EP2803075A1 - Auffänger für eine wanderfeldröhre und wanderfeldröhre mit einem solchen auffänger - Google Patents

Auffänger für eine wanderfeldröhre und wanderfeldröhre mit einem solchen auffänger

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EP2803075A1
EP2803075A1 EP13702348.7A EP13702348A EP2803075A1 EP 2803075 A1 EP2803075 A1 EP 2803075A1 EP 13702348 A EP13702348 A EP 13702348A EP 2803075 A1 EP2803075 A1 EP 2803075A1
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EP
European Patent Office
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catcher
electrode
stage
collector
auffängerstufe
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Application number
EP13702348.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2803075B1 (de
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Wolfgang DÜRR
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Hitachi Rail GTS Deutschland GmbH
Original Assignee
Thales Electronic Systems GmbH
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Publication date
Application filed by Thales Electronic Systems GmbH filed Critical Thales Electronic Systems GmbH
Publication of EP2803075A1 publication Critical patent/EP2803075A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2803075B1 publication Critical patent/EP2803075B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/027—Collectors
    • H01J23/0275—Multistage collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/34—Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps

Definitions

  • the invention relates to a catcher for a traveling wave tube and a traveling wave tube with such a catcher.
  • a tightly collimated beam of accelerated electrons is generated in an electron beam source and guided along a delay line through a magnetic field.
  • the electrons of the electron beam leaving the delay line are trapped in a collector, often referred to as a collector, to at least partially recover the residual energy of the electrons and at the same time prevent the return of electrons through the delay line.
  • the receiver is usually designed in multiple stages with catcher stages located at different electrical potentials in order to take into account the broad velocity distribution of the beam which occurs due to the interaction of the electron beam with a high-frequency signal on the delay line at the output of the delay line.
  • purely electrostatic collectors and collectors with magnetic beam guidance are customary for the multistage collector.
  • the wall thickness of the insulator tube thereby increases from electrode to electrode.
  • heat is lost in the electrodes which has to be dissipated to the outside to form a vacuum-tight housing surrounding the several catcher stages.
  • the removal of the heat loss is typically carried out via electrically insulating distance arrangements between metallic inner wall surfaces of the housing and to these substantially parallel electrode shell surfaces of the electrodes.
  • the distance arrangements may in particular be designed as one or more ceramic rings, the outer surfaces of the inner wall of the housing and the inner surfaces of the outer surfaces of the electrodes abut, such. B. in DE 698 04 954 T2 or DE 602 25 412 T2 described. For a good heat dissipation large contact surfaces are advantageous.
  • US Pat. No. 6,094,009 describes an embodiment of an electrostatic collector in which an electrostatic field lens is created by special potential adjustment of a middle stage in order to reduce a return of electrons to the first stages and thus to increase the collector efficiency.
  • a magnet arrangement before and at the first stages is intended to enable the transmission of electrons to subsequent stages on the electrodes of the electrodes. improve over the stairs.
  • the electrodes are radially extendable up to a circular cylindrical common ceramic shell and lie with electrode shell surfaces on the inner wall.
  • catcher for the hollow beam of a gyrotron is formed between a conical center electrode and a plurality of annular further electrodes, a widening annular channel.
  • a magnetic field of a magnet arrangement arranged outside the catcher shell and inside the center electrode carries the electrons of the hollow beam in the widening ring channel.
  • the performance of a traveling-wave tube is largely determined by the thermal load capacity of the electrodes of the collector and the efficiency of the collector in terms of the lowest possible heat generation and a low rate of returning electrons.
  • the heat removal from the electrodes to the catcher housing is particularly advantageously achievable via insulating ceramic rings lying radially between the housing and essentially circular-cylindrical electrode jacket surfaces of the electrodes, with surface heat contact to the housing and to the electrode jacket surfaces.
  • the present invention has for its object to provide a further improved Aufflinder for a traveling wave tube and a traveling wave tube with such a catcher.
  • outer diameter of the distance arrangements in particular also the diameter of the electrode jacket surfaces of the catcher stages respectively associated electrodes.
  • the radial thicknesses of the spacer arrangements which are preferably designed as ceramic rings with respect to the longitudinal axis, are advantageously dimensioned essentially to small thicknesses with the required electrical insulation and the mechanical stability.
  • the ceramic rings may also have uniform thicknesses for different tensions of the individual catcher stages. In the following, without limiting the generality, a substantially uniform radial thickness of ceramic rings used as distance arrangements is assumed.
  • circumferentially closed ceramic rings can also be provided a plurality of distributed around the circumference of the inner wall of the catcher shell, the mechanical fixation, the electrical insulation and the heat transfer absorbing spacer body can be provided.
  • a small diameter of the electrode shell surface of the first catcher stage proves to be advantageous for the discharge of the heat input concentrated in this catcher stage, particularly close to the longitudinal axis, by the impact of electrons on the electrode surrounding a narrow opening.
  • the inner diameter of the spacer arrangement which is considered to be substantially equal to the diameter of the electrode shell surface, not more than 200%, in particular not more than 150% of the axial extent of the contact surface of the spacer assembly and electrode shell surface. Due to the small internal diameter of the spacer arrangement, the heat loss incident near the electrode opening can flow off quickly to the electrode jacket surface and be discharged there via the ceramic ring to the outer shell of the collector.
  • the small diameter of the electrode lateral surface allows a corresponding small outer diameter of the ceramic ring and correspondingly a small outer diameter of the receiver shell, which is advantageous for the magnetic field strength of the magnetic arrangement in the region of this stage beam strength effective magnetic field strength near the longitudinal axis.
  • the magnet arrangement is preferably formed by at least one ring magnet around the housing.
  • the distance to the next catcher stage in the longitudinal axis can be selected to be substantially greater in the longitudinal direction than in the case of a first electrode of a purely electrostatic collector.
