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Magnetrons.. haltung.
In der vorliegenden Erfindung handelt es sich um Magnetronsehaltungen, insbesondere zur Fremdsteuerung und Modulation von Mehrschlitzmagnetrons (Habann-Röhren).
Es sind Modulationsschaltungen für Magnetrons bekannt, bei denen die Modulationsschwin- gungen entweder der Anodenspannung oder dem Erregerstrom des Hauptmagnetfeldes überlagert werden. Diese Schaltungen haben eine Reihe von Nachteilen. Bei einer Variation der Anodenspannung in Übereinstimmung mit den Modulationsschwingungen lassen sieh Frequenzänderungen in weitem Bereich nicht vermeiden ; bei einer Veränderung des Hauptmagnetfeldes treten neben den Frequenz- änderungen noch Hysteresisverluste und sonstige Verzerrungen verursachende und Leistungsverbrauch mit sich bringende Erscheinungen auf.
Die besondere Form des Elektronenablaufs in der Habami-Röhre lässt es im allgemeinen nicht zu, Hilfselektroden zu Steuerzwecken zwischen Kathode und Anode anzubringen. Es sind deshalb Fremdsteuerschaltungen vorgeschlagen worden, bei denen ein Magnetron (eineHabann-Röhre) mit vier gleichwertigen Anoden oder Anodengruppen derart verwendet wird, dass zwei gegenüberliegenden Segmenten die Steuerweehselspannungen zugeführt und den andern zwei Segmenten die verstärkten Nutzwechselspannungen abgenommen werden. Diese Schaltungen haben sich bewährt.
Jedoch wird dabei der Anodenumfang unnötigerweise mit relativ grossen Steuerelektroden zum Nachteil der leistungsaufnehmenden Nutzanoden besetzt, so dass die Abkühlungsverhältnisse ungünstig werden.
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die Hilfselektroden sich entweder in der Sehlitzebene, insbesondere in gleichem Abstand von der Kathode - wie die Anoden, befinden, aber in der Formgebung von den Anoden abweichen oder gegebenenfalls auch hinter den, dann meist gitter-oder drahtförmig ausgebildeten, Anoden angeordnet sind. Derartige Röhren lassen sich selbst für allerkürzeste Wellen konstruktiv einwandfrei ausführen und in hohem Masse belasten.
Die Anordnung von Hilfselektroden zwischen oder hinter den Anoden von Habann-Röhren ist allerdings schon durch die deutsche Patentschrift Nr. 428547 bekannt geworden. Der Zweck der Hilfselektroden war dabei der, den Anodenkörper räumlich zu schliessen, damit keine Elektronen durch die Anodenschlitze hindurch auf die Gefässwand aufprallen können.
Die erfindungsgemässe Magnetronsehaltung, insbesondere für Fremdsteuer und Modulationszwecke, ist dadurch gekennzeichnet, dass Magnetronröhren (Habann-Röhren) mit Hilfselektroden verwendet werden, welche bezüglich der Formgebung und/oder des Abstandes zur Kathode von den Anoden abweichen und zwischen bzw. hinter den - gegebenenfalls durchbrochenen - Anoden angeordnet sind und dass von einer fremden Quelle stammende elektrische Schwingungen diesen Hilfselektroden zugeführt werden.
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man die Hilfselektroden zur elektrischen Steuerung des Entladungsvorganges, so wird man ihnen zweckmässigerweise eine konstante negative Vorspannung erteilen, damit die Steuerspannungsquelle nicht durch den endlichen Widerstand der Entladungsstrecke zwischen Hilfselektrode und Kathode belastet wird.
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Beabsichtigt man, den Entladungsvorgang magnetisch zu steuern, so wird man die Hilfselektroden linear, insbesondere drahtförmig ausbilden und beiderseits mit Anschlüssen versehen, damit man durch die Hilfselektroden die 1\Iodulationsströme leiten kann.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist keinesfalls auf die Modulation von hochfrequenten Schwingungen mit z. B. niederfrequenten Spraehschwingungen beschränkt. Die erfindungsgemässe Schaltung kann mit eben denselben Vorteilen dazu angewendet werden, den hochfrequenten Sehwingungsvorgang in einem Habann-Rohr selbst zu steuern, u. zw. vorzugsweise mit einer Frequenz, die gleich der eigenen Frequenz des angeschlossenen Schwingungskreises ist oder zumindesten mit ihr in einem ganzzahligen Verhältnis steht. In dem letztgenannten Fall wird man zweckmässigerweise eine gerade Anzahl von Hilfselektroden vorsehen, und diese paarweise oder gruppenweise so zusammenfassen, dass die Gruppen zu jeder Zeit in bezug auf Phase und Amplitude verschiedene Spannungen gegeneinander aufweisen.
