DE2319689A1 - Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

or. MÖLLER-BORS dipl. ΡΗΥε. dr. MANiTZ dipl-chem. dr. DEUFEL

DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW PATENTANWÄLTE

München, den ti, APR. 1973 Fik/Sv - E 1114

IWGLISH EIiEGTRIO VlIiVE COMPANY LIMITED 106 Waterhouse Lane, Chelmsford, Essex

England

Wanderfeldröhre

Die Erfindung betrifft Wanderfeldröhren und insbesondere solche Wanderfeldröhren, bei denen eine Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus verwendet wird. Die bekannten Kleeblatt- (cloverleaf) und Tausendfüßler- (centipede) Wanderfeldröhren gehören zu den Bohren dieser Art.

Der Erindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hochleistungs-Wanderfeldröhren der obigen Art zu schaffen, bei welchen eine periodische Permanentmagnet-Fokussierung (PPM-3?okussierung) durch Permanentmagnete erfolgt, die einen hohen Wirkungsgrad und zugleich eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweisen.

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Die Verwendung der PPM-Fokussierung in Wanderfeldröhren, in welchen die Wellenstruktur, die an dem Elektronenstrahl angekoppelt ist, eine Wendel darstellt, ist an sich bekannt, und die Entwicklung von verbesserten magnetischen Materialien, insbesondere Samarium-Cobalt, hat die Verwendung dieses Typs der Fokussierung umso attraktiver werden lassen, nachdem es gelungen ist, PPM-Fokussierungssysteme mit geringem Gewicht und geringer Größe zu bauen. Die Leistung, welche die Wendel verarbeiten kann, weist jedoch solche Grenzen auf, daß Röhren vom Wendel-Typ zum Erreichen von hohen Leistungspegeln ungeeignet sind, d.h. von Leistungspegeln im Bereich von 100 kW bis 1 MW (was von der Frequenz abhängt). .

Wanderfeldröhren mit Hohlraumkopplungsanordnung sind ent τ wickelt worden, um höhere Leistungspegel zu erreichen, als sie bei Röhren vom Wendeltyp erreichbar sind. Wanderfeldröhren, mit gekoppeltem Hohlraum können hier grundsätzlich in zwei Klassen eingeteilt werden, nämlich solche Röhren, bei denen eine Hohlraumkopplung durch Harmonische erfolgt, und solche Röhren, auf die sich auch die Erfindung bezieht, bei denen die Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus erfolgt. Wie nachfolgend erläutert wird, ist die erste Klasse hervorragend zur Anwendung der PPM-Fokussierung geeignet, während sich der Anwendung der PPM-Fokussierung bei Röhren der letzten Klasse ernsthafte Schwierigkeiten entgegenstellen. Die Erfindung soll derartige Schwierigkeiten überwinden.

Die Fig. 1 der Zeichnung, welche einer einführenden Erläuterung dient, stellt einen schematischen Querschnitt dar, und zwar entlang der Mittellinie C/L, wobei eine Magnetlänge eines bekannten PPM-Fokussierungssystems in einer Wanderfeldröhre mit Hohlraumkopplung gezeigt ist, bei welcher die Kopplung mit Hilfe von Harmonischen erfolgt. Ersichtlich

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sind die Hohlraumkoppltmgsplatt en, die nach einer herkömmlichen Art geschlitzt oder mit öffnungen versehen sind (obwohl aufgrund der Darstellung in der Pig. 1 der.Zeichnung die Schlitze oder öffnungen nicht sichtbar sind), als Magnetpole verwendet. In der Fig. 2 sind zwei dieser Platten 1 und 2 dargestellt. Sie sind aus Weicheisen hergestellt und sind mit zylindrischen, laufzeitröhrenähnlichen Polstücken 1A und 2A ausgestattet, die natürlich entsprechend ausgerichtet sind und den Elektronenstrahl umgeben, welcher von einer (nicht dargestellten) Elektronenkanone aus von einem Ende der Röhrenachse zu einem (ebenfalls nicht dargestellten) Elektronenkollektor am anderen Ende dieser Achse durch die Polstücke hindurch projiziert wird. Das Permanentmagnetfeld wird durch einen Ringmagneten 3 geschaffen, dessen Polarität in herkömmlicher Weise durch die Buchstaben K und S angegeben ist. Auf diese Weise wirä das Magnetfeld sehr nahe an den Elektronenstrahl herangebracht, und da der Abstand d zwischen den benachbarten Enden der benachbarten Polstücke 1A und 2A sehr klein in bezug auf die Magnetleckpfade gehalten werden kann, beispielsweise ML1 und ML2, die natürlich vorhanden sind, können zufriedenstellend hohe Werte der axialen Magnetfeldstärke für eine gute PPM-Fokussierung von einem Magnetsystem von hinreichend geringer Größe und hinreichend geringem Gewicht erreicht werden, insbesondere dann, wenn die neu entwickelten magnetischen Materialien wie Samarium-Kobalt für solche Magnete verwendet werden. Da jedoch in einer Wanderfeldröhre mit Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus kein Platz für Polstücke ist, beispielsweise für die Polstücke 1A und 2A, wird durch eine Anordnung gemäß Fig. 1 das Problem nicht gelöst, welches beim Entwurf von Anordnungen auftritt, bei welchen eine PPM-Fokussierung bei einer Wanderfeldröhre mit Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus angewandt werden soll, d.h., bei einer solchen Röhre, in welcher der Strahl mit der Hohlraumanordnung im Grundmodus der Anordnung gekoppelt ist.