  • the larger distance to the electrode of the next Auffssener- stage in turn advantageously allows a large axial dimension of the contact surface of the electrode shell surface and the adjoining ceramic ring, so that despite small outer and inner diameter of the ceramic ring on the whole advantageous large contact surfaces of the ceramic ring the electrode jacket surface and to the inner wall of the housing and a good heat dissipation from the electrode to the housing result.
  • the larger inner and / or outer diameter of the ceramic ring and corresponding thereto by the larger diameter of the electrode lateral surface are large contact surfaces of the ceramic ring to housing inner wall and to Given electrode surface.
  • the inner diameter of the spacer arrangement of the at least one further catcher stage is advantageously at least 25%, in particular at least 40%, larger than the inner diameter of the first stage.
  • the outer diameter of the spacer assembly is larger in the at least one further catcher stage than in the first catcher stage, whereby the relative differences in the outer diameters may be smaller.
  • the inner diameter and outer diameter of the ceramic rings correlated with each other.
  • the differences in the thicknesses are small compared to the differences in the inner diameters and outer diameters.
  • the radial thickness of the spacer assembly and the tension of the electrode against the catcher shell may be less than in the at least one further catcher stage. Due to the smaller radial thickness, the heat dissipation from the electrode to the catcher shell is advantageously improved, and given a diameter of the electrode shell surface, the outer shell and thus also the magnet arrangement can move closer to the longitudinal axis in the region of the first catcher stage.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a catcher, in detail.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration through an embodiment of a catcher according to the invention with a sectional plane containing the longitudinal axis LA of the catcher.
  • the direction of the extension of the direction of the bundled electron beam ES emerging from the delay line VZ is considered as the longitudinal axis LA or the longitudinal direction of the collector.
  • the catcher is in its essential components at least approximately rotationally symmetrical about the longitudinal axis LA.
  • interceptors known with respect to the longitudinal axis and the beam extension unbalanced structure.
  • the bundled electron beam ES emerging from the delay line enters into a beam entry opening OE of the catcher, which is delimited by an opening in the electrode E1 of the first catcher stage A1 surrounding the longitudinal axis LA.
  • the opening width of the opening OE is small in order to largely intercept in the catcher reversing electrons.
  • the electrode E1 continues radially outward from the beam entry opening OE with respect to the longitudinal axis LA, wherein the electrode typically has a slightly conical course in this section.
  • the conical profile of the electrode E1 of the first catcher stage A1 leads to an electrode jacket surface M1 of the first electrode E1, which in the preferred embodiment outlined extends essentially circularly about the longitudinal axis LA.
  • the axial extent of the circular-cylindrical electrode jacket surface M1, which is axial with respect to the longitudinal axis LA, is denoted by L1.
  • the electrode jacket surface M1 of the electrode E1 of the first catcher stage AS1 bears against the inner surface of a ceramic ring R1.
  • the radially outwardly facing surface of the ceramic ring R1 bears against the inner wall of an outer shell AH of the collector.
  • the outer sleeve AH is typically metallic and may in particular consist of a good heat-conducting material, in particular copper, aluminum, magnesium or alloys with such materials.
  • the ceramic ring R1 serves for the mechanical fixing of the electrode E1 of the first catcher stage AS1 and furthermore for the electrical insulation of the electrode E1 against the outer shell AH and for the transfer of heat loss at the electrode E1 to the outer shell AH.
  • the thermal conductivity of the typically used ceramic materials is low in comparison to the thermal conductivity of the metallic electrode E1 or the metallic outer shell AH, so that it is assumed below the heat-conducting resistance during the dissipation of heat loss at the electrode E1 from the outer casing AH or a cooling device which has good thermal conductivity is essentially determined by the ceramic ring R1.
  • the radial thickness DR of the ceramic ring and the size of the contact surfaces of the ceramic ring on the outer diameter of the outer shell AH and on the inner diameter of the electrode shell area M1 are decisive for the thermal resistance of the ceramic ring R1.
  • the inner diameter of the ceramic ring R1 is denoted by D1.
  • the wall thickness of the electrode lateral surface M1 is small compared to the diameter D1 and the ring thickness DR and therefore neglected in the following considerations.
  • a magnet arrangement is arranged which preferably takes the form of a ring magnet RM1 with magnetic poles opposite in the longitudinal direction is.
  • the magnet arrangement effects a magnetic field which acts in a bundling manner on the electron beam entering the first catcher stage AS1, in particular on the electrons which are still rapidly moving in this longitudinal section of the catcher.
  • the electrons whose velocity is associated with the exit from the delay line of the subsequent Auffnatureermatn the interceptor, held close to the longitudinal axis and a purely electrostatic Auffnatureer typical rapid beam expansion is avoided.
  • the axial distance between the inlet opening OE and the subsequent catcher AS2 compared to purely electrostatic Auffnatureern be kept large and the electrode shell surface M1 of the first electrode E1 may have a large overall length, which in the example sketched slightly larger is as the axial length of the ceramic ring R1 designated L1.
  • the contact surface between the inner wall of the ceramic ring R1 and the electrode jacket surface M1 is then given by the length L1 of the ceramic ring R1 and by the inner diameter D1 of the ceramic ring R1.
  • the diameter D1 is advantageously not more than 200%, in particular not more than 150% of the length L1 of the contact surface between the electrode jacket surface M1 and the ceramic ring R1.
  • a second catcher stage AS2 which also lies within the beam-collimating influence region of the magnet arrangement RM1, follows, in particular with respect to its inlet opening of the electrode E2 of this second catcher stage AS2.
  • the electrode E2 continues in an analogous manner to the first catcher stage AS1 in a substantially circular cylindrical electrode surface M2, which mechanically fixed via a ceramic ring R2 relative to the outer shell AH, electrically insulated from the outer shell AH and the dissipation of heat loss to the outer shell AH with this connected is.
