Verfahren und Vorrichtung zum Fokussieren einea'n Elektronenstrahles,
Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Fokussiersysteme, insbesondere
auf solche Systeme, bei denen
ein Strahl geladener Partikel über eine
grössere Weg-strecke hinweg fokussiert wird. Method and device for focusing an electron beam. The invention relates to magnetic focusing systems, in particular to systems in which a beam of charged particles is focused over a relatively large distance.
Bei einer Iiaufzeitrdhre wird beispielsweise ein Blektronenstrahl
längs einer ausgedehnten Wegstrecke, die
benachbart einer Wechselwirkungsschaltung
liegt, fokussiert. Die Wechselwirkungsschaltung ist üblicherweise als Wendel ausgebildet,
längs derer eine Welle fortsohreitet,mit der der Elektronenstrahl in Wechselwirkung
tritt. Für einen wirksamsten Betrieb ist es wichtig, den Elektronen-
strahl
zylindrisch und im allgemeinen innerhalb der Wendel
begrenzt zu halten.
BHin bekanntes System zum Erzeugen
und Halten eine Elektronenstrahles
in zylindrischer Form
ist in dem Brillouin'echen Pokuesierprinzip
zu erblicken,
das-sich innbesondere bei Elektronenstrahlen
hoher Dichte bewährt at, Bei einer derartigen Anordnung ist die
Blektronenkanone vom Fokus ier-Magnetfeld abgeschirmt und
die
Elektronen, wenn@sie in das Magnetfeld eintreten,
werden
auf eine Spiralbahn in einer Weise gezwungen, eo loser die
einwärts gerichtete, vom Magnetfeld ausgeübte
Kraft im Gleichgewicht
mit den nach aussen gerichteten, Kräften innerhalb den Elektronenstrahlen
steht ;
die nach aüsaen gerichteten, auf den Blektroneastrahi
einwirkenden Kräfte netzen sich aus Coulombeschen Abstossungskräften
und eue Zentrifugalkräften zusammen, Bei ein.:r Blektronenrtrahlrorrohtung,
z.B. einer laufzeitrährtg nehmen. mit zunehmender Frequenz,
bei der die
Yorrohtubetrirben werden soll,- die verschiedenen
Elemente
oder Bauteile der Rühre und insbesondere der -laufwellenschaltung oder Wendel, in
der Grösse ab. In the case of a time-of- flight tube , for example, a metal electron beam is focused along an extended path that is adjacent to an interaction circuit. The interaction circuit is usually designed as a helix along which a wave rides along with which the electron beam interacts. For an efficient operation it is important to keep the electron beam is cylindrical and generally limited within the helix. BHin known system for generating and holding an electron beam in a cylindrical shape is to be seen in the Brillouin'echen Pokuesierprinzip that-is at innbesondere proven to electron beams of high density, In such an arrangement the Blektronenkanone from the focus ier magnetic field is shielded and the electrons, when they enter the magnetic field, they are forced into a spiral path in a way that more loosely the inward force exerted by the magnetic field is in equilibrium with the outward force within the electron beams ; the outward aüsaen, acting on the Blektroneastrahi forces networks composed of Coulombeschen Abstossungskräften eue and centrifugal forces, a take laufzeitrährtg In ein.:r Blektronenrtrahlrorrohtung, for example. with increasing frequency at which the Yorrohtubirben is to be, - the various elements or components of the stirrer and in particular the -laufwellenschaltung or helix, in size.
Dies äussert sich insbesondere im Durchmesser der laufwellenschaltung.
Als Folge hiervon ist es üblich, eine Elektronenkanone des konvergierenden
Typs zum -Erzeugen eines einen genügend kleinen Durchmesser aufweisenden Elektronenstrahles
zu verwenden, eo dass dieser die Laufwellen- oder Wechselwirkungsschaltung
ohne Auftreffen hierauf passieren kann. Für.den Betrag der erreichbaren Konvergenz
des Elektronenstrahles und 'damit auch der Elektronenstrahldichte bestehen,jedoch
gewisse Grenzen. Insofern als der Leietungsausgang einer Laufzeit-Wellenröhre proportional
der Dichte den.Elektronenstrahles ist, ist-bei extrem hohen Frequenzen bisher ehhr
schwierig gewesen, die gewünschte Elektronenstrahldichte und folglich auch die gewünschte
Auegangsleistung-bei einer üblicheh elekgroetatiechen Konvergenz-Elektronenkanone
zu erreichen. Um die gewünschte Kompression des Elektronenstrahles, d.h die Elektronendichte,
oder die Reduktion des Elektronen-strahlquerschnittes im Vergleich zu dem
Querschnitt der emittierenden Kathodenoberfläche zu erreichen, war es bisher
notwendig, Elektronenkanonen komplizierten Aufbaues zu konstruieren, bei
denen sowohl elektromagnetische als auch elektrostatische Fokussiereinrichtungen
vorgesehen waren. Derartige Ano-_-dnungen sind recht kompliziert und schwierig in
der Herstellung und erfordern darüber hinaus einen grossen Aufwand während
des Betriebes zur Sicherstellung der richtigen Arbeitsbedin-Bunge
n:
Zusätzlich zum Voretahenden ist en in den Fällen not-
wendig,
in denen hohe. Strahldichten Verwendung finden, viel stärkere Pokus:termagnetfelder,als
es normaler-
weise der Fall ist, zu erzeugen. Dies bddeutet, dass
der
Pokussiermagnet selbst ziemlich grose und schwer wird. Biehor war es in vielen Fällen
üblich, zu pex°odiech arbeitenddn Fokuesieranordnungen Zuflucht zu neh-:aen , so
dass eine Verringerung der Grösse und des Gewichtes eines Magneten erreicht werden
kann. periodische Fokussieranordnungen bringen aber gewisse Nachteile mit sich,
so unter anderem Schwierigkeiten in der Herstellung und in der Erzeugung von Sperr-
und Durehlassbereichen (stop and paes-bands), in denen, der Elektronenstrahl fokussiert
bzw. defokuesiert wird. Durch Inkaufnehmen eines Kompromissen hinsichtlich der Periodizität
des Magnetfeldeng.- d.h. durch Reduzierung der Anzahl von Magnetfeldumkehrungen,
wurde es möglich, eine gewisse Reduzierung von Grösse und Gewicht,verbunden mit
einer einfacheren Herstellung, zu erreichen. In allen Fällen jedoch, wo derartige
Umkehrengen des Magnetfeldesvorhanden waren, nimmt die Stärke des
Xagnetfelden a im Umkehrt'- oder Ubergangebereioh von einem Maximum aus Ruf Null
ab- und anschliessend auf ein Maximum in entgegengerichteter Richtung zu. In dieser
Umlm hrzone ist daher das Magnetfeld nicht mehr von gnügender Stärke, um -einen
Elektronen strahl zylindrisch zu halten mit der Folge, dass ein Auffächern des Blektronenstrahls
resultiert. Ist aber einmal der Elektronenstrahl aufgefächert. so fährt er mit dem
Auffächern fort ungeachtet des nachfolgenden Zunehme ns.der Magnetfeldstärke auf
einen Wert, der an sich für 3inhalten des Strahles in Form ausreichen wiede. Ein
derartiges Auffächern des Blektronenstrahlee: hat verschiedene ernsthafte Folgen.
Nimmt das Auffächern eine hinreichende Grösse an, so trifft
der Elektronenstrahl auf die
Wechselwirkungsschaltung aufg wodurch.
ein Elektronenverluat, ein Verlut in. der Wirksamkeit und eine infolge
der Absorption auftretende Erwärmung der Wechselwirkungeechaltung in. Kauf. genommen
werden müenen. Zusätzlich
hierzu bewirkt ein Auffächern
des Strahles eine Abnahme
der Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl
und der
Laufwelle-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindutlg,Elektronenstrahlen
hoher Kompression unter Verwendung einer üblichen elektro-
statischen
Konvergenz-Elektronankanone zu erzeugen.
