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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS A DECHARGE.
La présente invention se rapporte à des canons à électrons permettant de projeter des faisceaux d'électrons rectilignes de haute densité de courant et est particulièrement relative à des modifications et à des perfectionnements des canons à électrons faisant l'objet du brevet britannique N 674. 758.
La spécification du brevet ci-dessus mentionné décrit un dispositif de focalisation du faisceau d'électrons qui comprend une pièce polaire d'aimant au centre de laquelle est ménagée une ouverture, une cathode et une électrode focalisatrice placées à l'intérieur de ladite pièce polaire, et une anode, munie d'une ouverture et construite en un matériau non magnétique, fixée dans l'ouverture de la dite pièce polaire.
L'invention d'origine est particulièrement utile en liaison avec les tubes à onde progressive dans lesquels un faisceau d'électrons est projeté le long de l'axe d'un guide-ondes retardateur tel qu'une hélice pour réagir sur les ondes électromagnétiques qui s'y propagent. La spécification primitive donnait un exemple d'un tel emploi, un champ magnétique destiné à focaliser le faisceau étant établi entre une paire de pièces polaires, une à chaque extrémité de l'hélice, une de ces pièces polaires enveloppant l'élément produisant la focalisation électrostatique du dispositif et lui servant de blondage protecteur contre l'action du champ magnétique; on obtenait ainsi un canon à électrons dont l'anode constituait la plaque terminale frontale des pièces polaires.
Dans le mode de réalisation qui était donné en exemple, cette anode-pièce polaire constituait également une partie de l'enveloppe du tube à décharge d'électrons.
Dans les tubes à onde progressive construits en vue d'utilisa-
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tions commerciales,nous avons jusqu'à présent, préféré employer une enveloppe en verre entourant le canon à électrons et, lorsqu'on désire mettre en oeuvre l'invention initiale, nous préférons pour de tels tubes modifier en conséquence la construction du canon. Il y a toutefois un point plus important, à savoir que l'invention initiale fournit un moyen pratique d'en- gendrer un mouvement d'électrons d'un type particulier connu sous le nom de "flux de Brillouin", et que, conformément à la présente invention, les dispositions du canon à électrons de l'invention initiale sont modifiées à la suite de l'expérience que nous avons acquise dans la réalisation d'un flux de Brillouin dans des tubes à onde progressive.
Dans la spécification initiale on décrit une forme de focalisation magnétique dans laquelle il se produit une chute de potentiel en direction du centre des faisceaux d'électrons - en d'autres termes, les électrons proches du centre du faisceau ont une vitesse axiale plus faible que ceux qui se trouvent à proximité de la périphérie du faisceau. Les électrons se déplacent selon des trajectoires hélicoidales,chacun le long d'une ligne de force magnétique, de telle sorte que les électrons soient obligés de suivre des trajectoires tendant à coïncider avec les lignes de force magnétiques.
Dans un flux de Brillouin, d'autre part, les électrons suivent des trajectoires hélicoïdales autour de l'axe du faisceau au lieu de s'enrouler le long des lignes de force individuelles, les forces de Lorenz s'exergant sur les électrons compensant la force centrifuge qui agit sur les électrons et aussi la répulsion mutuelle qu'ils exercent les uns contre les autres. Par opposition à ce qui se passe dans un faisceau annulaire, les électrons soumis au régime du flux de Brillouin dans un faisceau homogène ont la môme vitesse angulaire et la même vitesse axiale, le faisceau se dépla- çant à la manière d'une tige filetée pleine que l'on visse régulièrement dans un écrou maintenu fixe.
Le champ magnétique nécessaire pour établir un flux de Brillouin est,en général, moindre que celui qui est nécessaire pour l'établissement du' premier type de flux mentionné ci-dessus. Parmi les divers moyens possibles d'imposer à un faisceau d'électrons le régime du flux de Brillouin, un des plus efficaces est de faire passer brusquement un faisceau parallèle, ou à très peu près parallèle, d'électrons d'une région exempte de champ magnétique dans une région où règne le champ magnétique axial nécessaire pour entretenir le régime désiré. Le faisceau, est donc projeté à travers une ouverture pratiquée dans une des pièces polaires du dispositif engendrant le champ magnétique.