  • the second Auffnature is the same in terms of the dimensions of the ceramic ring R2 in the example shown as the first Auffticianerstroke AS1.
  • the magnet arrangement RM1 unfolds the beam-bundling effect, in particular in the longitudinal region, and at the inlet opening of the electrode E2 of the second catcher stage.
  • the magnetic arrangement RM1 can be influenced in a manner known per se by magnetically focused catcher arrangements by additional magnetic elements, in particular soft magnetic elements, such that the magnetic field is not exactly rotationally symmetrical, but has a conscious asymmetry of the type that is reversing and close to the longitudinal axis, that is, in the right-to-left illustration, electrons radially away from the longitudinal axis the electrode E1 or E2 are steered and thereby can not get back into the delay line.
  • the catcher stage AS2 is followed, in the longitudinal direction in the direction of propagation of the electron beam, by a catcher stage AS3 and by a fourth catcher stage AS4, which is cup-shaped closed in the beam direction.
  • These scavenger stages are further scavenger stages within the meaning of the present invention.
  • no magnet arrangements are given, so that the behavior of the electron beam here corresponds to that of the pure electrostatic see catcher and the electron beam expands rapidly after entering the third catcher stage AS3.
  • the propagation direction of the electron beam is again provided by conical sections directed in the opposite direction and electrode shell surfaces which are substantially circular with respect to the longitudinal axis LA.
  • the geometric design of these electrodes may differ from the sketched form.
  • Various geometric configurations of such electrodes are known per se.
  • the cylindrical electrode shell surfaces M3 and M4 of the electrodes of the third and fourth catcher stage AS3, AS4 are in turn thermally conductively connected via ceramic rings R3 and R4, respectively, to the outer shell AH and form electrical insulators between the electrodes and the outer shell.
  • the same inner diameter DW and the same outer diameter AW are assumed.
  • the inner diameter of the ceramic rings R3, R4 can also be different from each other.
  • the inner diameter DW of the ceramic ring R3 of the further catcher stage AS3 is advantageously at least 25%, in particular at least 40% larger than the inner diameter D1 of the ceramic ring R1 of the first catcher stage AS1.
  • the outer diameter AW of the further The catcher stage AS3 is larger than the outside diameter A1 of the first catcher stage AS1.
  • the relative diameter difference is typically less than the inner diameters D1, DW.
  • the contact surfaces of the electrode jacket surface M3 of the third catcher stage AS3 and, correspondingly, the electrode jacket surface M4 of the catcher stage AS3 also have a large contact surface with the ceramic ring R3 or R4 and thus a large one , for the heat transfer from the electrodes to the outer shell AH authoritative material cross-section of the ceramic rings whose axial lengths are denoted by L3 for the third catcher stage AS3 and L4 for the fourth catcher stage AS4.
  • the same radial thicknesses of the ceramic rings are assumed for the individual catcher stages.
  • the radial thickness of the ceramic ring is lower in at least the first catcher stage AS1 than in the third and / or fourth catcher stage and at the same time the voltage between the electrode and outer shell is lower in the first catcher stage in a conventional manner is than the other catcher levels.
  • common ceramic rings may also be provided for two or more adjacent catcher stages.
  • circumferentially closed ceramic rings and a plurality of circumferentially distributed spacers may be provided.
  • the electrical leads to the electrodes of the individual catcher stages are not shown for clarity. Typically, such lines at the inlet opening OE opposite end face of the catcher through the outer shell AH out leads.
  • the outer shell AH forms a vacuum-tight envelope around the multi-stage electrode assembly of the catcher.

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Abstract

Für einen Auffänger einer Wanderfeldröhre und für eine Wanderfeldröhre mit einem solchen Auffänger wird ein Aufbau angegeben, bei welchem zumindest eine erste Auffängerstufe (AS1) eine magnetische Strahlbündelung und einen kleineren Durchmesser aufweist und wenigstens eine weitere Auffängerstufe (AS3) mit gegenüber der ersten Auffängerstufe wesentlich größeren Durchmesser ausgebildet ist.

Description

Auffänger für eine Wanderfeldröhre und Wanderfeldröhre mit einem solchen Auffänger.
Die Erfindung betrifft einen Auffänger für eine Wanderfeldröhre sowie eine Wanderfeldröhre mit einem solchen Auffänger.
In Wanderfeldröhren wird in einer Elektronenstrahlquelle ein eng gebündelter Strahl beschleunigter Elektronen erzeugt und entlang einer Verzögerungsleitung durch ein Magnetfeld geführt. Die Elektronen des die Verzögerungsleitung verlassenden Elektronenstrahls werden in einem Auffänger, häufig auch als Kollektor bezeichnet, aufgefangen, um die Restenergie der Elektronen zumindest teilweise zurückzugewinnen und gleichzeitig den Rücklauf von Elektronen durch die Verzögerungsleitung zu verhindern. Der Auffänger ist üblicherweise mehrstufig mit auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegenden Auf- fängerstufen ausgeführt, um die durch Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit einem Hochfrequenzsignal auf der Verzögerungsleitung am Ausgang der Verzögerungsleitung auftretende breite Geschwindigkeitsverteilung des Strahls zu berücksichtigen. Für den mehrstufigen Auffänger sind prinzipiell rein elektrostatische Auffänger und Auffänger mit magnetischer Strahlführung gebräuchlich. Bei elektrostatischen Auffängern tritt für den Elektronenstrahl nach dem Verlassen des magnetischen Führungsfelds der Verzögerungsleitung schnell eine Strahlaufwei- tung auf, insbesondere durch elektrostatische Abstoßungskräfte zwischen den Elektronen. Bei den elektrostatischen mehrstufigen Auffängern, wie z. B. aus der EP 0 276 090 B1 oder der DE 698 04 954 T2 bekannt, weisen die Elektroden der in Richtung der Längsachse aufeinander folgenden Auffängerstufen nur geringe axiale Abstände auf. Die topfförmig geschlossene letzte Elektrode weist typischerweise eine größere axiale Baulänge auf. Bei den Auffängern mit magnetischer Strahlführung sind die Auffängerstufen mit größerer Baulänge, aber wegen der die Kollektorstufen umgebenden Ringmagnete mit kleinerem Durchmesser ausgeführt. Ein magnetisch fokussierter Kollektor ist z. B. in„Technische Röhren" von J. Bretting, 1991 , ISBN 3-7785- 1645-0, auf Seite 177 dargestellt. Ein gleichartiger Kollektoraufbau ist in der DE 60225412 T2 abgebildet.
