FR2591031A1 - Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser - Google Patents
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Abstract
Description
Focalisateur pour faisceau électronique
et tube à ondes progressives équipé d'un tel focalisateur.Focus for electron beam
and traveling wave tube equipped with such a focusing device.
La présente invention concerne les focalisateurs de faisceaux électroniques et plus particulièrement les focalisateurs utilisés pour les tubes à ondes progressives fonctionnant à des fréquences élevées (ondes millimétriques) et délivrant une puissance de sortie assez grande (de l'ordre de 500 W et plus; avec de tels tubes focalisation du faisceau électronique par un système de focalisation classique n'est plus possible. The present invention relates to electron beam focusing devices and more particularly the focusing devices used for traveling wave tubes operating at high frequencies (millimeter waves) and delivering a fairly large output power (of the order of 500 W and more; with such tubes focusing the electron beam by a conventional focusing system is no longer possible.
Dans les tubes à ondes progressives classiques les électrons émis par un canon à électrons progressent le long d'une ligne à retard et restent focalisés grâce à un focalisateur périodique dont un exemple sera donné dans la description ci-après. In conventional traveling wave tubes, the electrons emitted by an electron gun progress along a delay line and remain focused by means of a periodic focuser, an example of which will be given in the description below.
Les focalisateurs connus présentent une structure magnétique périodique dont la demi-période comporte un aimant permanent en anneau; les aimants sont montés en série autour de l'axe de propagation du faisceau à focaliser et leurs lignes d'induction sont canalisées vers cet axe par des masses polaires magnétiques; des entretoises amagnétiques ou un fourreau amagnétique ou ces deux types d'éléments sont employés pour assurer la rigidité mécanique de Ensemble. Dans cette structure le sens d'aimentation est inversé d'un aimant au suivant. The known focusing devices have a periodic magnetic structure, the half-period of which comprises a permanent ring magnet; the magnets are mounted in series around the axis of propagation of the beam to be focused and their induction lines are channeled towards this axis by magnetic polar masses; non-magnetic spacers or a non-magnetic sheath or these two types of elements are used to ensure the mechanical rigidity of Ensemble. In this structure the feeding direction is reversed from one magnet to the next.
Quel que soit le mode de réalisation de ces focalisateurs connus, le but est de produire, le long de l'axe du faisceau électronique, un champ magnétique sinusoldal de la forme:
B(Z) = Be. .cors 2LZ
L où Be est le champ magnétique efficace du focalisateur, L la longueur de la période du focalisateur et Z la distance le long de l'axe du faisceau.Whatever the embodiment of these known focusing devices, the aim is to produce, along the axis of the electron beam, a sinusoldal magnetic field of the form:
B (Z) = Be. .cors 2LZ
L where Be is the effective magnetic field of the focusing device, L the length of the focusing period and Z the distance along the axis of the beam.
Le rayon du faisceau à focaliser impose la valeur Be; le champ ainsi créé permet d'obtenir un faisceau électronique dont la valeur du rayon ondule autour d'une valeur moyenne, déterminée par Be, avec un taux d'ondulation d'autant plus faible que L est petit. L'obtention d'un faisceau qui reste stable et dont le taux d'ondulation soit inférieur à une valeur généralement fixée à de l'ordre de 15%, entraîne une valeur limite à ne pas dépasser pour L. The radius of the beam to focus imposes the value Be; the field thus created makes it possible to obtain an electron beam whose value of the radius ripples around an average value, determined by Be, with a ripple rate all the lower as L is small. Obtaining a beam which remains stable and whose ripple rate is less than a value generally fixed at around 15%, results in a limit value not to be exceeded for L.
Lorsque le faisceau à focaliser est de rayon faible et d'intensité élevée, le champ Be nécessaire pour assurer la focalisation devient très élevé et la valeur limite de L très faible. Ceci conduit à des impossibilités d'ordre technologique puisque la faible valeur de L impose d'utiliser des aimants d'épaisseur insuffisante pour produire le champ magnétique désiré. When the beam to be focused has a small radius and a high intensity, the field Be necessary to ensure focusing becomes very high and the limit value of L very low. This leads to technological impossibilities since the low value of L makes it necessary to use magnets of insufficient thickness to produce the desired magnetic field.
