DE933579C

DE933579C - Wanderfeldroehre mit einer Magnetanordnung fuer die Konzentration des Elektronenstrahles

Info

Publication number: DE933579C
Application number: DEW9300A
Authority: DE
Inventors: Paul Peter Cioffi
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1951-12-29
Filing date: 1952-08-23
Publication date: 1955-09-29
Also published as: BE516533A; FR1060368A; CH327480A; GB726823A; NL93297C; US2807743A; NL173106B

Description

AUSGEGEBEN AM 29. SEPTEMBER 1955

W ρ300 VIIIc12ig

des Elektronenstrahles

Bei Wanderfeldröhren wird ein Elektronenstrom in einen Wechselwirkungsraum geschleudert, der im allgemeinen durch eine wendeiförmige Verzögerungsleitung gebildet wird. Eine zu verstärkende Signalspannung wird beispielsweise durch Anlegen an die Wendelleitung in an sich bekannter Weise in den Wechselwirkungsraum eingeführt. Die'Verstärkung beruht auf der Wechselwirkung zwischen den an der Wendel fortschreitenden elektromagnetischen Feldern und dem Elektronenstrahl; um eine größtmögliche Verstärkung zu erzielen, ist es erforderlich, daß der Elektronenstrahl sich möglichst nahe an der Wendel des Übertragungskreises vorbeibewegt, weil dann die günstigste Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrom und den durch die Signalspannung erzeugten, an der Wendel fortschreitenden Feldern besteht. Der Verwirklichung günstiger bzw. optimaler Verstärkungsverhältnisse stehen jedoch Umstände entgegen, welche die enge Umschließung des Elektronenstrahles durch die Wendel erschweren, indem sie zu einer Berührung der Wendel durch den Elektronenstrahl Anlaß geben können.

Es ist versucht worden, diese Umstände durch Anwendung eines Magnetfeldes abzuschwächen, welches so angebracht ist, daß es eine Konzentration des Elektronenstrahles bewirkt. Mit der Anwendung eines solchen Magnetfeldes läßt sich eine

Konzentration des Elektronenstrahles zwar verwirklichen, die erzielbare Konzentration ist aber durch mehrere Einflüsse beschränkt.

Wenn zwecks Konzentration des Elektronen-Strahles ein Magnetfeld in einem länglichen Luftspalt verwendet wird, zwischen dessen Polstücken sich der Wechselwirkungsraum der Wanderfeldröhre befindet, so erfahren die Kraftlinien in dem mittleren Bereich des Spaltes eine Aufweitung. Das ίο Feld ist daher in diesem Bereich am schwächsten. Außerdem kann das Feld unter der Einwirkung nicht homogener Felder von der axialen Richtung abweichen. Diese nicht homogenen Felder können entweder durch Streufelder oder durch Unvollkommenheiten des Magneten, welcher das Feld erzeugt, bedingt sein. In dem mittleren Bereich wird daher der Durchmesser des Elektronenstrahles am größten sein, und der Strahl hat hier die Neigung, die Wendel zu berühren.

Ein weiterer störender Einfluß ergibt sich aus der Bündelung des Elektronenstrahles in Übereinstimmung mit den an der Wendel fortschreitenden Wellen, welche bei dem Anlegen einer Signalspannung an die Wendelleitung entstehen. Diese axiale Bündelung, welche auf einer Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahles beruht, ist mit einer radialen Entbündelung verbunden, die auf die gegenseitige Abstoßung der Elektronenladungen zurückzuführen ist. Dies veranlaßt den Elektronenstrahl, sich zum Ende der Sammelelektrode des Wechselwirkungsraumes hin zu verbreitern.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, diesen Einflüssen entgegenzuwirken und dadurch die Voraussetzungen für eine günstige bzw. optimale Verstärkung zu schaffen. Zur Verwirklichung dieses Zieles macht die Erfindung von der Konzentration des Elektronenstrahles mit Hilfe einer Magnetanordnung Gebrauch, und zwar in Verbindung mit einer Kraftfluß führung aus magnetischem Material, welche sich ohne Unterbrechung von dem Elektronenerzeugungssystem bis zur Sammelelektrode erstreckt, den länglichen Übertragungsweg der Wanderfeldröhre umschließt und deren Dicke sich längs des Übertragungsweges in vorbestimmter Weise ändert. Durch Veränderung der Dicke der Kraftfluß führung ist ein Mittel gegeben, mit dessen Hilfe die erläuterten störenden Einflüsse weitgehend und praktisch vollkommen beseitigt werden können, weil dadurch eine Steuerung des konzentrierenden Magnetfeldes sowohl bezüglich seiner Richtung als auch bezüglich seiner Größe längs des gesamten Luftspaltes zwischen den Magnetpolen vorgenommen werden kann.

