DE933579C - Wanderfeldroehre mit einer Magnetanordnung fuer die Konzentration des Elektronenstrahles - Google Patents
Wanderfeldroehre mit einer Magnetanordnung fuer die Konzentration des ElektronenstrahlesInfo
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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 tQ 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:
Ρπ
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 tk, 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 tk 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 tk 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 tk + to{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 = tk.
Da es erwünscht ist, auf der ganzen Länge der Führung eine Mindestdicke ife 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 = tk. 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 (10)
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 = th + t0[x — β—(«-«)]
entspricht, wobei tk + 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 = tk 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.
Deutsche Patentschriften Nr. 711 458, 734825.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 509 550 9.55
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