DE3614852A1 - Magnetron - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetron und insbesondere ein Magnetron, das mit verbesserten Drahtringen ausgestattet ist.

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Fig. IA zeigt in einer teilweisen Vorderansicht den Aufbau eines herkömmlichen Magnetrons gemäß der JP-GM 55562/1983. Fig. IB zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie X - X in der Fig. IA. Fig. IC zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y - Y in Fig. IB₁ Bezugnehmend auf diese Figuren ist ein Magnetron 1 in seiner Mitte mit einer Kathode 2 versehen, die im Inneren einen Draht zur Erzeugung von Elektronen aufweist. Mehrere speichenförmige Rippen 3 sind radial um •ii" Kathode 2 angeordnet. Die äußeren Enden dieser Rip-

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pen 3 sind an der Innenwand eines Anodenzylinders 4 befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet. Zwei innere Drahtringe 5a, die so ausgewählt sind, daß sie den gleichen Durchmesser haben, sind an den oberen und unteren Enden (Fig. IA und IB) der Rippen 3 vorgesehen. Die inneren Drahtringe 5a sind an Positionen im Abstandsverhältnis von 13 % zu den Vorderenden der Rippen 3 bezogen auf ihre Gesamtlänge L angeordnet. Weiterhin sind an den oberen und unteren Enden der Rippen 3 zwei äußere Drahtringe 5b angeordnet, die größer als die inneren Drahtringe 5a sind, und so ausgewählt sind, daß sie den gleichen Durchmesser haben. Diese inneren und äußeren Drahtringe 5a und 5b sind so an den Rippen befestigt, daß sie abwechselnd jede zweite Rippe 3 kurzschließen. Genauer gesagt ist der innere Drahtring 5a an den oberen Enden der Rippen 3 und der äußere Drahtring 5b an den unteren Enden der Rippen 3 jeweils an den gleichen alternierenden Rippen 3 befestigt, während der äußere Drahtring 5b auf den oberen Enden der Rippen 3 und der innere Drahtring 5a auf den unteren Enden jeweils an den verbleibenden Rippen 3 befestigt sind. Je zwei benachbarte Rippen 3 und die Innenwand des Anodenzylinders 4 bilden teilweise in Richtung auf die Kathode 2 offene Kammern 6, um die Hohlraumresonatoren zu bilden, wodurch die Schwingfrequenz des Magnetrons 1 durch die Resonanzfrequenz der Hohlraum-

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resonatoren bestimmt wird. Ein zwischen den Rippen 3 und der Kathode 2 gebildeter Spalt 7 wird als ein Koppelraum bezeichnet. An dem Koppelraum 7 wird parallel zur mittleren Achse der Kathode 2 ein gleichmäßiges Gleichstrommagnetfeld angelegt. An diesem Ende sind Permanentmagnete 8 in der Nähe der jeweiligen oberen und unteren Enden des Anodenzylinders 4 angeordnet. Zwischen Kathode 2 und Rippen 3 wird ein Gleichstrom oder eine niederfrequente Hochspannung angelegt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau v/erden in den Hohlraumresonatoren ausgebildete elektrische Hochfrequenzfelder auf die vorderen Enden der jeweiligen Rippen 3 konzentriert und streuen teilweise in den Koppelraum 7. Die inneren und äußeren Drahtringe 5a und 5b verbinden die alternierenden Rippen 3, und damit befinden sich die jeweils benachbarten Rippen 3 auf entgegengesetzten Hochfrequenzpotentialen. Daher rotiert eine von der Kathode 2 emittierte Elektronengruppe in dem Koppelraum um die Kathode 2, wodurch zwischen der Elektronengruppe und dem elektrischen Hochfrequenzfeld eine Kopplung stattfindet, um Oszillation von Mikrowellen zu verursachen. Die durch diese Oszillation erhaltenen Mikrowellen werden nach außen durch eine Antenne 10 geführt, die mit einer Rippe 3 verbunden ist. Da der Umwandlungswirkungsgrad in die Mikrowellenenergie nicht 100 % beträgt, wird die

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Energie der Elektronengruppe teilweise als Wärme verbraucht. Daher sind an dem Außenumfang des Anodenzylinders 4 Rippen 11 vorgesehen, um die Wärme abzustrahlen. Anzumerken ist, daß die Fig. IB nur den Innenaufbau des Anodenzylinders zeigt und die Kühlrippen 11 etc. nicht gezeigt sind.