Ferner ist es eine Aufgabe der
Erfindung, einen Elektronenetrahl hoher Dichte über den Hauptteil der
Veohselwirkungezone in einem Fokuasiereystem zylindrisch zu halten,
indem eine Anzahl von Umkehrungen der Feldeiohtung zum Erzeugen
der Pokussierwirkung vorhanden sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Zunahme der Wirksamkeit und des Leintungsausganges
bei einer
Laufzeitwellenröhre zu erzeugen, bei der Peldu=kehrfokussierung
und eine elektrostatische Elektronenkanone verwendet wird.
Diese
und andere Aufgabenrind gemäss der Erfindung
bei einem illustrativen
Ausführungsbeispiel Soldat worden,
bei dem eine übliche Elektronenkanone
in einer Laufzeit -wellenrdhre zum Erzeugen eines Elektronenstrahlen
ver-
wendet worden ist.
Genäse den Prinzipien
der 1?rillouin# aohen Pokuaaierung wird die hlektrouenkanone
in dem Bereich von einet Magnet-
feld umgeben, in des der
Strahl auf den gewünschten Durohesser durch Konvergenz gebracht
wird. e Ein permanent magnetisches Pokussiersystem wird zum Fokussieren
des
Elektronenstrahles verwendet, wobei der Strahl in das
Magnetteld eingefiihrt
wird, nachdem er elektrostatiooh auf einen geeigneten
Durchmesser konvergiert worden ist. Bei der Brillouin'sohen Fokussierung
wird, wie oben darge-
legt, die notwendige Stärke des Yokussiertag»tfeldet
durch die Otrahldiohte im gewünschten Strahlduroisesser bestimmt
und wenn richtig gewählt, der Strahl in zylindrie roher Form
gehalten, d.he dass die Coulomb'sohen Abetoseunge#
kräfte und Zentrifugalkräfte in Gleichgewicht
mit den
Magnetfeldkräften stehen. Jede Änderung einer dieser
Kräfte kann das Gleichgewicht stören und ein Auffächern
des Elektronenstrahles erzeugen. Bei einer lusfUhr unge-
form der Erfindung ist die Elektronenkanone so
asgebildet,
dass der Strahl auf den kleinstmöglichen Durchmesser
konvergiert wird, der im Fale der meisten elektrostati-
sehen Elektronenkanonen etwa ein Fünftel des Durchmessern
der emittierenden Kathodenoberfläche beträgt. Die das
Magnetfeld erzeugende Einrichtung ist so ausgelegt, dann
hiermit ein Magnetfeld erzeugt werden kann, das nicht
893p für eine Brillouin'sohe Fokussierung erforderliche
Stärke aufweist, sondern eine vier bis sechs mal grössere
Stärke als die Brillouin-Foldstö,rke, wodurch ein Kräfteun-
gleichgewicht erzeugt wird. Ale Folge hiervon beginnt der
.
Elektronenstrahl unmittelbar nach seinem Eintritt in das
Magnetfeld auf einen Durchmuaser sufzufäeehern, der
den
Brillouin-Durchnesser eines Magnetfeldes dieser Stärke
entspricht. Insofern als das Magnetfeld eine höhere Stärke,
als normalerweise erforderlich ist, aufweist, beginnt das
Auffächern den Strahles mit einer Kompression den
Strahles
auf einen kleineren Durchmesser, der normalerv:eise
eine
Expansion den Strahles auf einen grösseren Durchmesser
folgen würde, wobei der durchsehnittlicibe
Durchmesser
den Brillouin-Durch=esser für die tatsächliche magneti-
sche Feldstärke entspricht. Die alternierend auftretenden
Kontratktionen und Expansionen den Elektronenstrahles
neigen dazu, in e regelmässigen Intervallen aufzutreten,
so dann ein Zyklus, ausgehend von einem Minimalduroh-
messer, über einen l-zaximaldurohnesser und zurück zu
eines
Minimsldurühnesser als eine Auffäoherungswellenlänge de-
finiert werden kann. Diese tJelanlängeigängt naturgemäss
von einen Anzahl von Faktoren ab, so $.B.
Ton der.Strahl-
diohte, der ätrarrlgesohwindigkeit und der Magnetfeldstärke.
Die Wellenlänge kann in allen Fällen leicht bestimmt
werden.
Gemäss den Prinzipien der Erfindung wird das Aüff'Ke'h%4r'n"
des Strahles effektiv aufgehalten, wenn dieser den Brillouin-Durchmesser für
die tatsächliche Magnetfeld -stärke erreicht hat, und zwar durch eine Einrichtung
zum Wiederherstellen des Kräftegleichgewichtes. Diese
Einrichtung ist bei
einem illustrativen AusführungebeisFIel der Erfindung als eine eine Störung
im Magnetfeld erzeugender Ring aus magnetischem Material ausgebil;et,
der den Elektronenstrahl innerhalb des Magnetfeldes um-
gibt.
Wie n:iehetehend noch im einzelnen erklärt werden wird, erzeugt diever Ring eine
Abnahme oder Senke im Magnetfeld längs einer kurzen Entfernung, die kleiner ist
als die Hälfte einer Auffächerungs-Wellenlänge. Diese Feldabnahme oder
Feldsenke gibt Anlass, ein Auffäeehern im Strahl in entge":engesetzter Phase
zu erzeugen mit der Folge, dass der Strahl mit dem Auffächern aufhört und
zylindrisch wird. Der sich hierbei einstellende Durchmesser ist in wesentlichen
gleich dem entsprechenden Brillouin-Durchmesser, der um ein Vielfaches kleiner
ist als. der Konvergens-Durchmesser, der von der Elektronenkanone
er-
zeugt wird. Das Magnetfeld ausserhalb der Feldsenke
weist
eine genügend hohe Stärke auf, um den Coulomb'eohen Abetossunge-
und Zentrifugalkräften, die im Strahl auf-treten, entgegenzuwirken,
mit der Folge, dass ein Brillouinl scher Fluse hoher Strah
ldiohte erzeugt wird. Vorteilhafter-weise wird im Hinblick auf die grösstmögliche
Strahlkompression der Peldstörungering in einem Abstand hinter dem
Punkt
des Auffäeherungebeginnes, d.h. dem Punkt des
5trahleintrittes
in das Feld, angeordnet , der einen
zwischen einer viertel und
einer halben AuffäoIaungewellenlänge oder zwischen fünf viertel und
drei halbe Auffäoherungswellenlängen liegenden y'ert hat. This is particularly evident in the diameter of the drive shaft circuit. As a result, it is common practice to use a converging type electron gun to generate an electron beam of a sufficiently small diameter that it can pass through the traveling wave or interaction circuit without hitting it. For the amount of the achievable convergence of the electron beam and thus also the electron beam density, there are, however, certain limits. Insofar as the line output of a time-of-flight wave tube is proportional to the density of the electron beam, it has hitherto been very difficult at extremely high frequencies to achieve the desired electron beam density and consequently also the desired output power with a conventional electrical convergence electron gun. The desired compression of the electron beam, ie the electron density, or achieve the reduction of the electron beam cross section compared to the cross section of the emitting cathode surface, it has been necessary to design electron guns complicated structure in which both electromagnetic and electrostatic focusing provided were . Such Ano -_- dnungen are quite complicated and difficult to manufacture and also require a lot of effort during operation to ensure proper Arbeitsbedin-Bunge n: In addition to Voretahenden en emergency is manoeuvrable in the cases in which high. Radiation densities are used to generate much stronger focus magnetic fields than is normally the case. This means that the focusing magnet itself becomes quite large and heavy. In many cases it was common practice for Biehor to resort to focusing arrangements that work at the same time, so that a reduction in the size and weight of a magnet can be achieved. Periodic focusing arrangements, however, have certain disadvantages, including difficulties in the production and in the generation of blocking and pass-band areas (stop and paes-bands) in which the electron beam is focused or defocused. By accepting a compromise in terms of the periodicity of the magnetic field - that is, by reducing the number of magnetic field reversals, it has become possible to achieve some reduction in size and weight, combined with simpler manufacture. In all cases, however, where such reversals of the magnetic field were present, the strength of the magnetic field a in the reversal or transition area decreases from a maximum of call zero and then increases to a maximum in the opposite direction. In this surrounding area, the magnetic field is therefore no longer of sufficient strength to keep an electron beam cylindrical, with the result that the tin electron beam is fanned out. But once the electron beam has fanned out. so he continues with the fanning out regardless of the subsequent increase in the magnetic field strength to a value which in itself is sufficient for the content of the