C'est évidemment ce qui se produit avec le dispositif focalisateur de l'invention initiale quand l'intensité du champ magnétique est convenablement réglée de manière à provoquer l'établissement d'un flux de Brillouin, et non 'Ce que l'on peut appeler un type de flux forcé par le champ magnétique.
Dans le voisinage immédiat de l'ouverture de la pièce polaire, les lignes de force magnétiques sont courbées au lieu d'être rigoureusement axiales, de telle sorte que le champ pénètre à une courte distance à l'intérieur de l'ouverture. Cette courbure, jointe au léger non-parallélisme des électrons de chaque c8té de l'étranglement électrostatique formé à hauteur du point où le faisceau sort du tunnel ménagé dans l'anode-pièce polaire de:l'invention initiale, fournit les composantes orthogonales nécessaires du champ magnétique et de la vitesse des électrons pour communiquer aux électrons leur rotation nécessaire autour de l'axe du faisceau.
On reconnaîtra que, à hauteur de la région de transition dans laquelle le faisceau d'électrons pénètre dans le champ magnétique, la dynamique du système est très compliquée. A l'heure actuel-la., il y a de bonnes raisons de penser qu'une disposition optimum du système focalisateur exige que l'ouverture ménagée dans la pièce polaire engendrant le champ magnétique soit plus grande que l'ouverture de l'anode du canon à électrons électrostatique formant le faisceau parallèle. Cette dernière est déterminée principalement à partir des principes de focalisation électrostatique discutée dans la spécification initiale, tandis que la dimension de l'ouverture
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de la pièce polaire détermine la configuration du champ magnétique dans la région de transition.
Bien que la théorie des phénomènes qui entrent en jeu ici ne soit pas encore bien connue, on trouve néanmoins en pratique que les meilleurs résultats en matière de focalisation sont obtenus lors- que l'ouverture de la pièce polaire magnétique est, en fait, plus grande que l'ouverture ménagée dans l'anode électrostatique.
Conformément à une des caractéristiques de la présente invention, il est prévu, pour constituer un dispositif focalisateur du faisceau d'é- lectrons conforme aux spécifications de l'invention initiale, un mode de construction de canon à électrons comportant l'emploi d'une pièce polaire magnétique pourvue d'une ouverture centrale, d'une cathode et d'une élec- trode focalisatrice disposées à l'intérieur de ladite pièce polaire et d'une anode en matériau non magnétique, pourvue d'une ouverture et fixée dans l'ou- verture de ladite pièce polaire.
En ce qui concerne la région de transition dont il a été ques- tion plus haut, nous avons également déterminé que l'étranglement à hauteur duquel le faisceau est d'abord parallèle à l'axe doit être formé légèrement en avant du plan d'émergence du faisceau hors de la pièce polaire.
Conformément à une autre caractéristique de la présente inven- tion, il est prévu un dispositif focalisateur du faisceau d'électrons conformé aux spécifications de l'invention initiale, établi afin de faire converger les électrons à travers une ouverture de sortie ménagée dans une piè- ce polaire magnétique de telle sorte qu'ils se meuvent parallèlement à l'axe du faisceau à hauteur d'un plan situé, dans la direction de propagation du faisceau, à une distance de ladite ouverture de sortie comprise entre un dixième et le double du rayon de ladite ouverture de sortie.
Conformément à une autre encore de ses caractéristiques, la présente invention concerne un canon à électrons comportant :une cathode, une anode en matériau non magnétique et pourvue d'une ouverture, et une éleotrode focalisatrice entourant la cathode, le tout étant établi de manière à focaliser un faisceau d'électrons limité par la charge spatiale, ce faisceauu issu de la cathode passant à travers l'ouverture de l'anode vers un étranglement électrostatique situé légèrement au-delà de l'anode, il est prévu également des moyens assurant un blindage magnétique entourant la cathode et l'électrode focalisatrice pour former une des pièces polaires d'un dispositif focalisateur du faisceau placé à l'intérieur du canon, lesdits moyens de blindage magnétique comportant une plaque terminale munie d'une ouverture pour recevoir ladite anode.
Ainsi que nous l'avons mentionné plus haut, on préférera, dans les modes de réalisation de la présente invention relatifs à la construction de tubes à onde progressive, enfermer l'ensemble du canon à l'intérieur de l'enveloppe en verre du,'tube.
