DE922417C - Abstimmbares Magnetron mit einer Vielfachhohlraum-Anode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Entladungseinrichtungen, bekannt als Magnetronröhren, welche zur Erzeugung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Wellen dienen, und besonders auf solche Magnetrons, bei denen für die Abstimmung der Röhren auf eine gewünschte Oszillatorfrequenz mechanisch bewegte Teile zur Verwendung kommen.

Das Hauptmerkmal an Magnetronröhren ist eine Anode mit einem oder mehreren Hohlräumen, von denen jeder nach einer Seite offen ist, und einer in der Nähe der Öffnung angeordneten Kathode. Die Hohlräume liegen in Resonanz mit der Frequenz der erzeugten Wellen. Die Anoden mit mehreren Hohlräumen sind gewöhnlich so konstruiert, daß die Hohlräume die Kathode umgeben, wobei deren offene Seiten der Kathode zugekehrt sind. Eine vorteilhafte Bauweise solch einer Vielfachhohlraum-Anode ist, auf der Innenfläche eines Kupferzylinders eine Anzahl von strahlenförmig nach innen gerichteten flachen Kupferstücken anzubringen. Die Fläche zwischen den jeweils benachbarten Flachstücken bildet dann einen Hohlraum und die freien Enden dieser Stücke die Hohlraumöffnung in der Nähe der Kathode. Bei einer anderen Bauweise können die Hohlräume aus einem massiven Kupferblock ausgebohrt und dann durch Schlitze mit einem in der Mitte befindlichen Bohrloch, in welchem die Kathode liegt, verbunden werden. Diese und andere Konstruktionen sind bekannt.

Es ist auch bekannt, daß man Magnetrons durch in die Hohlräume eingeführte elektrische Leiter abstimmen kann. Ein in einen Hohlraum in der Nähe des äußeren Anodenzylinders eingefügter Leiter ändert die Induktanz des Hohlraumes, während ein Leiter, der in den Zwischenraum an den

Enden, welche die Öffnung bilden, eingefügt wird, den kapazitiven Widerstand des Hohlraumes ändert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen von Abstimmelementen beider Typen, und sie ist anwendbar für Abstimmelemente, welche den kapazitiven oder induktiven Widerstand bzw. beide Widerstände gleichzeitig ändern. Ferner ist die Herstellung eines Abstimmers bekannt, bei welchem man an einem gemeinsamen Halter eine ίο Anzahl Leiter so befestigt, daß sie in den Hohlräumen hinein- oder herausbewegt werden, wenn der Halter durch einen geeigneten Mechanismus, welcher von der Außenseite .der Röhre überwacht werden kann, bewegt wird. Solche Abstimmer sind aus einem Stück gefertigt worden, und wegen ihres Aussehens zählt man sie oft zu den sogenannten Dornenkronenabstimmern.

Mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird es möglich, den Frequenzvariationsbereich zu erhöhen.

In früheren Magnetronanordnungen wurden beim Versuch, über einen weiten Frequenzbereich - abzustimmen, die Schwingungseigenschaften der Abstimmanordnung davon abhängig, wie weit diese. sich der erwünschten Resonanzeigenschaft des Magnetrons näherte. Unter solchen Bedingungen wird dem Magnetron durch den Abstimmer unnötig Energie entzogen, wodurch die Wirksamkeit des Magnetrons für solche Frequenzen herabgesetzt wird. Zusätzlich wird die durch den .Abstimmer entzogene Energie in demselben als Hitze vergeudet, evtl. wird der Abstimmer überhitzt.