Für das oben beschriebene Magnetron gibt es internationale Standardwerte, die von der ITU' (International Telecommunication Union) errichtet worden sind, wobei die Basisfrequenz von 2450 MHz den Geräten zum Erwärmen von Nahrungsmitteln, medizinischen Anwendungsgebieten, Teilen industrieller Geräte und dgl. zugeordnet ist. Bei solchen Anwendungen oszilliert das Magnetron idealerweise daher nur Mikrowellen mit der Basisfrequenz von 2450 MHz, während dieses Gerät in der Praxis zahlreiche höhere Oberwellen erzeugt. Innerhalb solcher höherer Oberwellen überlagert sich die fünfte höhere Oberwelle mit einer Frequenz von 12,25 MHz mit dem Frequenzbereich, der für Satellitenrundfunkübertragung in der Praxis kürzlich übernommen worden ist, wodurch zahlreiche Probleme verursacht werden.

A Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

ein Magnetron zu schaffen, bei dem die unerwünschten höheren Oberwellen unterdrückt werden.

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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Drahtringe zur elektrischen Kopplung der Rippen in alternierender Weise so angeordnet sind, daß ihr Abstand von den vorderen, d.h. inneren Enden der Rippen größer als ein vorgegebener Bereich ist, und zwar so gewählt, daß die Erzeugung unerwünschter höherer Oberwellen unterdrückt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugung unerwünschter höherer Oberwellen wirksam unterdrückt werden, indem der Aufbau eines herkömmlichen Magnetrons auf einfache Weise ohne Hinzufügung irgendwelcher neuer Bauteile teilweise modifiziert wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. IA den Aufbau eines Magnetrons in

einer teilweise fragmentarischen Vorderansicht;

Fig. IB einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X in Fig. IA;

Fig. IC einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y-Y in Fig. IB; und

Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm, welches die

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Strahlungspegel verschiedener höherer Oberwellen bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Es wurde herausgefunden, daß die Erzeugung der vorstehend erwähnten höheren Oberwellen in gewisser Weise von der Lage der Drahtringe abhängt. Beispielsweise befinden sich die inneren Drahtringe auf einem Potential, welches mit dem der Rippen, mit denen sie gekoppelt sind, identisch ist. Solche Drahtringe werden im allgemeinen an Positionen nahe der vorderen Enden der Rippen angeordnet, wodurch sie aber auf die elektrischen Hochfrequenzfelder um die Rippen, die sich auf entgegengesetzten Potentialen befinden, einen ungünstigen Einfluß ausüben, d. h. auf die Rippen, mit denen die Drahtringe nicht elektrisch gekoppelt sind. Daher ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, diesen ungünstigen Einfluß durch größeren Abstand der Drahtringe über einem bestimmten Abstandsbereich von den vorderen Enden der Rippen zu verringern, wodurch die Erzeugung höherer Oberwellen unterdrückt wird.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, der Strahlungspegel aus der zweiten bis fünften Oberwelle für verschiedene Lagen der inneren und äußeren Drahtringe 5a und 5b bei dem Magnetron 1 gemäß der Fig. IA bis IC. In Fig. 2 zeigt die

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horizontale Achse das Abstandsverhältnis t/h χ 100 (%) zwischen dem Abstand von den vorderen bzw. inneren Enden der Rippen 3 zu den inneren Umfangsflachen (d. h. den Flächen gegenüber der Kathode 2) der inneren Drahtringe 5a und der Gesamtlänge L der Rippen 3; an der vertikalen Achse sind die relativen Werte des Strahlungspegels der verschiedenen Oberwellen aufgetragen, bezogen auf den Pegel bei einem Abstandsverhältnis von 13%, wie beim Stand der Technik.

Die Kennlinien A, B, C und D repräsentieren die zweite, dritte, vierte bzw. fünfte Oberwelle. Bei dieser Ausführungsform sind die Abstände zwischen den inneren Drahtringen 5a und den äußeren Drahtringen 5b immer konstant.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, verringern sich die Strahlungspegel der Oberwellen verglichen gegenüber dem herkömmlichen Fall mit zunehmender Annäherung der inneren Drahtringe 5a an die äußeren Enden der Rippen 3 und der Pegel der fünften Oberwelle fällt besonders extrem ab.

Somit kann die Erzeugung von höheren Oberwellen im Vergleich zum herkömmlichen Fall durch Anordnen der inneren Drahtringe 5a an Positionen, die zu den vorderen Enden

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der Rippen 3 einen Abstand aufweisen, der bezogen auf die Gesamtlänge L der Rippen 3 13 % übersteigt, unterdrückt v/erden. Vorzugsweise liegt ein solcher Bereich innerhalb von 18 bis 35 % und der optimale Bereich innerhalb von 21 bis 28 %.