beam in form. Such a fanning out of the electron beam: has several serious consequences. Takes fanning a sufficient size, so the electron beam strikes the interaction circuit aufg so. a loss of electrons, a loss of effectiveness and a heating of the interaction circuit in purchase that occurs as a result of absorption. must be taken. In addition, this causes a spreading of the beam a decrease in the interaction between electron beam and the Laufwelle- It is therefore to create an object of the Erfindutlg, electron high compression using a conventional electro-static convergence Elektronankanone. Furthermore, it is an object of the invention to keep a high density electron beam cylindrical over the major part of the focus zone in a focusing system by having a number of reversals of the field direction to produce the focus effect . Another object of the invention is to provide an increase in efficiency and line output in a time- of- flight wave tube using reverse focusing and an electrostatic electron gun . Has been These and other objects have been beef according to the invention in an illustrative embodiment, a soldier in which a conventional electron gun in a runtime -wellenrdhre for generating an electron beam turns comparable. Genäse the principles of 1? Rillouin # aohen Pokuaaierung the hlektrouenkanone in the range of Ainet magnetic field is surrounded, is brought into the beam to the desired Durohesser by convergence. e A permanent magnetic Pokussiersystem is used for focusing the electron beam, wherein the beam is in the eingefiihrt Magnetteld, after it has been elektrostatiooh converges to an appropriate diameter. With Brillouin's focus, as explained above , the necessary strength of the Yokussiertag is determined by the Otrahldiohte in the desired beam Duro eater and, if chosen correctly, the beam is kept in a cylindrically raw form , that is, the Coulomb's abetosung # forces and centrifugal forces in equilibrium with the
Magnetic field forces. Any change to any of these
Forces can upset the balance and fan out
of the electron beam. At a fun clock
of the invention is the electron gun so as ebildet g,
that the beam to the smallest possible diameter
is converged, which in the case of most electrostatic
see electron guns about a fifth of the diameter
of the emitting cathode surface. The the
Magnetic field generating device is designed then
with this a magnetic field can be generated that is not
893p required for Brillouin close focus
Strength, but four to six times greater
Strength than the Brillouin Foldstocks, whereby a force
equilibrium is created. The sequence of this begins .
Electron beam immediately after entering the
Magnetic field to a diameter that the
Brillouin diameter of a magnetic field of this strength
is equivalent to. Insofar as the magnetic field has a higher strength,
than is normally required, the
Fan out the beam with a compression of the beam
to a smaller diameter, the normal nerve: also one
Expansion of the beam to a larger diameter
would follow, with the average diameter
the Brillouin diameter for the actual magnetic
cal field strength. The alternating
Contractions and expansions of the electron beam
tend to occur at regular intervals,
so then a cycle, starting from a minimum duration
knife, over a l-zaximaldurohnesser and back to one
Minimsldurühnesser as a demonstration wavelength of
can be fined. This length extends naturally
on a number of factors, such as $ .B. Sound of the beam
diohte, the external speed and the magnetic field strength.
The wavelength can easily be determined in all cases
will.
According to the principles of the invention, the Aüff'Ke'h% 4r'n "of the beam is effectively stopped, has reached when this Brillouin the diameter of the actual magnetic starch, by means for restoring the balance of power. This device is . ausgebil in an illustrative AusführungebeisFIel the invention as a disturbance in the magnetic field generating ring of magnetic material; et, which gives the electron beam within the magnetic field environmentally as n: will be explained iehetehend in detail, diever ring produces a decrease or sink in Magnetic field along a short distance that is less than half a fanning wavelength. This field decrease or field sinking gives rise to a deflection in the beam in the opposite phase, with the result that the beam ceases to fan out and becomes cylindrical . Which in this case adjusting diameter is substantially equal to the corresponding Brillouin diameter which is smaller by a multiple than. the Konvergens diameter, which is testament ER from the electron gun. The magnetic field outside the sink has a sufficiently high strength in order to Coulomb'eohen Abetossunge- and centrifugal forces which occur in the beam up to counteract, with the result that a shearing Brillouinl Fluse ldiohte high Strah is generated. Vorteilhafter- example, in view of the greatest beam compression of Peldstörungering at a distance behind the point of Auffäeherungebeginnes, ie the point of 5trahleintrittes in the field, arranged, which lie one between a quarter and a half AuffäoIaungewellenlänge or between one and a quarter and three half Auffäoherungswellenlängen y'ert has.
Bei dem illustrativen Aueführungebeispiel wird, da das
Magnetfeld
viel grösser ist als es für ein normales Brillouin'sohes Fokussieren
bei der anfänglichen Strahlkospreseion erforderlich wäre, im Hinblick
auf eine Reduzierung
des erforderlichen Magnetgewiohtee
eine Pokuseieranordnung mit einer W Mehrzahl von Umkehretellen
der Feldriehtung verwendet. In einem herausgegriffenen Fall ist
für
einen einzelnen Magneten ein Gewicht von annäherungsweise
13,5 kg (30 pounde) notwendig,, um unter Verwendung der z.Zt.
verfügbaren Magnetwerkstoffe das erforderliche Feld zu erzeugen.
In der Auaführungefarm der Erfindung
wird ein drei Um#"äehrstellen
aufweisenden Feld verwendet,
und das hierfür insgesamt erforderliche
Nagnetgewicht liegt bei etwa zwei drittel Kiligramm (1,5 pounda).
Wie
vorstehend erwähnt neigen die Peldumkehretellungen
bei
periodisch fokussierenden Systemen dazu, ein Auffächern
des Strahlen zu erzeugen, gem=iss der Erfindung werden Magnetfeld-Störringe
geeigneter Dimensionen auf jeder
W Seite der Polflächen
an jeder Ialdumkehretelle angeordnet,
um eine Senke in Magnetfeld
auf jeder Seite der Folstüoke zu erzeugen. Diese Störringe bewirken
ein Auffächern des
Elektronenstrenls, das wenn es mit Bezug
auf das dunh die Feldunkehretelle erzeugte Auffächern
in der richtigen
Phasenbeziehung stent, diesen letzteren Autfäche rn
entge-
genwirkt mit der Folge, daea die innerhalb des
Elektronenstrahles wirkenden Kräfte im Gleichgewicht stehen und der
Strahl
in zylindrischer Form aus der Feldumkehrsone aus-
tritt. Dsa
optimale Anordnen dieser Feldstörringe hängt von einer Anzahl Faktoren
ab. Durch Versuche wurde ge-
funden, dass die besten Ergebnisse dann
erhalten werden,
wenn die Störringe innerhalb einer halben Auffäoherungswellenlänge
des Polstückes, gemessen von Zentrum zu Zentrum,
aber mehr als ein
Viertel der Auffäoherungswellenlänge von dem Polstück entfernt angeordnet
werden. Unter Anwendung der Torstehend erwähnten Prinzipien
der Erfindung erhält
man daher einen hochkomprimierten sylindrisohen
Strahl, der die Zylinderform während des durch die
Laufwellensohaltung
beibehält. Im Ausführungsbeispiel ist
die Laufwellensohaltung
als eine Wendel ausgebildet,
ändere als bei den bekannten üblichen periodischen
Fokussiarsystemen, die sich durch regelmäsnig auftretende
Umkehretdlen aus$eichnen,und als Folge hiervon durch
Sperr- und Durchlassbereiche,kehrt bei der Erfindung
der
Strahl nach jeder Feldumkehrung in einen Zustand laainaren
Fliessenn zurü-k" Dias bedeutet, dass die Länge jeder
Periode willkürlich gewählt werden. kann und jeder Periode
unabhängig von den übrigen ist. Hierdurch
wird es möglich,
Sperrbereiche völlig aus {iem Betriebebereieh der
Vorrich-
tung zu eliminieren. Ferner wird hier-durch die Verwendung
verschieden starker hIagnetJ elder in versohiederien
Be-
reichen gestattet, so sass ein Strahlauffäohern,
$.?.