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Nachfolgend sei der Pail einer typischen bekannten Wanderfeldröhre mit Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus betrachtet, bei welcher in an sich bekannter Weise ein Stapel von mit Schlitzen oder öffnung versehenen Kupferplatten verwendet wird, die alle denselben Außendurchmesser aufweisen. Solche Platten sind in der Fig. 2 dargestellt, jedoch nur als Beispiel, da ersichtlich auch andere bekannte Plattenformen verwendet werden können. Fünf Platten, die mit X1, X2 und X3 und ΤΛ und Y2 bezeichnet sind, sind in der Fig.2 dargestellt. Die Platten X1, X2 und X3 sind gleich und weisen sich radial nach innen verjüngende Vorsprünge P auf. Platten Y1 und Y2, die dünner sind als die Platten X1, X2 und X3, sind ebenfalls gleich und weisen zentrale Strahldurchgangsöffnungen H und radiale Kopplungsschlitze S auf. Die X-Platten und die Y-Platten wechseln im Stapel ab, wobei die Platten derart fluchten, daß ihre Außenflächen eine Zylinderfläche bilden, während die öffnungen H in aufeinanderfolgenden Platten im Stapel ebenfalls fluchten. In Drehrichtung sind die Platten derart angeordnet, daß die Schlitze aller Y-Platten fluchten, daß jedoch X-Platten (in dem vorliegenden Beispiel um 60° bei sechs nach innen weisenden Yorsprüngen der X-Platten) derart gegeneinander verdreht oder verschoben sind, daß bei einem Stapelaufbau von X1, Y1, X2, Y2, X3 ... usw. die Anordnung der Platten in Drehrichtung gemäß der Darstellung in der Fig. 2 getroffen ist, wobei die Platte X2 um 60° gegenüber den Platten XI und X3 und die Platten Y1 und Y2 mit ihren radialen Schlitzen fluchtend angeordnet sind und wobei die in der Fig. 2 dargestellten Drehanordnungen gegeben sind. Der Stapel wird durch Löten oder Schweißen zu einer mechanischen Einheit zusammengefaßt, um mit (nicht dargestellten) Endstücken eine vakuumdichte Anordnung zu bilden, wobei das eine Ende eine axial fluchtend angeordnete (nicht dargestellte) Elektronenkanone aufweist und das andere Ende einen axial angeordneten (ebenfalls nicht

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dargestellten) Elektronenkollektor hat. Diese Anordnung ist an sich bekannt und bildet eine an sich bekannte Form einer Kleeblatt-Wanderfeldröhre. Es ist ersichtlich, daß in einer solchen Anordnung kein Platz für Laufzeitröhrenähnliche Polstücke ist, wie sie beispielsweise die Polstücke 1A und 2A der Fig. 1 darstellen. Weiterhin ist ersichtlich, daß es nicht zweckmäßig ist, und zwar auch dann nicht, wenn die X-Platten aus magnetischem Material hergestellt sind, beispielsweise aus Weicheisen, nach der in der Fig. 1 dargestellten Art ein zufriedenstellendes PPM-Fokussierungssystem zu erreichen, da die Abstände, welche dem Abstand d in der Fig. 1 entsprechen, zwischen aufeinanderfolgenden X-Platten so groß" wären, wie es den Leckfeldpfaden entspricht, die wiederum den Wegen wie ML1 und ML2 in der Fig. 1 entsprechen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Wanderfeldröhre mit einer Hohlraumkopplung im Grundwellentyp, welche einen Stapel von mit Schlitzen oder öffnung versehenen Platten aufweist, die derart angeordnet sind, daß eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Hohlräumen gebildet ist, die im Grundwellenmodue gekoppelt sind, welche sich dadurch auszeichnet, daß bei jedem η-ten Hohlraum (wobei η eine ganze Zahl größer als eins ist) ein Magnetpolstück angeordnet ist, das aus einer verhältnismäßig dicken, mit einer öffnung versehenen Platte gebildet ist, die aus ferromagnetischem Material besteht und die zwischen einem Paar von dünneren, mit ,öffnungen versehenen Platten angeordnet ist, die ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehen und den ferromagnetisehen Weg, welcher durch die verhältnismäßig dicke Platte gebildet ist, bis in die enge Ifechbarschaft des Elektronenstrahlweges der Eöhre ausdehnen.

