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Magnetronanordnung.
Die Erfindung betrifft Magnetronanordnungen und insbesondere die konstruktive Ausbildung der darin verwendeten Entladungsröhren.
Eine Magnetronanordnung besteht im allgemeinen aus drei verschiedenen Bestandteilen : der Entladungsröhre, der Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes und den an die Röhre angeschlossenen Schaltelementen und Spannungsquellen. Die Abmessungen des Elektrodensystems der Röhre werden u. a. durch die zu erzeugende Wellenlänge bestimmt und müssen um so kleiner sein, je kürzer die gewünschte Wellenlänge ist. Der Wirkungsgrad der Schwingungserzeugung ist bei sehr kurzen Wellen verhältnismässig niedrig ; ein Wirkungsgrad von etwa 10% muss für Wellenlängen von 50 cm und darunter bereits als sehr günstig bezeichnet werden. Daher treten im Elektrodensystem Wärmeverluste auf, welche ein Mehrfaches der Nutzleistung betragen.
Da die Elektroden für die Erzeugung sehr kurzer Wellen sehr kleine Abmessungen besitzen müssen, vertragen sie auch nur eine verhältnismässig gelinge Belastung und können nur kleine Schwingleistungen abgeben. Wenn man grössere Leistungen benötigt, ist man daher gezwungen, mehrere Entladungssysteme parallel zu schalten. Hie bei macht sich der Umstand störend bemerkbar, dass die Länge der zur Verbindung der versdiedenen Röhren dienenden Leitungen grössenordnungsmässig gleich der Wellenlänge wird.
Diese Leitungen müssen dal er auf die jeweilige Betriebswellenlänge abgestimmt werden, damit sie dem Durci gang der Hoclfrequenz keinen grossen Widerstand entgegensetzen und ein phasenrichtiges Zusammenaibeiten der einzelnen Röhren ermöglichen ; die Notwendigkeit dieser Abstimmung erschwert nicht nur die Einstellung überlaupt, sondern insbesondere den Wellenweelsel. Bei Magnetronanordnungen treten noch einige weitere Schwierigkeiten hinzu, welche für die praktische Verwendung von Parallelsel altungen prol ibitiv wirken. Man verfuhr bisher so, dass man zwei oder mehrere, aus je einer Röhre und der dazugel öligen Vonicl tung zur Erzeugung des Magnetfeldes bestehende Aggregate zusammensefaltete. Wenn man das Magnetfeld
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an Erregerleistung.
Bei permanenten Magneten, deren Einzelgewielt kaum weniger als 1 kg betragen dürfte, führte die Parallelschaltung zu einer derartigen Steigerung des Gewieltes und Volumens der Anordnung, dass sie für die Mehrzall der praktischen Verwendungsfälle nicht mehr in Betracht kam.
Ausserdem mussten nicht nur die elektrischen, sondern auch die magnetischen Daten der einzelnen Aggregate in Übereinstimmung gebracht werden ; die Notwendigkeit dieser zusätzlichen Einstellung bedeutet eine erhebliche Benachteiligung der Magnetronanordnungen gegenüber andern Metloden zur Schwingungserzeugung (z. B. der Bremsfeldschaltung). Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung aller erwähnten Nachteile.
Erfindungsgemäss werden zwei oder mehrere Entladungssysteme, welche aus je mindestens einer Kathode und zwei voneinander galvanisch getrennten Auffangeelektroden (Anoden) bestel en und deren Entladungsstrecken bis auf die Schlitze zwischen den Anoden voneinander getrennt sind, in einem und demselben Röhrengefäss angeordnet. Um die induktivitätsbehafteten Verbindungsleitungen zwischen den parallel geschalteten Entladungssystemen möglichst kurz zu halten bzw. ganz zu entbehren, werden die gleichphasig schwingenden Anoden der Entladungssysteme direkt miteinander verbunden und bilden somit zwei gegenphasig schwingende Gruppen von Anoden.