In der deutschen Patentschrift 711 458 ist vorgeschlagen worden, die Größe des magnetischen Streufeldes einer Hauptmagnetanordnung in Verbindung mit einer Magnetfeldröhre zu verringern. Zu diesem Zweck sind kleinere Hilfsmagnete vorgesehen und so angeordnet, daß ihre Felder gegen das Hauptmagnetfeld wirken, um dadurch das Hauptmagnetfeld auf den von den Polstücken begrenzten Raum zu beschränken. Mit solchen Hilfsmagneten läßt sich das Hauptmagnetfeld aber nicht in der Weise steuern, wie es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erforderlich ist; insbesondere besteht keine Möglichkeit, durch Hilfsmagnete eine punktweise Steuerung des Hauptmagnetfeldes längs des ganzen Luftspaltes zu verwirklichen. Im Gegensatz dazu bietet eine Kraftflußführung aus magnetischem Material die Möglichkeit einer feinfühligen und genauen Steuerung des konzentrierenden Magnetfeldes.

In Verbindung mit Magnetfeldröhren ist die Verwendung von magnetischem Material in Form einer flachen Platte, die sich von dem Elektronenerzeu- ' gungssystem bis zur Sammelelektrode erstreckt, durch die französische Patentschrift 983 070 bekanntgeworden. Bei der bekannten Anordnung dient diese Platte zur Erzeugung einer starken .-' Dämpfung. Die Steuerung des konzentrierenden Magnetfeldes ist nicht beabsichtigt und wäre wegen der gleichförmigen Stärke der Platte auch nicht t

durchführbar. ^

Die durch die erfindungsgemäße Steuerungsmaß-

nähme erzielte gleichmäßige Feldverteilung und die 85 ι Vermeidung einer radialen Entbündelung des Elek- '

tronenstrahles ermöglichen im übrigen, die Mittel für die Konzentration des Elektronenstrahles sehr klein zu wählen. Es ist demgemäß möglich, einen kleinen permanenten Magnet oder kleine elektromagnetische Feldspulen zu verwenden, womit eine weitgehende Einsparung an Platzbedarf erzielbar ist. Die Bedeutung dieses Umstandes ergibt sich beispielsweise daraus, daß ein permanenter Magnet, welcher für die Erzielung eines Feldes für 600 orsted benötigt wird, nur halb so groß ist wie ein permanenter Magnet, den man für die Herstellung eines Feldes für 800 örsted verwenden muß.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele; es zeigt

Fig. ι eine teilweise im Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung, welche insbesondere die Polstücke der Wanderfeldröhre, die Kraftfluß führung und deren relative Lage innerhalb des Gerätes veranschaulicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht des von den Polstücken des Gerätes nach Fig. 1 begrenzten Luftspaltes mit Darstellung der Kraftlinien und der Äquipotentialflächen beim Fehlen einer Kraftflußführung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des von den Polstücken des Gerätes nach Fig. 1 begrenzten Luftspaltes mit einer Kraftfluß führung nach einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere Darstellung der Kraftlinien und der Äquipotentialflächen, welche bei Anwendung einer Kraftflußführung bestehen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Kraftfluß führungsplatte von der Breite W und der Länge L,

Fig. 5, 6 und 7 die Seitenansicht und teilweise Schnittdarstellung anderer spezieller Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung.

