DE926559C

DE926559C - Verfahren zur Frequenzmodulation eines Magnetrons

Info

Publication number: DE926559C
Application number: DEI4283A
Authority: DE
Inventors: Philip H Peters Jun; Donald Aldrich Wilbur
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1950-06-22
Filing date: 1951-06-20
Publication date: 1955-04-21
Also published as: GB703656A; BE504142A; NL162137B; FR1051144A; US2774039A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Frequenzmodulation eines Magnetrons, und. zwar eines solchen Magnetrons, das als »Wanderfeldröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern« bezeichnet wird oder auch bezeichnet wird als »Wanderfeldmagnetron, dessen Erregerspannung durch die auf dem Wellenleiter verlaufende Spannung geliefert wird«. Im folgenden wird diese Art der der Erfindung zugrunde liegenden Wanderfeldröhren kurz als »Magnetron« bezeichnet werden. Es handelt sich demgemäß beim Erfindungsgegenstand um ein Einschlitzmagnetron oder um ein Mehrschlitzmagnetron mit Rollkreiserregung.

Die Frequenzmodulation hochfrequenter Energiequellen, ζ. B. von Magnetronschwingungserzeugeirn, wird mit Rücksicht auf die Entwicklung des Fernsehens und verwandter Gebiete immer wichtiger. Es sind bisher verschiedene Versuche unternommen worden, Magnetronschwingungserzeuger in ihrer Frequenz zu modulieren. So ist es beispielsweise bekannt, eine Frequenzmodulation durch Abstimmung des Resonanzkreises eines Magnetrons zu bewerkstelligen. Diese Resonanzkreisabstimmung wird durch ein zweites Magnetron erreicht, welches als Blindwiderstand zur Beeinflussung dar Resonanzfrequenz des Resonanzkreises des erstem Magnetrons dient. Jedoch ist bei dieser bekannten Anordnung der verfügbare Frequenzbereich begrenzt, und es ist ferner ein zusätzliches Magnetron nötig, um die frequenzmodulierte Energie zu erzeugen.

Die: Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Frequenzmodulation! eines Einschlitz- oder Mehr-

schlitzmagnetrons mit Rollkreiseirregung und mit den Entladungsraum umschließenden Anoden, ferner mit einer in diesem Entladunigsraum angeordneten Kathode, mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen und eines elektrischen Gleichfeldes im Entladungsraum zur Bildung einer sich bewegenden Raumladung zwischen der Kathode und der Anode, mit einem an die Anode angekoppelten Resonanzkreis oder innerhalb des ausgesteuerten Frequenzbereiches resonanzfähigen Gebilde und einem an den Resonanzkreis oder das Gebilde und an die Anode angekoppelten Eneirgieverbraucher, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis oder das Gebilde im Vergleich mit dem Betrieb als normaler Schwingungserzeuger so stark belastet wird und die Kathode so stark untererregt wird, daß die Elektronenemission der Kathode in die sich bewegende Raumladung hinein begrenzt wird, somit die Raumladung mit der Resonanzfrequenz außer Tritt kommt und die Geschwindigkeit der sich bewegenden Raumladung dadurch gesteuert wird, und daß die Geschwindigkeit, der Raumladung durch Modulation der Anodenspannung beeinflußt wird.

Somit wird gemäß der Erfindung ein Verfahren angegeben, um die Frequenz eines Magnetronschwingungserzeugers über ein breites Frequenzband hinweg zu verstellen.

In Fig. ι und 1A sind Einrichtungen zur Ausübung der Erfindung dargestellt und in Fig. 2 Kennlinien, welche den Verlauf der Leistung und der Frequenz in Abhängigkeit von der Anodenspannung angeben.

Bei erfindungsgemäß betriebenen Magnetronen ist die Betriebsfrequenz praktisch unabhängig von jedem Resonanzkreis und ist vielmehr entweder von der Anodenspiannung oder dar magnetischen Feldstärke oder von beiden Größen abhängig. Wenn man entweder¹ die Belastung eines Magnetrons vergrößert oder seine Kathodenemission verkleinert oder wenn man sowohl die Belastung vergrößert wie die Emission verkleinert, läßt sich die Frequenz der Magnetronschwingungen innerhalb eines weiten Bereichs abhängig von der zugeführten Erregung, z. B. abhängig von der Anodenspannung, verändern, wie weiter unten noch genauer erklärt werden wird. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung unter Zugrundelegung von Ekischlitz- und Zweischlitzmagnetronen mit Rollkreiserregung erläutert, ist jedoch grundsätzlich auch auf Magnetrone mit mehr als zwei Schlitzen anwendbar.