In der Praxis sind ringförmige äußere Magnete an diesen Stellen angeordnet und weisen solche Längen auf, daß sie derart zusammenwirken, daß Permanentmagnetfelder durch die Polstücke hindurch gebildet werden. .

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Vorzugsweise weisen die verhältnismäßig dicken ferromagnetischen Platten, welche die Teile der Polstücke bilden, einen größeren äußeren Durchmesser auf als die anderen Platten, so daß ihre Ränder nach außen vorstehen,' und zwar gegenüber einer Fläche vorstehen, die andernfalls eine glatte Zylinderfläche des Stapels wäre, und es sind jeweils Ringmagnete in dem Raum zwischen aufeinanderfolgenden vorspringenden Rändern angeordnet.

Theoretisch könnte der Wert von η zwei betragen, vorzugsweise beträgt er jedoch mindestens drei.

Es ist bei bekannten Kleeblatt-Röhren und ähnlichen Wanderfeldröhren mit Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus üblich, daß sich die Röhre gegen ein Ende hin verjüngt. Dies kann auf verschiede/bekannte Arten geschehen, bei-, spielsweise durch lineare Veränderung der Hohlraumhöhe, d.h.. der Abmessung entlang der Röhrenachse, oder durch Veränderung der Schlitz- oder Öffnungsabmessungen der Platten gegen ein Ende der Röhre hin. Bei der ersten Art wird eint Anordnung gebildet,. die sich als "Geschwindigkeitsverjüngung" bezeichnen läßt, und bei der letzten Art wird ein· Anordnung gebildet, die sich als "Phasenverjüngung¹¹ bezeichnen läßt. Grundsätzlich kann die Verjüngung bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auf irgendeine bekannte Art erfolgen, es ist jedoch ersichtlich, daß dann, wenn eine Veränderung der Hohlraumhöhe vorgesehen wird, eine entsprechende Veränderung auch bei der Trennung von aufeinanderfolgenden Polstücken vorgesehen sein sollte, mit einer entsprechenden Veränderung der Ringmagnetlänge. Wenn in einer Röhre gemäß der Erfindung eine solche Verjüngung erforderlich ist, ist es daher vorteilhaft, sie in der Weise zu erreichen, daß keine Veränderung der Hohlraumhöhe erforderlich ist, denn, wenn die Hohlraum-

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höhe von einem Ende zum anderen Ende der Röhre gleichförmig ist, sind auch die Trennung der Polstücke und die Längen der Magnete ebenfalls gleichförmig, und diese Anordnung hat im Hinblick auf praktische Probleme im Zusammenhang mit der Fertigung große Vorteile.

In den Fig. 3 und ¹V der Zeichnung wird eine Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. Gemäß Fig. 3j die eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 1 darstellt, umfaßt die Röhre einen Stapel von Platten, die derart angeordnet sind, daß eine. Folge von Hohlräumen entsteht, die im Grundwellenmodus miteinander gekoppelt sind. Diejenigen Platten, die in der Fig. 3 nicht schraffiert sind, bestehen aus Kupfer: die mit einer Kreuzschraffur dargestellten Platten bestehen aus einem ferromagnetischen Material, vorzugsweise aus Weicheisen. Die in der Fig. 3 mit Y bezeichneten Platten bestehen aus Kupfer, und jede Platte weist eine zentrale öffnung auf und ist ähnlich wie die Platten' Y1 und Y2 der Fig. 3 radial geschlitzt. Die in der Fig. 3 mit X bezeichneten Platten bestehen ebenfalls aus Kupfer und weisen eine öffnung auf, um eine Vielzahl von radial nach innen sich verjüngenden Vorsprüngen zu bilden, wie die Platten X1, X2 und X3 der Fig. 2. Außerdem weist der Stapel Platten MY.auf, welche den Platten Y entsprechen, außer, daß sie aus ferromagnetisch em Material wie Weicheisen bestehen anstatt aus Kupfer. Der Stapel enthält auch Weicheisen-Platten MX, die ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehen, und jede Platte ist zwischen zwei benachbarten Eisenplatten MY angeordnet. Eine dieser Platten, nämlich die Platte MX, ist in der Fig. 4- in Frontalansicht dargestellt. Es ist ersichtlich, daß jede der Platten MX so ausgebildet ist, wie die Platten X ausgebildet sind, mit der Ausnahme, daß sie aus ferromagnetischem Material besteht und einen größeren Außendurchmesser aufweist derart, daß dann, wenn diese Platten in einem Stapel