Une des fonctions de la pièce polaire magnétique à l'intérieur de laquelle se trouve placé le canon à électrons conformément à la présente invention est de fournir un blindage protégrant les électrodes qui engendrent le faisceau électrostatique contre l'influence du champ magnétique. En pratique, on ne pourra pas annuler complètement le champ magnétique pénétrant jusqu'à la cathode; il en subsistera toujours un faible pourcentage, si parfait que soit le blindage. Il est connu que, pour une épaisseur totale donnée de matériau ferromagnétique constituant le blindage, l'atténuation obtenue en disposant successivement plusieurs blindages séparés par des milieux non magnétiques sera plus grande que celle réalisée grâce à un seul blindage épais.
Dans certains modes de réalisation de l'invention; il est donc prévu un blindage intérieur et un blindage extérieur, séparés par un certain espace, entourant.,la cathode.
Nous allons maintenant décrire des modes de réalisation de l'invention, en relation avec les dessins joints à la présente spécification et
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dans lesquels :
La fig. 1 représente, partiellement en coupe, un appareil à onde progressive comportant un tube à onde progressive muni d'un canon à électrons conforme à la présente invention.
La fig." 2 représente en coupe les détails d'un canon à électrons conforme à l'invention, et
La fig. 3,représente une variante de construction du canon à élec- trens de la fig. 2.
Sur la fig. 1, 1 désigne un tube à onde progressive comportant un canon à électrons 2 logé à l'intérieur d'une ampoule 3, une hélice 4 sup- portée à l'intérieur d'un prolongement tubulaire de l'ampoule 5 et une élec- trode collectrice 6 qui ferme l'extrémité de la portion 5 la plus éloignée du canon à électrons. Le canon à électrons n'est représenté que schémati- quement et sera décrit ultérieurement de façon plus détaillée. L'électrode collectrice 6 s'ajuste dans un montage destiné à en assurer le refroidissement grâce aux ailettes 8 qui dissipent la chaleur engendrée dans 1-'électrode; l'électrode est supportée par la plaque terminale 10 de l'ensemble de l'aimant,ladite plaque étant isolée en 9 de l'électrode et formant pièce polai- re à cette extrémité du tube.
La portion 3 de l'ampoule formant enveloppe porte à son extrémité arrière un pied 12 comportant les broches classiques dans les tubes à décharge. Le pied 12 est fixé à une plaque 14 maintenue au moyen de bagues d'espacement 15 sur une plaque d'extrémité d'un montage d'aimant 17 qui est serré entre la plaque 16 et la joue ci-dessus mentionnée
10 au moyen des tirants 18. L'ensemble constituant l'aimant comporte encore un jeu de sélénoides 19, 20, 21 et 22, les solénoides 20 et 21 étant maintenus écartés au moyen d'un collier en laiton 23, tandis qu'un guide-ondes d'entrée 24 est serré entre les solénoides 19 et 20.
Le guide-ondes 24 comporte un prolongement 25 pourvu d'un piston 26 de mise en court-circuit actionné par la vis de réglage 27, afin qu'il soit possible de régler 1-la- daptation d'impédance entre le guide-ondes 24 et l'hélice 4. Le tube à onde processive 1 fait saillie à travers l'enceinte constituée par le guide- ondes 24 et son prolongement 25 de telle sorte qu'une pièce d'amortissement 28 placée à l'intérieur de l'enveloppe du tube se trouve sur la même ligne qu'une pièce d'amortissement extérieure 29 qui est fixée à la paroi du guide- ondes située à l'opposé de l'extrémité de l'hélice 4. La pièce d'amortissement intérieur 28 porte un court tube 30 fixé sur sa face avant et un tube 31 fixé sur son arrière, le faisceau d'électrons passant à travers les tubes 31 et 30.
L'extrémité de l'hélice 4 est reliée au tube 30 qui constitue une antenne permettant d'assurer le couplage entre le guide-ondes 24 et l'hélice 4. L'hélice 4 et la pièce intérieure d'amortissement 28 sont 'supportées sur des tiges en quartz 32 à l'intérieur de la portion 5 de l'enveloppe du tube à onde progressive, tandis que le tube 31 est fixé à une pièce isolante 33 portée par le canon à électrons 2, de manière à assurer des moyens de connexion indépendants en courant continu pour l'hélice 4.