Es ist bekannt, daß Magnetrone auf dem Hochfrequenzgebiet als' Erzeuger elektromagnetischer Schwingungen benutzt werden. Zur Erläuterung der Erfindung sei zunächst ein gewöhnliches Magnetron mit einer Anode, einer Kathode, einem Resonanzkreis und einem Belastungswiderstand betrachtet. Die Anode besteht aus zwei Stücken, deren einander zugewendete Oberflächen einen etwa zylindrisehen Raum umschließen. In der Achse dieses Zylinderraumes liegt die Kathode. Der Resonanzkreis ist an die Anodenhälften angeschlossen, während der Belastungswiderstand am Resonanzkreis liegt. Wenn man ein geeignetes magnetisches Feld in der Achsenrichtung des zylindrischen Raumes anbringt und wenn man eine Gleichspannung zwischen die Kathode und die Anode legt, durchlaufen die Elektronen auf ihrem Wege von der Kathode zur Anode etwa kreisförmige Bahnen. Es entsteht also unter dem Einfluß des magnetischen und des elektrischen Feldes eine rotierende Raumladung zwischen der Kathode und der Anode. Es sei bemerkt, daß bei einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke vom Null an auf positive Werte und bei konstant bleibendem magnetischem Feld die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit oder Wanderungsgeschwmdigkeit dar Elektronenraumladung sich erhöht. Wenn die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit der Elektronenraumladung der Frequenz des Resonanzkreises entspricht, wird die Energie der Gleichstromquelle in hochfrequente elektromagnetische Energie im Resonanzkreis und im Belastungswiderstand umgewandelt.

Zur Erzeugung der Hochfrequenzschwingungen kann noch bemerkt werden, daß die rotierende Elektronenraumlädung in dem zwischen den Elektroden gelegenen Räume sogenannte Rauschspannungen hervorruft, welche Frequenzen entsprechend der- Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, der zwischen den Anodenhälften liegt, besitzen. Die Rauschspannungen sind auf. Unregelmäßigkeiten und zufällige Verschiebung in der rotierenden Elektronenraumladung zurückzuführen. Die Größe der Rauschspannungen ist zwar ziemlich gering, jedoch ist ein Bestandteil der Rauschspannung von der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises schon ausreichend, eine kleine Spannung im Resonanzkreis hervorzurufen, die ihrerseits wieder die Bildung eines Streufeldes zwischen den Anodenhälften zur Folge hat, so daß sich dadurch die Elektronenverteilung in der Raumladung, wenn auch nur geringfügig, abermals ändert. Dann wird jedoch wieder eine größere Spannung im Resonanzkreis erzeugt, was eine neue Änderung der Raumladungsverteilung zwischen den Magnetronanoden zur Folge hat, so daß diese schließlich in der Laufrichtung stark gebündelt wird.

Im stationären Betriebszustand des Magnetrons entsprechen die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit der Raumladung und die Frequenz des Resonanzkreises einander, und es ist ferner die Phase des Streufeldes des Resonanzkreises mit der erwähn ten Raumladungsbündelung, d. h. der Häufungsstelle der Elektronen im Synchronismus, so daß die Raumladung dem Streufeld zwischen den Anoden entgegenwirkt und daher eine Umwandlung der Gleichstromquellenenergie in Hochfrequenzenergie im Resonanzkreis auftritt. Dias hochfrequente elektromagnetische Feld, welches in den im allgemeinen zylindrischen Anodenzwischenraum hineinragt, besitzt eine zur Achse des Anodenraums radiale und ferner eine zu dieser Achse tangentialeKomponente, die also in die Bewegungsrichtung der Elektronenraumladung fällt. Die radiale Komponente des Hochfrequenzfeldes addiert sich oder subtrahiert sich vom Gleichstromfeld, welches zwischen den