La présente invention a pour but d'éviter ou pour le moins de réduire les inconvénients de l'art antérieur. Ceci est obtenu avec un focalisateur réalisé de manière à ajouter, à la composante sinusoldale du champ magnétique des focalisateurs connus, au moins une autre composante harmonique d'ordre impair, d'amplitude plus faible et en opposition de phase. L'ondulation du faisceau est ajustée sur l'harmonique. Ceci permet, pour un même faisceau, de multiplier le pas du fondamental par le numéro d'harmonique utilisé. The present invention aims to avoid or at least reduce the drawbacks of the prior art. This is obtained with a focusing device made so as to add, to the sinusoidal component of the magnetic field of known focusing devices, at least one other harmonic component of odd order, of lower amplitude and in phase opposition. The ripple of the beam is adjusted to the harmonic. This allows, for the same beam, to multiply the pitch of the fundamental by the harmonic number used.
Selon l'invention un focalisateur pour faisceau électronique formé de cellules régulièrement disposées le long d'un axe, chaque cellule comportant un aimant originel centré sur raxe, est caractérisé en ce que chaque cellule comporte également, dans un volume entouré latéralement par raimant originel, n (n: entier positif) aimants auxiliaires, centrés sur l'axe et disposés à la file, pour nAl, le long de cet axe. According to the invention, a focusing device for an electronic beam formed by cells regularly arranged along an axis, each cell comprising an original magnet centered on the axis, is characterized in that each cell also comprises, in a volume laterally surrounded by original magnet, n (n: positive integer) auxiliary magnets, centered on the axis and arranged in a line, for nAl, along this axis.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent:
- la figure I, une vue partielle d'un focalisateur selon l'art connu,
- la figure 2, un diagramme relatif au focalisateur de la figure 1,
- la figure 3, une vue partielle d'un focalisateur selon l'invention,
- la figure 4, un diagramme relatif au focalisateur de la figure 3.The present invention will be better understood and other characteristics will appear with the aid of the description below and of the figures relating thereto which represent:
FIG. I, a partial view of a focusing device according to known art,
FIG. 2, a diagram relating to the focusing device of FIG. 1,
FIG. 3, a partial view of a focusing device according to the invention,
- Figure 4, a diagram relating to the focuser of Figure 3.
Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. In the various figures, the corresponding elements are designated by the same references.
La figure 1 montre, vu en coupe longitudinale, un tronçon de focalisateur selon l'art connu. Il s'agit d'une structure magnétique périodique faite d'une succession de cellules. La période de la structure est déterminée par la longueur, L, de deux cellules consécutives; cette longueur L est représentée sur la figure 1. Figure 1 shows, seen in longitudinal section, a focusing section according to the prior art. It is a periodic magnetic structure made up of a succession of cells. The period of the structure is determined by the length, L, of two consecutive cells; this length L is shown in FIG. 1.
Le focalisateur comporte un fourreau amagnétique, N, d'axe Z'Z, sur lequel sont enfilees les cellules; c'est à l'intérieur de ce fourreau que sera disposée la ligne à retard du tube à ondes progressives. Le focalisateur est de révolution autour de l'axe Z'Z. The focusing device comprises a non-magnetic sheath, N, of axis Z'Z, on which the cells are threaded; the delay line of the traveling wave tube will be placed inside this sheath. The focuser is of revolution around the Z'Z axis.