La disposition adoptée à l'extrémité de sortie de l'hélice est en gros similaire à celle que nous venons de décrire : il y est prévu un guide-ondes de sortie 34 et une section 35 servant à l'adaptation d'impé- danpe, réglée au moyen de la vis 36 actionnant un piston.
Les dispositifs d'adaptation de l'hélice sont analogues à ceux décrits pour l'extrémité d'entrée de l'hélice, une pièce extérieure d'amer- tissement en haute fréquence 37 étant visible sur la fig. 1 contre l'élec- trode collectrice 6 à laquelle elle n'est toutefois pas reliée.
Autour de l'extrémité du tube constituant le canon à électrons se trouve un cylindre 38 en matériau ferromagnétique fixé au moyen d'une collerette circulaire 39 à la joue 16 de l'ensemble constituant l'aimant.
La pièce extérieure 40 du canon à électrons constitue une des pièces polai-
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res de l'aimant, et est séparée par un entrefer du cylindre environnant 38. La pièce 40 joue également le rôle de blindage supplémentaire proté- geant le canon à électrons du champ magnétique environnant. Pour amélio- rer l'atténuation du champ magnétique, le cylindre 38 fait considérablement saillie sur l'arrière de la joue 16, tout le flux extérieur de fuite ayant ainsi tendance à être recueilli sur ce prolongement vers l'arrière.
La fig. 2 représente une coupe transversale du canon à électrons 2 de la fig. 1. Le canon comporte une cathode 41, représentée schématiquement sur le dessin, possédant une surface émissive concave 42. La cathode est éntourée par une électrode focalisatrice 43 et coopère avec une anode 44 pour former un système électrostatique engendrant un faisceau d'électrons comme nous l'avons exposé précédemment. La cathode 41 et l'électrode foca- lisatrce 43 sont entourées par un blindage de protection contre le champ magnétique, ce blindage étant constitué par la pièce polaire cylindrique 40 en matériau ferromagnétique.
L'extrémité de la pièce polaire cylindrique faisant face à la cathode est fermée par une plaque terminale 45, qui dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 2 fait partie intégrante du reste de la pièce 40. La plaque terminale 45 est pourvue d'une ouverture centrale permettant de recevoir l'anode 44 qui s'y trouve fixée au moyen des vis 46. L'ouverture 47 ménagée dans l'anode 44 est de dimensions choisies sur la base de considérations électrostatiques et étant donné que l'anode 44 se trouve insérée dans l'ouverture de la pièce polaire, son diamé- tre est plus petit que celui de l'ouverture de ladite pièce polaire.
La cathode 41 et l'électrode focalisatrice 43 sont fixées à un isolateur 48 qui vient s'appuyer contre.un épaulement intérieur 49 prévu dans la paroi cylindrique de la pièce polaire 40. La pièce polaire 40 est maintenue en place à l'intérieur de la portion 3 de l'enveloppe du tube à décharge au moyen des rondelles annulaires isolantes 50,51 et 52. Les fils de connexion 53 provenant de la cathode, de l'électrode focalisatrice et de la pièce polaire 40 sortent du tube à travers un tampon en verre pressé 54, de la façon classique en matière de technique de construction des tubes de radio.
La rondelle isolante supérieure 52 porte une pièce métallique 55 dans laquelle vient s'ajuster le tube 31 dont l'autre extrémité est fixée à la pièce intérieure d'amortissement 28 de la fig. l, ce qui permet de constituer des moyens de connexion pour l'hélice. Jusqu'à présent il était de pratique conmune dans les tubes à onde progressive de maintenir l'hélice au même potentiel que l'électrode finale du système constituant le canon à électrons.
Dans les modes de réalisation recommandés de la présente invention, tels par exemple que celui représenté sur la fige 2, on a prévu la possibilité de maintenir l'hélice à un potentiel différent, en courant continu de celui de l'anode 44. Une connexion 56 est donc prévue sur la pièce 55, et on la fait sortir à travers un trou 57 percé dans la pièce 40 jouant le rôle de blindage magnétique, ladite connexion sortant du tube par le tampon en verre pressé 54.