infolge r-f-Kräften verhindert werden kann. ,
Der Aus-
druek"periodischee Fokuesic-ren'', wie er hierin
verwendet
wird, soll alle diese Varianten umfassen.
ja folgenden ist die Erfindung anhand eines in der
"Zeichnung dargestellten Ausführungebeierielc im einzelnen
beaohr ieben. Da :eigens
Fig. 1 eine Sehnittaneieht einer hsufwellenröhre
mit einen magnetischen Pokuseiereysten,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2.-2 der
rig. 1 ,
Fig. 3A eine schematische Ansicht des Elektronen-
strahler,
Fig.3 B eine schematische Darstellung des Elektronen-
strahlverhaltens bei seinen Eintritt in das
Fokusaiersystem der Pig. 1,
Pig. 4A - Es Diagramme der Magnetfeldkohfiguration
und des Elektrons nstrahlverhaltens in Feld,
und
Fig. 5 eine Teilansicht in Schnitt eines abgewandelten
Ausgangsenden der Laufwellenröhre und dem
magnetischen Fƒktiseiersystens der Zig. 1
In der lig. 1 ist eine Bohnittansioht einer Laufwellhe-
röhre 11 und einer Pokussier-Magnetanordnung 12 deirge-
stellt, uie die Prinzipian der Erfindung verkörpert.
Die Laufwellenröhre 11, die in;,ierhalb der Fokusse
r-
anordnung-12 durch geeignete, nicht gezeigte Mittel be-
festigt ist, weint eine Glasumhüllung 13 auf, ferner
eine Elektronenkanone 14, eine haufwellensohaltung
16,
die wie gezeichnet, als Wendel ausgebildet nein kann
und die innerhalb der Glasumhüllung 13 auf irgendeine
Weine befestigt ist, sowie einen Blektronenstrahlkollektor
17, der aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Material
bestehen kann, Zusätzlich hierzu sind Eingangs- und Aus-
gangasohaltungen zum Einführen von zu verstärkenden
Signalen an dis Wendel 16 bzw. zum Abnehmen des ver-
stärkten Signalen vorgesehen.
In der 71g. 2 ist eine Auseführungsform einer Eingengs-
sohaltung dargestellt# die eine Wellenführung 19 auf-
weist, die mit einem abstimmbaren koaxialen Hohlraum
21
gekoppelt ist. Zwar ist in der Zeichnung eine besondere
Art einer Eingangsanordnung gezeigt, aber es
können auch
verschiedene andere Eingangs-. und Ausgangseohaltungen
verwendet werden.
Die Elektronenkanone 14, die vom elektrostatisch
konver-
gierenden Typ ist, weist eine Kathode 23 mit einer kon-
kaven Blektronenesiseionsoberfläohe 24 auf,
ferner eine
den Elektronenstrahl formende Elektrode 26 und
e=ine
Besohleuni4ungsanode 27. Der Einfachheit halber sind
die verschiedenen Opannuagequellen und die elektrischen
Zuleitungen zu den Elektroden der Kanone nicht
dargestellt.
Zusätzlich hierzu sind aua dem gleichen Grunde die Halte-
mittel für die verschiedenen Elektroden nicht eingeaeiohnet.
Die Elektronenkanone 14 in Verbindung mit den Elektroden
26 und 27 ist für eine Erzeugung eines hochkonvergenten
Elektroneastrahlea ausgelegt, dessen Querschnitt nach
dem Austreten aus der Besohleuniguagsanode 27
etwa der
fü@ttusä»auslsate Seil des Gebietes der emittierendem
Oberlldehe 24 ist.
Die Magnetanordnung 12 weist eine Mehrzahl blockförmig
ausgebildeter p Permanentmagnete 28 auf, die durch eine
Mehrzahl
identischer Polstücke 29 hochpermeablen Materials, voneinander
getrennt sind. Ein räumlich alternierenden
Magnetfeld wird durch Umkehrung
des Magnetsinnes benach-
barter Magnete erreicht, vgl. Fig.
1. Die Magnetanordnung wird durch Endpoletüoke 31 und 32 begrenzt.
Vom Polatüok 31 erstreckt sich eine magnetische Abschirmung
33 über.
die Elektronenkanone 14 hinweg und dient $ur.Absehirmung
des Gebietes der Elektronenkanone 14, in de :i der Strahl
auf einen
minimalen Durchmesser konvergiert wird"vom Magnetfeld. Eine Mehrzahl
von Feldbegradigern 24 sind
zur Sicherstellung eines axial ausgerichteten
Magnetfeldes
längs des Pokussiergebietea angeordnet.
Der von
der Elektronenkanone 14 herrührende ElektronenstrahÜtritt in das Magnetfeld
durch eine Ösfnung 36 im Polstück 31 ein. Wie vorstehend erwähnt
weist das durch die Magneten 28 erzeugte Magnetfeld &'1&
eine wesentlich
grössere Stärke auf, als es für eine Brioullin'sehe
Fokussierung notwendig ist. Als Folge hiervon beginnt
der Strahl,
nachdem er die Öffnung 36 passiert hat,
anfänglich einwärts aufzufächern
und wenn dieses Auffächern nicht korrigiert würde, würde
der Strahl längs seines Weges mit der Auffächerung fortfahren. Zur
Vermeidung der Strahlauffäeherung und zum Erzielen einer
hohen
Strahlkompression ist ein Störring 38 aus magnetischem Material,benaehbart
den Polstück 31,angeordne t.
Der Ring 38 ist inr:erhalb
einer nicht magnetischen Hülse 39, vorzugsweise axial verstellbar
und feststellbar, angeordnet. Benachbart jeden Polstück 29 und auf beiden
Seiten
hiervon sind identische Magnetfeldstörringe 41
angeordnet, die
innerhalb eines Halategliedes 42 aus
Kupfer oder anderem nicht
magnetisches Material be-
festigt sind. Die Halteglieder
42 sind ihrerseits an Polstück 29 befestigt. Wie nachstehend
noch in einsagen
erläutert werden wird, verhindern diese Ringe 41
das
Auffächern des Strahles, das normalerweise infolge
der
bei den Polstücken 29 vorhandenen Feldumkehrung
auf-
treten würde. Hierdurch wird erreicht, dass der Strahl,
der zu einem zylindrischen Strahl hoher Dichte komprimiert
worden ist,' seine zylindrische Porm im wesentlichen
über seinen gesamten Weg hinweg bis zum Kollektor infolge
der Wirkung der Ringe 38 beibehält.
Zum vollständigen Verständnis der Wirkung der Ringe 38
und 41 sei nun auf die Pig. 3 und 4 Bezug genommen.
In der Fig. 3A ist eine sohematisohd Ansicht des Elek-
tronenstrahles in dem Bereich dargestellt, in dem dieser
durch die Elektronenkanone 14 konvergiert worden ist
und in das Magnetfeld durch die Öfdnung 36
des PolstUohes
31 hindurch sintrittl, und die Pig. 3B zeigt eine
Dar-
etellung des Magnetfeldes, dem der Elektronenstrahl
ausgesetzt wird, wobei die Kurve A den Feldverlauf ohne
den Ring 38 und die Kurve B den Feldverlauf mit richtig
angeordnet« Ring 38 darstellen.
Die älektronenkanone 14 konvergiert den Strahl
elektro-
statisch auf den kleinstmöglichen Durchmesser
d1, der
mit einer derartigen Anordnung erreicht werden kann.