Obwohl die vorstehende Ausführungsform anhand eines Magnetrons mit der Basisfrequenz von 2450 MHz beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses begrenzt und auch z.B. bei einem Magnetron anwendbar, dessen Basisfrequenz innerhalb von einem Bereich von beispielsweise 2400 bis 2500 MHz ausgewählt worden ist, oder weiterhin auch bei einem Gerät mit einer Basisfrequenz unterhalb dieses Bereiches .

Obwohl weiterhin die Ausführungsform speziell für der. Fall der Unterdrückung der fünften Oberwelle beschrieben worden ist, kann die Erzeugung von anderen höheren Oberwellen ebenfalls durch geeignete Auswahl der Positionen der Drahtringe, wie aus der graphischen Darstellung gemäß der Fig. 2 zu entnehmen ist, unterdrückt werden.

Obwohl ,jeweils zwei Drahtringe an den oberen und unteren Rändern der Rippen 3 beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche

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Anordnung begrenzt. Beispielsweise können ein oder mehrere Drahtringe nur an dem oberen oder unteren Ende der Rippen 3 oder ein innerer Drahtring kann entweder am oberen Ende oder unteren Ende der Rippen 3 vorgesehen sein, während ein äußerer Drahtring an den anderen Enden angeordnet ist. Weiterhin können die Drahtringe auch durch die Rippen hindurchgeführt sein.

Anzumerken ist, daß die Fig. IA bis IC lediglich ein Beispiel für das herkömmliche Magnetron zeigen und die vorliegende Erfindung bei anderen Magnetrontypen mit einigen Modifikationen angewendet werden kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand der Figuren beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche denkbar sind.

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Claims (14)

Patentansprüche 10

1. Magnetron bestehend aus einem Anodenzylinder (4); mehreren plattenförmigen Rippen (3), die radial in der Innenwand des Anodenzylinders angeordnet sind; einer Drahtringanordnung zur alternierenden elektrischen Kopplung der Rippen; einer senkrecht angeordneten Kathode (2), die sich den entsprechenden inneren Enden der Rippen nähert; und Elementen (8) zum Anlegen von Magnetfeldern entlang der Kathodenrichtung in einem Koppel raum (7) zwischen den inneren Enden der Rippen und dem Außenumfang der Kathode; wobei das Magnetron Mikrowellen mit einer gegebenen Basisfrequenz begleitet von Oberschwingungen erzeugt; dadurch gekennzeichnet , daß die Drahtringanordnung an Positionen angeordnet ist, die zu den inneren Enden

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der Rippen einen Abstand aufweisen, der einen vorbestimmten Abstand überschreitet, wodurch die Erzeugung von unerwünschten Oberwellen unterdrückt wird.

2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die gegebene Basisfrequenz in einem Bereich um 2450 MHz liegt, und die Drahtring anordnung an speziellen Positionen liegt, wodurch insbesondere die fünfte Oberwelle extrem unterdrückt werden kann.

3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die speziellen Positionen innerhalb eines Bereiches liegen, in dem das Verhältnis zwischen dem Abstand zu den inneren Enden der Rippen (3) und der Gesamtlänge L der Rippen über 13 % liegt.

4. Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Verhältnis im Bereich von 18 bis 35 % liegt.

5. Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Verhältnis im Bereich von 21 bis 28 % liegt.

6. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , daß die Basisfrequenz innerhalb eines Bereiches von 2400 bis 2500 MHz liegt.

7. Magnetron nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Basisfrequenz 2450 MHz beträgt.

8. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drahtringanordnung mehrere Drahtringe (5a, 5b) aufweist und der zur Kathode (2) am nächsten liegende Drahtring (5a) in einer Position in einem Abstand zu den inneren Enden der Rippen liegt, der einen vorgeschriebenen Abstand übersteigt.

9. Magnetron nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die gegebene Basisfrequenz innerhalb eines Bereiches um 2450 MHz liegt und die Drahtringeinrichtung an speziellen Positionen angeordnet ist, um insbesondere die fünfte Oberwelle zu unterdrücken.

10. Magnetron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die speziellen Positionen innerhalb eines Bereiches liegen, bei dem das Verhältnis zwisehen dem Abstand zu den inneren Enden der Rippen und der Gesamtlänge der Rippen 13 % übersteigt.

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11. Magnetron nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich innerhalb von 18 bis 35 % liegt.

12. Magnetron nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Bereich innerhalb von 21 bis 28 % liegt.

13. Magnetron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Basisfrequenz innerhalb eines Bereiches von 2400 bis 2500 MHz liegt.

14. Magnetron nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η ^s zeichnet, daß die Basisfrequenz 2450 MHz beträgt.