Dans un mode de réalisation pratique du canon à électrons représenté sur la fig. 2 (dans laquelle, il convient de le souligner, les électrodes n'ont pas été dessinées rigoureusement à l'échelle), les dimensions et caractéristiques principales du canon à électrons sont les suivantes :
Courant du faisceau d'électrons 80 mA
Diamètre du faisceau¯à l'étranglement 1,68 mm
Surface efficace 42 de la cathode 40 mm2
Rayon de courbure de la surface 42 @,53 mm
Tension anode-cathode 2'.000 V
Ouverture de l'anode (47 Fig. 2) 4,57 mm
Distance anode-cathode 4,42 mm
Ouverture de la pièce polaire 7,95 mm
Epaisseur du cylindre de la pièce polaire 4,32 mm
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Epaisseur de la plaque terminale 45 3,81 mm
Longueur du cylindre de la pièce polaire 25,4 mm
L'étude magnétique de l'ensemble fut établie sur la base de l'utilisation d'un aimant produisant un champ magnétique axial d'environ 520 oersteds.
La fig. 3 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel le blindage magnétique de la cathode est réalisé au moyen de deux éléments séparés par un certain espace, l'un intérieure 58 et l'autre extérieur 59. La disposition générale du canon est très similai- re à celle de la fig. 2, mais, en ce qui concerne les diverses électrodes du canon à électrons, les deux dessins ne sont pas à la morne échelle, d'ailleurs aucun des deux dessins n'est en fait rigoureusement à l'échelle. Les pièces représentées sur la fig. 3 qui sont similaires à celles de la fig. 2 ne feront pas l'objet d'une nouvelle description, elles sont d'ailleurs désignées p@r les mêmes nombres repères.
La- pièce de blindage magnétique extérieure 59 est, dans l'ensem- ble, similaire il la pièce polaire 40 de la fige 2, mais elle peut être construite plus min@@. L'anode 60, en cuivre est un cylindre comportant une col- leratte circulaire centrale 61.
La forme générale de la pièce de blindage inférieure 58 est celle d'un cylindre, cette pièce est fixée à la face in- férieure de la collerette 61 de l'anode 60 au moyen de vis 62 en matériau non magnétique qui solidarisent les pièces 58 et 59 avec l'anode, serrée entre les deu@. Dans ce mode de réalisation, la cathode 41 et l'électrode foralisat@ice 43 sont montées sur une rondelle isolante 63 qui vient s'appuyer contre un épaulement circulaire intérieur 64 situé près de l'extrémité de la pièce intérieure de blindage 58.'
Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en vue de son application à la construction d'appareils à onde progressive , elle n'est évidemment pas limitée à ce type d'utilisation,
mais peut également bien s'appliquer à la construction de canons à électrons destinés à d'autres types d'appareils à décharge où il est désirable que la cathode soit protégée contre le champ magnétique de focalisation du faisceau.
Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il convient de @ion comprendre que ces descriptions ne sont données qu'à titre d'exemples non limitatifs de la portée beaucoup plus générale de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO DISCHARGE DEVICES.
The present invention relates to electron guns making it possible to project rectilinear electron beams of high current density and is particularly relative to modifications and improvements to the electron guns which are the subject of British Patent No. 674. 758 .
The specification of the above-mentioned patent describes a device for focusing the electron beam which comprises a magnet pole piece in the center of which is formed an opening, a cathode and a focusing electrode placed inside said pole piece. , and an anode, provided with an opening and constructed of a non-magnetic material, fixed in the opening of said pole piece.
The original invention is particularly useful in connection with traveling wave tubes in which an electron beam is projected along the axis of a retardant waveguide such as a helix to react on electromagnetic waves. that propagate there. The original specification gave an example of such use, a magnetic field intended to focus the beam being established between a pair of pole pieces, one at each end of the helix, one of these pole pieces enveloping the focusing element. electrostatic device and serving as a protective blonding against the action of the magnetic field; we thus obtained an electron gun whose anode constituted the front end plate of the pole pieces.
In the embodiment which was given as an example, this anode-pole piece also formed part of the shell of the electron discharge tube.
In traveling wave tubes constructed for use
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Commercial tions, we have heretofore preferred to employ a glass envelope surrounding the electron gun and, when it is desired to implement the initial invention, we prefer for such tubes to modify the construction of the gun accordingly. There is, however, a more important point, namely that the original invention provides a practical means of generating a movement of electrons of a particular type known as "Brillouin flux", and that, in accordance with in the present invention, the arrangements of the electron gun of the initial invention are modified as a result of the experience which we have acquired in carrying out a Brillouin flux in traveling wave tubes.