In den Fig. 1 a bis 3 a sind beispielsweise Modulationsschaltungen und in den Fig. 1 b bis 3 b in perspektivischer Ansicht die Elektrodenanordnungen der dabei verwendeten Röhren gezeigt.
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Die von der Kathode K ausgehenden, von der Anodenspannting UA beschleunigten Elektronen werden unter dem Einfluss eines hier nicht angedeuteten Magnetfeldes gekrümmt. Die Verteilung des Emissionsstromes im hochfrequenten Rhythmus geschieht durch die hochfrequenten Wechselspannungen, die vornehmlich in unmittelbarer Nähe der Schlitze wirksam sind und bestimmend auf die Bahn der Elektronen einwirken.
Zusätzlich zu dieser an sich bekannten hochfrequenten Verteilungssteuerung soll noch erfindungsgemäss die Grösse des Schwingstromes im Ausgangskreis N stetig verändert werden. Zu diesem Zwecke wird durch die in Reihe geschalteten Hilfselektroden H1 und H2 ein Modulationsstrom geschickt, der durch sein Magnetfeld den Schwingungsvorgang bzw. die Grösse des Schwingstromes entsprechend der Frequenz und der Amplitude der Modulationssehwingungen beeinflusst.
In Fig. 2 ist eine weitere Modulationsschaltung unter Verwendung einer elektrisch gesteuerten Röhre gezeigt. Die beiden Anodensegmente Al und A2 dieser Röhre sind durchbrochen, d. h. sie sind entweder als Gitter oder als Drahtnetze ausgebildet. Hinter den Anoden liegen zwei Hilfselektroden H1 und H2. Die durchbrochenen Anoden sind über einen Schwingkreis N vereinigt, der seinerseits mit dem positiven Pol einer Anodenspannungsquelle UA verbunden ist. Die Hilfselektroden H1 und H2 sind direkt innerhalb oder ausserhalb der Röhre miteinander verbunden.
Beide Hilfselektroden erhalten dieselbe, normalerweise negative, Vorspannung von einer Quelle UH. Die Modulationssehwingungen werden dieser Vorspannung mit Hilfe eines Modulationstransformators M überlagert.
Fig. 3 zeigt eine Fremdsteuerschaltung. Diese Schaltung kann entweder so betrieben werden,. dass sie als völlig fremdgesteuerter Verstärker für hochfrequente Schwingungen wirkt oder dass man sie im Mitnahmegebiet arbeiten lässt, indem man die Betriebsbedingungen der Röhrenanordnungen so wählt, dass sie kurz vor dem Schwingungseinsatz steht. Durch Fremdsteuerspannungen-vorzugs- weise derselben Frequenz-kann man dann erreichen, dass bei richtiger Phasenlage der Steuerschwingungen zu den gegebenenfalls selbsterregten Schwingungen der Schwingstrom kräftig einsetzt.
Zur Durchführung dieser oder ähnlicher Schaltungen kann gemäss Fig. 3 eine Habann-Röhre mit viergeteilter Anode Verwendung finden. Je zwei gegenüberliegende Anoden sind zu einer Gruppe zusammengefasst. Die beiden Gruppen sind mit einem Ausgangskreis N verbunden, von dem die erzeugten Schwingungen abgenommen werden können. Zur Steuerung des Entladungsvorganges im hochfrequenten Rhythmus sind vier Hilfselektroden H1 bis H4 vorgesehen, welche ebenfalls gruppenweise zusammengefasst sind und von einer hochfrequenten Steuerspannungsquelle St gegenphasig gespeist werden, u. zw. entweder mit derselben Frequenz oder mit einer Frequenz, die ungefähr in einem ganz zahligen Verhältnis zur Eigenfrequenz des an den Generator angeschlossenen Ausgangskreises je steht.
Die Betriebsspannungen usw. sind ähnlich wie in der Schaltung nach Fig. 2 zu wählen.
In Fig. 4 ist die Modulationskennlinie einer hier nicht dargestellten Habann-Röhre mit vier Anoden- segmenten gezeigt, bei der nur zwei elektrisch wirkende lineare Hilfselektroden in zwei gegenüber-
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dankens nicht unbedingt alle Schlitze mit Hilfselektroden besetzt sein müssen.
