Wanderfeldröhre mit periodisch-permanentmagnetischem Fokussiersystem

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeldröhre mit einer zylinderförmigen Vakuumhülle (3), die von einem Permanentmagnetsystem aus Polschuhen (1) und zwischengeordneten Magnetringen (2) umgeben ist, wobei die Polschuhe (1) in die Vakuumhülle (3) hineingeführt und deren die Strahlachse (7) umgebende Teile als Röhrchen (4) ausgebildet sind, sowie jeder zweite Polschuh als aktiver Polschuh (1) an die Magnetringe (2) angekoppelt ist und die dazwischen angeordneten Polschuhe (5) mit der Vakuumhülle (3) verbunden sind. Bei dieser Wanderfeldröhre soll die Fokussierung für höhere Leistungen und Frequenzen ermöglicht werden. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die aktiven, an die Magnetringe (2) angekoppelten Polschuhe (1) aus magnetischem Metall und deren Röhrchen (4) zumindest an ihren Stirnseiten (8) aus unmagnetischem Metall bestehen, und daß die dazwischen angeordneten Polschuhe (5) aus unmagnetischem und deren Röhrchen (6) aus magnetishem Metall bestehen. Das erfindungsgemäße Fokussiersystem wird bei Hochleistungswanderfeldröhren verwendet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Es ist bekannt, den Elektronenstrahl von Wanderfeldröhren mittels sogenannter periodisch permanentmagnetischer Fokussiersysteme zu bündeln, die außen auf der Vakuumhülle der Röhre angeordnet sind. Solche Fokussiersysteme bestehen im allgemeinen aus Dauermagnetringen und zwischengefügten Polschuhen aus ferromagnetischem Material.

[0003] Aus der DE-AS 14 91 529 ist eine derartige Polschuh-Anordnung bekannt. Diese dient gleichzeitig als Vakuumhülle. Die Polschuhe sind durch eine gleichzeitige mechanische Bearbeitung aller Polschuh-Innenbohrungen exakt zur Achse ausgerichtet. Die Magnetringe werden am Innendurchmesser zentriert.

[0004] In Wanderfeldröhren sehr hoher Leistung verwendet man die robuste, sogenannte Coupled-Cavity-Leitung. Deren Außendurchmesser ist groß. Die Feldstärke eines aufgeschobenen Ringmagnetsystems wäre deshalb zu klein, um Elektronenstrahlen mit hoher Perveanz, wie sie für hohe Leistung benötigt werden, fokussieren zu können. Deshalb führt man die Polschuhe in die Röhre hinein, das heißt man bildet die Leitungsscheiben als Polschuh aus ("integrierte Polschuhe"). Insbesondere eignet sich hierfür die sog. Coupled-Caviry-Leitung mit "Hütchen" (d.h. die der Achse benachbarten Teile der Leitungsscheiben sind als Röhrchen ausgebildet). Die Fig. 1 zeigt schematisch ein herkömmliches System dieser Art. Fig. 2 zeigt schematisch das von einem solchen System erzeugte magnetische Feld. Aus guten Gründen wird jede zweite Leitungsscheibe als aktiver, an den Magneten angekoppelter Polschuh ausgebildet. Erstens wird damit ein Ausgleich der von den Koppelschlitzen verursachten magnetischen Unsymmetrie und zweitens eine Unterdrückung des Rippels 1. Ordnung vermittels der Harmonischen des Magnetfeldes erreicht. Der Rippel 1. Ordnung wird durch einen Feldverlauf nach Fig. 2 nahezu bis völlig unterdrückt. Durch die Bemessung der Verzögerungsleitung ist das Verhältnis h/1 (Spalt/Zellenlänge) vorgegeben, wodurch die magnetischen Konstruktionsparameter weitgehend festgelegt sind. Die Dicke t der Leitungsscheiben soll möglichst dünn sein, weil sonst durch ungünstige Verlagerung des elektrischen Feldes der Koppelwiderstand im Strahlbereich vermindert wird.

[0005] Die Begrenzung dieses Magnetsystems ist daher die Eisenbelastung Bei in der Scheibe, die in Punkt B ihren höchsten Wert erreicht. Man muß aus mehreren Gründen vermeiden, daß die Eisenbelastung in die magnetische Sättigung gerät, insbesondere um unzulässige Fertigungsstreuungen auszuschalten. Da mit den Abmessungen des Magnetsystems auch B_ei/B_eff gegeben ist, wirkt sich die Begrenzung der Eisenbelastung so aus, daß eine Grenze für die Effektivfeldstärke B_eff gegeben ist. Aus der Gleichgewichtsbeziehung

und der Beziehung für die Frequenz

folgt dann, daß daß Strahlperveanz P_o und Frequenz f nach oben eingeschränkt sind. (Einheiten: 10^-4 T, V, A, cm, GHz. U_o ist die Strahlspannung, γ ist der mittlere Radius, γ a ist der Phasenparameter und K_eff ist der Kathodenfeldparameter). Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik gibt es Wanderfeldröhren dieser Art mit etwa P_o = 2 . 10-6 A/V^3/2 für f = 9 bis 10 GHz.