Wenn man schliesslich die zusammengehörigen Anoden der einzelnen Teilsysteme konstruktiv unmittelbar miteinander vereinigt, ist die
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Zusammenschaltung völlig wellenunabhängig und daher ebenso einfach zu handhaben wie eine einfache Röhre.
Durch die Verwendung eines gemeinsamen Magnetfeldes wird die betriebsmässige Handhabung des Gerätes wesentlich vereinfacht. Der Einbau der einzelnen Entladungsstrecken in ein gemeinsames Vakuumgefäss führt zu einer gedrängten Anordnung, für die ein nicht wesentlich ausgedehnteres Magnetfeld benötigt wird als für ein einziges Entladungssystem.
Der Erfindungsgedanke soll nunmehr an Hand der Patentzeichnung, Fig. 2-7, erläutert werden, wobei sich Gelegenheit finden wird, auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen einzugehen.
Fig. 1 stellt ein Beispiel für die Ausführung eines nicht zur Erfindung gehörigen Mehrfachsenders dar, bei welchem mehrere einzelne Magnetronröhren R zwischen den Polen P eines Magneten M angebracht sind. Dieses Beispiel ist besonders geeignet, um den Vorteil der erfindungsgemässen Mehrfachröhre gegenüber der naheliegenden Anordnung eines Mehrfachsenders mit getrennten Röhren (Fig. 1) zu demonstrieren.
Trotzdem die Elektrodensysteme A möglichst dicht an die Glaswände der Röhrenkolben herangebracht sind, müssen zur Verbindung (nicht dargestellte) Zwischenleitungen verwendet werden, deren Längen etwa dem doppelten Abstand : Anode-Glaswand entsprechen. Der Nachteil derartiger induktivitätsbehafteter Zwischenleitungen besteht darin, dass die Mehrfachschaltung wellenabhängig wird und praktisch nur für eine Wellenlänge optimal arbeiten kann.
Der erfindungsgemässe Schritt ist nun ein Zusammenbau der Elektrodensysteme in ein einziges Vakuumgefäss. Man sieht ohne weiteres ein, dass in diesem Falle die Elektrodensysteme noch näher zusammengerückt werden können. Die Glühkathoden können bereits innerhalb des Vakuumgefässes verbunden werden. Bei Magnetronröhren steht einer Reihenschaltung der Heizfäden nichts im Wege, da der Heizspannungsabfall längs des Heizfadens gegen die stets hohe Anodenspannung (für sehr kurze Wellen grössenordnungsmässig gleich 1000 Volt) vernachlässigt werden darf. Die Reihenschaltung ist, insbesondere bei Netzanschlussbetrieb, von Vorteil, da der bei Gleichstromnetzanschluss zu vernichtende Spannungsrest geringer und bei Wechselspannungsbetrieb die Dimensionierung des Heizstromwandlers günstiger ist.
Die vorteilhafteste Lösung für die Mehrfachröhre besteht in einer konstruktiven Vereinigung der zu den einzelnen Entladungssystemen gehörigen Anoden, welche in den folgenden Figuren schematisch dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Entladungsgefäss G mit sechs parallelgeschalteten Entladungsstrecken, deren jede aus einer Glühkathode K und einer zweiteiligen Anode. A, besteht.
Die Anoden sind zu zwei geschlossenen Flächen vereinigt, deren Erzeugende parallel zu den Glühkathoden verlaufen und deren Querschnitt sich angenähert aus aneinandergereihten Halbkreisen zusammensetzt.
Wie man sieht, entfallen bei dieser Bauart sämtliche Verbindungsleitungen zwischen den parallel zu schaltenden Anodenhälften, so dass in dieser Hinsicht eine völlige Wellenunabhängigkeit erreicht ist. Die Heizfäden sind beispielsweise in Reihe geschaltet zu denken, so dass nur zwei Heizanschlüsse erforderlich sind. Auch sonst ist für jede Anodengruppe grundsätzlich nur ein Anschluss notwendig. Von den sechs inneren Anodenhälften. Awird ein rohrförmiger HoHraum gebildet, der zu verschiedenen Zwecken nutzbar gemacht werden kann. Beispielsweise können die Heizstromzuführungen durch diesen Hohlraum geleitet werden, wodurch sich ohne weiteres eine vollkommene Abschirmung der Heizleitungen ergibt.