In the initial specification a form of magnetic focusing is described in which there is a drop in potential towards the center of the electron beams - in other words, electrons near the center of the beam have an axial velocity lower than those that are near the periphery of the beam. The electrons move in helical paths, each along a line of magnetic force, so that the electrons are forced to follow paths tending to coincide with the magnetic lines of force.
In a Brillouin flux, on the other hand, the electrons follow helical paths around the beam axis instead of winding along individual lines of force, with Lorenz forces acting on the electrons compensating for the centrifugal force which acts on the electrons and also the mutual repulsion which they exert against each other. As opposed to what happens in an annular beam, the electrons subjected to the regime of the Brillouin flux in a homogeneous beam have the same angular velocity and the same axial velocity, the beam moving like a threaded rod. solid which is regularly screwed in a nut kept fixed.
The magnetic field required to establish a Brillouin flux is, in general, less than that which is necessary for the establishment of the first type of flux mentioned above. Among the various possible means of imposing on a beam of electrons the regime of the Brillouin flux, one of the most effective is to cause a parallel beam, or very nearly parallel, of electrons to pass abruptly from a region free of magnetic field in a region where there is the axial magnetic field necessary to maintain the desired regime. The beam is therefore projected through an opening made in one of the pole pieces of the device generating the magnetic field.
This is obviously what happens with the focusing device of the initial invention when the intensity of the magnetic field is suitably adjusted so as to cause the establishment of a Brillouin flux, and not. call a type of flux forced by the magnetic field.
In the immediate vicinity of the opening of the pole piece, the magnetic lines of force are curved instead of being strictly axial, so that the field penetrates a short distance inside the opening. This curvature, together with the slight non-parallelism of the electrons on each side of the electrostatic constriction formed at the point where the beam leaves the tunnel formed in the anode-pole piece of: the initial invention, provides the necessary orthogonal components. of the magnetic field and the speed of the electrons to communicate to the electrons their necessary rotation around the axis of the beam.
It will be recognized that, at the height of the transition region in which the electron beam enters the magnetic field, the dynamics of the system are very complicated. At the present time, there are good reasons to believe that an optimum arrangement of the focusing system requires that the opening made in the pole piece generating the magnetic field be greater than the opening of the anode. of the electrostatic electron gun forming the parallel beam. The latter is determined mainly from the principles of electrostatic focusing discussed in the original specification, while the size of the aperture
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of the pole piece determines the configuration of the magnetic field in the transition region.
Although the theory of the phenomena involved here is not yet well known, it is nevertheless found in practice that the best focusing results are obtained when the opening of the magnetic pole piece is, in fact, larger. larger than the opening in the electrostatic anode.
In accordance with one of the characteristics of the present invention, there is provided, in order to constitute a focusing device for the electron beam conforming to the specifications of the initial invention, a method of constructing an electron gun comprising the use of an electron beam. magnetic pole piece provided with a central opening, a cathode and a focusing electrode arranged inside said pole piece and an anode made of non-magnetic material, provided with an opening and fixed in it. 'opening of said pole piece.
With regard to the transitional region referred to above, we have also determined that the constriction at which the beam is first parallel to the axis should be formed slightly forward of the plane of emergence of the beam from the pole piece.
According to another feature of the present invention, there is provided an electron beam focusing device according to the specifications of the original invention, established to converge the electrons through an exit aperture in a trap. this magnetic pole in such a way that they move parallel to the axis of the beam at the height of a plane situated, in the direction of propagation of the beam, at a distance from said outlet opening of between one tenth and double the radius of said exit opening.
In accordance with yet another of its characteristics, the present invention relates to an electron gun comprising: a cathode, an anode of non-magnetic material and provided with an opening, and a focusing electrode surrounding the cathode, the whole being established so as to focus an electron beam limited by the spatial charge, this beam from the cathode passing through the opening of the anode to an electrostatic constriction located slightly beyond the anode, there are also provided means ensuring a magnetic shielding surrounding the cathode and the focusing electrode to form one of the pole pieces of a beam focusing device placed inside the barrel, said magnetic shielding means comprising an end plate provided with an opening for receiving said anode.
As we mentioned above, it will be preferable, in the embodiments of the present invention relating to the construction of traveling wave tubes, to enclose the whole of the barrel inside the glass casing of the, 'tube.