In Fig. ι ist eine Ausführungsform nach der Erfindung veranschaulicht, wobei das magnetische Feld für die Konzentrierung des Elektronenstrahles

durch ein Paar U-förmige Magnete io und ir geschaffen wird, welche mit gleichnamigen Polen einander gegenüberliegen und zwischen ihren gleichnamigen Polen Polstücke 12 und 13 aufweisen. Die Polstücke begrenzen einen länglichen Luftspalt 15. Durch öffnungen 14 in den Polstücken ist eine Wanderfeldröhre 16 hindurchgeführt, welche den länglichen Luftspalt durchquert. Die Röhre 16 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Elektronenerzeugungssystem 17, einer als Übertragungskreis dienenden Wendel 18, einer Sammelelektrode 19, welche von einem Wärmeabstrahier 20 umgeben sein kann. Das Elektronenerzeugungssystem 17 liegt innerhalb der öffnung 14 des Polstückes 12, so daß es von dem Polstück 12 umschlossen ist, wobei die innere magnetische Abschirmung des Elektronenerzeugungssystems 17 zweckmäßig mit der Innenkante des Polstückes 12 ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise ist die Sammelelektrode 19 innerhalb der öffnung 14 des Polstückes 13 angeordnet, so daß es von dem Polstück 13 umschlossen wird.

Eingangs- und Ausgangswellenleiter 23 und 24

ragen in den länglichen Luftspalt 15 quer zur Achse der Wanderfeldröhre 16 hinein und besorgen eine Kopplung der Hochfrequenzsignalspannung an die Wendelleitung der Wanderfeldröhre 16, wie es an sich bekannt ist. Die Wellenleiter 23 und 24 können zweckmäßig außerdem als Träger für die Wanderfeldröhre 16 dienen; die Röhre kann aber ebenso vorteilhaft innerhalb der öffnungen 14 in den Polstücken 12 und 13 mechanisch gehalten sein. Zweckmäßig ist ein Stecker oder Sockel 26 vorgesehen, der eine Verbindung mit den durch den Boden der Röhre 16 herausgeführten Endanschlüssen ermöglicht.

Zwischen den Polstücken 12 und 13 sind zwei Platten 27 aus magnetischem Material angebracht, welche den Luftspalt 15 und den durch die Wendel 18 der Wanderfeldröhre 16 gebildeten Übertragungskreis umgeben. Diese Platten bilden Kraftflußführungen im Sinne der Erfindung und erzeugen in dem Luftspalt 15 ein Magnetfeld mit optimalen Eigenschaften, welches mit der Wanderfeldröhre 16 zusammenwirkt und insbesondere dazu dient, den längs der Wendel 18 verlaufenden Elektronenstrahl zu konzentrieren. Bei der speziellen Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Kraftflußplatten in einer besonderen Weise gestaltet, um ein geradliniges und gleichförmiges Magnetfeld zu erhalten, welches in der Mitte des länglichen Luftspaltes 15 nicht ausbeult und auch nicht von der axialen Richtung abweicht und auf diese Weise dafür sorgt, daß keine Elektronen in der Mitte des Übertragungskreises auf die Wendel 18 auf treffen. Demgemäß ist jede Kraftflußplatte 27 an den Polstücken 12 und 13 am dicksten, und ihre Dicke verringert sich linear in Richtung zur Mitte zwischen den Polstücken.

Der Einfluß der Kraftflußführungen 27 wird in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 aus der folgenden Erläuterung leicht verständlich; die Äquipotentialflächen zwischen den beiden Polstücken 120 und 130 verlaufen entsprechend den Flächen 30 nach Fig. 2, wenn keine Kraftfluß führungen im Sinne der Erfindung vorgesehen sind. Da die Kraftlinien 31 zwischen den Polstücken 120 und 130 mit den Äquipotentialflächen 30 rechtwinkelige Abschnitte bilden, so erfahren die Kraftlinien 31 im mittleren Bereich des Luftspaltes 15 eine Ausweitung. Das Feld ist in diesem Bereich am schwächsten, so daß sich der Elektronenstrahl radial aufweiten und auf die Wendel des Übertragungskreises auftreffen kann. Wegen der Länge des Luftspaltes 15 lassen sich ältere Vorschläge zur Behebung dieser Ausweitung, wie z. B. die Größenausführung der Polstücke mit Bezug auf die Luftspaltlänge und Krümmung derselben, nicht anwenden. Im übrigen sind diese älteren Maßnahmen nicht geeignet, Ablenkungen des Feldes von der Längsachse zu korrigieren, welche durch nicht homogene Streufelder oder durch Unvollkommenheiten des Magneten, die sich in Unregelmäßigkeiten des Feldes auswirken, verursacht werden.