Anderseits kann der innere Hohlraum auch zur Durchleitung eines Kühlmittels, beispielsweise von Wasser oder Kaltluft, benutzt werden.
Da die äusseren Anodentälften i eine geschlossene Fläche bilden, kann diese als Gefässwand benutzt werden, wodurch der Aufbau vereinfacht und die Wärmeabfuhr erleichtert wird. Der in Fig. 2 angedeutete Systemaufbau bietet die Möglichkeit zu einer besonders günstigen Ausbildung der an die beiden Anodengruppen anzusclliessenden Energieleitungen.
In Fig. 3 ist eine Mehrfachröhre in Verbindung mit einem Energieleitungssystem in Ansicht dargestellt. Die miteinander verbundenen Anodenhälften JL bilden die Seitenwand des Vakuumgefässes, welches den beiden Enden durch scheibenförmige Körper B angesellossen ist, an denen die inneren
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anoden A1 gehen in ein MetallrohrE, über ; in gleicher Weise wird die innere Anodengrulpe A2 (vgl. Fig. 2) durch ein Rohr E2fortgesetzt. Diese beiden Rohre bilden eine konzentrische Energiekitung und dienen sowoll zur Fortleitung der hochfrequenten Schwingungen nach dem Nutzkreis (Antenne) als auch zur Gleich spannungszuführung an die Anoden. Das Magnetfeld wird durch eine koaxiale Spule F erzeugt.
Als Material für die Abschlussscheibe B eignen sich insbesondere keramische Massen. Diese gestatten die Ausführung von rohrförmigen Einschmelzungen, wie sie im vorliegenden Falle für den Anschluss der inneren Energieleitung E2 benötigt werden. Die vakuumdichte Verbindung der Anoden bzw. der
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In Fig. 4 ist eine Anordnung nach Fig. 3 im Schnitt gezeichnet, wobei eine durchaus schematische Darstellung gewählt wurde. Die beiden Anodensysteme sind wieder mit Al und A2 und deren als Energieleitung dienende Fortsetzungen mit J und E2 bezeichnet. Man erkennt ferner die dazugehörigen
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Kathoden K, welche an den Endscheiben B abgestützt und etwa in Reihe geschaltet sein mögen. Die
Elektroden sind mit den aus keramischen Materialien bestehenden Scheiben B unter Vermittlung von
Zwischenglasschichten z verschmolzen.
Die innere Anodengruppe ist nach der linken Seite hin zu einem
Rohr W1 verlängert ; innerhalb desselben befindet sich ein konzentrisches Rohr Dieses Rohrsystem dient zur Zu-und Ableitung des Kühlmittels, welches den durch die Pfeile bezeichneten Weg nimmt.
Die zur Erzeugung des Magnetfeldes dienende Spule ist wieder mit F bezeichnet.
Falls noch grössere Schwingleistungen benötigt werden, als mit einer Mehrfachröhre erzeugt werden können, bietet gerade die in den Fig. 3 und 4 in ihren Grundzügen dargestellte Konstruktion die Möglichkeit, mehrere derartige Mehrfachröhren in äusserst zweckmässiger Weise parallel zu schalten.
Wie dabei vorzugehen ist, soll an Hand der Fig. 5 erläutert werden. Es seien die äusseren Anodensysteme zweier Mehrfachröhren mit A bezeichnet, die beiden Röhren sind in der vorhin beschriebenen Weise durch konzentrische Energieleitungssysteme Ei, miteinander verbunden ; dieses wird nach rechts fortgesetzt und führt dort entweder zu weiteren Röhren oder zum Verbraucher. Die Kathoden beider
Röhren sind in Reihe geschaltet und durch die Leitungen H'miteinander verbunden ; die Heizstrom- zuführung erfolgt an den Klemmen H. Das Magnetfeld ist für jede Röhre gesondert durch Feldspulen F erzeugt.