Die Schwingeigenschaften des Dornenkronenabstimmers werden bestimmt durch die Parameter des elektrischen Kreises, welche zwischen den benachbarten Abstimmelementen bestehen, z. B. die Strecke des Verbindungsstückes zwischen einem Paar benachbarter Abstimmelemente. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Länge eines solchen Verbindungsstückes derart geändert, daß die Abstimmanordnung einschließlich des Verbindungsstückes nur auf einer Frequenz schwingen kann, die weit abliegt von dem erwünschten Betriebsfrequenzbereich des Magnetrons. Dies wird erreicht, indem der Abstimmer mit längeren Abstimmelementen versehen ist, zwischen denen sich tiefe Schlitze befinden. In diesem Fall hat man jedoch herausgefunden, daß der so erhaltene Ab¹-stimmer zu groß ist für die Verwendung in einigen Magnetrons kleineren Ausmaßes und daß die längeren Abstimmelemente manchmal in mechanische Schwingungen geraten, was unerwünscht ist. Es wurde herausgefunden, daß die mechanische Vibration durch eine Konstruktion verhindert werden kann, welche die Resonanzfrequenzen des Abstimmers in zwei Gruppen trennt. Erfindungsgemäß wird die eine dieser Gruppen so gewählt, daß sie über, die andere so, daß sie unter dem Betriebsfrequenzbereich des Magnetrons liegt. Dementsprechend werden Schlitze zwischen den Abstimmelementen angebracht, und zwar abwechselnd lange für die eine Gruppe und kurze für die andere Gruppe der Resonanzfrequenzen. Die Abstimmelemente werden dadurch mechanisch fester als mit den langen Schlitzen allein. Diese Form eines Ab-Stimmers wird Strahlenkranzabstimmer genannt.

Um die Strahlenkranzabstimmerkonstruktion in einem Magnetron verwenden zu können, welches innerhalb eines erweiterten Frequenzbereiches betrieben werden kann, ist es erforderlich, daß der Längenunterschied zwischen den langen und kurzen Schlitzen ziemlich groß sein muß, um die gewünschte Trennung der Abstimmresonanzen zu erreichen. Dabei kann es vorkommen, daß die Ausmaße des Abstimmers unzulässig groß werden.

Es wurde herausgefunden, daß der Abstimmer in axialer Richtung kürzer gemacht werden kann, bei Wahrung des gleichen Abstimmbereiches, indem man die längeren Schlitze in Höhlungen auslaufen läßt, deren Weiten wesentlich größer sind als die der Schlitze. Diese Höhlungen verlängern die Schlitze elektrisch, so daß sie mit den Schlitzen von beträchtlich größerer Länge auf den gleichen elektrischen Wert gebracht werden. Diese verbesserte Abstimmerform kann auf viele Arten konstruiert werden. Man hat herausgefunden, daß man .noch weit bessere Ergebnisse erzielen kann mit Gebilden, welche Räume zwischen den Abstimmelementen aufweisen, wobei es drei oder mehr Gruppen von Räumen verschiedener Gestalt gibt.

Die Erfindung soll an Hand einer Anzahl von Verkörperungen und Abänderungen des Strahlenkranzabstimmers verständlich gemacht werden. In einer Abänderung der hier aufgezeigten Erfindung bestehen die Abstimmanordnungen aus Abstimmelementen, die durch drei verschiedene Hohlraumgruppen getrennt werden. Der erste Hohlraum ist ein Schlitz, welcher in die Abstimmanordnung hineinreicht und den Abstand des Abstimmelementes darstellt. Ein zweiter Hohlraum ist ein in die Ab-Stimmanordnung hineinreichender Schlitz, der den Gesamtabstand desselben darstellt und nur einen Haltering am oberen Ende der Abstimmanordnung hinterläßt. Ein dritter Hohlraum besteht aus einem Schlitz, der in eine rechteckige Höhlung im oberen Teil der Abstimmanordnung ausläuft. Die Abstimmelemente sind durch einen Hohlraum aus einem der drei Gruppen getrennt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Abstimmelemente durch zwei Hohlraumgruppen getrennt. Ein Hohlraum besteht aus einem Schlitz, der durch das Abstimmelement hindurchreicht, während der andere Hohlraum aus einem Schlitz besteht, der in eine rechteckige Höhlung ausläuft, wobei die Hohlräume der einen Gruppe in bezug auf diejenigen der anderen Gruppe sich einander abwechseln.

Bei einer weiteren Abänderung dieser Form werden die Abstimmelemente durch zwei Gruppen von Hohlräumen getrennt, deren erste aus Schlitzen besteht, die in rechteckige Höhlungen auslaufen, während die andere durch die Abstimmanordnung hindurchgehende Schlitze darstellen, wobei sich jeweils zwei Schlitze der zweiten Gruppe zwischen jedem benachbarten Paar der ersten Hohlraumruppe befinden.