Nach Fig. 3 besteht eine gleichmäßige Feldverteilung zwischen den Polstücken 120 und 130 der Magnete 100 und 110, wobei die Äquipotentialflächen 30 parallele Ebenen bilden, die senkrecht zur Achse des Luftspaltes 15 verlaufen und das Potential jeder Ebene ihrer von einem Polstück aus gemessenen Verlagerung in den Luftspalt proportional ist. Diese gleichförmige Feldverteilung wird erfahrungsgemäß dadurch verwirklicht, daß die begrenzten Polstücke 120 und 130 mittels einer Kraftfluß führung 270 verbunden sind, welche vorzugsweise aus einem Hohlzylinder aus magnetischem Material besteht und so bemessen ist, daß sie gleichförmig magnetisiert wird. Da die magnetische Potentialverteilung in der Kraftflußführung 270 gleichförmig ist, erhalten die in den Luftspalt 15 sich erstreckenden Äquipotentialflächen die Form paralleler Ebenen, und es ergibt sich eine gleichförmige Feldverteilung in dem Luftspalt 15.

Eine gleichmäßige Magnetisierung in der Kraftflußführung 270 wird erfindungsgemäß durch Querschnittsflächenkompensation des Streuflusses erreicht. Der Potentialabfall längs der zylindrischen Kraftflußführung 270 ist dann der gleiche, wie an der Achse des Zylinders. Da jede Äquipotentialfläche eine hierzu senkrechte Fläche darstellt, wird eine gleichmäßige Feldverteilung erhalten. Die Kraftlinien 31 verlaufen als gerade Linien zwischen den Polen 120 und 130.

Wenn auch eine zylindrische Kraftfluß führung 270 theoretisch am besten geeignet erscheint, um eine gleichförmige Feldverteilung zu erhalten, so sprechen doch die großen öffnungen dagegen, die an der Zylinderfläche für den Durchtritt des Eingangs- und Ausgangswellenleiters, wie z. B. der Wellenleiter 23 und 24 nach Fig. 1, erforderlich wären. Selbst wo koaxiale Anschlüsse für die Ankopplung der Hochfrequenzwelle an den Übertragungskreis verwendet werden, verhindert eine zylindrische Kraftfluß führung die Zugänglichkeit und Beobachtung der Wanderfeldröhre. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine zylindrische Kraftflußführung durch zwei parallele Platten ersetzt werden kann und daß es genügt, wenn die beiden Platten

im Verhältnis zu ihrem Abstand breit sind. Der Abstand wird für die Anordnung der Wellenleiter benötigt. Demgemäß können die Kraftflußführungsplatten 27 bei der speziellen Ausführungsform nach Fig. ι mit Vorzug an Stelle einer zylindrischen Kraftflußführung Verwendung finden.

Die Dicke der Kraftflußführungsplatten ändert sich linear von einer Dicke t₀ in der Mitte zwischen den Polstücken bis zu einer an den Polstücken vorhandenen Dicke t entsprechend der Beziehung

t = — + t₀, (r)

μπ

wobei L den Abstand zwischen den Polstücken und μ die Permeabilität des magnetischen Materials der Kraftfluß führung bedeutet. Die Ableitung dieser Beziehung wird am besten an Hand der Fig. 4 verständlich, welche eine perspektivische Ansicht einer flachen Platte zeigt, welche eine Breite W und eine Gesamtlänge L zwischen den Polstücken 121 und 131 aufweist. In einer solchen gleichförmig dicken Platte, an deren Enden eine magnetmotorische Kraft angelegt ist, nimmt der Kraftfluß von den Enden zur Mitte der Platte hin ab, und zwar infolge der Oberflächenstreuung. Diese Streuung ist mit Bezug auf den Mittelschnitt der Platte symmetrisch. Die Querschnittsflächenkompensation, die für eine gleichförmige Magnetisierung erforderlich ist, entspricht einer Dickenbemessung, welche sich proportional zur Kraftflußverteilung ändert. Eine solche Platte setzt sich aus einem gleichbleibenden, aus Gründen der mechanischen Festigkeit in dem Mittelschnitt genügend starken Querschnitt, dessen Dicke mit t₀ bezeichnet wird, und einem Streumantel zusammen, dessen Stärke sich von einer maximalen Dicke an den Enden bis zur Dicke Null in der Mitte ändert. Bei der Berechnung dieses Streumantels lassen sich einige vereinfachende Annahmen machen. Diese Annahmen bestehen darin, daß der Streufluß senkrecht zur Fläche verläuft und daß die Streukraftlinien zwischen, diesem symmetrischen Bereich die Form von Halbkreisen haben. Wenn außerdem die magnetischen Bedingungen derart sind, daß innerhalb der Kraftflußführung, d. h. innerhalb des länglichen Luftspaltes, ein gleichförmiges Feld, besteht, so ergibt sich aus dem Wegfall von Querkomponenten, daß von den Innenflächen der Kraftfluß führung kein Streufluß ausgeht.