Chaque cellule comporte
- un aimant permanent, tel que I, 2, en forme d'anneau à section rectangulaire et dont le sens, N-S, d'aimentation est inversé par rapport à celui des deux aimants qui l'entourent,
- une entretoise amagnétique, telle que P1 et P2, qui sépare l'aimant du fourreau N,
- la moitié de chacune des deux masses polaires magnétiques, telles que M1, M2 et M3, qui d'une part collaborent au maintien en position de L'aimant autour du fourreau et d'autre part canalisent, vers l'axe Z'Z, les lignes d'induction créées par l'aimant.Each cell has
- a permanent magnet, such as I, 2, in the form of a ring with rectangular section and whose direction, NS, of supply is reversed with respect to that of the two magnets which surround it,
- a non-magnetic spacer, such as P1 and P2, which separates the magnet from the sheath N,
- half of each of the two magnetic polar masses, such as M1, M2 and M3, which on the one hand collaborate in maintaining the position of the magnet around the sheath and on the other hand channel, towards the axis Z'Z , the induction lines created by the magnet.
Il a été vu dans l'introduction de ce texte, que le focalisateur selon la figure 1 produisait un champ magnétique sinusoïdal B(Z) = Be. #2.##### où Be est le champ magnétique efficace du focalisa- teur et Z la distance sur l'axe Z'Z à partir d'une origine 0. It has been seen in the introduction to this text that the focusing device according to FIG. 1 produces a sinusoidal magnetic field B (Z) = Be. # 2. ##### where Be is the effective magnetic field of the focuser and Z the distance on the axis Z'Z from an origin 0.
La figure 2 montre la variation sinusoldale de B(Z) en fonction de
Z.Figure 2 shows the sinusoidal variation of B (Z) as a function of
Z.
Comme il a été remarqué plus avant, la structure selon la figure 1 peut conduire rapidement à des difficultés, voir à une impossibilité de réalisation, en raison de la taille maximale à ne pas dépasser pour L qui limite l'épaisseur des aimants et donc la valeur Be susceptible d'être atteinte. Ainsi, par exemple, pour un tube fonctionnant à une fréquence de 30 GHz, avec un faisceau accéléré sous une tension de 11000V, d'intensité 0,8 A et de rayon 0,2 mm, il vivent: Be. 5400 Gauss et mm. As noted above, the structure according to Figure 1 can quickly lead to difficulties, see an impossibility of realization, because of the maximum size not to be exceeded for L which limits the thickness of the magnets and therefore the Be value likely to be reached. Thus, for example, for a tube operating at a frequency of 30 GHz, with an accelerated beam under a voltage of 11000V, of intensity 0.8 A and radius 0.2 mm, they live: Be. 5400 Gauss and mm.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un tronçon d'un focalisateur selon l'invention. Ce focalisateur comme celui de la figure 1, est formé d'un fourreau amagnétique N, d'axe Z'Z, suer lequel sont enfilées des cellules qui forment une structure magnétique périodique, dont la longueur L a été figurée sur le dessin. Figure 3 is a longitudinal sectional view of a section of a focusing device according to the invention. This focusing like that of Figure 1, is formed of a non-magnetic sheath N, axis Z'Z, sweating which are threaded cells which form a periodic magnetic structure, the length L has been shown in the drawing.