In der DE 39 13 063 A1 ist ein dreistufiger Kollektor einer Wanderfeldröhre be- schrieben, dessen einzelne Stufen an der Innenseite eines gemeinsamen Keramikrohres angelötet sind. Die Lötflächen besitzen alle denselben Radius um die zentrale Strahlachse. Auch die Außenfläche des Keramikrohres ist über alle Stufen hinweg mit konstantem Radius ausgeführt. Eine magnetische Fokussie- rung ist nicht vorgesehen. Die US 5 177 394 zeigt einen mehrstufigen Kollektor ohne magnetische Fokussierung, wobei wiederum die mehreren Stufen an die Innenflächen eines oder mehrere Isolatoren angelötet sind und die ringförmigen Lötflächen dabei einen untereinander gleichen Radius aufweisen.
In der US 3 153 743 wird vorgeschlagen, bei einem einstufigen Kollektor eine Magnetanordnung um den Kollektor so anzuordnen, dass innerhalb des Kollektorraums vorwiegend radiale Magnetfelder entstehen und hierdurch der Elektronenstrahl gezielt aufgeweitet wird. Bei einem in der US 5 952 785 beschriebenen mehrstufigen Kollektor sind die einzelnen Elektroden segmentiert, so dass besonders einfach transversale elektrische Felder erzeugt werden können. Eine magnetische Fokussierung innerhalb des Kollektors ist nicht vorgesehen. Die einzelnen axial aufeinander folgenden Kollektorelektroden sind an Innenflächen eines gemeinsamen Isolatorrohres angelötet, welches einen konstanten Außendurchmesser hat. Die ersten nach der Strahleintrittsöffnung aufeinander folgenden Kollektorelektroden weisen einen von Elektrode zu Elektrode abnehmenden Außenradius ihrer Verbindungsflächen zu dem Isolatorrohr auf. Die Wandstärke des Isolatorrohres nimmt dadurch von Elektrode zu Elektrode zu. Beim Auftreffen der Elektronen auf die Elektroden der Auffängerstufen entsteht in den Elektroden Verlustwärme, welche nach außen zu einem die mehreren Auffängerstufen umgebenden vakuumdichten Gehäuse abgeführt werden muss. Die Abführung der Verlustwärme erfolgt typischerweise über elektrisch isolierende Distanzanordnungen zwischen metallischen Innenwandflächen des Gehäuses und zu diesen im wesentlichen parallelen Elektrodenmantelflächen der Elektroden. Die Distanzanordnungen können insbesondere als ein oder mehrere Keramikringe ausgeführt sein, deren Außenflächen an der Innenwand des Gehäuses und deren Innenflächen an den Mantelflächen der Elektroden anliegen, wie z. B. in der DE 698 04 954 T2 oder der DE 602 25 412 T2 be- schrieben. Für eine gute Wärmeabführung sind große Anlageflächen vorteilhaft.
Es sind auch Kombinationen von elektrostatisch fokussierten Auffängern mit Magnetanordnungen bekannt. So ist z. B. in der US 4096409 vor der Ein- trittsöffnung der ersten Stufe ein zusätzlicher Ringmagnet zur Strahlbündelung auf der Längsachse angeordnet. Die erste Elektrode ist aus Eisen und schirmt den Innenraum des Auffängers magnetisch von dem Ringmagnet ab.
In der US 6094009 ist eine Ausführung eines elektrostatischen Auffängers be- schrieben, bei welcher durch besondere Potenzialeinstellung einer mittleren Stufe eine elektrostatische Feldlinse erzeugt wird, um einen Rücklauf von Elektronen zu den ersten Stufen zu verringern und damit die Kollektoreffizienz zu erhöhen. Eine Magnetanordnung vor und bei den ersten Stufen soll die Weiterleitung von Elektronen zu folgenden Stufen an den Elektroden der er- sten Stufen vorbei verbessern. Die Elektroden sind radial bis zu einer kreiszylindrischen gemeinsamen Keramikhülle verlängerbar und liegen mit Elektrodenmantelflächen an deren Innenwand an. Bei einem aus der US 5780970 bekannten Auffänger für den Hohlstrahl eines Gyrotrons ist zwischen einer konischen Mittelelektrode und mehreren ringförmigen weiteren Elektroden ein sich aufweitender Ringkanal gebildet. Ein Magnetfeld einer außerhalb der Auffängerhülle und innerhalb der Mittelelektrode angeordneten Magnetanordnung führt die Elektronen des Hohlstrahls in dem sich aufweitenden Ringkanal.