In Fig. 4 ist der Weg eines Kraftflußelementes von der Breite W so dargestellt, daß er teils durch die Platte und teils durch Luft verläuft. Der Radius des halbkreisförmigen Weges des in Luft verlaufenden Kraftflusses ist mit / bezeichnet; die Oberflächenlänge, durch welche dieses Kraftfluß element hindurchgeht, ist mit dl bezeichnet. Die Streufluß- -probleme lassen sich am zweckmäßigsten annäherungsweise dadurch erfassen, daß die magnetische Leitfähigkeit der verschiedenen Wege berücksichtigt wird; die magnetische Leitfähigkeit ist der reziproke Wert des magnetischen Widerstandes und demgemäß das Verhältnis zwischen Kraftfluß und magnetmotorischer Kraft des Weges. Wenn das Querschnittsfläehenelement durch die Platte dA und die Streuoberfläche zwischen zwei im Abstand 21 liegenden Bereich mit W ■ dl bezeichnet werden, so ergibt sich die magnetische Leitfähigkeit dKs des Weges des Kraftflußelementes aus der Beziehung:

dKs =

L—2l dA

Ιπ

(2)

W-dl

wobei μ die Permeabilität des magnetischen Materials der Platte bedeutet. Für die Kraftflußstärke φ durch die Metallplatte gilt die Beziehung:

ψ = μ HdA,

(3)

wobei H die magnetische Feldstärke oder magnetmotorische Kraft pro Längeneinheit des Weges zwischen den Polstücken bedeutet. Die Kraftfeldstärke φ durch den Streuweg ergibt sich aus:

W-dl Ιπ

(4)

wobei H 2/ die magnetmotorische Kraft bedeutet, die zwischen den Punkten besteht, an welchen der Kraftfluß die Plattenoberfläche durchquert.

Da der gleiche Kraftfluß φ durch den gesamten Weg fließt, so können die Gleichungen (3) und (4) gleichgesetzt werden, d. h.

W. dl π L

(5)

Aus den Gleichungen (2) und (5) ergibt sich durch Einführung des aus Gleichung (2) sich ergebenden Wertes für dA in die Gleichung (5) folgende Beziehung:

dKs =

aW-dl

(6)

Die Gleichung (6) läßt erkennen, daß die magnetische Leitfähigkeit für alle Wege gleicher Elementenflächen unveränderlich ist. Demgemäß ändert sich die Streumanteldicke linear mit der Entfer- no ₍ nung; sie ist in der Mitte der Platte gleich Null und besitzt an den Enden ihr Maximum. Die j magnetische Leitfähigkeit in Richtung durch das / Ende des Mantels ist gleich der gesamten magnetischen Oberflächenleitfähigkeit, d. h. gleich der Leitfähigkeit für die Oberflächenstreuung; sie ergibt sich aus der Gleichung:

Ks =

2W:dl

W_

(7)

Die Kraftfluß führung setzt sich aus einem leichförmig dicken Abschnitt t_Q und einem dazu parallelen Streumantel zusammen; sie besitzt an

ihren Enden eine magnetische Leitfähigkeit K, welche die Summe aus der Leitfähigkeit des Mantels und der Leitfähigkeit des gleichförmig dicken Abschnitts t₀ darstellt und für welche die Beziehung gilt:

--* ■ -τ— ⁽⁸⁾

Für den Kraftlinienfluß durch das Ende der ίο Platte gilt die Beziehung:

Die Querschnittsfläche der Kraftflußplatte an den Polstücken ist:

A=tW,

(10)

wobei t die Dicke der Platte an den Polstücken bezeichnet.