[0006] Zu herkömmlichen Magnetsystemen dieser Art, wie sie beispielsweise aus der US-PS 3 324 339 als bekannt hervorgehen und in Fig. 1 dargestellt sind, sind die der Achse benachbarten Teile der Leitungsscheiben als Röhrchen ausgebildet und bestehen durchwegs aus magnetischem Eisen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wanderfeldröhre die Fokussierung für höhere Leistungen und Frequenzen zu ermöglichen.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wanderfeldröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

[0009] Die erfindungsgemäße Wanderfeldröhre hat den Vorteil, daß durch die bei den Röhrchen vorgenommene Trennung der magnetischen Eisenkontüren von den unmagnetischen Metallkonturen die Leitungsbemessung erhalten bleibt, während die Eisenbelastung der Scheibe verkleinert wird und somit eine höhere magnetische Feldstärke im Strahlbereich erzielt und erlaubt werden kann. Dadurch ist die Fokussierung für höhere Leistungen und Frequenzen möglich.

[0010] Am günstigsten ist, wenn der aktive, an den Magneten angekoppelte Polschuh nur eine Scheibe, der Zwischenpolschuh nurmehr ein Röhrchen ist. Die Eisenbelastung im Punkt B wird dann um etwa 15 % vermindert. Darüberhinaus kann durch spezielle Bemessung der Röhrchenlänge b der Rippel 1. Ordnung ganz zum Verschwinden gebracht werden.

[0011] Je nach Polschuhdurchmesser und Wanddicke t soll das Verhältnis von Röhrchenlänge b zur Magnetfeldperiode L von 0,065 bis 0,15 betragen.

[0012] Die Erfindung wird anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt des periodisch-permanentmagnetischen Fokussiersystems einer bekannten Wanderfeldröhre schematisch teilweise im Schnitt,

Fig. 2 schematisch das von einem solchen System erzeugte magnetische Feld,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen periodisch-permanentmagnetischen Fokussiersystems der Wanderfeldröhre schematisch teilweise im Schnitt,

Fig. 4 einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen periodisch-permanentmagnetischen Fokussiersystems der Wanderfeldröhre schematisch teilweise im Schnitt und

Fig. 5 einen Ausschnitt eines anderen erfindungsgemäßen periodisch-permanentmagnetischen Fokussiersystems der Wanderfeldröhre schematisch teilweise im Schnitt.

[0013] Das in Fig. 1 dargestellte periodisch permanentmagnetische Fokussiersystem für eine Wanderfeldröhre besteht im wesentlichen aus einer zylinderförmigen Vakuumhülle 3, die von einem Permanentmagnetsystem aus Polschuhen 1 und jeweils zwischengeordneten, in axialer Richtung abwechselnd gegensinnig polarisierten Magnetringen 2 umgeben ist: Die Polschuhe 1, 5 sind in die Vakuumhülle 3 hineingeführt und deren die Strahlachse 7 umgebende Teile sind als Röhrchen 4 ausgebildet. Jeder zweite Polschuh 1 ist als aktiver Polschuh 1 an die Magnetringe 2 angekoppelt. Die dazwischen angeordneten Polschuhe 5 sind mit der Vakuumhülle 3 verbunden und bestehen bis auf ihre .. die Strahlachse 7 umgebenden Röhrchen 6 aus einem unmagnetischem Metall. Bei dieser bekannten Anordnung bestehen die aktiven Polschuhe 1 sowie deren Röhrchen 4 durchwegs aus magnetischem Eisen.

[0014] Das Verhältnis h/1 (Spaltlänge/Zellenlänge) ist durch die Bemessung der Verzögerungsleitung vorgegeben. Die. Dicke t der Polschuhscheiben 1 sollte möglichst dünn sein. Mit L/2 ist eine halbe Magnetfeldperiode L angedeutet. Der höchste Wert der Eisenbelastung wird in dem mit den Buchstaben B bezeichneten Punkt erreicht. Fig. 2 zeigt schematisch das in einem solchen System erzeugte magnetische Feld B (z).