Bei diese' Durchmesser hat der Strahl einen Quereohnitt,
der etwa gleich 1/25 des Querschnittes der emittierenden
Oberfläche 24,ist. Bei diesem Durohveseer kann der
Strahl mylindrisoh gehalten werden, und zwar mittels
eines Magnetfeldes der "Brllouin-Stärke"e des ent-
spreohend4n Durchmessers. Wie jedoch ersichtlich ist,
schafft der Durchmesser tts d1 eine obere Grenze für
die Betriebsfrequenz der Röhre insofern als die Lauf-
wellensohaltung für einen wirksamsten Betrieb einen
Innendurchmesser aufweisen muss, der etwas grösser ist
als d1. Zusätzlich hierzu existiert eine Begrenzung.-.
den Leistungsausgang es der Röhre insofern,als die Strahl-
dichte vom Betrag der Konvergenz bestimmt wird. Gesäss
den Prinzipien der Erfindung hat jedoch das Magnetfeld
eine Stärke, die vier bis sechs mal grösser ist als die
für einen Brillouinfluss bei einem Durchmesser d1 er-
forderliche Feld stärke. Als Folge hiervon beginnt der
Strahl, nachdem er das Magnetfeld durch die Öffnung 36
den Polstückes 31 hindurch erreicht hat, auf den Brillouin-
Durchmesser d2 dieses grösseren Magnetfeldes aufzufächern.
Dieses Strahlverhalten ist in der fig. 3A durch wellen-
förmige Linien dargestellt. Zum Unterbinden dieses Auf-
fächerns und zum e Erreichen einer grösseren Strahlkon-
preseion ist der Magnetring 38 in einer Entfernung von
annähernd 1/2 h 0c, wobei Ä so die AuffKoherungswellen-
länge bedeutet, von dem Eintrittspunkt den Strahles in
das Magnetfeld (fig. 3A). Der Ring 38 erzeugt in dieser
Anordnung ein Magnetfeld, wie es durch die gestrichelte
Linie B der Fig. 3B dargestellt ist, Die von Ring
38
im Magnetfeld erzeugte Senke bewirkt ein zusätzliches
Iuffäohern des Strahles. Eine richtige Anordnung den
Ringes 38 trägt dieser Auffäoherungstendenn eine Phase
auf, die der Ton den Strahleintrittsbedingungen verur-
sachten Auffächerung entgegenwirkt mit der Folge, dass
der Strahl bei einem Brillouindurohnesser d2 zylindrisch
wird, was in der Pig. 3A durch die gestrichelte Linie
veranschaulicht ist. Die tatsächliche Anordnung des
Ringes 38 hängt von einer Anzahl Faktoren ab, so z.B.
von der Rinabreiteg die eine Störung im Magnetteld
in einer Länge erzeugen soll, die kleiner ist als 1/2 Ä
so'
ferner von den Betrag oder der Tiefe der erzeugten Senke
uat naturgenäse von der AuffäoherunsswellenläaWo
Äse,
dis durch die ßtärke den Magnetfeldes besti«t ist.
Um optiule Ergebnisse zu erhaltet, auss@der Ring
38 1a
einer swisohea 1/4 J% so uad 1/Z A so liegeadea salterawm
vom lintrittspunkt angeordnet werden, die wiederum von
dos oben erwfiäatea takie»a abhängt. Aua dies« Qr»de
ist wie oben in Zurmeahaas mit der Besohreibuag der
l14. 1 eflutt worden ist, der ltag 3! innerhalb seiur
Halterung 39 verstellbar angeordnet. Ist bei einer
gegebenen
Röhre die richtige Entfernung einmal bestimmt
worden, so kann der Ring
38 durch geeignete Befestigungs-
mittel in dieser Zage festgehalten
werden. Wie oben
erwähnt,ist es im allgemeinen wünschenswert,
den Ring 38
innerhalb einer zwischen 1/4 @o und 1/2 Aß,
liegenden
Entfernung vom Eintrittspunkt anzuordnen. Jedoch kann
in
gewisesn Fällen eine derartige Anordnung infolge der
kleinen Abmessungen
schwierig reealisieren sein, so dass in diesen Fällen in
Hinblick auf eine erleichterte Her-®tellurg der Ring 38 auch in einer
zwischen 1 1/4 Äso und 1 1/2 A so liegenden Entfernung vom Eintrittspunkt
angeordnet werden, obgleich die vorstehend erwähnte
kürzere Entfernung
die wünschenswertere ist, Mit einem derart geeignet angeordneten
Ring 38 ist es möglich,
mit e'r:er elektrostatisch konvergierenden
Elektronen-
kanone Strahlkompreseionen von über 200 zu
erhalten,
während die erreichbare Kompr®seion ohne den Ring 38
nur
bei 25 liegt. Dieser mehr als achtfache Zuwachs
der Kompression ist höchst
wünschenswert, insbesondere bei Röhren, die bei höheren Frequenzen
eingesetzt werden
sollen, da hierdurch kleinere Wendeldimensi:,nen
ermög-
licht und weit grösnere Ausg¢ngsleistungen erhalten werden.
Derartig
hohe Kompres.ionen wurden bisher nur durch die
Verwendung hochkomplizierter
Elektronenkanonen und Fokusniersystime erreicht g während dasiielbe Ergebnis gemäss
der Erfindung nunmehr mit sehr einfachen Mitteln
erreicht werden
kann. In den Big. 4A - B sind eine Anzahl Kurven dargestellt,
die
die Wirkung der Störringe 41 und der Peldunkehretelle
an jeden der PolstUoke 29 auf dem Strahl veranedhauliohen.
In der Pig. 4L ist die Magnetfeldkonfiguration unter der
Wirkung
der Störglieder 41 bei einer Feldumkehrstel,le dargestellt. Die P1«.
48 demonstriert die Wirkung des
Störliedes 41, das vor der Yeldumhehrstelle
liegt, des
sogenannten "Torstörers" auf den $lektsonenstrahl.
Die
!1g. 4C zeigt die Wirkung der Peldumkehretelle
auf den
Strahl. Die Pig. 4D zeigt die Wirkung des hinter
der
feldumkehretelle liegenden Störgli:des 41, des s «enannten
"Raohatörera" auf den Strahl,una die Big. 4: zeigt die
Gesamtwirkung der Magnetfeldkonfiguration der äig. 4A
auf Dien strahl. htir ein bes: eres Ver-atKndnie
ist jede
der Figuren klar bezeichnet und identifiziert. Aue den
Biguren 4B bis 4D ist ersichtlich, daue jeder der
Störer
41 und die Poldunkehrstelle ein Auffächern des Strahles
orse,rgt. Aus der- Fig. 4" ist ereiohtliah, daso
wenn de
Gtürer 41 in einer Entfernung von 1r2 so auf jeder
Seite
der Peldumkehretelle angeordnet sind, wobei die Entfernung
vorn Zentrum zu Zentrum bemessen ist, die x1asen der ver-
sohiedenen AuffUoherungen au zueinander liegen, dann
der
Strahl - obgleich er einigen ." eformationen innerhalb
der Zone, die durch die finge 41 und
die eldumkehratelle
definiert ist, unterliegt - zylindrisch bleibt, wenn
er ausmem die ser Zone austritt. Während die t'eldetörungen
in der Figur in einer Enttern14ng von 1/2 so auf jeder
Seite der Peldumkehrstelle dargeste »t sind, können in
gewissen Fällen Vnriationun dieser Entfernung im
Hinblick
auf optimal&@ r -ebnisse notwendig -
erden.
Auf alle Fälle s .llten jer:oah die Finge 41 und damit
auch die Störungen in einer Entfernung von :Mittelpunkt
der Peldumkehretelle anCeordnet werden, die nicht kleiner
3at als 1/4 so, aber° auch nicht grösser ist als
1/2 so.
In der ?i4, 1 sind zwei Ringe 41 benachbart jeder
Poldunkehu
steile angeordnet. .'e ist zwar otlglioh, den Strahl mit
eir:en einzigen Störring zylindrisch zu halten, aber
eine
derartige Anordnung gestattet zu groskie Strahlabweiohungen
innerhalb der ümb hr sonn, wodurch
ein Auf t-treff .tn des
Strahles auf die Wendel verursacht wird. Bei der Verwendung
zweier Bin4e ist die Strahlauswanderung ziemlich begrenzt
mit der Bade, dann eine Strahltibertragung mit einen Wir-
kungsgrad von besser als 99,9% erreicht worden ist. Derart
hohe übertrsgungsrirkmgagradewaren bisher in einen
periodisch fokuat terenden Syatat nicht erreichbar.