Eine andere räumliche Anordnung mehrerer Entladungssysteme ist in Fig. 6 in perspektivischer
Darstellung angedeutet. Es sind vier Entladungssysteme vorgesehen, welche aus je einer geradlinigen Glühkathode KKund zwei halbzylindrischen Anoden. Ai, bestehen. Die Elektrodensysteme sind parallel zueinander derart angeordnet, dass ihre Glühkathoden in einer Ebene liegen und die Anoden zu zwei wellblechförmigen Gebilden vereinigt sind. Diese Art des Aufbaues ergibt äusserst einfache Elektroden- formen und auch eine einfache Halterung der einzelnen Bestandteile. Die Anordnung nach Fig. 6 ist besonders für eine geringe Anzahl von Entladungssystemen geeignet, während die Anordnung nach
Fig. 2 hauptsächlich für eine grössere Anzahl (drei oder mehr) in Frage kommt.
Einen besonders einfachen Aufbau der Mehrfachröhre erhält man durch Verwendung von Form- stücken aus keramischem Material, welche Metallbelegungentragen, die als Anode dienen. Der keramische
Körper dient zweckmässig gleichzeitig als Vakuumgefäss. Eine derartige Anordnung zeigt die Fig. 7 im Schnitt. J1 und Ja sind zwei Körper aus keramischem Material, deren einander zugekehrte Flächen mit halbzylindrischen Vertiefungen versehen sind und in deren Achse die Glühkathoden K liegen. Die betreffenden Seiten der keramischen Körper sind mit Metallbelegungen i bzw. versehen, welche beispielsweise durch Aufspritzen hergestellt werden und als Anoden dienen. Die zentrale Bohrung C kann im Bedarfsfalle zur Durchleitung eines Kühlmittels benutzt werden.
Die Verwendung keramischen
Materials hat gerade bei Mehrfachröhren eine erhöhte Bedeutung, weil in diesem Falle eine genaue Über- einstimmung in der Gestalt der einzelnen Entladungssysteme erzielt werden kann und der gerade bei
Mehrfachröhren sonst sehr komplizierte Aufbau in einfachster Weise gelöst ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrfachmagnetronröhre, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere aus je mindestens einer Kathode und mindestens zwei voneinander galvanisch getrennten Auffangeelektroden (Anoden) bestehende Entladungssysteme, mit räumlich weitgehend getrennten Entladungsstrecken, in demselben
Röhrengefäss angeordnet sind.
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Magnetron arrangement.
The invention relates to magnetron assemblies and, in particular, to the structural design of the discharge tubes used therein.
A magnetron arrangement generally consists of three different components: the discharge tube, the device for generating the magnetic field and the switching elements and voltage sources connected to the tube. The dimensions of the electrode system of the tube are u. a. determined by the wavelength to be generated and must be smaller, the shorter the desired wavelength. The efficiency of the generation of vibrations is relatively low with very short waves; an efficiency of around 10% must be described as very favorable for wavelengths of 50 cm and below. Therefore, heat losses occur in the electrode system, which amount to a multiple of the useful power.
Since the electrodes must have very small dimensions for the generation of very short waves, they can only withstand a relatively successful load and can only emit small oscillating powers. If you need greater power, you are therefore forced to connect several discharge systems in parallel. In this case, the fact that the length of the lines serving to connect the different tubes is of the order of magnitude equal to the wavelength becomes noticeable.