Chaque cellule de ce focalisateur selon l'invention forme un ensemble de révolution autour de l'axe Z'Z et comporte deux parties dont
I'une a son pendant dans le focalisateur selon la figure I et dont Irautre est nouvelle. La première de ces parties est formée d'un gros aimant permanent, tel que 1, 2, qui sera dit aimant originel dans les revendicatisons, et de la moitié de deux masses polaires magnétiques, telles que Ml,
M2 et M3; et, comme dans le cas précédent, le sens, N-S, d'aimantation de ces gros aimants change d'une cellule à la suivante.La seconde de ces parties comporte trois petits aimants permanents identiques, tels que 10, 11, 12 et 20, 21, 22, une entretoise amagnétique, telle que P10, Pli, P12 et P20, P21, P22, remplissant respace entre chaque petit aimant et le fourreau N, et deux masses polaires magnétiques, telles que M10, Mil et
M20, M21, disposées dans les intervalles entre les petits aimants pour canaliser leurs lignes d'induction vers l'axe Z'Z. Les trois petits aimants, tels que 10, 11, 12 et 20, 21, 22 sont régulièrement répartis selon la direction Z'Z et ont le même sens, N-S, d'aimentation que le gros aimant de la cellule, sauf pour le petit aimant du milieu, tel que 11 et 21, dont le sens d'aimantation est inversé.Each cell of this focusing device according to the invention forms a set of revolutions around the Z'Z axis and has two parts,
One has its counterpart in the focusing device according to figure I and the other of which is new. The first of these parts is formed by a large permanent magnet, such as 1, 2, which will be called the original magnet in the claims, and by half of two magnetic polar masses, such as Ml,
M2 and M3; and, as in the previous case, the direction, NS, of magnetization of these large magnets changes from one cell to the next. The second of these parts has three identical small permanent magnets, such as 10, 11, 12 and 20 , 21, 22, a non-magnetic spacer, such as P10, Pli, P12 and P20, P21, P22, filling respace between each small magnet and the sheath N, and two magnetic polar masses, such as M10, Mil and
M20, M21, arranged in the intervals between the small magnets to channel their induction lines towards the Z'Z axis. The three small magnets, such as 10, 11, 12 and 20, 21, 22 are regularly distributed in the direction Z'Z and have the same direction, NS, of feeding as the large magnet of the cell, except for the small middle magnet, such as 11 and 21, whose direction of magnetization is reversed.
Le long de Paxe Z'Z du focalisateur selon la figure 3 est créé un champ magnétique de la forme:
B(Z)= Be #2 (cos### +mcos###) où Be, L et Z ont la même
L L signification que dans la formule donnant le champ magnétique pour le cas selon la figure 1, et où m est le taux d'harmonique 3. Cette présence de l'harmonique 3, due aux petits aimants, favorise la focalisation du faisceau électronique et l'expérience montre que la meilleure focalisation est atteinte pour m = - 0,5; le réglage de m se fait, en modifiant l'aimantation des petits aimants et/ou des grands aimants.Along the axis Z'Z of the focusing device according to FIG. 3, a magnetic field of the form is created:
B (Z) = Be # 2 (cos ### + mcos ###) where Be, L and Z have the same
LL meaning that in the formula giving the magnetic field for the case according to FIG. 1, and where m is the harmonic rate 3. This presence of harmonic 3, due to the small magnets, promotes the focusing of the electron beam and the experience shows that the best focus is reached for m = - 0.5; the setting of m is done by modifying the magnetization of small magnets and / or large magnets.
La figure 4 montre la variation de B(Z) en fonction de Z; la courbe représentative est la somme d'une sinusoïde de période L et d'une sinosïde de période L/3 en opposition de phase. Figure 4 shows the variation of B (Z) as a function of Z; the representative curve is the sum of a sinusoid of period L and a sinusoid of period L / 3 in phase opposition.
Or il apparaît qu'avec la structure selon la figure 3, pour obtenir un faisceau électronique de même taux d'ondulation et de même rayon que celui qui serait obtenu avec une structure classique telle que décrite à l'aide des figures 1 et 2, il suffit d'un champ magnétique efficace, Be plus faible d'environ 20% et la valeur maximale de L est de Tordre de trois fois plus grande. A titre de comparaison, avec les mêmes données numériques que dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, il vient
Be V2 = 4500 Gauss au lieu de 5400 Gauss
et L 418 mm au lieu de L < < 5 mm.Now it appears that with the structure according to FIG. 3, to obtain an electron beam with the same ripple rate and the same radius as that which would be obtained with a conventional structure as described with the aid of FIGS. 1 and 2, an effective magnetic field is enough, Be about 20% weaker, and the maximum value of L is about three times greater. For comparison, with the same numerical data as in the embodiment according to FIG. 1, it comes
Be V2 = 4500 Gauss instead of 5400 Gauss
and L 418 mm instead of L <<5 mm.
