­ tur einschließt; wobei
die genannten Polschuhe den magnetischen Flug von den genannten Magneten zu dem genannten Strahltunnel füh­ ren, um den genannten Strahl zu fokussieren, und der genannte äußere Mantel für einen Umkehrpfad für den ge­ nannten magnetischen Flug zu den genannten Magneten sorgt.

2. Das magnetische Fokussiersystem nach Anspruch 1, worin die Polschuhe im wesentlichen rechteckig sind.

3. Das magnetische Fokussiersystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die genannten Magneten, die an dem genannten er­ sten Teil der Polschuhe angrenzen, den genannten Flug in den genannten Strahltunnel führen, und die genannten Magneten, die an dem genannten zweiten Teil der Pol­ schuhe angrenzen, den genannten Flug aus dem genannten Strahltunnel herausführen.

4. Das magnetische Fokussiersystem nach einem der Ansprü­ che 1, 2 oder 3, worin die genannten Magneten aus einem Samarium-Kobaltmaterial bestehen.

5. Das magnetische Fokussiersystem nach einem der vorigen Ansprüche, worin die genannten Abstandshalter aus einem Kupfermaterial bestehen.

6. Das magnetische Fokussiersystem nach einem der vorigen Ansprüche, das des weiteren wenigstens einen Abschreck­ stab umfaßt, der axial in einem Raum angeordnet ist, der durch die Überschneidung der genannten ersten und zweiten Polschuhteile innerhalb des genannten äußeren Mantels gebildet wird, wobei der Abschreckstab Wärme aus der Fokussierstruktur in einer im wesentlichen axialen Richtung entfernt.

7. Das magnetische Fokussiersystem nach Anspruch 6, das des weiteren einen zusätzlichen Raum umfaßt, der in der Lage ist, Koaxialkabel in sich aufzunehmen.

8. Das magnetische Fokussiersystem nach Anspruch 1, wel­ ches des weiteren umfaßt:
ein erstes Paar aus Endpanelen, das mit einem jeden der genannten ersten Teile der genannten Polschuhe an ihren Endteilen verbunden ist; wobei
die genannten ersten Polschuhe für Sprossen einer lei­ terförmigen Konfiguration sorgen und die Endpanele für die Pfosten der leiterförmigen Konfiguration.

9. Das magnetische Fokussiersystem nach Anspruch 8, wel­ ches des weiteren umfaßt:
ein zweites Paar aus Endpanelen, die mit einem jeden der genannten zweiten Teile der genannten Polschuhe an Endteilen von ihnen verbunden sind; worin
die genannten zweiten Polschuhe für Sprossen der ge­ nannten leiterförmigen Konfiguration sorgen und die ge­ nannten Endpanele für Pfosten der genannten leiter­ förmigen Konfiguration sorgen.

10. Das magnetische Fokussiersystem nach einem der vorigen Ansprüche, worin die genannten Magneten, die an dem ge­ nannten ersten Teil der genannten Polschuhe angrenzen, eine erste Polarisationsrichtung aufweisen, und die ge­ nannten Magneten, die an dem genannten zweiten Teil der genannten Polschuhe angrenzen, eine zweite Polarisati­ onsrichtung, die zu der genannten ersten Richtung ent­ gegengesetzt ist.