Die Leistungsfähigkeit einer Wanderfeldröhre ist maßgeblich durch die thermische Belastbarkeit der Elektroden des Auffängers und den Wirkungsgrad des Auffängers im Sinne einer möglichst geringen Wärmeentwicklung und einer geringen Rate zurücklaufender Elektronen bestimmt. Die Wärmeabfuhr von den Elektroden zu dem Auffängergehäuse ist besonders vorteilhaft über radial zwischen dem Gehäuse und im wesentlichen kreiszylindrischen Elektrodenmantelflächen der Elektroden liegenden isolierenden Keramikringen mit flächigen Wärmekontakt zu dem Gehäuse und zu den Elektrodenmantelflächen er- reichbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiter verbesserten Auffänger für eine Wanderfeldröhre und eine Wanderfeldröhre mit einem solchen Auffänger anzugeben.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Es zeigt sich überraschend, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Auffängers für eine Wanderfeldröhre gegenüber den bewährten Auffängern nach dem elektrostatischen Prinzip und den Auffängern mit magnetischer Strahlbündelung noch eine deutliche Steigerung der Nennleistung einer Wan- derfeldröhre bei sonst gleichem konstruktiven Aufbau erreicht werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Auffängers ist insbesondere für die erste der mehreren Auffängerstufen vorteilhafterweise ein geringerer Innendurchmesser und Außendurchmesser der Distanzanordnung und eine vorteil- haft große Baulänge und für wenigstens eine weitere, von der Strahleintrittsöffnung des Auffängers weiter entfernte Auffängerstufe ein gegenüber der ersten Auffängerstufe größerer Innen- und Außendurchmesser der Distanzanordnungen, insbesondere auch des Durchmessers der Elektrodenmantelflächen der den Auffängerstufen jeweils zugeordneten Elektroden vorgesehen.
Die bezüglich der Längsachse radialen Dicken der Distanzanordnungen, welche vorzugsweise als Keramikringe ausgeführt sind, sind vorteilhafterweise im wesentlichen auf geringe Dicken bei der erforderlichen elektrischen Isolation und der mechanischen Stabilität dimensioniert. Die Keramikringe können auch einheitliche Dicken für unterschiedliche Spannungen der einzelnen Auffängerstufen besitzen. Im folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer im wesentlichen einheitlichen radialen Dicke von als Distanzanordnungen eingesetzten Keramikringen ausgegangen. Anstelle von umlaufend geschlossenen Keramikringen können auch mehrere um den Umfang der Innenwand der Auffängerhülle verteilt angeordnete, die mechanische Fixierung, die elektrische Isolation und die Wärmeleitung übernehmende Distanzkörper vorgesehen sein. Ein geringer Durchmesser der Elektrodenmantelfläche der ersten Auffängerstufe erweist sich als vorteilhaft für die Ableitung von den bei dieser Auffängerstufe vor allem nahe bei der Längsachse konzentrierten Wärmeeintrag durch Auftreffen von Elektronen auf die eine enge Öffnung umgebende Elektrode. Vorteilhafterweise beträgt für die erste Auffängerstufe der Innendurchmesser der Distanzanordnung, der als im wesentlichen gleich zum Durchmesser der Elektrodenmantelfläche angesehen sei, nicht mehr als 200 %, insbesondere nicht mehr als 150 % der axialen Erstreckung der Anlagefläche von Distanzanordnung und Elektrodenmantelfläche. Durch den geringen Innendurchmes- ser der Distanzanordnung kann die nahe bei der Elektrodenöffnung einfallende Verlustwärme schnell zu der Elektrodenmantelfläche abfließen und dort über den Keramikring zur Außenhülle des Auffängers abgeleitet werden. Der geringe Durchmesser der Elektrodenmantelfläche ermöglicht einen damit korrespondierenden geringen Außendurchmesser des Keramikrings und entspre- chend einen geringen Außendurchmesser der Auffängerhülle, was vorteilhaft für die von der Magnetanordnung im Bereich dieser Stufe strahlbündelnd wirksame Magnetfeldstärke nahe der Längsachse ist. Die Magnetanordnung ist vorzugsweise durch wenigstens einen Ringmagneten um das Gehäuse gebildet.
Durch die Strahlbündelung mittels der Magnetanordnung kann in Längsrichtung der Abstand zur nächsten Auffängerstufe bei der Längsachse wesentlich größer gewählt werden als bei einer ersten Elektrode eines rein elektrostatischen Auffängers. Der größere Abstand zur Elektrode der nächsten Auffänger- stufe ermöglicht wiederum vorteilhafterweise eine große axiale Abmessung der Anlagefläche der Elektrodenmantelfläche und des an dieser anliegenden Keramikrings, so dass sich trotz geringen Außen- und Innendurchmessers des Keramikrings insgesamt vorteilhaft große Anlageflächen des Keramikrings an die Elektrodenmantelfläche und an die Innenwand des Gehäuses und eine gute Wärmeabführung von der Elektrode auf das Gehäuse ergeben.
Bei der wenigstens einen weiteren Elektrode, bei welcher vorzugsweise keine Magnetanordnung zur Strahlbündelung bei der Längsachse mehr gegeben ist, sind durch den größeren Innen- und/oder Außendurchmesser des Keramikrings und korrespondierend damit durch den größeren Durchmesser der Elektrodenmantelfläche große Anlageflächen des Keramikrings zu Gehäuseinnenwand und zu Elektrodenmantelfläche gegeben. Für eine solche weitere Auffängerstufe ist typischerweise auch bei bekannten rein elektrostatischen Auffängern eine größere Baulänge der Elektrodenmantelfläche gegeben als für die erste Stufe, so dass bei dem erfindungsgemäßen Aufbau für die Elektrode einer solchen weiteren Auffängerstufe durch den größeren Innen- und/oder Außendurchmesser des Keramikrings in Verbindung mit der größeren Baulän- ge große Anlageflächen für die Wärmeabführung von der Elektrode zum Gehäuse gegeben sind. Bei einer solchen weiteren Auffängerstufe ohne magnetische Strahlführung ist der Wärmeeintrag durch auftreffende Elektronen nicht auf einen der Längsachse nahen Bereich konzentriert, so dass der gegenüber der ersten Auffängerstufe größere Durchmesser der Elektrodenmantelfläche nicht von besonderem Nachteil ist.