Le champ magnétique efficace nécessaire est plus faible. Or la valeur du champ efficace dépend principalement du champ créé par les gros aimants et ces gros aimants peuvent avoir une épaisseur plus forte que dans la structure selon la figure 1 puisque L est plus grand; il en résulte que le champ nécessaire est nettement plus facile à obtenir. The effective magnetic field required is weaker. However, the value of the effective field depends mainly on the field created by the large magnets and these large magnets can have a greater thickness than in the structure according to FIG. 1 since L is larger; it follows that the necessary field is much easier to obtain.
La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, elle s'applique en particulier aux réalisations sans entretoises ou sans fourreau. The present invention is not limited to the example described, it applies in particular to embodiments without spacers or without sheath.
D'une façon générale l'invention s'applique à tout focalisateur dont les cellules comportent, autour d'un même axe, un gros aimant et un petit aimant ou plusieurs petits aimants alignés selon l'axe, ces petits aimants étant disposés dans un volume entièrement ou partiellement limité latéralement par le gros aimant et étant orientés de manière à créer une variation périodique du champ magnétique le long de l'axe dont le taux d'harmonique 3 (ou d'ordre impair supérieur) est important et dans une phase telle que chaque maximum de l'arche fondamentale du champ magnétique soit diminué du champ magnétique harmonique.Le cas où chaque cellule n'a qu'un petit aimant peut être obtenu, à partir du cas selon la figure 3, en remplaçant les petits aimants tels que 10, 12 et 20, 22 par des entretoises amagnétiques et en ne conservant que les petits aimants du milieu, tels que 11, 21. Le cas où chaque cellule ne comporte que deux petits aimants peut être obtenu, à partir du cas selon la figure 3, en supprimant le petit aimant du milieu, tel que 11, 21,-en rapprochant les deux autres aimants, tels que 10, 12 et 20, 22, et en inversant le sens de leur aimantation. In general, the invention applies to any focusing device whose cells comprise, around a same axis, a large magnet and a small magnet or several small magnets aligned along the axis, these small magnets being arranged in a volume entirely or partially limited laterally by the large magnet and being oriented so as to create a periodic variation of the magnetic field along the axis whose harmonic rate 3 (or higher odd order) is high and in a phase such that each maximum of the fundamental arch of the magnetic field is reduced by the harmonic magnetic field. The case where each cell has only a small magnet can be obtained, starting from the case according to FIG. 3, by replacing the small magnets such as 10, 12 and 20, 22 by non-magnetic spacers and keeping only the small magnets in the middle, such as 11, 21. The case where each cell has only two small magnets can be obtained, from the case according to Figure 3, in s upprimant the small magnet in the middle, such as 11, 21, -by bringing the two other magnets, such as 10, 12 and 20, 22, and reversing the direction of their magnetization.
Il est à noter également que lorsque chaque cellule comporte plusieurs petits aimants, ces petits aimants peuvent ne pas avoir tous la même taille et ne pas créer tous le même champ magnétique, et, dans certaines configurations, des petits aimants peuvent ne pas être présents dans leur logement, I'espace ainsi créé se comporte comme un aimant virtuel. It should also be noted that when each cell has several small magnets, these small magnets may not all be the same size and not all create the same magnetic field, and, in certain configurations, small magnets may not be present in their accommodation, the space thus created behaves like a virtual magnet.
Les aimants dont il a été question ci-avant étaient tous des anneaux de révolution centrés sur l'axe du focalisateur ; sans sortir du cadre de l'invention il est possible d'utiliser d'autres formes d'aimants à condition que ces aimants soient centrés sur l'axe du focalisateur. The magnets discussed above were all rings of revolution centered on the focuser's axis; without departing from the scope of the invention it is possible to use other forms of magnets provided that these magnets are centered on the axis of the focusing device.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8517716A FR2591031A1 (en) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8517716A FR2591031A1 (en) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2591031A1 true FR2591031A1 (en) | 1987-06-05 |
Family
ID=9325292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8517716A Withdrawn FR2591031A1 (en) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Focuser for electron beam and travelling-wave tube equipped with such a focuser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2591031A1 (en) |
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- 1985-11-29 FR FR8517716A patent/FR2591031A1/en not_active Withdrawn
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