Anoden übergeht, und zwar je nach der augenblicklichen Richtung des Hochfrequenzfeldes. Wenn die Hochfrequenzspannung im Resonanzkreis groß genug ist, fällt die Elektronenraumladung in Tritt mit der Frequenz des Resonanzkreises, da die Raumladung nämlich abwechselnd beschleunigt und verzögert wird, während sie an den Anoden vorbeiläuft, von denen wegen der Hochfrequenzkoinponente die eine ein höheres und die andere ein

ίο kleineres Potential besitzt, als es durch die Anodengleichspannung allein erzeugt wird. Die Elektronenraumladung erfährt auch, wenn sie sich entgegen der tangentialen Komponente des Hochfrequenzfeldes bewegt, eine Verzögerung. Die dabei verlorengehende Energie geht in das Hochfrequenzfeld über. Dies ist der Grund für den Übergang der Energie aus einer Gleichstromquelle in das Hochfrequenzfeld eines Magnetrons. Es sei ferner bemerkt, daß dieser Energieübergang in das Hochfrequenzfeld und der Vorgang der Bildung einer Häufungsstelle der Elektronen in der Raumladung infolge der Einwirkung des Hochfrequenzfeldes gleichzeitig auftretende Vorgänge sind.

Man kann sich ferner erklären, daß bei einem solchen Magnetron, wenn die Gleichspannung zwischen der Kathode und der Anode sich erhöht, auch die Winkelgeschwindigkeit der Elektronenraumladung anwächst und die Umlaufgeschwindigkeit der Raumladung mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises daher außer Tritt fallen kann. Mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit wächst nämlich die auf die Anode auftreffende Raumladung, es wächst daher auch die auf den Resonanzkreis übergehende Energie, was zur Folge hat, daß das hochfrequente Streufeld zunimmt. Daher wird, obgleich bei zunehmender Anodenspannung die Winkelgeschwindigkeit der Raumladung anwächst, durch die zunehmende Größe des hochfrequenten Streufeldes zwischen den Anoden die Elektronenraumladung verlangsamt und mit dem hochfrequenten Wechselfeld in Tritt gehalten. Dieser Mechanismus bewirkt jedcch keine vollständige Konstanthaltung der Schwingungsfrequenz, sondern es bleibt eine wenn auch sehr kleine Abhängigkeit von der Frequenz mit zunehmender Anodenspannung bestehen. Dieser Effekt wird als »pushing«-Effekt bezeichnet. Wie in der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise eines gewöhnlichen Magnetronschwingungserzeugers dargelegt ist, wird die Elektronenraumladung mit der Frequenz des Resonanzkreises auf dem Wege über das Streufeld im Anodenspalt in Tritt gehalten, und zwar auch dann, wenn die Anodenspannung erhöht wird. Bei einer solchen Erhöhung der Anodenspannung wird die durchschnittliehe Wanderungsgeschwindiigkeit der Elektronenraumladung zunehmen, so daß mehr Arbeit gegen das Streufeld geleistet wird und mehr Leistung in die Belastung oder den Ausgangskreis des Magnetrons transportiert wird. Die zunehmende Hochfrequenzspannung an der Belastung bedeutet, daß auch das Streufeld stärker geworden ist. Daher werden, während die die durchschnittliche Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronen erhöhenden Kräfte zunehmen, gleichzeitig auch die Kräfte, d. h. hauptsächlich das elektrische Streufeld, welches der Geschwindigkeitserhöhung der Elektronen entgegenwirkt, zunehmen, so daß die Elektronenraumladung mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises in Tritt gehalten wird. Wenn die die Elektronenraumladung in Tritt haltende Kraft, d. h. wenn das elektrische Streufeld verkleinert wird, kann die Elektronenraumladung mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises außer Tritt fallen. Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit der Hochfrequenzenergie im Ausgangskreis oder die brimsende Wirkung auf die Elektronenraumladung abhängig von der Anodenspannung geringer ist als die Anstiegsgeschwindigkeit der Gegenwirkung der Kräfte, welche die Elektronenraumladung durch die Reaktion des Hochfrequenzfeldes beeinflussen, und zwar ebenfalls wieder in Abhängigkeit vom der Anodenspannung, so wird ein Zustand erreicht, bei welchem die Elektronenraumladung nicht mehr mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises in Tritt ist. Bei Erreichung dieses Zustandes ist unter geeigneten Bedingungen die im Ausgangskreis entstehende Hochfrequenzenergie durch die durchschnittliche Geschwindigkeit der Raumladung bestimmt, d. h. für ein gegebenes Magnetron ist in einem gegebenen magnetischen Feld die Frequenz der Ausgangsenergie nicht mehr von der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises abhängig, sondern hängt vielmehr von der dem Magnetron zugeführten Anodenspannung ab.