Der Innendurchmesser der Distanzanordnung der wenigstens einen weiteren Auffängerstufe ist vorteilhafterweise um wenigstens 25 %, insbesondere wenigstens 40 % größer als Innendurchmesser der ersten Stufe. Auch der Au- ßendurchmesser der Distanzanordnung ist bei der wenigstens einen weiteren Auffängerstufe größer als bei der ersten Auffängerstufe, wobei die relativen Unterschiede bei den Außendurchmessern geringer sein können. Bei der angenommenen, im wesentlichen gleichen Dicke der Keramikringe innerhalb der mehreren Stufen sind Innendurchmesser und Außendurchmesser der Kerami- kringe miteinander korreliert. Insbesondere seien bei gegebenenfalls unterschiedlichen radialen Dicken der Keramikringe in den einzelnen Auffängerstufen die Unterschiede in den Dicken klein gegen die Unterschiede in den Innendurchmessern und Außendurchmessern.
In vorteilhafter Ausführungsform können bei der ersten Auffängerstufe die radiale Dicke der Distanzanordnung und die Spannung der Elektrode gegen die Auffängerhülle geringer sein als bei der wenigstens einen weiteren Auffängerstufe. Durch die geringere radiale Dicke wird die Wärmeableitung von der Elektrode zur Auffängerhülle vorteilhafterweise verbessert und bei gegebenem Durchmesser der Elektrodenmantelfläche kann die Außenhülle und damit auch die Magnetanordnung im Bereich der ersten Auffängerstufe näher an die Längsachse rücken. Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Abbildung in Fig. 1 , welche eine schematische Schnittdarstellung eines Auffängers zeigt, noch eingehend veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auffängers mit einer die Längsachse LA des Auffängers enthaltenden Schnittebene. Als Längsachse LA bzw. Längsrichtung des Auffängers sei die Richtung der Verlängerung der Richtung des aus der Verzögerungsleitung VZ austretenden gebündelten Elektronenstrahls ES angesehen. Vorzugsweise ist der Auffänger in seinen wesentlichen Komponenten zumin- dest annähernd rotationssymmetrisch um die Längsachse LA. Es sind auch Auffänger mit bezüglich der Längsachse bzw. der Strahlverlängerung unsymmetrischem Aufbau bekannt. Der aus der Verzögerungsleitung austretende gebündelte Elektronenstrahl ES tritt in eine Strahleintrittsöffnung OE des Auffängers ein, welche durch eine die Längsachse LA umgebende Öffnung in der Elektrode E1 der ersten Auffängerstufe A1 begrenzt ist. Die Öffnungsweite der Öffnung OE ist klein, um im Auf- fänger umkehrende Elektronen weitgehend abzufangen. Die Elektrode E1 setzt sich von der Strahleintrittsöffnung OE bezüglich der Längsachse LA radial nach außen fort, wobei die Elektrode in diesem Abschnitt typischerweise einen leicht konischen Verlauf zeigt. Der konische Verlauf der Elektrode E1 der ersten Auffängerstufe A1 führt zu einer Elektrodenmantelfläche M1 der ersten Elektrode E1 , welche im skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispiel im wesentlichen kreiszylindrisch um die Längsachse LA verläuft. Die bezüglich der Längsachse LA axiale Erstreckung der kreiszylindrischen Elektrodenmantelfläche M1 ist mit L1 bezeichnet. Die Elektrodenmantelfläche M1 der Elektrode E1 der ersten Auffängerstufe AS1 liegt an der Innenfläche eines Keramikrings R1 an. Die radial nach außen weisende Fläche des Keramikrings R1 liegt an der Innenwand einer Außenhülle AH des Auffängers an. Die Außenhülse AH ist typischerweise metallisch und kann insbesondere aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Kupfer, Aluminium, Magnesium oder Legierungen mit solchen Materialien bestehen. Der Keramikring R1 dient zum einen zur mechanischen Festlegung der Elektrode E1 der ersten Auffängerstufe AS1 und des weiteren zur elektrischen Isolation der Elektrode E1 gegen die Außenhülle AH und zur Übertragung von an der Elektrode E1 anfallender Verlustwärmeleistung auf die Außenhülle AH. Das Wärmeleitvermögen der typischerweise eingesetzten keramischen Materialien ist gering im Vergleich zu dem Wärmeleitvermögen der metallischen Elektrode E1 bzw. der metallischen Außenhülle AH, so dass nachfolgend davon ausgegangen wird, dass der Wärmeleitwiderstand bei der Ableitung von an der Elektrode E1 anfallender Verlustwärmeleistung auf die Außenhülle AH bzw. eine mit dieser gut wärmeleitend verbündende Kühleinrichtung im wesentlichen durch den Keramikring R1 bestimmt ist. Für den Wärmeleitwiderstand des Keramikrings R1 sind neben den Materialeigenschaften des eingesetzten keramischen Materials insbesondere die radiale Dicke DR des Keramikrings und die Größe der Anlageflächen des Keramikrings am Außendurchmesser zur Außenhülle AH und am Innendurchmesser zur Elektrodenmantelfläche M1 bestimmend. Der Innendurchmesser des Keramikrings R1 ist mit D1 bezeichnet. Die Wandstärke der Elektrodenmantelfläche M1 sei gering gegen den Durchmesser D1 und die Ringdicke DR und daher bei den folgenden Betrachtungen vernachlässigt.