Diese Darstellungen sind im einzelnen in Verbindung mit den Zeichnungen wie folgt beschrieben:

Fig. ι veranschaulicht einen Längsquerschnitt einer Magnetronanordnung, wie sie diese Erfindung verkörpert;

Fig. 2 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. i, welcher auf der Linie 2-2 von Fig. ι verläuft;

Fig. 3 veranschaulicht eine perspektivisch vergrößerte Ansicht der Abstimmanordnung, wie sie in der Anordnung (Fig. ι und 2) zur Anwendung kommt;

Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen die Entwicklung von verschiedenen Abänderungen von Abstimmanordnungen, wie sie in einem Magnetron zur Verwendung gelangen können.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine Magnetronentladungsvorrichtung, die aus einem Anodenblock

10 besteht, der in seinem Innern ein zylindrisches Bohrloch 11 enthält. Von den Seiten dieses Bohrloches erstrecken sich strahlenförmig nach innen eine Anzahl von Anodenflügeln 12, welche symmetrisch zur Achse des Bohrloches 11 angeordnet sind. Wie man sieht, sind die Anodenflügel 12 im wesentlichen rechteckige Glieder aus leitendem Material, wie Kupfer, die mit der Oberfläche des Bohrloches 11 fest verbunden sind und bis zu einem Punkt hineinlaufen, der ein wenig von der Achse des Bohrloches 11 entfernt ist. Die unteren Kanten der Anodenflügel 12 sind nahe an den inneren Enden wechselweise durch einen leitenden Haltebügel 13 verbunden. Das untere Ende der Bohrung

11 ist durch eine Verschlußplatte 14 verdeckt, welche am Anodenblock 10, z. B. durch Verlöten, angebracht wird. Auf der Platte 14 und durch eine Öffnung in derselben hindurchgehend befindet sich ein magnetisches Polstück 15. Durch eine Bohrung im Polstück 15 geht eine Kathodenanordnung in zylindrischer Form 16, die zur Bohrung 11 axial gelagert ist. Die Kathodenanordnung 16 besteht aus einem Haltezylinder 17, welcher an dem Punkt mit einer emittierenden Schicht überzogen ist, wo er zwischen den Enden der Anodenflügel 12 hindurchgeht. Das obere Ende des Zylinders ist mit einem leitenden Kopf verbunden, dessen Kanten aus dem emittierenden Stoff herausragen (17). Ein Zylinder 19 umgibt und schließt den Kathodenzylinder 17 unterhalb der emittierenden Schicht ein. Der Zylinder 19 verhindert in Verbindung mit dem Kopf 18 im wesentlichen die Elektronenbewegung von der Kathode zur Anodenariordnung in axialer Richtung der Bohrung 11. Der Zylinder 19 reicht unter Wahrung eines Abstandes in die Öffnung des Polstückes 15 hinein. Zylinder 19 ist an der tiefer gelegenen Halterung 20 befestigt, welche durch eine eingeschmolzene Glasstütze 21 koaxial zur Halterung 20 mit einem metallischen Zylinder 22 verbunden ist, welcher seinerseits Verbindung mit dem unteren Polstück 15 hat. Die Halterung 20, welche hohl ist, enthält in ihrem Innern einen Leiter, welcher, da er isoliert geführt sein muß, durch einen Keramikverschluß 23 gestützt wird. Besagter Innenleiter ist mit einem Ende eines Kathodenheizelementes ij^a verbunden, welcher im Innern des Kathodenzylinders 17 in der Nähe des emittierenden Überzuges liegt, das andere Ende des Kathodenheizelementes ist mit dem Abschlußkopf 18 verbunden. Hier wurden die Einzelheiten der Kathodenanordnung mit Hilfe eines Beispiels veranschaulicht und beschrieben, doch kann jede beliebige Kathodenanordnung zur Anwendung gelangen.

In die durch die Anodenflügel geformte Vertiefung reichen mehrere Abstimmelemente 24 hinein, die durch den kranzförmigen Körper einer Ab-Stimmanordnung 25 gehalten werden. Die Abstimmanordnung 25 enthält einen oberen Ring 26 und ein zylindrisches, einwärts gerichtetes Halteglied 27, wobei die Abstimmelemente 24 an der unteren Kante des Stützzylinders 27 befestigt sind. Der Stützzylinder enthält Schlitze und öffnungen von verschiedener Form und Größe, welche aufrecht zwischen die Abstimmelemente zu stehen kommen. Die Abstimmanordnung 25 ist fest verbunden mit einem beweglichen magnetischen Halterungsstab, welcher durch ein oben befindliches Magnetpolstück 29 hindurchläuft und mit einer hier nicht sichtbaren mechanischen Anordnung verbunden ist, um den Magnetstab in der Längsrichtung zur Achse der Bohrung 11 bewegen zu können. Das obere Polstück 29 ist mit einer oben befindlichen Kupferplatte 30 verbunden, die ihrerseits mit dem Anodenblock 10 verschweißt ist. Einen Vakuumverschluß zwischen der Deckplatte 30 und dem magnetischen Halterungsstab 28 erhält man durch eine Faltenbalgvorrichtung 31. Dazu ist deutlich zu bemerken, daß die Art der Faltenbalgvorrichtung und der Abstimmerhalterungsanordnung ein beliebiges Aussehen haben kann.