One of the functions of the magnetic pole piece inside which the electron gun is placed in accordance with the present invention is to provide a shield protecting the electrodes which generate the electrostatic beam against the influence of the magnetic field. In practice, it will not be possible to completely cancel the magnetic field penetrating to the cathode; a small percentage will always remain, however perfect the shielding may be. It is known that, for a given total thickness of ferromagnetic material constituting the shielding, the attenuation obtained by successively arranging several shields separated by non-magnetic media will be greater than that produced by means of a single thick shielding.
In some embodiments of the invention; there is therefore provided an inner shielding and an outer shielding, separated by a certain space, surrounding the cathode.
We will now describe embodiments of the invention, in relation to the drawings attached to this specification and
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wherein :
Fig. 1 shows, partially in section, a traveling wave apparatus comprising a traveling wave tube provided with an electron gun according to the present invention.
Fig. "2 shows in section the details of an electron gun according to the invention, and
Fig. 3 shows an alternative construction of the electron gun of FIG. 2.
In fig. 1, 1 designates a traveling wave tube comprising an electron gun 2 housed inside a bulb 3, a propeller 4 supported inside a tubular extension of the bulb 5 and an electric collecting trode 6 which closes the end of the portion 5 furthest from the electron gun. The electron gun is only shown schematically and will be described in more detail later. The collector electrode 6 fits into an assembly intended to ensure cooling by virtue of the fins 8 which dissipate the heat generated in 1 -electrode; the electrode is supported by the end plate 10 of the magnet assembly, said plate being insulated at 9 from the electrode and forming a pole piece at this end of the tube.
The portion 3 of the envelope forming bulb carries at its rear end a foot 12 comprising the conventional pins in the discharge tubes. Foot 12 is attached to a plate 14 held by means of spacers 15 on an end plate of a magnet mount 17 which is clamped between plate 16 and the above mentioned cheek.
10 by means of tie rods 18. The assembly constituting the magnet also comprises a set of selenoids 19, 20, 21 and 22, the solenoids 20 and 21 being kept apart by means of a brass collar 23, while a input waveguide 24 is clamped between solenoids 19 and 20.
The waveguide 24 comprises an extension 25 provided with a short-circuiting piston 26 actuated by the adjusting screw 27, so that it is possible to adjust the impedance match between the waveguide. 24 and the helix 4. The processive wave tube 1 protrudes through the enclosure constituted by the waveguide 24 and its extension 25 so that a damping piece 28 placed inside the casing of the tube sits on the same line as an outer damping piece 29 which is attached to the wall of the waveguide opposite the end of the propeller 4. The inner damping piece 28 carries a short tube 30 fixed on its front face and a tube 31 fixed on its rear, the electron beam passing through the tubes 31 and 30.
The end of the propeller 4 is connected to the tube 30 which constitutes an antenna making it possible to ensure the coupling between the waveguide 24 and the propeller 4. The propeller 4 and the internal damping part 28 are supported. on quartz rods 32 inside the portion 5 of the envelope of the traveling wave tube, while the tube 31 is fixed to an insulating part 33 carried by the electron gun 2, so as to provide means independent DC connections for the propeller 4.
The arrangement adopted at the output end of the propeller is roughly similar to that which we have just described: there is provided an output waveguide 34 and a section 35 serving for impedance matching. , adjusted by means of the screw 36 actuating a piston.
The propeller adaptation devices are analogous to those described for the input end of the propeller, an outer high frequency damping part 37 being visible in FIG. 1 against the collector electrode 6 to which it is not, however, connected.
Around the end of the tube constituting the electron gun is a cylinder 38 made of ferromagnetic material fixed by means of a circular collar 39 to the cheek 16 of the assembly constituting the magnet.
The outer part 40 of the electron gun constitutes one of the polar parts.
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res of the magnet, and is separated by an air gap from the surrounding cylinder 38. The part 40 also acts as an additional shield protecting the electron gun from the surrounding magnetic field. To improve the attenuation of the magnetic field, the cylinder 38 protrudes considerably from the rear of the cheek 16, all the external leakage flux thus tending to be collected on this rearward extension.