Am Außenumfang der Wand der Außenhülle AH ist im Längsbereich der ersten Auffängerstufe AS 1 , insbesondere in einem in Richtung des Elektronenstrahls axial nach der Öffnung OE der Elektrode E1 liegendem Längsbereich, eine Magnetanordnung angeordnet, welche vorzugsweise als Ringmagnet RM1 mit in Längsrichtung entgegen gesetzten Magnetpolen ausgebildet ist. Die Magnetanordnung bewirkt im Bereich der Längsachse LA ein Magnetfeld, welches bündelnd auf den in die erste Auffängerstufe AS1 eintretenden Elektronen- strahl, insbesondere auf die in diesem Längsabschnitt des Auffängers noch schnell bewegten Elektronen wirkt. Hierdurch werden vor allem im Elektronenstrahl die Elektronen, deren Geschwindigkeit beim Austritt aus der Verzögerungsleitung einer der nachfolgenden Auffängerstufen des Auffängers zugeordnet ist, nahe bei der Längsachse gehalten und eine für rein elektrostatische Auffänger typische schnelle Strahlaufweitung wird vermieden. Dadurch kann der axiale Abstand zwischen der Eintrittsöffnung OE und der nachfolgenden Auffängerstufe AS2 gegenüber rein elektrostatischen Auffängern groß gehalten werden und die Elektrodenmantelfläche M1 der ersten Elektrode E1 kann eine große Baulänge aufweisen, welche im skizzierten Beispiel geringfügig größer ist als die mit L1 bezeichnete axiale Länge des Keramikrings R1 . Die Anlagefläche zwischen Innenwand des Keramikrings R1 und der Elektrodenmantelfläche M1 ist dann durch die Länge L1 des Keramikrings R1 und durch den Innendurchmesser D1 des Keramikrings R1 gegeben.
Der Durchmesser D1 beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 200 %, insbesondere nicht mehr als 150 % der Länge L1 der Anlagefläche zwischen Elektrodenmantelfläche M1 und Keramikring R1 . In dem in Fig. 1 skizzierten Beispiel folgt in Richtung der Längsachse LA und in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls ES eine zweite Auffängerstufe AS2, welche auch noch im strahlbündelnden Einflussbereich der Magnetanordnung RM1 liegt, insbesondere hinsichtlich ihrer Eintrittsöffnung der Elektrode E2 dieser zweiten Auffängerstufe AS2. Die Elektrode E2 setzt sich in zur ersten Auffängerstufe AS1 analoger Weise fort in eine im wesentlichen kreiszylindrische Elektrodenmantelfläche M2, welche über einen Keramikring R2 relativ zur Außenhülle AH mechanisch festgelegt, gegen die Außenhülle AH elektrisch isoliert und zur Abführung von Verlustwärmeleistung an die Außenhülle AH mit dieser verbunden ist. Die zweite Auffängerstufe ist hinsichtlich der Abmessungen des Keramikrings R2 im skizzierten Beispiel gleich aufgebaut wie die erste Auffängerstufe AS1 . Die Magnetanordnung RM1 entfaltet die strahlbündelnde Wirkung insbesondere im Längsbereich vor und bei der Eintrittsöffnung der Elektrode E2 der zweiten Auffängerstufe. Die Magnetanordnung RM1 kann in von magnetisch fokussierten Auffängeranordnungen an sich bekannter Weise durch magnetische Zusatzelemente, insbesondere weichmagnetische Elemente gezielt so beeinflußt sein, dass das Magnetfeld nicht exakt rotationssymmetrisch ist, sondern eine bewußte Asymmetrie der Art aufweist, dass umkehrende und nahe bei der Längsachse zurück, d. h. in der Abbildung von rechts nach links laufende Elektronen von der Längsachse radial weg auf die Elektrode E1 oder E2 gelenkt werden und dadurch nicht zurück in die Verzögerungsleitung gelangen können.
Auf die Auffängerstufe AS2 folgt in Längsrichtung in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls eine Auffängerstufe AS3 und auf diese eine in Strahlrichtung topfförmig geschlossene vierte Auffängerstufe AS4. Diese Auffängerstufen sind weitere Auffängerstufen im Sinne der vorliegenden Erfindung. In den Längsbereichen dieser Auffängerstufen sind keine Magnetanordnungen mehr gegeben, so dass das Verhalten des Elektronenstrahls hier dem der reinen elektrostati- sehen Auffänger entspricht und der Elektronenstrahl sich nach Eintritt in die dritte Auffängerstufe AS3 schnell aufweitet. Für die Elektroden E3 bzw. E4 der dritten Auffängerstufe AS3 und der vierten Auffängerstufe AS4 sind wieder der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls entgegen gerichtete konische Abschnitte und im wesentlichen bezüglich der Längsachse LA kreiszylindrische Elektrodenmantelflächen vorgesehen. Die geometrische Ausführung dieser Elektroden kann von der skizzierten Form abweichen. Verschiedene geometrische Ausgestaltungen solcher Elektroden sind an sich bekannt.
Die zylindrischen Elektrodenmantelflächen M3 bzw. M4 der Elektroden der dritten und vierten Auffängerstufe AS3, AS4 sind wiederum über Keramikringe R3 bzw. R4 wärmeleitend und mechanisch mit der Außenhülle AH verbunden und bilden elektrische Isolatoren zwischen den Elektroden und der Außenhülle. Für die Auffängerstufen AS3 und AS4 seien gleiche Innendurchmesser DW sowie gleiche Außendurchmesser AW angenommen. Insbesondere die Innen- durchmesser der Keramikringe R3, R4 können aber auch voneinander verschieden sein. Der Innendurchmesser DW des Keramikrings R3 der weiteren Auffängerstufe AS3 ist vorteilhafterweise um wenigstens 25 %, insbesondere um wenigstens 40 % größer als der Innendurchmesser D1 des Keramikrings R1 der ersten Auffängerstufe AS1 . Auch der Außendurchmesser AW der weite- ren Auffängerstufe AS3 ist größer als der Außendurchmesser A1 der ersten Auffängerstufe AS1 . wobei der relative Durchmesserunterschied typischerweise geringer ist als bei den Innendurchmessern D1 , DW. Durch die im Vergleich zur ersten Auffängerstufe AS1 großen Durchmesser DW, AW ergibt sich für die Anlageflächen der Elektrodenmantelfläche M3 der dritten Auffängerstufe AS3 und in entsprechender Weise auch der Elektrodenmantelfläche M4 der Auffängerstufe AS3 eine große Anlagefläche an den Keramikring R3 bzw. R4 und somit ein großer, für den Wärmetransport von den Elektroden zur Außenhülle AH maßgebender Materialquerschnitt der Keramikringe, deren axiale Längen mit L3 für die dritte Auffängerstufe AS3 und mit L4 für die vierte Auffängerstufe AS4 bezeichnet sind.
