DE2125100C3 - Megnetron - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetron mit einer einen Heizfaden enthaltenden Kathode, mit einer koaxial zur Kathode angeordneten Anode, mit einem Magneten zum Aufbau eines magnetischen Feldes in einem Wirkungsraum zwischen der Kathode und der Anode und mit die Klemmen des Heizfadens der Kathode mit äußeren Speiseklemmen verbindenden Heizfaden-Zuleitungen mit Filtereigenschaften.

Aus der USA.-Patentschrift 3 315 121 ist ein derartiges Magnetron bekannt, bei dem die Heizfaden-Zuleitungen mit koaxialen Durchführungskondensatoren durch das Magnetrongehäuse geführt sind; diese Durchführungskondensatoren bilden ein Filter, das dazu bestimmt ist, bei Hochfrequenz Kurzschluß zu bilden. Derartige Durchführungskondensatoren stellen diskrete Schaltungselemente dar, bei denen die Filterwirkung bei mehreren Frequenzen periodisch verschwindet. Außerdem nimmt die Filterwirkung bei sehr hohen Frequenzen ab, so daß für Mikrowellen oberhalb 1 GHz keine volle Filterwirkung mehr zur Verfügung steht. Ferner bestehen Schwierickeiten in der Herstellung von koaxialen Kondensatoren, deren Kapazität zur Beseitigung des elektromaenetischen Rauschens im VHF-Fernsehband ausreicht; Kondensatoren, die mit keramischen Materialien hoher Permeabilität, etwa Bariumtitannt. zur Erzielung hoher Kapazitäten arbeiten, haben nämlich gewöhnlich äußerst schlechte Filtereigenschaften für Mikrowellen. Da schließlich das in dem Macnetron selbst erzeugte elektromagnetische Rau-

sehen von den Durchführungskondensatoren vollständig reflektiert wird, verstärkt sich das Rauschfeld und dringt durch etwaige Spalten im Gehäuse nach außen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1938 694 und ähnlich auch aus der Zeitschrift »Proceedings of the IEE«. Januar 1964. S. 51 bis 53. sind ferner Magnetron-Systeme bekannt, die mit Drosselfiltern arbeiten. Derartige Drosseln wirken nur bei einer einzigen Frequenz bzw. in einem sehr schmalen Frequenzband als Filter.

Die gleiche Wirkung besteht schließlich bei der aus der USA.-Patentschrift 3 377 562 bekannten Magnetron-Schaltung, bei der das Filter aus scheibenförmigen Durchfii'.irungskondensatoren besteht. Der-

artige scheibenförmige Kondensatoren bilden diskrete Schaltungselemente, deren Filterwirkung, wie oben erwähnt, bei mehreren Frequenzen periodisch verschwindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Abstrahlung elektromagnetischer Wellen von den Heizfaden-Zuleitungen eines Magnetrons in einem möglichst breiten Frequenzband möglichst vollständig zu unterdrücken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem

Magnetron der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß jede Heizfaden-Zuleitung ein Koaxialkabel enthält, das einen Innenleiter zur Zufuhr eines Heizstroms zum Heizfaden, wenigstens eine den Innenleiter umgebende Isolierschicht, die mit einem Material zur Erzeugung hoher Mikrowellenverluste versehen ist, sowie einen elektrisch leitenden, die Isolierschicht bzw. die Isolierschichten umgebenden geerdeten Außenleiter umfaßt, und dessen Länge derart bemessen ist, daß sich bei einer vorgegebenen Frequenz und einer vorgegebenen Mikrowellen-Dämpfungseigenschaft der Isolierschicht eine ausreichende Dämpfung von Mikrowcllenencrgie einstellt.

Im Gegensatz zu den bekannten Systemen wird erfindungsgemäß die Filterfunktion nicht durch Kondensatoren, die diskrete Elemente darstellen, bewirkt sondern mittels eines Koaxialkabels mit einer Isolierschicht, die mit hohen Verlusten für elektromagnetisches Rauschen behaftet ist und daher die Rausch-Schwingungen dämpft. Dabei kann die Absorption von Rausehenergie nach Belieben eingestellt werden, indem die in der Isolierschicht enthaltene Menge des die Mikrowellenverluste erzeugenden Materials oder die Länge des Koaxialkabels verändert wird. Da die Filterwirkung mit der Frequenz monoton zunimmt, wird eine Filterwirkung in einem extrem breiten Frequenzband erzielt. Ein auf die niedrigste Rauschfrequenz eingestelltes Filter kann elektromagnetische Wellen sämtlicher Rauschfrequenzen eliminieren.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine zum Teil aufgebrochene Ansicht einer

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetrons,

F i g. 2 einen Querschnitt des Magnetrons der F i g. 1 längs der Linie 11-11 in F i g. i,

F i g. 3 einen Querschnitt eines als Heizfaden- s Zuleitung für das erfindungsgemäße Magnetron verwendeten Koaxialkabels.