These lines must therefore be matched to the respective operating wavelength so that they do not offer any great resistance to the passage of the audio frequency and enable the individual tubes to be put together in the correct phase; the necessity of this coordination not only makes it difficult to set too much, but also to make waves. In the case of magnetron arrangements, there are also some further difficulties which have a prol ibitiv effect for the practical use of parallel systems. So far, the procedure has been to fold together two or more assemblies, each consisting of a tube and the oily device to generate the magnetic field. When you get the magnetic field
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of excitation power.
In the case of permanent magnets, the individual weight of which should hardly be less than 1 kg, the parallel connection led to such an increase in the weight and volume of the arrangement that it was no longer considered for the majority of practical applications.
In addition, not only the electrical but also the magnetic data of the individual units had to be brought into agreement; the necessity of this additional setting means that the magnetron arrangements are significantly disadvantaged compared to other methods for generating vibrations (e.g. the braking field circuit). The present invention aims to obviate all the drawbacks mentioned.
According to the invention, two or more discharge systems, each consisting of at least one cathode and two galvanically separated collecting electrodes (anodes) and whose discharge paths are separated from one another except for the slots between the anodes, are arranged in one and the same tubular vessel. In order to keep the inductive connecting lines between the parallel-connected discharge systems as short as possible or to dispense with them entirely, the in-phase oscillating anodes of the discharge systems are connected directly to one another and thus form two groups of anodes oscillating in antiphase.
When the anodes that belong together in the individual sub-systems are finally combined directly with one another in a constructive manner, that is
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Interconnection completely independent of the wave and therefore just as easy to use as a simple tube.
The operational handling of the device is considerably simplified by using a common magnetic field. The installation of the individual discharge paths in a common vacuum vessel leads to a compact arrangement for which a not much more extensive magnetic field is required than for a single discharge system.
The idea of the invention will now be explained with reference to the patent drawing, FIGS. 2-7, with the opportunity to go into particularly advantageous embodiments.
Fig. 1 shows an example of the implementation of a multiple transmitter not belonging to the invention, in which several individual magnetron tubes R between the poles P of a magnet M are attached. This example is particularly suitable for demonstrating the advantage of the multiple tube according to the invention compared to the obvious arrangement of a multiple transmitter with separate tubes (FIG. 1).
Despite the fact that the electrode systems A are brought as close as possible to the glass walls of the tube bulbs, intermediate lines (not shown) must be used for the connection, the lengths of which correspond approximately to twice the distance between anode and glass wall. The disadvantage of such intermediate lines with inductance is that the multiple circuit is wave-dependent and can practically only work optimally for one wavelength.
The step according to the invention is now an assembly of the electrode systems in a single vacuum vessel. One can readily see that in this case the electrode systems can be moved even closer together. The hot cathodes can already be connected within the vacuum vessel. In the case of magnetron tubes, there is nothing to prevent the filaments from being connected in series, since the heating voltage drop along the filament can be neglected compared to the always high anode voltage (for very short waves of the order of magnitude of 1000 volts). The series connection is advantageous, in particular in the case of mains connection operation, since the residual voltage to be destroyed in the case of direct current mains connection is lower and the dimensioning of the heating current transformer is more favorable in AC voltage operation.
The most advantageous solution for the multiple tube consists in a structural combination of the anodes belonging to the individual discharge systems, which is shown schematically in the following figures.
2 shows a cross section through a discharge vessel G with six parallel-connected discharge paths, each of which consists of a hot cathode K and a two-part anode. A, consists.
The anodes are combined to form two closed surfaces, the generators of which run parallel to the glow cathodes and the cross-section of which is made up of semi-circles in a row.
As you can see, with this type of construction there is no need for any connecting lines between the anode halves that are to be connected in parallel, so that in this respect complete wave independence is achieved. The filaments are to be thought of as being connected in series, so that only two heating connections are required. Otherwise, only one connection is generally necessary for each anode group. Of the six inner anode halves. A tubular cavity is formed that can be used for various purposes. For example, the heating current feeds can be passed through this cavity, which results in a complete shielding of the heating cables without further ado.