Insofern als der Ring 41 ein Auffäobrn in Strahl erzeugt
nanns eine ben=eere Kopplung an die Lautweilensohaltung,
d.h. die Wendel, am Ausgang durch Anordnen eines Stör-
ringen in einer Entfernung von a(iniLhernd 1/A ,
n0 vor des
Ausgangsteil erzeugt werden. Lei einer derartigen Anord-
nung hat der Blektronenntratel einen osaimslen Au.fäohe-
rungedurolausc.er im Aueeangsteil und liegt daher
dichter
an de, Wendel mit der Folge, daet: eine Zunahme in
der
Kopplung und damit eine erdseere Aueganirdleistung er-
ste lbar tote
Aus des Vorhergehenden ist ersiohtlioh, iie durch die
Erfindung das Auffächern den Elektronenstrahles ver-
hindert und gleichseitig hohe btrahlkomprenaionen er-
reicht werden. Bei Verwendung dienjr Prinzipien
ist
es möglich, sogar noch einen höheren Wirkungsgrad zu
er:,elohen, uni zwar durch Einfangen alter Elektronen
des
Strar:lse.gewöhnlioh ist en zum Einfangen aller Elektronen
notwendig, einen Kol_ektor hoher :-pannung zu verwenden,
eine Tatsache also, die sunätsli he Leistung verbraucht.
In der Zig. 5 ist eine Ano.-daung gezeigt, bei der die
Prinsi:ien der 4;rfindung verwendet worden sind und die
die Verwendung niedrigerer Kollektorspannungen nun Ein-
jangen alle Elektronen gestattet.
Die Zig. 5 ist eine Sohnittannioht den Aungangnenden
der Anordnung der Zig. 1, bei der dao Nagnetnyeten
zur Erhöhung der Kollektorwirkeadkeit moditisiert lote
Der Eiataohbait halber sind die sletohen Besugaseiehen
verwendet worden. Aun der Zig. 5 ist ereiohtiioh, daue
eine abrupte Zunahme den gagerettoldes direkt hinter den
Ausgangsteil vorgesehen ist, wobei dieser Suvaoöa durch
einen verg"eeerten Pokuaeier%sgaot 51 erzeugt wird.
DiensrYeldsuvaoho erzeugt eine t«preasico des Btrahl«,
wodurob die Conl«b#nehen Abatossuuagskrbtte innerhalb
den Utrattien werigrönserl mg d' e
ßooohv>@äigteitnrer-
teileng der Elektronen verkleinert wird. Kin Magnetfeld-
etörring r:2, de:- durch irgendwelche geeignete 1=
lterungen,
die nicht geseiuhnet sind, in der Leseichneten Ie4e fixiert
ist, befindet sich annäherungsweise 1j2 -.
9o von AM Feld-
enstiegei:unkt entfernt, und vor diesem angeordnet. Der
Ring
52 hat die gleiche Wirkung wie die Rinde 41, ruitrlioh die
Verhinderung einer 8-trahlaultgcberung, wenn der Strahl
in die Zone h::herer Feldstärke eintritt. Der Ring 52 könnte
auch hinter de® tunkt den Feldzuwachses in der gleichen
Entfernung angeordnet werden,oder es können auch zwei
fange vcr und hinter dem 1'eldsuwaohspunkt verwendet werden.
Ale : olge der- Wirkung des Ringes 52 werden die
Hadial-
komponenten der Elektroas::@geuohwindigkeit weitgehend
eliminiert, da diese einen hinlangen des Blektronenstrahlos
hindernd entgegenstehen. Die leichten l.nderungen, die in
der Längege: chwindigkeit des Strahles auftret#n, machen
sich insofern niotrt bemerkbar, als die vergrösserten
Coulomb'sohen Abstosaungakrgfte eiaheretellen, dann alle
Elektronen in den Koliektur "gewobbelt" werden. Daher
kann
der Kollektor bei e' her niedrigeren Spannung betrieben
werden.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, hängt ein
laminarer oder nicht at°fgo-:ernder atrahlfluse ab von
richtigen Ausgleich der coulomb'sohen Abstoeeungskräfte,
der Zentritugalkräfte und der aagna tischen Kräfte. irgend
eir4a@v'irkung zur Ynderung einer dieser Ärtifte erzeugt
unabhgu
gig von den anderen Kräften ein Auffächern und eine ge-
eignete :nderung irgendeiner dieser Irritte kann zur
Eliminierung des AuaKaeherne und wiederheratelen
des
Gleichgewiohtee verwe;-:det werden. Die Prinzijlen der
Erfiaduos wurden vorstehend anhand von Einwirkungen
auf die aagm tischen Kräfte zur äteueraeg den Elektronen-
strahles und dessen Halten in einen laniaaren rims
erläutert. Ir gewisses 1-rll«, s.8. bei ein« Erklotron-
Imufseileretfksr, kann es 'edooä unter
verteilkf oeia, *im dtrableteuorw4 über die ob*. .
trisoh« 2rM1 au b«i*ea. L dien« Mlea 1a .s
der
Blektronenatrahl durch elektronische Zinsen gesteuert
werden,
die - wenn sie geeignet angeordnet sind und
an geeigneter Spannung
liegen - Ezpanaionen oder Kontrak-
tionen des Strahles in der
ridtigen Phaaenbeziehung zur Wiederherstellung des Kräftegleichgewichtes
erzeugen.
Um niedrigere Spannungen an den elektronischen Lineen
verwenden zu können, werden eine Anzahl, von Linsen hinter-
einander
in asär Serie angecrdnet, und zwar in einem
räumlichen Abstand von
je 1/2 Ä so und mit verschiedenen Spannungen an aufeinander folgenden
Linsen und mit gleichen
Spannungen an jeder anderen Zinse. Vorzugsweise
sind dabei
die Spann'ngen grösser und kleine, als die Spannung an
der
Driftröhre oder Wendel bei gleichem Inkrement. Mit einer derartigen
/Brdnung wird das Auffächern des Strahlen
abhängig von der Strahlspannung
gemacht,und ein iaminarer Flus:, kann erhalten werden. Eine Strahlkompraesion
kann gl.eiohfalls durch geeignete Anordnung der Zinsen auf eine analoge
Weise wie bei der Pig. 1 gesteuert
werden. In the illustrative Aueführungebeispiel, since the magnetic field is much greater than would be required for a normal Brillouin'sohes focusing at the initial Strahlkospreseion, used with regard to a reduction in the required Magnetgewiohtee a Pokuseieranordnung W with a plurality of Umkehretellen the Feldriehtung. In one particular case, a single magnet requires a weight of approximately 13.5 kg (30 pounds) in order to be able to use the current available magnetic materials to generate the required field. In the Auaführungefarm the invention, a three order # "äehrstellen having field is used, and that this total required Nagnetgewicht is about two-thirds Kiligramm (1.5 Pounda). As mentioned above, the Peldumkehretellungen tend at periodically focusing systems to a spreading of the to generate radiation, acc = iss of the invention, magnetic-interfering rings of suitable dimensions are arranged on each W side of the pole faces at each Ialdumkehretelle to produce a dip in the magnetic field on each side of Folstüoke. This interfering rings cause spreading of the Elektronenstrenls which when with respect to the Dunh the Feldunkehretelle generated fanning out in the proper phase relationship stent, the latter Autfäche rn entge- counteracts with the consequence DAEA acting within the electron beam forces are in equilibrium and occurs exclusively from the Feldumkehrsone the beam in a cylindrical shape. Dsa optimal arrangement of these field interference rings t depends on a number of factors. Through experiments, was have found that this that the best results are obtained when the interfering rings within half Auffäoherungswellenlänge the pole piece, measured from center to center, but arranged more than a quarter of Auffäoherungswellenlänge from the pole piece. Is therefore using the Torstehend mentioned principles of the invention obtains a highly compressed sylindrisohen beam that maintains the cylindrical shape during the by Laufwellensohaltung. In the exemplary embodiment , the running shaft holding device is designed as a helix, change than with the known usual periodic
Focus systems, which are characterized by regularly occurring
Reversal from $ calibrate, and as a result of this
Blocking and transmission areas , the invention of the
Laain the ray into a state after each field reversal
Flowing back-k "slides means the length of each
Period to be chosen arbitrarily. can and every period
is independent of the rest. This makes it possible
Restricted areas completely from the plant area of the device
elimination. Furthermore, here-through the use
Magnetic elder of different strengths in Versohiederien
enough allowed, so sat a jet flare, $.?.