F i g. 4 die perspektivische Darstellung eines Teils eines Schutzgehäuses,

F i g. 5 die perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines als Heizfaden-Zuleitung für das erfindungsgemäße Magnetrop verwendeten Koaxialkabels, wobei Teile des Kabels zum Teil abgetragen dargestellt sind, und

F i g. 6 in einem Diagramm einen Vergleich der Dämpfungscharakteristik der elektromagnetischen Wellen, wie sie von einem herkömmlichen Magnetron und dem erfindungsgemäßen Magnetron abgestrahlt werden.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Magnetron enthält eine Anodenelektrode 1 herkömmlicher Bauart, Kühlfahnen 2 aus Aluminium, Kupfer od. dgl., die die zur Wärmeableitung um die Anodenelektrode 1 herum befestigt sind, und einen Permanentmagneten 3 mit Jochen 41 und 42 zur Zuleitung des Magnetfiusses in einen nicht gezeigten Wirkungsraum innerhalb der Anodenelektrode 1. Am Boden des Magnetrons ist mittels eines Isolierzylinders 6 aus Keramik, Glas od. dgl. eine Antenne 5 zur Abstrahlung der hochfrequenten Schwingungsenergie angebracht. In der Mitte der Anodenelektrode ist eine nicht ge2:eigte, durch einen Heizfaden geheizte Kathodenelektrode angebracht. Der Wirkungsraum liegt zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode. Die Kathodenelektrode gibt die zur Erzeugung einer hochirequenten Schwingung benötigten Elektronen ab. Das eine Ende der Kathode ist zu der Seite gegenüber der Antenne 5 herausgeführt und mittels eines mit einem Fuß versehenen Isolierzylinders 7 aus Keramik oder einem ähnlichen Isoliermaterial befestigt. Die Kathodenelektrode ist auf dieser Seite mit den erfindungsgemäßen Heizfaden-Zuleitungen 22 verbunden. Die Zuleitungen verlaufen durch ein Schutzgehäuse 15 nach außen. Das Schutzgehäuse 15 besteht aus Metal¹ beispielsweise aus Aluminium, und ist rings um den Umfang der Kühlfahnen mit. Hilfe ein?s Metallbandss 16 durch Punktschweißen oder Löten befestigt. Am Schutzgehäuse 15 ist eine Kappe 17 mittels selbstschneidender Schrauben 19 befestigt. Am oberen Ende 171 der Kappe 17 sind mehrere Luftöffnungen 20 ausgebildet, um eine Kühlung längs der Kühlfahnen zu ermöglichen. Somit wirkt das Schutzgehäuse 15 auch als Kanal für die Kühlluft.

Die beiden mit dem Heizfaden verbundenen Klemmen ragen durch den Isolierzylinder 7 hindurch, und die Heizfaden-Zuleitungen 22 sind, wie oben beschrieben, an entsprechende Klemmen angeschlossen. Jede Heizfaden-Zuleitung 22 besteht aus einem Koaxialkabel mit dem in F i g. 3 gezeigten Aufbau.