Ein Weg, um die erwähnte Anstiegsgeschwindigkeit der Hochfrequenzspannung im Ausgangskreis des Magnetrons zu verkleinern, besteht darin, die Anodenbelastung zu erhöhen. Wenn man diese Belastung genügend zunehmen läßt, wird die Frequenz, die im Ausganskreis entsteht, hauptsächlich von der Anodenspanung abhängig und wird von der Resonanzfrequenz des Ausgangskreises so gut wie unabhängig.

Ein anderer Weg, um die Anstiegsgeschwindigkeit der Hochfrequenzenergie im Ausgangskreis zu verkleinern, besteht in einer Verkleinerung der Kathodenemission. Eine Verminderung der Emission bedeutet, daß mit zunehmender Anodenspannung weniger Leistung in die Belastung übergeht. Daher kann man durch die Anodengleichspannung die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit der Elektronenraumladung entscheidend beeinflussen. Vorzugsweise soll der Zustand, bei welchem die Ausgangs frequenz so gut wie unabhängig von der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises ist und diese Ausgangsfrequenz durch die durchschnittliche Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronenraumladung bedingt wird, dadurch erreicht werden, daß sowohl die Belastung erhöht als auch die Kathodenemission verkleinert wird.

Wenn auch im vorstehenden vorausgesetzt worden ist, daß die Belastung des Magnetrons durch einen Resonanzkreis gebildet wird, so sei doch bemerkt, daß von einem Resonanzkreis nur deshalb gesprochen wird, weil ein solcher Kreis sehr bequem die Herstellung eines hohen Scheinwider-

Standes ermöglicht. Man kann aiber ebensogut einen frequenzunabhängigen Scheinwiderstand benutzen oder einen Scheinwiderstand, der innerhalb eines gewünschten Frequenzbandes hinreichend konstant ist. Vorzugsweise soll ein Magnetron benutzt werden, an dessen äußere Anschlußklemmen der veränderliche Scheinwiderstand angeschlossen werden kann.

Die oben beschriebene Erscheinung ist verschieden von derjenigen, die üblicherweise als »pushing« des Magnetrons bezeichnet wird. Wenn ein Magnetron in der üblichen Weise als Schwingungserzeuger betrieben wird, wird eine Zunahme der Ausgangsleistung durch Steigerung der Anodenspannung erreicht. Eine erhöhte Anodenspannung ruft nur eine geringe Zunahme der durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeit der Elektronenraumladung hervor, und mit dieser geringen Winkelgeschwindigkeitszunahme ist nur eine geringe Frequenzerhöhung verbunden.

Die Natur des oben beschriebenen Erfindungsgedankens läßt sich noch besser unter Bezugnahme auf den »pushing«-Effekt, d. h. durch Betrachtung des Einflusses einer Steigerung der Anodenspannung auf die Frequenz des Magnetrons bei zunehmender Belastung des Ausgangskreises, verstehen. Wenn die Belastung zunimmt und das Magnetron noch als gewöhnliches Einschlitz- oder Mehrschlitzmagnetron mit Rollkreiserregumg arbel· tet, nimmt die Frequenzabweichung, die auf die Anodenspannungszunahme zurückzuführen ist, in zunehmendem Maße zu. Dies bedeutet, daß bei zunehmender Belastung die Größe des erzielbaren »pushing«-Einnusses ebenfalls zunimmt. Es wird. dann ein Punkt erreicht, bei welchem die Grenze, welche durch die die Elektronenraumladung mit der Frequenz des Resonanzkreises in Tritt haltenden Kräfte bestimmt wird, durchbrochen oder überwunden wird, und zwar durch das an der Anode liegende Gleichspannungsfeld. Wenn dieser Grenzfall erreicht ist, ist die Frequenz nur mehr von der Anodenspannung¹ abhängig und nicht mehr von der Resotianzkreisfrequenz. Dieser Grenzfall kann natürlich ebensogut durch Reduktion der Kathodenemission erzielt werden und soll erfindungsgemäß durch gleichzeitige Belastungserhöhung und Emissionsverkleinerung erreicht werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und zum Verständnis der Natur der bei der geschilderten Betiebsweise eines Magnetrons auftretenden Vorgänge seien nun einige spezielle Beispiele für die Betriebsweise eines Magnetrons betrachtet.