In der Abbildung sind für die einzelnen Auffängerstufen gleiche radiale Dicken der Keramikringe angenommen. In vorteilhafter Weiterbildung kann vorgese- hen sein, dass bei zumindest der ersten Auffängerstufe AS1 die radiale Dicke des Keramikrings geringer ist als bei der dritten und/oder vierten Auffängerstufe und zugleich in an sich gebräuchlicher Art die Spannung zwischen Elektrode und Außenhülle bei der ersten Auffängerstufe geringer ist als bei den anderen Auffängerstufen.
Anstelle der für jede Auffängerstufe getrennten Keramikringe können auch gemeinsame Keramikringe für zwei oder mehr benachbarte Auffängerstufen vorgesehen sein. Anstelle der in Umfangsrichtung geschlossenen Keramikringe können auch mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Distanzkörper vorgesehen sein. Die elektrischen Zuleitungen zu den Elektroden der einzelnen Auffängerstufen sind der Übersichtlichkeit halber nicht mit eingezeichnet. Typischerweise werden solche Leitungen an der der Eintrittsöffnung OE entgegen gesetzten Stirnseite des Auffängers durch die Außenhülle AH herausge- führt. Die Außenhülle AH bildet eine vakuumdichte Hülle um die mehrstufige Elektrodenanordnung des Auffängers.
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiede- ner Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere kann, wie an sich bekannt, die Anzahl der Auffängerstufen variieren.

Claims

Ansprüche:
1 . Auffänger für eine Wanderfeldröhre mit mehreren in Richtung einer Längsachse (LA) aufeinander folgend angeordneten und von einer Auffängerhülle (AH) umgebenen Auffängerstufen (AS1 , AS2, AS3, AS4), wobei wenigstens eine einer Strahleintrittsöffnung (OE) des Auffängers zugewandte erste Auffängerstufe (AS1 ) und wenigstens eine der Strahleintrittsöffnung abgewandte weitere Auffängerstufe (AS3) vorgesehen sind und die Elektroden (E1 ) der ersten (AS1 ) und der wenigstens einen weiteren (AS3) Auffängerstufen jeweils einen Mantelabschnitt aufweisen, welcher die Elektroden über elektrisch isolierende Distanzanordnungen (R1 , R3) wärmeleitend mit der Auffängerhülle (AH) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass Innendurchmesser (D1 ) und Außendurchmesser (A1 ) der Distanzanordnung (R1 ) bei der ersten Auffängerstufe (AS1 ) geringer sind als Innendurchmesser (DW) bzw. Außendurchmesser (AW) der Distanzanordnung (R3) bei wenigstens einer weiteren Auffängerstufe (AS3), und dass zumindest im Längsbereich der ersten Auffängerstufe (AS1 ) axial nach der Eintrittsöffnung eine zur Bündelung eines Elektronenstrahls auf der Längsachse eingerichtete Magnetanordnung (RM1 ) vorgesehen ist.
2. Auffänger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Längsbereich der wenigstens einen weiteren Elektrode keine zur Bündelung des Elektronenstrahls bei der Längsachse eingerichtete Magnetanordnung vorgesehen ist.
3. Auffänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Innendurchmesser (DW) und/oder Außendurchmesser (AW) der Distanzanordnung (R3) bei der wenigstens einen weiteren Auffängerstufe (AS3) um wenigstens 30 %, insbesondere um wenigstens 50 % größer sind als der In- nendurchmesser (D1 ) bzw. Außendurchmesser (A1 ) der Distanzanordnung (R1 ) bei der ersten Auffängerstufe (AS1 ).
4. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Auffängerstufe (A1 ) der Innendurchmesser (D1 ) der Distanzanordnung (R1 ) nicht mehr als 200 %, insbesondere nicht mehr als 150 % der axialen Länge der Anlagefläche zwischen Elektrodenmantelfläche (M1 ) und Distanzanordnung (R1 ) beträgt.
5. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (AS1 ) und der weiteren (AS3) Auffängerstufe eine zweite Auffängerstufe (AS2) mit gegenüber der weiteren Auffängerstufe geringerem Innen- und/oder Außendurchmesser der Distanzanordnung (R2) eingefügt ist.
6. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung aufeinanderfolgend zwei weitere Auffängerstufen (AS3, AS4) mit gegenüber der ersten Auffängerstufe (AS1 ) größeren Innen- und/oder Außendurchmessern vorgesehen sind.
7. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzanordnungen (R1 , R2, R3, R4) kreisringförmige Körper, insbesondere aus Keramik bilden, welche flächig an der Auffängerhülle (AH) und an den Elektrodenmantelflächen (M1 , M2, M3, M4) anliegen.
8. Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Auffängerstufe (AS1 ) die radiale Dicke der Distanzanordnung (R1 ) und die Spannung der Elektrode (E1 , M1 ) gegen die Auffängerhülle (AH) geringer sind als die Dicke der Distanzanordnung (R3) und die Spannung der Elektrode (E3, M3) bei der wenigstens einen weiteren Auffängerstufe.
9. Wanderfeldröhre mit einer Elektronenstrahlquelle, einer Verzögerungslei- tung und mit einem Auffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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