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ft

zusammengefaßt Bind, der feste Band jedes Vorsprunges gemäß Fig. 3 über die Fläche hinausragt, die anderenfalls eine glätte zylindrische Außenfläche des Stapels darstellen würde. Permanentmagnet ringe 3 sind außen von der Zylinderfläche zwischen den vorspringenden Bändern benachbarter Platten MI derart angeordnet, daß diese Platten als Polstücke für die Magnete wirken. Solche Polstücke sind bei jedem η-ten Hohlraum - im «irgesteilten Beispiel bei jedem vierten Hohlraum - angeordnet, und auf diese Weise dienen die Polstücke, von denen jedes aus einer MX-Platte besteht, die sich effektiv in Sichtung auf den Elektronenstrahl durch die ΜΓ-Platten erstreckt, »wischen denen sie angeordnet ist, dem erforderlichen Zweck, daß nämlich ein ausreichend starkes magnetisches Axial feld erzeugt wird, und zwar in unmittelbarer Kachbarschaft des Strahls, wodurch eine zufriedenstellende PPM-lOkussierung erreichbar ist. Das PPM-Fokussierungssystem, welches aus den Permanentmagneten und den entsprechenden zugehörigen Poletücken besteht, ist kompakt, wirtschaftlich im Baumbedarf und verhältnismäßig leicht, insbesondere dann, wenn Materialien wie Samarium-Kobalt in der Konstruktion verwendet sind.

Die im Stapel verwendeten Platten sind natürlich in der oben beschriebenen Art angeordnet, die an sich aus der Anordnung der Xleeblatt-Böhren bekannt ist und auch aus anderen ähnlichen Wanderfeldröhren-Anordnungen bekannt ist. Dies bedeutet, daß die radial geschlitzten Platten derart angeordnet sind, daß ihre zentralen Öffnungen fluchten und daß ihre radialen Schlitze ebenfalls fluchten, während die anderen Platten, unabhängig davon, ob sie aus Kupfer oder aus einem ferromagnetisehen Material bestehen, derart angeordnet sind, daß die Öffnungen in aufeinanderfolgenden Platten fluchten, während die übrigen

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dieser Platten gegeneinander verschoben oder verdreht sind, wobei in dem dargestellten Beispiel eine Verdrehung von 60° vorliegt.

Sie Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Platten mit besonderen Bchlitzkonfigurationen beschränkt und auch nicht auf die dargestellten Offnungsformen. Andere Konfigurationen der Schlitze und der öffnungen, wie sie an sich as Wanderfeldröhren mit Hohlraumkopplung im Grundwell enmodue bekannt sind, können auch bei Ausführungeformen gemäB der Erfindung Anwendung finden.

- Patentansprüche -

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   f 1J Wanderfeldröhre mit Hohlraumkopplung im Grundwellenmodus, · welche einen Stapel von geschlitzten oder mit Öffnungen versehenen Platten aufweist, die derart angeordnet sind, daß eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Hohlräumen gebildet ist, die im Grundwellenmodus miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß hei jedem η-ten (wobei η eine ganze Zahl größer als eins ist) Hohlraum ein Magnetpolstück; vorgesehen ist, das'durch eine verhältnismäßig dicke, mit öffnungen versehene Platte (MX) aus ferromagnetischem Material hergestellt ist, die zwischen einem Paar von dünneren, mit öffnungen versehenen Platten (MY) angeordnet ist, die ebenfalls aus einem f>erromagnetiechen Material bestehen und den ferromagnetischen Pfad, der durch die verhältnismäßig dicke Platte (MX) gebildet ist, bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Elektroztenstrahlweges der Röhre erstrecken, wobei ringförmige äußere Magnete vorhanden sind, die derart angeordnet und dimensioniert sind, daß durch die Poletücke Permanentmagnetfelder gebildet sind.
2. 2. Bohre nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die verhältnismäßig dicken ferromagnetischen Platten (MX), welche einen Teil der Polstücke bilden, einen größeren Außendurchmesser als die anderen Platten aufweisen, so daß sich ihre Ränder nach außen gegenüber einer Pläehe erstrecken, die andernfalls als glatte äußere zylindrische fläche des Stapels in Erscheinung treten würde, und daß die Ringmagnete Jeweils in dem Raum zwischen aufeinanderfolgenden vorspringenden Rändern angeordnet sind.

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   - ΛΛ -
3. 3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß η größer oder feieich 3 ist.

   4-. Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß die Hohlräume derart dimensioniert sind, daß eine (an sich bekannte) Geschwindigkeit sverjüngung oder Phasenverjüngung erreicht ist und daß die Hohlraumhöhe für alle Hohlräume konstant ist, so daß Ringmagnete einer vorgegebenen axialen Länge über die gesamte Wellenanordnung verwendbar sind.

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