Die Betrachtung soll sich dabei auf ein Magnetron der obenerwähnten Art beziehen. Es sei ferner angenommen, daß das Verhältnis Anoden- zu Kathodenradius genügend groß ist, um das Hochfrequenzfeld und das Gleichspannungsfeld praktisch radial übertreten zu lassen. Es sei ferner angenommen, daß die Lineargeschwindigkeit der Elektronenraumladung über die Anodenvordernäche der Anodensegmente proportional der Anodenspannung· ist. Der Einfachheit halber sei ferner angenommen!, daß die Raumladungsgeschwindigkeit der Anodenspannung entspricht, d. h. daß bei einer Anodenspannung von 1000 Volt die Geschwindigkeit der Elektronenraumladung 1000 Geschwindigkeitseinheiten je Sekunde beträgt. Schließlich sei angenommen, daß die Anodensegmente eine Breite von einer Längeneinheit haben und daß der Spalt zwischen den Anodensegmenten klein sei.

Wenn 1000 Volt Gleichspannung ohne Hochfrequenzanteil der Anode zugeführt werden, so durchläuft die Elektronenraumladung die Breite zweier

Anodensegmente in 0,002 Sekunden (2 X

= 0,002 Sekunden).

Wenn nun die Anodengleichspannung auf iioo Volt ansteigt, sind 330 Volt Spitzenspannung einer Hochfrequenzspannung rechteckiger Kurvenform zwischen zwei Anodensegmenten nötig, um die Elektronenraumladung so zu verzögern, daß sie für die Durchmessung der Breite zweier Segmente 0,002 Sekunden benötigt, d. h. man hat 330 Volt Hochfrequenzspannung nötig, um die Elektronenraumladung auf der Geschwindigkeit von 1000 Volt zu halten. Man kann dies auch so ausdrucken, daß man sagt, es seien 330 Volt Hochfrequenizspannung nötig, um die Elektronenraumladung im Synchronismus mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises zu halten, der zwischen aufeinanderfolgenden Anodensegmenten liegt. Die Berechnung der oben angegebenen Zahlen ergibt sich aus folgendem :

Durchschnittliche Elektronen raumladung :

Laufzeit der Elektronenraumladung längs einer
Anode bei positivem Hochfrequenzfeld =

Laufzeit der Elektronenraumladung längs einer
Anode bei negativem Hochfrequenzfeld :

Spannung an den Anodensegmenten; daher

Sekunden

iioo + 330

0,00070 Sekunden

Sekunden

Laufzeit längs beider Anodensegmente :

iioo — 330 0,0013 Sekunden

0,00070 -f 0,0013 Sekunden

= 0,002 Sekunden

Aus einer ähnlichen Berechnung ergibt sich, daß, wenn 1200 Volt Gleichspannung an der Anode liegen, 490 Volt Hochfrequenzspannung nötig sind, um die Frequenz konstant zu halten. Bei 1300 Volt Anodengleichspannung sind 625 Volt Hochfrequenzspannung erforderlich.

Wenn das Hochfrequenzfeld, welches bei dem jeweils vorhandenen Gleichspannungsfeld von der Raumladung herrührt, kleiner ist als diese Werte, bleibt die Elektronenraumladung nicht im Synchronismus, und die Frequenz der erzeugten Schwinung wird nicht mehr durch den zwischen neben-

einanderliegenden Anodensegmenten befindlichen Resonanzkreis bestimmt. Dieser Fall läßt sich, wie oben erwähnt, entweder durch Erhöhung der Belastung oder durch Verminderung der Kathodenemission oder vorzugsweise durch beides gleichzeitig erreichen.