Gemäß F i g. 3 enthält das Koaxialkabel einen Innenleiter 221, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, der längs der Mittellinie des Koaxialkabels verläuft, sowie ferner eine isolierende, Mikrowellenenergie absorbierende Schicht 222 aus Gummi, in dem Ferritpulver verteilt ist, eine die Isolierfestigkeit verbessernde Isolierschicht 223 aus Polyäthylen, die die Mikrowellenenergie absorbierende Schicht 222 umgibt, und einen Außenleiter 224, der die Isolierschicht konzentrisch zum Innenleiter 221 umgibt. Der Außenleiter 224 kann aus einem Metalldrahtgeflecht aus Kupfer. Aluminium od. dgl. bestehen und oder eine Schicht aus elektrisch leitendem Harz enthalten, in dem ein Metall- oder KohlenstoJpulver verteilt ist. Das als Heizfaden-Zuleitung dienende Koaxialkabel ist auf die gewünschte Länge geschnitten. Der Außenleiter 224 des Koaxialkabels ist in der Nahe seiner äußeren Klemme auf eine ausreichende Länge, beispielsweise 5 mm. abgemantelt, so daß die Isolierschichten 222 und 223 freiliegen. Der freiliegende Innenleiter 221 ist an eine Befestigungsklernme 12 angeschlossen. Am gegenüberliegenden Ende oder dem Ende des Koaxialkabels, das mit der Heizfadenklemme verbunden werden soll, ist der Außenleiter 224 über eine verhältnismäßig große Länge abgemantelt, so daß auch dort die Isolierschichten 223 und 222 ufiliegen. Darauf sind die freiliegenden Isolierschichten 223 und 222 entfernt. Der freiliegende Innenleiter 221 ist in eine von zwei Metallhülsen 26 eingesetzt, die an d^n isolierenden, mit einem Fuß versehenen Zylinder 7 angelötet und elektrisch mit dem Heizfaden verbunden sind. Darauf wird an die Außenseite der Hülse ein Druck angelegt, um das innere Ende des Innenleiiers zu befestigen. Teile des nicht en'fernten Außenleitcrs 224 sind elektrisch mit der Wand einer Ausführungsöffnung 227 durch die Seitenwand des Schutzgehäuses 15 verbunden. Ein Beispiel der Ausführungsöffnung 27 ist in F i g. 4 dargestellt. Wie gezeigt, ist eine Kabelhalterung 151 durch Ausschneiden und Herabbiegen eines Teils des oberen Endes des Schutzgehäuses 15 gebildet, und die obere Oberfläche der Kabelhalterung 151 ist mit zwei Eindrückungen 152 versehen, deren Krümmungsradius eiern Außenradius des Außenleiters 224 entspricht, so daß ein guter elektrischer Kontakt mit dem Außenleiter 224 der Heizfaden-Zuleitung 222 gewährleistet wird. Eine komplementäre oder entsprechende Halterung 172 ist für die Kappe 17 des Schutzgehäuses 15 vorgesehen. Hierdurch werden die Außenleiter der Heizfaden-Zuleitungen zwischen die Kabelhalterungen 151 und 172 geklemmt, so daß zwischen diesen eine gute elektrische Verbindung entsteht.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäß als Heizfaden-Zuleitung verwendeten Koaxialkabels.

Die den in F i g. 3 gezeigten Teilen entsprechenden Teile sind in F i g. 5 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das in F i g. 5 gezeigte Kabel unterscheidet sich von dem in F i g. 3 gezeigten dadurch, daß der Innenleiter 221 schraubenförmig ausgebildet ist, um die effektive Länge des Kabels zu erhöhen.

Bezeichnet man die Permeabilität des Isolators eines Koaxialkabels in komplexer Schreibweise mit ti = u — ju' und die Dielektrizitätskonstante in komplexer Schreibweise mit έ ~ ε—/V₁ so ergibt sich für die Dämpfung M einer elektrischen Welle der Frequenz / folgende Gleichung:

M *π

worin / die Länge des Koaxialkabels bedeutet.

Wie aus dieser Gleichung entnommen werden kann, ist bei der Grundfrequenz oder einer ausrei-

5 6

chend hohen Frequenz, wie einer höher Harmo- zu unterdrücken, ohne daß teure Filterbestandteile

nischen derselben die Dämpfung M der elektromagne- wie herkömliche Drosselspulen, Bariumtitanatkera-

tischen Welle ausreichend groß. Die Dämpfung nimmt mik-Kondensatoren od. dgl. verwendet werden müß-

jedoch bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen, ten. Darüber hinaus strahlen die Zuleitungen selbst

beispielsweise bei VHF-Frequenz, ab, so daß zur 5 die Welle nicht ab. Da erfindungsgemaß die Heiz-

Erhöhung der Dämpfung die Koaxialkabellänge / in fadenklemmcn und die äußeren Klemmen der Zu-

ausrcichendem Maße erhöht werden muß. leitungen durch die Koaxialkabel miteinander ver-