Fig. 2 shows a cross section of the electron gun 2 of FIG. 1. The gun has a cathode 41, shown schematically in the drawing, having a concave emissive surface 42. The cathode is surrounded by a focusing electrode 43 and cooperates with an anode 44 to form an electrostatic system generating an electron beam like us. explained it previously. The cathode 41 and the focusing electrode 43 are surrounded by a shielding protecting against the magnetic field, this shielding being formed by the cylindrical pole piece 40 made of ferromagnetic material.
The end of the cylindrical pole piece facing the cathode is closed by an end plate 45, which in the embodiment shown in FIG. 2 is an integral part of the rest of the part 40. The end plate 45 is provided with a central opening making it possible to receive the anode 44 which is fixed therein by means of the screws 46. The opening 47 formed in the anode 44 is of dimensions chosen on the basis of electrostatic considerations and since the anode 44 is inserted in the opening of the pole piece, its diameter is smaller than that of the opening of said pole piece.
The cathode 41 and the focusing electrode 43 are attached to an insulator 48 which bears against an interior shoulder 49 provided in the cylindrical wall of the pole piece 40. The pole piece 40 is held in place inside the pole. the portion 3 of the casing of the discharge tube by means of the insulating annular washers 50, 51 and 52. The connection wires 53 coming from the cathode, the focusing electrode and the pole piece 40 exit the tube through a pressed glass plug 54, in the conventional manner in the art of radio tube construction.
The upper insulating washer 52 carries a metal part 55 in which the tube 31 fits, the other end of which is fixed to the internal damping part 28 of FIG. 1, which makes it possible to constitute connection means for the propeller. Hitherto it was common practice in traveling wave tubes to maintain the helix at the same potential as the final electrode of the system constituting the electron gun.
In the recommended embodiments of the present invention, such as for example that shown in fig 2, provision has been made for the possibility of maintaining the propeller at a different potential, in direct current, from that of the anode 44. A connection 56 is therefore provided on the part 55, and it is made to exit through a hole 57 drilled in the part 40 playing the role of magnetic shielding, said connection leaving the tube by the pressed glass plug 54.
In a practical embodiment of the electron gun shown in FIG. 2 (in which, it should be emphasized, the electrodes were not drawn strictly to scale), the main dimensions and characteristics of the electron gun are as follows:
Electron beam current 80 mA
Diameter of the beam at the constriction 1.68 mm
Effective area 42 of the cathode 40 mm2
Surface curvature radius 42 @, 53 mm
Anode-cathode voltage 2,000 V
Anode opening (47 Fig. 2) 4.57 mm
Distance anode-cathode 4.42 mm
Opening of the pole piece 7.95 mm
Cylinder thickness of the pole piece 4.32 mm
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End plate thickness 45 3.81 mm
Pole piece cylinder length 25.4mm
The magnetic study of the assembly was established on the basis of the use of a magnet producing an axial magnetic field of about 520 oersteds.
Fig. 3 shows an embodiment of the invention in which the magnetic shielding of the cathode is produced by means of two elements separated by a certain space, one interior 58 and the other exterior 59. The general arrangement of the barrel is very similar to that of FIG. 2, but, as regards the various electrodes of the electron gun, the two drawings are not to dull scale, moreover neither of the two drawings is in fact strictly to scale. The parts shown in fig. 3 which are similar to those of FIG. 2 will not be the subject of a new description, they are moreover designated by the same reference numbers.
The outer magnetic shielding piece 59 is generally similar to the pole piece 40 of Fig. 2, but can be constructed smaller. The anode 60, made of copper, is a cylinder comprising a central circular collar 61.
The general shape of the lower shielding part 58 is that of a cylinder, this part is fixed to the lower face of the collar 61 of the anode 60 by means of screws 62 made of non-magnetic material which join the parts 58 together. and 59 with the anode, clamped between the deu @. In this embodiment, the cathode 41 and the foralisat @ ice electrode 43 are mounted on an insulating washer 63 which bears against an inner circular shoulder 64 located near the end of the inner shielding piece 58. '
Although the invention has been described more particularly with a view to its application to the construction of traveling wave devices, it is obviously not limited to this type of use,
but can also be applied well to the construction of electron guns intended for other types of discharge apparatus where it is desirable that the cathode be protected against the magnetic field of focusing of the beam.
Although the principles of the present invention have been described above in relation to specific exemplary embodiments, it should be understood that these descriptions are given only as non-limiting examples of a much more general scope. of the invention.