[0015] Das in Fig. 3, 4 und 5 dargestellte periodiseh-permanentmagnetische Fokussiersystem besteht wiederum im wesentlichen aus einer zylinderförmigen Vakuumhülle 3 aus einem unmagnetischen Metall. Das die Vakuumhülle 3 umgebende Permanentmagnetsystem ist aus aktiven Polschuhen 1 und jeweils zwischengeordneten, in axialer Richtung abwechselnd gegensinnig polarisierten Magnetringen 2 gebildet. Die aktiven Polschuhe 1 sind in die Vakuumhülle 3 hineingeführt und ihre die Strahlachse 7 umgebenden Teile sind als Röhrchen 4 ausgebildet.

[0016] Zwischen.den aktiven, an die Magnetringe 2 angekoppelten Polschuhen 1 sind Polschuhe 5 angeordnet, die innen mit der Vakuumhülle 3 verbunden sind. Die aktiven, an die Magnetringe 2 angekoppelten Polschuhe 1 bestehen aus magnetischem Metall, vorzugsweise aus magnetischem Eisen. Die Röhrchen 4 dieser Polschuhe 1 bestehen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 an den Stirnflächen 8 aus unmagnetischem Metall. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 reichen diese Teile 8 aus unmagnetischem Metall bis an den das Röhrchen 4 bildenden Teil der Polschuhe 1 heran. Die zwischen den aktiven Polschuhen 1 angeordneten Polschuhe 5 bestehen wie die Vakuumhülle 3 aus einem unmagnetischem Metall, vorzugsweise aus Kupfer. Die Röhrchen 6 dieser Polschuhe 5 bestehen in ihrem Innenteil aus magnetischem Metall, vorzugsweise magnetischem Eisen und an ihren Stirnseiten 9 aus unmagnetischem Metall, vorzugsweise Kupfer. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bestehen die Röhrchen 6 der Polschuhe 5 gänzlich aus magnetischem Metall, vorzugsweise aus magnetischem Eisen. In den Fig. 2 bis 4 ist mit dem Buchstaben h wiederum die Spaltlänge und mit dem Buchstaben'1 die Zellenlänge bezeichnet. L/2 ist die halbe Magnetfeldperiode L und B der Punkt mit der höchsten Eisenbelastung. Die Dicke t der Polschuhscheiben 1 sollte wiederum möglichst gering sein. Mit dem Buchstaben b ist die Röhrchenlänge bezeichnet. Die Koppelschlitze in den Polschuhen 1, 5 sind in den Figuren mit dem Bezugszeichen 10 versehen.

[0017] Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Beispielsweise können die Polschuhenden auch scheibenförmig sein, d.h. die Röhrchen müssen nicht unbedingt seitliche Vorsprünge aufweisen.

Ansprüche

1. Wanderfeldröhre mit einer zylinderförmigen Vakuumhülle, die von einem Permanentmagnetsystem aus Polschuhen und jeweils zwischengeordneten, in axialer Richtung abwechselnd gegensinnig polarisierten Magnetringen umgeben ist, wobei die Polschuhe in die Vakuumhülle hineingeführt und deren die Strahlachse umgebende Teile als Röhrchen ausgebildet sind, sowie jeder zweite Polschuh als aktiver Polschuh an die Magnetringe angekcppelt ist und die dazwischen angeordneten Polschuhe mit der Vakuumhülle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven, an die Magnetringe (2) angekoppelten Polschuhe (1) aus magnetischem Metall und deren Röhrchen (4) zumindest an ihren Stirnseiten (8) aus unmagnetischem Metall bestehen, und daß die dazwischen,angeordneten Polschuhe (5) aus unmagnetischem und deren Röhrchen (6) aus magnetischem Metall bestehen.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Polschuhe (1) scheibenförmig ausgebildet sind und daß die Stirnseiten (8) .der Röhrchen (4) bis an die Seitenwände der Polschuhe (1) reichen.,

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Röhrchen (6) der Polschuhe (5) aus magnetischem und an ihren Stirnseiten (9) aus unmagnetischem Metall bestehen.

4. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Röhrchenlänge b des Teils aus magnetischem Metall des Röhrchens (6) zur Magnetfeldperiode L von 0,065 bis 0,15 beträgt.

5. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Metall der Polschuhe (1) und der Röhrchen (6) der Polschuhe (5) Eisen ist.

6. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das unmagnetische Metall der Röhrchenteile (8).der aktiven Polschuhe (1) und der dazwischen angeodneten Polschuhe (5) sowie der Stirnseiten (9) deren Röhrchen (6) Kupfer ist.

Zeichnung