Ein Permanentmagnet 32 ist vorgesehen, welcher, wie veranschaulicht, die Hufeisenform aufweist und dessen Pole nahe über bzw. unter den Magnetpolstücken 15 und 29 liegen. Ein Ausgangskreis ist vorgesehen, welcher aus einer Auskoppelschleife 34 besteht, die in eine der öffnungen zwischen den i°5 Anodenflügeln 12 hineinreicht, wobei das eine Ende dieser Schleife mit dem Anodenblock verbunden ist und das andere Ende durch ein Bohrloch im Anodenblock 10 herausragt und so den Mittelleiter 35 einer Koaxialleitung bildet. Zwischen dem Mittelleiter 35 und einem Außenleiter 36 dieser Leitung befindet sich ein Vakuumverschluß, welcher in den Anodenblock 10 z. B. durch Verlöten eingelassen wird.

Wenn nun an das Kathodenheizelement eine entsprechende Heizspannung gelegt wird, die man z. B. einem Heizspannungsversorgungsteil 37 entnimmt, und eine entsprechende Hochspanung zwischen Anode und Kathode legt, z. B. vermittels eines Hochspannungsversorgungteiles 38, so wird die Vorrichtung auf einer Frequenz schwingen, die durch die Größe der Hohlräume, die von den Anodenflügeln 12 gebildet werden, und von der Stellung der Abstimmanordnung 25 zu diesen Höhlräumen bestimmt wird. Die einzelnen hierin erläuterten Elemente befinden sich auf den inneren

Enden der Anodenflügel 12, und hieraus ergibt sich die gleiche Kapazität der Hohlräume. Doch kann auch jede andere beliebige Art von Abstimmung angewendet werden, wie z. B. Schleifen- oder Induktanzabstimmung oder eine Kombination von Induktanz- und Kapazitanzabstimmung.

In der Fig. 4 wird das Entwicklungsmuster einer Abstimmanordnung gezeigt, bei welcher die Strahlenkranzform angewendet wurde, um den Ab-Stimmbereich auf beiden Seiten der Betriebsfrequenz der Einrichtung zu erweitern. Oben sieht man den Haltering 26/ von welchem der zylindrische Stützer 27 herabhängt. Am unteren Ende des Stützers 27 sind die Abstimmelemente angebracht, die zwischen die Anodenflügel 12 eingefügt sind. Die Abstimmelemente sind durch Zwischenräume getrennt, so daß sie in verschiedene Hohlräume zwischen den Anodenflügeln 12 eingefügt werden können. Eine Art der Zwischenao räume besteht aus Schlitzen, welche sich im wesentlichen von der unteren Kante der Abstimmelemente in Längsrichtung zwischen ihnen aufwärts hinziehen. Die Schlitze 29 liegen zwischen den abwechselnd folgenden Paaren der Abstimmelemente 24. Die restlichen Paare der Abstimmelemente sind durch die Schlitze 40 getrennt, die sich zwischen den Abstimmelementen 24 aufwärts erstrecken und in rechtwinkligen Ausbuchtungen, die bis zum oberen Haltering 26 reichen, enden. Die elektrische Länge der Schlitze 40 und der Hohlräume 41 entspricht einem Schlitz, der viel länger ist als die Gesamtlänge der Schlitze 40 und Hohlräume 41. So kann eine Abstimmanordnung unter Anwendung der Strahlenkranzform zur Erweiterung des Abstimmbereiches gebaut werden, die beträchtlich kleiner sein kann, als dies bei Anwendung von Schlitzformen allein möglich wäre.

In der Fig. 5 wird das Entwicklungsmuster einer weiteren Abänderung einer Abstimmanordnung gezeigt, in welcher der obere Haltering 26 und das Halteglied 27 die Stellung der Abstimmelemente 24 in den Hohlräumen zwischen den Anodenflügeln 12 bestimmt.