Fig. 6 zeigt im Diagramm einen Vergleich der bunden sind, sind Verbindungen zwischen einzelnen Dämpfungen. Die ausgezogene Linie A zeigt die Ab- Bestandteilen eines Filters herkömmlicher Art überhängigkeit der Dämpfung der Welle je Meter eines io flüssig, so daß die Zuverlässigkeit des Magnetrons Koaxialkabels von der Frequenz, wobei die Isolier- verbessert wird. Da ferner keine großen Bauteile, schichten 222 und 223 des Koaxialkabels aus Ferrit- beispielsweise Spulen und Kondensatoren, verwendet gummi hergestellt sind. Wie die ausgezogene Linie/1 werden, können die Kosten abgesenkt werden. Ferner zeigt, nimmt die Dämpfung des Koaxialkabels mit brauchen keinerlei Filterelemente im Schutzgehäuse der Frequenz zu. Berücksichtigt man die Tatsache, 15 untergebracht zu werden, wie es bei herkömmlichen daß die Störwellen-Ableitung zur Kathodenseite des Magnetrons der Fall ist, so daß der Abstand zwischen Magnetrons hauptsächlich bei der Grundfrequenz dem Joch 4 und der oberen Oberfläche 171 der von 2450 MHz und ihren höher Harmonischen auf- Kappe 17, und damit die Baugrößc des gesamten tritt, so zeigt die ausgezogene Linie A, daß die Dämp- Magnetrons, verringert werden kann.
fung der elektromagnetischen Welle durch das Ko- 20 Der zur Absorption der Mikrowellencnergie veraxialkabel ausreichend groß ist, um die unzulässige wendete Ferritgummi des Koaxialkabels kann durch Abstrahlung hochfrequenter Störungen zu verhindern. ein Kohlenstoff enthaltendes Harz ersetzt werden. Die gestrichelte Kurve B in F i g. 6 zeigt die Abhän- Als Harz ist hier eine sogenannte hochmolekulare gigkeit der Dämpfung von der Frequenz bei einem Verbindung gemeint, beispielsweise Silikonkautschuk herkömmlichen Filter, der einzelne diskrete Schal- 35 oder Kunststoffe wie Vinylchlorid. An Stelle der tungsclemente in Form von Spulen und Kondensa- zwei Schichten, nämlich der Mikrowellenenergie abiorcn enthält, wobei die Werte der Spule und des sorbierenden Schicht 222 und der die Isolierung verKondensators L — 5 μΗ bzw. C = 500 pF betragen. bessei nden Polyäthylenschicht 223. kann auch die Die Kurve B zeigt deutlich, daß im dargestellten Mikrowellenenergie absorbierende Schicht allein ausFrequenzbereich das Filtervermögen sehr gering ist 30 reichend sein. Ferner kann auf den Außenleiter eine und daß bei bestimmten Frequenzen keine merkliche isolierende Harzschicht aufgebracht werden und, um Filterwirkung zu erwarten ist. die Ableitung der Wärme vom Heizfaden zu den

Da bei dem erfindungsgemäßen Magnetron Ko- Heizfaden-Zuleitungen zu vermeiden, können an

axialkabel als Heizleitcr-Zuleitungen verwendet wer- Metallrohren der Kathodenklemme oder an dem mit

den, mit denen Mikrowellenenergie absorbiert werden 35 den Rohren verbundenen freiliegenden Innenleiter

können, ist es möglich, die unzulässigen clektro- des Koaxialkabels in geeigneter Weise angebrachte

magnetischen Wellen in einem breiten Frequenzband Wärmeableitungseinrichtungen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetron mit einer einen Heizfaden enthaltenden Kathode, mit einer koaxial zur Kathode angeordneten Anode, mit einem Magneten zum Aufbau eines magnetischen Feldes in einem Wirkungsraum zwischen der Kathode und der Anode und mit die Klemmen des Heizfadens der Kathode mit äußeren Spciseklemmen verbindenden Heizfaden-Zuleitungen mit Filtereigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß jed-Heizfaden-Zuleitung ein Koaxialkabel (22) enthält, das einen Innenleiter (221) zur Zufuhr eines Heizstroms zum Heizfaden, wenigstens eine den Innenleiter umgebende Isolierschicht (222, 223), die mit e'nem Material zur Erzeugung hoher Mikrowellen-Verluste versehen ist, sowie einen elektrisch leitenden, die Isolierschicht(en) umgebenden geerdeten Außenleiter (224) umfaßt, und dessen Länge derart bemessen ist, daß sich bei einer vorgegebenen Frequenz und einer vorgegebenen Mikrowellen-Dämpfungseigenschaft der Isolierschicht eine ausreichende Dämpfung von Mikrowellenenergie einstelli.

2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Isolierschicht (222) eint Schicht aus einer hochmolekularen Verbindung umfaß', die cn Pulver ferromagnetischem Materia! enthält.

3. Magnetron nach Ans; ruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenenergie absorbierende Isolierschicht (222) eine Schicht aus einer hochmolekularen Verbindung aufweist, die feine Teilchen aus einem elektrisch leitenden Material enthält.

4. Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Mikrowellenenergie absorbierende Isolierschicht (222) den Innenleiter (221) umgibt und ihrerseits von einer zweiten die Isolierfestigkeit verbessernden Schicht (223) umgeben ist.