Durch Einführung der Gleichung (io) in die Gleichung (9) und Vereinfachung des Formelausdrucks ergibt sich für t die Beziehung:

Ρ^π

Diese Gleichung entspricht der obigen Gleichung (1) und ergibt die Dicke, die für die Anpassung des Oberflächenmantels an den Polstücken benötigt wird; die Dicke des Oberflächenmantels ist in der Mitte gleich Null, da an dieser Stelle keine Oberflächenstreuung besteht; zugleich ergibt sich aus dieser Beziehung die konstante Dicke t₀. Da die Dicke der Kraftfluß führung in der Mitte und an den Enden bekannt ist und die Dicke sich zwisehen den Enden und der Mitte linear verändert, so kann die Dicke an irgendeinem Punkt längs der Kraftfluß führung ohne weiteres bestimmt werden.

Bei einer speziellen Ausführung, die der Fig. 1 entsprach, wurde ein Feld if von 800 örsted in dem Luftspalt angewendet. Es war dies auch das Feld in der Kraftflußführung, welches in derselben eine Magnetisierung von 21 000 Gauß erzeugte. Die Kraftfluß führungsplatten 27 bestanden aus kaltgewalztem Stahl und besaßen bei der Feldintensität von 800 örsted eine Permeabilität von 26,3; der Permeabilitätszuwachs an den Arbeitspunkten [B₃H) auf der Magnetisierungskurve betrug 2. Bei dieser Ausführungsform war die Länge L gleich 21,15 cm, woraus sich die Länge des Luftspaltes 15 ergibt; der Plattenabstand betrug 6,35 cm, um die Wellenleiter 23 und 24 unterbringen zu können, und die Platten 27 hatten eine Breite w von 11,43 cm; die Breite war demgemäß im Verhältnis zu dem Abstand groß.

Die Dicke t₀ wurde mit 2,5 mm gewählt, und die maximale Plattendicke t an den Polstücken wurde zu 5,iijnm berechnet.

Bei der beschriebenen Ausführung wurde die Dicke der Kraftflußp'Iatten 27 so geändert, daß ein gleichförmiges, geradliniges Magnetfeld erhalten wurde, in welchem die magnetischen Kraftlinien innerhalb des Luftspaltes 15 sämtlich gerade Linien bilden und parallel zur Achse verlaufen, so daß weder das Feld noch die Elektronen in der Mitte des länglichen Luftspaltes 15 radial abgelenkt wurden, wodurch die Elektronen an der Wendel 18 der Wanderfeldröhre 16 angestoßen wären. Ein Auftreffen der Elektronen auf die Wendel in der Nähe der Sammelelektrode, das durch radiale Raumladungsentbündelung der axial gebündelten Elektronen verursacht werden könnte, ist dadurch verhindert, daß ein starkes Magnetfeld benutzt wird. Dieses Feld braucht jedoch nur an dem Ende der Sammelelektrode des Luftspaltes so stark zu sein. Am anderen Ende des Luftspaltes verhindert dieses starke Feld eine enge Vorbeiführung der Elektronen an der Wendel, was aber zur Erzielung einer optimalen Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der von der Wendel geführten elektromagnetischen Welle erwünscht ist. Demgemäß ist bei anderen speziellen Ausführungsformen die Kraftfluß führung, welche den Übertragungsweg der Wanderfeldröhre und den länglichen Luftspalt zwischen den Polstücken umgibt, im Bereich des Elektronenerzeugungssystems, wo der Elektronenstrahl noch nicht moduliert ist, am dicksten und kann stetig abnehmen, so daß er an der Seite der Sammelelektrode, wo der Elektronenstrahl eine Geschwindigkeitsmodulation aufweist, am dünnsten ist. go