Eine erste Art von Hohlräumen 39 zwischen den Abstimmelementen 24 besteht aus Schlitzen, welche zwischen diesen Elementen im wesentlichen der Längsrichtung nach aufwärts verlaufen, und eine andere Art Hohlräume, bestehend aus' den Schlitzen 40, welche zwischen den Abstimmelementen 24 nach oben verlaufen und in rechtwinkligen Aussparungen enden. Zwei Hohlräume 39 liegen zwischen jedem Hohlraumpaar, welches aus den Schlitzen 40 und den Aussparungen 41 besteht.

Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Abänderung dieser Erfindung, welche der in Fig. S gezeigten ähnelt, mit der Ausnahme, daß drei Schlitze 39 zwischen jedem Hohlraumpaar liegen, das aus den Schlitzen 40 und den Aussparungen 41 besteht.

Fig. 7 zeigt noch eine weitere Abänderung dieser Erfindung, welche jener in Fig. 6 ähnlich ist, ausgenommen, daß der mittlere Schlitz der Gruppe von drei Schlitzen 39, der zwischen den aus den Schlitzen 40 und den Aussparungen 41 bestehenden Hohlraumpaaren liegt, weiter in die Halterung hineinragt als dessen benachbarte Schlitze.

Die in den Fig. i, 2 und 3 gezeigte Abänderung der Einrichtung weist eine Abstimmanordnung auf, die jener in der Fig. 7 gezeigten ähnelt, ausgenommen, daß der mittlere Schlitz 39 bis zum Haltering verläuft.

Es ist klar, daß die hier gezeigten Spielarten der Abstimmanordnungen nur Beispiele darstellen und daß jede beliebige Reihenfolge von Schlitzgruppen angewendet werden kann. Tatsächlich kann die Schli.tzeinreihung, wenn erwünscht, beliebig erfolgen.

Hiermit ist die Beschreibung der einzelnen Verkörperungen der hierin veranschaulichten Erfindung abgeschlossen. Beispielsweise kann jede beliebige Magnetronanodenform verwendet werden, 8c und die Abstimmerbauart ist nicht unbedingt beschränkt auf Bauarten, bei welchen die Bewegung parallel zur Achse der Elektronenentladungseinrichtung erfolgt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Abstimmbares Magnetron mit einer Viel-■— fachhohlraum-Anode, einer Kathode und einer mechanisch bewegbaren Abstimmanordnung mit mehreren Abstimmelementen, von denen jedes in einen der Hohlräume besagter Anode hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente aus elektrisch leitendem Material bestehen und jedes Paar benachbarter Abstimmelemente einen elektrischen Schwingkreis darstellt, der auf einer von der Betriebsfrequenz abweichenden Frequenz in Resonanz kommen kann, wobei alle Resonanzfrequenzen der Kreise besagter Abstimmanordnung außerhalb des Betriebsfrequenzbereiches der Anodenkonstruktion des Magnetrons liegen.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar benachbarter Abstimmelemente der Abstimmanordnung durch einen Hohlraum solcher Größe getrennt ist, daß die jeweils benachbarten elektrischen Kreise ihre Eigenresonanzen bei verschiedenen Frequenzen haben.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten elektrischen no Kreise besagter Abstimmanordnung abwechselnd ihre Eigenresonanzen über und unter dem Betriebsfrequenzbereich der Anodenkonstruktion haben.
4. 4. Magnetron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente besagter Abstimmanordnung durch Schlitze getrennt sind und die Längen dieser Schlitze elektrisch effektiv größer sind als ein Viertel der Betriebswellenlänge des Anodenhohlraum- iso resonators.
5. 5. Magnetron nach Anspruch 1, 2 oder. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente besagter Abstimmanordnung durch Schlitze getrennt sind und die benachbarten Schlitzpaare verschiedene Längen aufweisen.
6. 6. Magnetron nach Anspruch ι, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Abstimmelemente besagter Abstimmanordnung durch Abstände voneinander getrennt sind und die benachbarten Abstände verschiedene Formen aufweisen.
7. 7. Magnetron nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Abstimmelemente besagter Abstimmanordnung durch Abstände voneinander getrennt sind, welche entweder die Form von glatten Schlitzen haben oder Schlitze sind, die in vergrößerten Aussparungen enden, und daß gegebenenfalls zwei oder mehr Schlitze zwischen jedem Schlitzpaar liegen, die in vergrößerten Aussparungen enden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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