can be prevented as a result of rf forces. , The Aus
druek "periodischee Fokuesic-ren" as used herein
is intended to include all of these variants.
yes following is the invention based on one in the
"Drawing illustrated execution beierielc in detail
beaohr ieben. There : specially
Fig. 1 is a sectional view of a wave tube
with a magnetic Pokuseiereysten,
Fig. 2 is a section along the line 2.-2 of
rig. 1 ,
3A is a schematic view of the electron
spotlights,
Fig. 3 B a schematic representation of the electron
radiation behavior when entering the
Pig focus system. 1,
Pig. 4A - It diagrams of the magnetic field configuration
and the electron beam behavior in the field,
and
Fig. 5 is a partial sectional view of a modified one
Output ends of the drive shaft tube and the
Magnetic Fƒktiseiersystens the Zig. 1
In the lig. 1 is a Bohnittansioht of a Laufwel lhe -
tube 11 and a focusing magnet assembly 12 deirge-
represents how the principles of the invention are embodied.
The drive shaft tube 11, which is in;, ierhalb the foci
arrangement-12 by suitable means not shown
is solidified, a glass envelope 13 weeps, furthermore
an electron gun 14, a haufwellensohaltung 16,
which as drawn, designed as a helix, can no
and those within the glass envelope 13 to any
Wines is attached, as well as a tin electron beam collector
17, made of copper or other suitable material
can exist, In addition to this, input and output
ganga postures to introduce reinforcements
Signals to the helix 16 or to remove the
strong signals are provided.
In the 71g. 2 is an embodiment of an input
as shown # which has a wave guide 19
having a tunable coaxial cavity 21
is coupled. It is true that there is a special one in the drawing
Kind of an input arrangement shown, but it can too
various other input. and starting attitudes
be used.
The electron gun 14, which is generated by the electrostatically convertible
yawing type, has a cathode 23 with a con-
kaven sheet metal resonance surface 24 , furthermore a
the electron beam forming electrode 26 and e = ine
Acceleration sanode 27. For the sake of simplicity
the various sources of opannuation and the electrical ones
Supply lines to the electrodes of the cannon not shown.
In addition, for the same reason, the holding
Means for the different electrodes not included.
The electron gun 14 in communication with the electrodes
26 and 27 is for a highly convergent generation
Elektroneastrahlea designed, the cross section of which according to
the exit from the Besohioxidiguagsanode 27 about the
fü @ ttusä » auslsate rope of the area of the emitting
Oberlldehe 24 is.
The magnet assembly 12 comprises a plurality of block-shaped design p permanent magnets 28, the pole pieces 29 by a plurality of identical high permeability material are separated from each other. A spatially alternating magnetic field is achieved by reversal of the magnetic sense of adjacent magnets. See Fig. 1. The magnet assembly is limited by Endpoletüoke 31 and 32. A magnetic shield 33 extends over from the Polatüok 31. the electron gun 14 away and serves $ ur.Absehirmung of the area of the electron gun 14, en:.. "is converged i of the beam to a minimum diameter on the magnetic field A plurality of Feldbegradigern 24 are disposed of Pokussiergebietea to ensure an axially aligned magnetic field along the Electron beam originating from the electron gun 14 enters the magnetic field through an opening 36 in the pole piece 31. As mentioned above , the magnetic field &'1& generated by the magnets 28 is of a substantially greater strength than is necessary for Brioullin's focus thereof due to the jet begins after it has passed the opening 36, initially drill inwardly and when this fanning would not corrected, the beam would along continue its path to the fan-out. to avoid the Strahlauffäeherung and to obtain a high beam compression, a Störring 38 made of magnetic material, close to the Pole piece 31, arranged t. The ring 38 is arranged inside a non- magnetic sleeve 39, preferably axially adjustable and lockable. Adjacent each pole piece 29 and on both sides thereof are arranged identical Magnetfeldstörringe 41 which are solidifies within a Halategliedes 42 of copper or other non-magnetic material loading. The holding members 42 are in turn attached to the pole piece 29. As will still recite one will be explained, these rings 41 prevent the
Fan out the beam, which is normally due to the
up with the pole pieces 29 existing field reversal
would kick. This ensures that the beam,
which compresses into a cylindrical, high density beam
has been, 'its essentially cylindrical shape
all the way to the collector as a result
the action of the rings 38 maintains.
To fully understand the action of the rings 38
and 41 now be on the pig. 3 and 4 are referred to.
In Fig. 3A is a sohematisohd view of the elec-
tronenstrahles shown in the area in which this
has been converged by the electron gun 14
and into the magnetic field through the opening 36 of the pole tube
31 passes through l, and the pig. 3B shows a diagram
setting of the magnetic field to which the electron beam
is suspended, curve A showing the field course without
the ring 38 and the curve B the field course with correct
arranged «ring 38 represent.
The electron gun 14 converges the beam electro-
statically to the smallest possible diameter d1, the
can be achieved with such an arrangement.
With this diameter the beam has a transverse opening,
which is approximately equal to 1/25 of the cross section of the emitting
Surface 24 is. With this Durohveseer he can
Beam mylindrisoh be held, namely by means of
a magnetic field of the "Brllouin strength" e of the
spreohend4n diameter. However, as can be seen
the diameter tts d1 creates an upper limit for
the operating frequency of the tube insofar as the running
shaft maintenance for a most efficient operation
Must have inner diameter that is slightly larger
as d1. In addition to this, there is a limitation.
the power output of the tube insofar as the beam
density is determined by the amount of convergence. Buttocks
however, the magnetic field has the principles of the invention
a strength that is four to six times greater than that
for a Brillouin flow at a diameter d1
Required field strength. As a result, the
Beam after passing the magnetic field through opening 36
has reached the pole piece 31 through, on the Brillouin
To fan out diameter d2 of this larger magnetic field.
This beam behavior is shown in fig. 3A by wave
Shaped lines shown. To prevent this
fan out and to achieve a larger beam con-
preseion is the magnetic ring 38 at a distance of
approximately 1/2 h 0c, where Ä is the AuffKoherungswellen-
length means from the point of entry the beam in
the magnetic field (fig. 3A). The ring 38 generates in this
Arrangement a magnetic field as shown by the dashed line
Line B of FIG. 3B is shown by ring 38
The sink generated in the magnetic field causes an additional
Luffa coming of the ray. A correct arrangement den
Ring 38 carries this Auffäoherungstendenn a phase
that the sound causes the beam entry conditions
gentle fanning counteracts with the result that
the beam on a Brillouindurohn eater d2 is cylindrical
becomes what's in the pig. 3A by the dashed line
is illustrated. The actual arrangement of the
Ring 38 depends on a number of factors such as:
von der Rinabreiteg the one disturbance in the magnetic field
in a length that is less than 1/2 Ä so '
also on the amount or the depth of the depression created
uat naturgenäse from the Auffäoherunsswellenläa W o Äse,
this is determined by the strength of the magnetic field.