In Fig. 5 ist eine der Fig. 1 ähnliche Einrichtung mit einer Wanderfeldröhre dargestellt, wobei die sich entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert sind. In Abweichung von Fig. 1 ändert sich die Dicke des Kraftflußzylinders oder der Kraftflußplatten 33 von dem das Elektronenerzeugungssystem umschließenden Polstück 12 aus, wo die größte Dicke besteht, bis zu dem die Sammelelektrode umschließenden Polstück 13 nach einer Exponentialkurve. Eine exponentiell Dickenänderung liefert ein verstärktes Feld, welches dem Einfluß der radialen Entbündelung entgegenwirkt, die auf den exponentiellen Zuwachs an Elektronen in dem Bündelungsbereich zurückzuführen ist. Dieser Bündelungsbereich verdankt seinerseits seine Entstehung der durch die Wechselwirkung mit dem an die Wendel 18 gekoppelten Signal verursachten Geschwindigkeitsmodulation. Bei einer speziellen Ausführungsform, welche der Fig. 5 entspricht, setzt sich die Dicke der Kraftfluß führung an irgendeinem Punkt aus einer Mindestdicke t_k, welche die mechanische Festigkeit gewährleistet, und aus einer sich exponentiell ändernden Dicke zusammen, welche unmittelbar an dem das Elektronenerzeugungssystem umschließenden Polstück den Wert t₀ hat. Die Dicke t_k könnte Null sein, wenn die sich exponentiell ändernde Dicke an allen Stellen genügende mechanische Festigkeit bietet. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die Dicke t an einem beliebigen Punkt aus der Gleichung:

Hierin bedeutet t_k eine konstanteDicke der Kraftflußführung, welche eine ausreichende mechanische Festigkeit über die ganze Länge der Führung ge-

währleistet. Hierzu kommt eine veränderliche Dicke, welche durch den Ausdruck

definiert ist.

α bezeichnet eine die Größe der Abnahme der zusätzlichen Dicke bestimmende Konstante, welche demgemäß von der Kennlinie der Röhre abhängig ist. S ist ein konstanter Abstand der Führung von

ίο dem Elektronenerzeugungssystem und bestimmt die Anfangsdicke der Kraftflußführungsplatte an dem diesem System zuweisenden Ende entsprechend dem Ausdruck t_k + t_o{z — ε~^{α s}); Z bedeutet den Abstand der Stelle der Führung von dem Elektronen-' 15 erzeugungssystem, an welcher die Dicke t berechnet werden soll. Für S = Z wird e-^K<^s-^z) = 1 und demgemäß t = t_k.

Da es erwünscht ist, auf der ganzen Länge der Führung eine Mindestdicke i_fe zu haben, so würde der Mindestwert von 5 der Länge der Führung selbst entsprechen. Wenn 5" größer als die Länge der Führung gewählt wird, so ist der magnetische Kraftfluß unnötig groß, andererseits aber doch vollkommen wirksam. Ein passender Wert für S ist datier diejenige Länge der Fluß führung, daß an dem Kollektorende der Führung i = t_k. Es können indessen auch größere Werte für 5" benutzt werden.

Diese sich exponentiell ändernde Dicke kann mittels einer Kraftfluß führung 34 annäherungsweise verwirklicht werden, die bei der speziellen Ausführungsform nach. Fig. 6 Anwendung findet. Dabei nimmt die Dicke linear von dem das Elektronenerzeugungssystem umschließenden Polstück 12 aus bis zu dem die Sammelelektrode umschließenden Polstück 13 linear ab, wodurch die Herstellung des Kraftflußzylinders bzw. der Kraftflußführungsplatten wesentlich erleichtert wird.

Es sei bemerkt, daß die Dicke der Kraftflußführung sich im Sinne der Erfindung auch nach anderen Gesetzmäßigkeiten ändern kann, um eine optimale Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Elektronenstrahl zu erzielen. Das hängt von der Kennlinie der speziellen Elektronenentladungsvorrichtung ab. Auch kann bei der speziellen Ausführungsform nach Fig. 7 die exponentielle Dickenänderung, wie sie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 veranschaulicht ist, wenigstens einem Teil der Kraftflußführung gemäß Fig. ι überlagert werden. Bei einer solchen Ausführungsform würde die Dicke der Kraftflußführung 37 an dem das Elektronenerzeugungssystem umschließenden Polstück 12 durch die Gleichung (1) gegeben sein und würde sich linear bis zur Mitte zwischen den Polstücken verändern. Der Umriß 39 der Kraftfluß führung von der Mitte bis zu dem die Sammelelektrode umschließenden Polstück würde sich jedoch nicht linear bis zu der Dicke gemäß Gleichung (1) vergrößern; vielmehr würde der Umriß 39 von dieser linearen Linie 38 um einen sich exponentiell vergrößernden Betrag abweichen. Somit wird bei dem ersten Teil der Vorrichtung ein paralleles magnetisches Feld geschaffen, welches das Auftreffen von Elektronen auf die Wendel im mittleren Bereich derselben verhindert, während der Elektronenstrom eng an der Wendel vorbeiführen kann. Auf der restlichen Strecke der Vorrichtung, wo die axiale Bündelung Bedeutung · erlangen kann, erfährt das Feld eine exponentielle Vergrößerung, um der Entbündelung der Elektronen infolge ihrer gegenseitigen Abstoßung ent- ' gegenzu wirken.