In Fig. ι ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, welche aus einem Einschlitzmagnetron mit Parallelleitersystem besteht, das

ίο elektromagnetische Hochfrequenzenergie von einstellbarer Frequenz liefern kann. Das Parallelleitermagnetron der Fig. ι ist nur zur Veranschaulichung gewählt und ist daher nur als Vertreter für ein beliebiges Einschlitz- oder Mehrschlitzmagnetron zu betrachten, das gleichfalls benutzt werden kann. Die Fig. ι zeigt ein Parallelleitersystem 2, das am einen Ende 3 kurzgeschlossen ist und an dessen anderem Ende eine Belastung 4 liegt. Diese Belastung kann natürlich auch aus einem anderen als dem dargestellten Leistungsverbraucher bestehen. In der Nähe des kurzgeschlossenen Endes 3 sind zwei Anoden 5 und 6 an die Leitung 2 angeschlossen. Ihre einander zugewendeten Flächen sind so geformt, daß sie einen etwa zylindrischen Raum umschließen, in dessen Achse die Kathode 7 liegt. Die Heizung der Kathode erfolgt aus der Batterie 8. Die Kathodenemission kann mittels eines einstellbaren Widerstandes 9 in Reihe mit der Batterie verstellt werden. Eine weitere Batterie 10 dient zur Erregung der Anoden 5 und 6. Das eine Ende der Batterie 10 liegt an Erde und ihr negativer Pol über einen Transformator 11 an der Kathode 7. Das erforderliche homogene Magnetfeld kann auf mehrere Arten hergestellt werden; die Fig. 1 enthält eine Spule 12 zur Herstellung dieses Feldes. Der Transformator 11, dessen Primärwicklung über einen Verstärker 13 an eine Modulationsspannungsquelle 14 angeschlossen ist, erlaubt eine Steuerung der Anodenspannung, so daß die Schwingungsfrequenz des Magnetrons entsprechend der Modulation beeinflußt werden kann. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 liegt mit der Anodenspannung 10 in Reihe, und die Transformatorprimärwicklung ist über den Verstärker 13 an den Modulationsspannungsgenerator 14 angeschlossen. Die Anodenleistung wird dem Verstärker von der Batterie 15 aus zugeführt.

Bei Benutzung der Einrichtung nach Fig. 1 zur Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Energie von einstellbarer Frequenz werden die Belastung des Magnetrons und seine Kathodenemission gemäß der Erfindung eingestellt. Der Anodenzwischenraum wird von einem magnetischen Gleichfeld durchsetzt. Durch Erregung der Anoden 5 und 6 mittels der Batterie 10 und mittels der über den Transformator 11 und den Verstärker 13 zugeführten Modulationssignale werden frequenzmodulierte Schwingungen in der Belastung 4 erzeugt. Die Fig. ι zeigt ferner einen an die Anoden des Magnetrons 1 angekoppelten, aus dem Parallelleitersystem 2 bestehenden Resonanzkreis, jedoch ist zu betonen, daß auch hier ein. Resonanzkreis nur als eines der Mehrzahl von möglichen Mitteln zur Erzeugung eines hohen Scheinwiderstandes für die Belastung des Magnetrons 1 gezeichnet ist.

' Vorzugsweise soll eine verteilte Belastung, wie sie in Fig. 1A dargestellt ist, benutzt werden, um die Änderung des Scheinwiderstandes des Resonanzkreises bei Änderung der Betriebsfrequenz des Magnetrons zu verkleinern. Die Einrichtung nach Fig. ι A ist im wesentlichen dieselbe wie die Einrichtung nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß an Stelle der Belastung 4 in Fig. 1A eine verteilte Belastung 2^a benutzt ist.

In Fig. 2 ist durch die Kurve I der Frequenzverlauf in Abhängigkeit von der Anodenspannung und durch die Kurve II die hochfrequente Ausgangsleistung, ebenfalls abhängig von der Anodenspannung, wie sie sich bei praktischen Versuchen unter den unten anzugebenden Bedingungen ergeben hat, für ein erfindungsgemäß betriebenes Magnetron dargestellt. Der Anschluß des Magnetrons an eine Kopplungsleitung und an eine Belastung ist in Fig. 2 oberhalb der Kennlinien veranschaulicht. Ein ohmscher Widerstand 16 von 50 Ohm war in Reihe mit einem Kondensator 17 von ungefähr 2 μμΥ zwischen die zu den Klemmen 44, 45 des Magnetrons führenden Leitungen eingeschaltet, und zwar in einer Entfernung von etwa 67 mm von den Klemmen 44 und 45. Die Leitungen bilden einen Teil eines Wellenleiters mit einem Wellenwiderstand von etwa 1700hm. Das axiale magnetische-Feld hatte eine Stärke von 1200 Gauß. Die Elektronenemission wurde auf ungefähr 60% desjenigen Wertes herabgesetzt, der bei einem normalen Betrieb bei Magnetronen üblich ist.