On the other hand, the inner cavity can also be used to convey a coolant, for example water or cold air.
Since the outer anode halves i form a closed surface, this can be used as a vessel wall, which simplifies the structure and facilitates the dissipation of heat. The system structure indicated in FIG. 2 offers the possibility of a particularly favorable design of the power lines to be connected to the two anode groups.
In Fig. 3, a multiple tube in connection with an energy conduction system is shown in view. The interconnected anode halves JL form the side wall of the vacuum vessel, which is connected to the two ends by disk-shaped bodies B, on which the inner
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anodes A1 merge into a metal tubeE; in the same way the inner anode group A2 (cf. FIG. 2) is continued through a tube E2. These two tubes form a concentric energy kit and are used both for the transmission of high-frequency vibrations to the useful circuit (antenna) and for direct voltage supply to the anodes. The magnetic field is generated by a coaxial coil F.
Ceramic compounds are particularly suitable as the material for the cover plate B. These allow the execution of tubular seals, as they are required in the present case for the connection of the inner power line E2. The vacuum-tight connection of the anodes or the
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In FIG. 4, an arrangement according to FIG. 3 is drawn in section, a thoroughly schematic representation being chosen. The two anode systems are again designated with Al and A2 and their continuations serving as energy conduction with J and E2. You can also see the associated ones
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Cathodes K, which may be supported on the end disks B and connected approximately in series. The
Electrodes are connected to the discs B made of ceramic materials through the intermediary of
Fused intermediate glass layers z.
The inner anode group is to the left towards one
Pipe W1 extended; a concentric pipe is located within it. This pipe system serves to supply and discharge the coolant, which takes the path indicated by the arrows.
The coil which is used to generate the magnetic field is again designated by F.
If even greater vibrations are required than can be generated with a multiple tube, the construction shown in its basic features in FIGS. 3 and 4 offers the possibility of connecting several such multiple tubes in parallel in an extremely expedient manner.
How to proceed is to be explained with reference to FIG. Let the outer anode systems of two multiple tubes be designated by A, the two tubes are connected to one another in the manner described above by concentric energy conduction systems Ei; this is continued to the right and there either leads to further tubes or to the consumer. The cathodes of both
Tubes are connected in series and connected to one another by lines H '; the heating current is supplied to terminals H. The magnetic field is generated separately for each tube by field coils F.
Another spatial arrangement of several discharge systems is shown in perspective in FIG
Representation indicated. Four discharge systems are provided, each consisting of a straight hot cathode KK and two semi-cylindrical anodes. Ai, insist. The electrode systems are arranged parallel to one another in such a way that their hot cathodes lie in one plane and the anodes are combined to form two corrugated sheet metal structures. This type of construction results in extremely simple electrode shapes and also a simple holding of the individual components. The arrangement according to FIG. 6 is particularly suitable for a small number of discharge systems, while the arrangement according to
Fig. 2 is mainly for a larger number (three or more) in question.
A particularly simple structure of the multiple tube is obtained by using molded pieces made of ceramic material which carry metal coatings that serve as anode. The ceramic
The body expediently serves as a vacuum vessel at the same time. Such an arrangement is shown in FIG. 7 in section. J1 and Ja are two bodies made of ceramic material, the surfaces of which face one another are provided with semi-cylindrical recesses and the glow cathodes K lie in the axis. The relevant sides of the ceramic body are provided with metal coatings i or, which are produced for example by spraying and serve as anodes. If necessary, the central bore C can be used to pass a coolant through.
The use of ceramic
Materials is of increased importance, especially with multiple tubes, because in this case an exact match in the shape of the individual discharge systems can be achieved, and especially with
Multiple tubes, otherwise very complicated structure, is solved in the simplest way.
PATENT CLAIMS:
1. Multiple magnetron tube, characterized in that two or more discharge systems, each consisting of at least one cathode and at least two galvanically separated collecting electrodes (anodes), with largely spatially separated discharge paths in the same
Tubular vessel are arranged.