Welche der erläuterten oder sonstigen Ausführungsformen der Erfindung im Einzelfall zu wählen sind, um in dem Luftspalt für die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der von der Wendelleitung geführten Hochfrequenzwelle optimale magnetische Feldverhältnisse zu schaffen, hängt unter anderem von der Kennlinie der Wanderfeldröhre, ihrer Arbeitsfrequenz, der Länge des Übertragungskreises, der Stromdichte und der maximalen Ausgangsleistung ab.

Es ist verständlich, daß die erläuterten Anordnungen nur als Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien dienen sollen. Zahlreiche andere Anordnungen sind für den Fachmann verfügbar, ohne daß dadurch von dem Wesen und dem Umfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre mit einer Magnetanordnung für die Konzentration des Elektronen-Strahles, gekennzeichnet durch eine Kraftflußführung aus magnetischem Material, welche sich ohne Unterbrechung von dem Elektronenerzeugungssystem bis zur Sammelelektrode erstreckt, den länglichen Übertragungsweg der Wanderfeldröhre umschließt und deren Dicke sich längs des Ubertragungsweges in vorbestimmter Weise ändert.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei U-förmige permanente Magnete mit gleichnamigen Polen aufeinander einwirken und zwischen ihren gleichnamigen Polen Polstücke aufweisen und daß sich der Wechselwirkungsraum der Wanderfeldröhre zwischen den Polstücken befindet, wobei das Elektronenerzeugungssystem im 11.0 wesentlichen in dem einen Polstück und die Sammelelektrode im wesentlichen in dem anderen Polstück liegt.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftflußführung aus einem Hohlzylinder besteht.

4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftflußführung aus zwei flachen magnetischen Platten besteht, welche einander gegenüberliegen und deren Breite relativ größer ist als ihr Abstand und zweckmäßig etwa das Doppelte dieses Abstandes beträgt.

5. Wanderfeldröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftfluß führung an dem das

Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück am größten ist und stetig in Richtung zu dem anderen Polstück abnimmt.

6. Wanderfeldröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftflußführung von dem das Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück aus exponentiell abnimmt.

7. Wanderfeldröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die exponentiell Abnahme dier Dicke der Kraftfluß führung der Formel

t = t_h + t₀[x — β—(«-«)]

entspricht, wobei t_k + t₀ · (1—B~^aS) die Dicke an dem das Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück, α eine Konstante, Z den längs der Führung von dem genannten Polstück aus gemessenen Abstand und S den Abstand, für welchen t = t_k ist, bedeutet.

8. Wanderfeldröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftflußführung sich von dem das Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück aus linear verändert.

9. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftfluß führung von dem das Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück linear abnimmt und sich anschließend bis zu dem anderen Polstück im wesentlichen exponentiell ändert.

10. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftfluß führung in der Mitte zwischen den Polstücken der Größe i₀ entspricht und linear von der Mitte bis zu jedem Polstück zunimmt nach der Beziehung

t =

μπ

worin t die Dicke an den Polstücken, L die Entfernung zwischen den Polstücken und μ die Permeabilität des magnetischen Materials der Kraftfluß führung bedeutet.

ii. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kraftfluß führung von einem Maximum an dem das Elektronenerzeugungssystem enthaltenden Polstück bis zur Mitte zwischen den Polstücken entsprechend einer ersten Kurve abnimmt und sich von der Mitte bis zu dem anderen Pol entsprechend einer zweiten Kurve ändert.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 711 458, 734825.

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