Durch Verschiebung der Belastungsstelle längs des Wellenleiters kann die Kennlinie II, welche die Leistung in Abhängigkeit von der Anodenspannung angibt, verändert werden. Wenn die Belastung in größerer Nähe an. den Einschmelzstellen angebracht ist, steigt die Kurve an der Hochfrequenzseite besonders steil an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Frequenzmodulation eines Magnetrons mit den Entladungsraum umschließenden Anoden, einer in diesem Entladungsraum angeordnetem Kathode, Mitteln zur Er- zeugung eines magnetischen und eines elektrischen Gleichfeldes im Entladungsraum zur Bildung einer sich bewegenden Raumladung zwischen der Kathode und der Anode, einem an die Anode angekoppelten Resonanzkreis oder innerhalb des ausgesteuerten Frequenzbereiches resonanzfähigen Gebilde und einem an den Resonanzkreis oder das Gebilde und an die Anode angekoppelten Energieverbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis oder das Gebilde im Vergleich mit dem Betrieb als normaler Schwingungserzeuger so· stark belastet wird und die Kathode so stark untererregt wird, daß die Elektronenemission der Kathode in die sich bewegende Raumladung hinein begrenzt wird, somit die Raumladung mit der Resonanz-

frequenz außer Tritt kommt und die Geschwindigkeit dler sich bewegenden. Raumladung dadurch gesteuert wird, und daß die Geschwindigkeit der Raumladung durch Modulation der Anodenspannung beeinflußt wird.
2. Magnetron zur Erzeugung von in ihrer Frequenz einstellbaren elektromagnietischen Schwingungen zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, bestehend aus Anoden, welche

ίο einen Entladungsraum umschließen, einer Kathode in diesem Entladungsraum, Mitteln zur Zuführung von elektrischen und magnetischen Gleichfeldern an die Anode und die Kathode zum Zwföck der Erzeugung einer bewegten Elektronenraumladung in dem erwähnten Entladungsraum, einem Resonanzkreis, der an die Anode angekoppelt ist und der Elektronenraumladung eine nicht rotationssymmetrischiei Form verleiht, einem Belastungswiderstand, der an

ao den Resonanzkreis angekoppelt ist und mit der Anode in Energieaustaasch steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode nur so weit erregt wird, daß von ihr der bewegten Elektronenraumladung eine beschränkte Elektronenzahl zugeführt wird, daß ferner der Lastwiderstand eine Größe hat, welche über der normalen Volllastgröße des als Oszillator betriebenen Magnetrons liegt, die Belastungsgröße vielmehr einen solchen Wert hat, daß sie der Neigung des Reso^ nanzkreises, die bewegte Elektronenraumladung mit der Resonanzfrequenz in Tritt zu halten, entgegenwirkt, und daß die Frequenz des Magnetrons von den seiner Anode zugeführten Spannungen abhängt, sowie schließlich dadurch, daß Mittel zur Beeinflussung der Erregung der Anode und Kathode vorgesehen sind zum Zwecke, die Frequenz der erzeugten Schwingungen beeinflussen) zu können.
3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beeinflussung der Erregung der Anode und Kathode aus einer Modulationssignalquelle bestehen sowie in Einrichtungen zur Ankopplung dieser Signalquelle an. die Anoden- und Kathodenzuleitungen.

Angezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 684350;

französische Patentschrift Nr. 951 202;

W. K1 e en : »Mikrowellentechnik«, Teil 1, S. 132, Stuttgart 1952;

F.W. Gundlach: »Grundlaigen der Höchstfrequenztechnik«, S. 183, Berlin und München, 1950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

961Ϋ 4.55