In order to obtain optimal results , also @ the ring 38 1a
a swisohea 1/4 J% so uad 1 / ZA so liegeadea salteraw m
from the entry point, which in turn are arranged by
dos above erwfiäatea takie »a depends. Also this «Qr» de
is like above in Zurmeahaas with the Besohreibuag der
l14. 1 has been flooded, day 3! within seiur
Bracket 39 adjustable. Has been determined for a given tube, the right distance, the ring 38 may by means of suitable fastening means are held in this Zage. As mentioned above, it is generally desirable to arrange the ring 38 within a @o between 1/4 and 1/2 Aß, distance lying from the entry point. However, in certain cases such an arrangement can be difficult to implement due to the small dimensions , so that in these cases the ring 38 also lies between 1 1/4 Å and 1 1/2 Å in order to facilitate manufacture Distance from the entry point , although the above-mentioned shorter distance is the more desirable . With such a suitably arranged ring 38 it is possible to obtain beam compressions of over 200 with e'r: er electrostatically converging electron gun, while the achievable Kompr® seion without the ring 38 is only 25. This more than eightfold increase in compression is highly desirable, especially in the case of tubes that are to be used at higher frequencies, since this enables smaller helical dimensions and far greater outputs are obtained. Such high compressions have hitherto only been achieved through the use of highly complicated electron guns and focusing kidney systems, while the same result can now be achieved according to the invention with very simple means . In the big. 4A - B are a number of curves illustrated, the veranedhauliohen the effect of interfering rings 41 and the Peldunkehretelle to each of the PolstUoke 29 on the beam. In the pig. 4L shows the magnetic field configuration under the action of the perturbation elements 41 at a field reversal point, le. The P1 «. 48 demonstrates the effect of the disturbance song 41, which lies in front of the Yeldumhehrstelle , the so-called "gate disturbance" on the lektsonenstrahl. The ! 1g. 4C shows the effect of the Peld reversal point on the beam. The Pig. 4D shows the effect of the behind the Field reversal lying Störgli: the 41, the s «named
"Raohatörera" on the beam, una the big ones. 4: shows the
Overall effect of the magnetic field configuration of the Äig. 4A
on service. Everyone has a better relationship
the figures clearly labeled and identified. Aue the
Biguren 4B to 4D can be seen, each of the interferers last
41 and the pold reversal point a fanning out of the beam
orse, rgt. From the- Fig. 4 " is ereiohtliah, daso when de
Gtürer 41 at a distance of 1r2 so on each side
the Peldumkehretelle are arranged, with the distance
is measured from the center to the center , the x1ases of the
so that the two statements lie on each other, then the
Ray - although he some. "Eformations within
the zone through the finge 41 and the eldumkehratelle
is defined, subject to - remains cylindrical when
he exits this zone. While the alarm disruptions
in the figure at a distance of 1/2 so on each
Side of the field reversal point can be shown in
in certain cases variation in this distance
for optimal & @ r results necessary - ground.
In any case, they should: oah the fingers 41 and with it
also the disturbances at a distance of: center
of the reverse position, which are not smaller
3at as 1/4 so, but ° is also not greater than 1/2 so.
In Fig. 14, 1 , two rings 41 are adjacent to each poldunkehu
steeply arranged. .'e is indeed otlglioh, the beam with
To keep a single sturgeon ring cylindrical , but one
such an arrangement permits excessive beam deflections
within the r ümb hr sun, whereby a meeting .tn des
Beam is caused on the filament. When using
two Bin4e, the beam migration is quite limited
with the bath, then a beam transfer with a
efficiency of better than 99.9% has been achieved. Like that
high transfer rates were previously in one
Periodically focused Syatat cannot be reached.
In so far as the ring 41 creates a color in the beam
nanns a similar coupling to the Lautweiler attitude,
i.e. the helix, at the exit by arranging an interfering
wrestle at a distance of a (iniLhernd 1 / A , n0 in front of des
Output part can be generated. Lei of such an arrangement
the Blektronenntratel has an osaimslen look.
rungedurolausc.er in the Aueeangteil and is therefore closer
an de, Wendel with the result that daet: an increase in the
Coupling and thus a terrestrial aueganird service
adjustable dead
From the foregoing is ersiohtlioh, iie through the
Invention to fan out the electron beam
prevents and at the same time high beam compensation
be enough. Is when using dienjr principles
it possible to get even higher efficiency
er:, elohen, un i by capturing old electrons of the
Strar: lse.gewöhnlioh is en to capture all electrons
necessary to use a high voltage collector,
a fact that consumes a lot of power.
In the Zig. 5 shows an illustration in which the
Principles of the 4th invention have been used and the
the use of lower collector voltages is now
Jangen all electrons are allowed.
The Zig. 5 is a son of the uninitiated
the arrangement of the Zig. 1, at the dao Nagnetnyeten
to increase the collector efficiency modified solder
For the sake of Eiataohbait, the hotels are Besuga pullers
been used. Aun the Zig. 5 is ereiohtiioh, last
an abrupt increase in the gagerettoldes just behind the
Output part is provided, this Suvaoöa through
a fermented Pokuaeier% sgaot 51 is generated.
DiensrYeldsuvaoho creates a t «preasico des Btrahl«,
where the Conl «b # nn abatosuuagkrbtte within
den Utrattien werigrönserl mg d 'e
ßooohv> @ äigteitnrer-
parts of the electrons are reduced. Kin magnetic field
etörring r: 2, de: - by any suitable 1 = iterations,
those who are not sanctified are fixed in the reading line Ie4e
is located approximately 1j2 -. 9o from AM field
enstiegei: just removed, and arranged in front of it. The ring
52 has the same effect as the bark 41, ruitrlioh the
Prevention of 8-eye ulceration when the jet
enters the zone of higher field strength. The ring 52 could
also behind de® dots the field growth in the same
Distance can be arranged, or two
start vcr and be used after the 1'eldsuwaoh point.
Ale: owing to the effect of the ring 52 , the hadial
components of Elektroas :: @ geuoh Speed to a large extent
eliminated, as this one reaches the tin electron beam
obstructively oppose. The slight changes made in
the length: speed of the beam occurs
insofar not noticeable as the enlarged
Coulomb's same repositories, then all of them
Electrons are "wobbled" into the coliecture. Hence can
the collector operated at a lower voltage
will.
As can be seen from the above, there is a hang
laminar or not at ° fgo-: ernder atstrahlfluse from
correct balance of the coulomb's repulsive forces,
the centrifugal forces and the agna table forces. any
eir4a @ v'irkung to change one of these Ärtifte generates independent
from the other forces a fanning out and a
suited: change any of these errands can be to
Elimination of the Au a Kaeherne and restoration of the
Equal tea used -: be used. The principles of
Erfiaduos were based on actions
on the aagmatic forces to the extreme value of the electron
ray and holding it in a laniaar rims
explained. Ir certain 1-rll «, p.8. with an «declarotron
I m ufseileretfksr, it can 'edooä under
verteilkf oeia, * in the dtrableteuorw4 via the ob *. .
trisoh « 2rM 1 au b« i * ea. L serve «Mlea 1a .s the
Blektronenatrahl are controlled by electronic interest, which - if they are suitably arranged and are at a suitable voltage - Ezpanaionen or contraction functions of the beam in the ridtigen Phaaenbeziehung to restore the balance of power generated. In order to be able to use lower voltages on the electronic lines, a number of lenses are attached one behind the other in an asar series , namely at a spatial distance of 1/2 Ä so and with different voltages on successive lenses and with the same voltages at any other rate. Preferably, the Spann'ngen are larger and smaller than the voltage at the drift tube or coil for the same increment. With such an / Brdnung the fanning of the beam is made dependent on the beam voltage, and a iaminarer river :, can be obtained. A beam compression can also be achieved by a suitable arrangement of the interests in a manner analogous to that of the Pig. 1 can be controlled.
Zwar wurden die Prinzipien der Erfindung im Zuna.n:.ienhang
mit einer Laufwellenröhre erläutert, aber diese Prinzipien
sind auch bei anderen Blektronenatrahlröhrentypen anwend-
bar, bei
denen zylindriaohe Elektronenstrahlen hoher
Dichte gewünscht Bind,
ohne dann hierzu hochkomplizierte Fokusaiereinriohtungen
erforderlich wären. Ferner sind
im gezeichneten Aueführungabeispiel
die Magnetfeldstörer zwar als Ringe gungebildet, aber en
können auch andere
geometrische Abmessungen verwendet werden, we4n
dies
im Einzelfall zweokmgaeig oder erforderlich ist. Although the principles of the invention were explained in connection with a shaft tube , these principles can also be used with other types of electron beam tube in which high-density cylindrical electron beams are desired without the need for highly complicated focus devices. Furthermore, in the example shown, the magnetic field interferers are formed as rings , but other geometric dimensions can also be used if this is two-fold or necessary in the individual case.