Bei richtiger Wahl der Betriebsbedingungen (Anodenspannung und Magnetfeld) kann man erreichen, dass sich der Hochfrequenzstrom J praktisch nicht ändert, wenn die Spannung UH der Hilfselektroden H sieh zwischen den Werten des Anodenpotentials U und des Kathodenpotentials UK ändert. Erst wenn die Hilfselektrodenspannung U kleiner wird als das Kathodenpotential UK, nimmt der Schwingstrom, u. zw. stetig bis ungefähr zum Werte Null, ab. Die Modulationskennlinie verläuft ohne Sprungstellen und Unebenheiten. Man wählt die konstante negative Vorspannung der Hilfselektroden günstigerweise gleich dem Absolutwert der halben Anodenspannung.
Die Modulationsspannungen, deren Scheitel ebenfalls gleich der halben wirksamen Anodenspannung gewählt werden,
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Aufgabe zu meistern, nämlich ein Magnetron einwandfrei leistungslos und vollständig zwischen dem
Schwingstromwert Null und einem Höehststrom (Oberstrich) praktisch verzerrungsfrei durchzumo- dulieren.
Unter optimaler Anodenspannung Unpf soll die Anodengleichspannung verstanden werden, die bei verlangter Wellenlänge, gegebenem Anodendurchmesser ra und davon abhängiger Magnetfeld- stärke die höchste dauernd lieferbare Hochfrequenzleistung ergibt.
Die hier angegebenen Modulations-und Vorspannungswerte haben sich bei Versuchen als be- sonders günstig herausgestellt. Die Durchführung des Erfindungsgedankens ist jedoch keinesfalls an bestimmte Spannungswerte bzw. bestimmte Spannungsverhältnisse der Elektroden untereinander gebunden.
Eine merkliche Verminderung des Wirkungsgrades tritt durch die Veränderung der Spaltbreite usw. nicht auf. Durch die symmetrische Lage der Hilfselektroden zu den spannungsführenden Hauptanoden ist von vornherein ein Neutralisierung erreicht..
Um mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeiten zu können, wird der Arbeitspunkt auf der bekannten Gesamtanodenstrom-Magnetfeld-Charakteristik bei einer normalen mittleren Anodengleichspannung so gewählt, dass im ungesteuerten Zustand, also wenn die Hilfselektroden Kathodenpotential besitzen (U H = 0 = U K) nur ein minimaler Anodenstrom auftritt. Werden den ebenfalls in zwei Gruppen geschalteten Hilfselektroden gegenphasige Steuerwechselspannungen + d [ ! H zugeführt, so steigt je nach der Phase und der Grösse der Hilfselektrodenspannung der Strom der einen Anodengruppe und der der anderen fällt bzw. umgekehrt.
Auf diese Weise erhält man einen äusserst niedrigen Anodenruhestrom und sehr grosse und kurzzeitige Stromstoss beim Auftreten von grösseren positiven bzw. negativen Steuerwechselspannungen. Der Wirkungsgrad ist dabei recht zufriedenstellend.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiger Aufbau des Entladungssystems, welcher sich besonders zur Durchführung der erfindungsgemässen Schaltungen eignet. Die Plazierung der Elektroden ist prinzipiell dieselbe wie anfangs geschildert. Die Hilfselektroden befinden sich zwischen den Anoden, u. zw. in anderen radialen Abständen zur Kathode. Die Formgebung der Elektroden geschieht dabei nach physikalisch neuen Gesichtspunkten, u. zw. unter Berücksichtigung der Bahnen, die die Elektronen unter dem Einfluss eines zur Systemachse parallel verlaufenden Magnetfeldes einschlagen.
Mit der neuartigen Elektrodenanordnung kann man scheinbar die bisher beobachtete Regel durchbrechen, die besagt, dass bei Mehrschlitz-Magnetroll8 zwischen Kathode und Anode keine weiteren Elektroden angebracht werden dürfen, da Mehrschlitz- Magnetronröhren mit weehselweiser Verteilung des praktisch mit konstanter Stärke von der Kathode ausgehenden Emissionsstromes auf die verschiedenen Anodenteile arbeiten.
Anders liegt der Fall bei Magnetronröhren mit einteiliger Anode, bei denen nur mit einer mengenmässigen Steuerung des Emissionsstromes gearbeitet wird. Bei diesen Röhren können Gitter zwischen Kathode und Anode vorgesehen sein. Mit diesen Gittern wird in vielen Fällen sogar die Emissionsstromsteuerung durchgeführt.
Im Gegensatz dazu sind Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode im allgemeinen dann nicht mehr zulässig, wenn es sich um Magnetronröhren handelt, bei denen eine Verteilungssteuerung stattfindet, d. h. dann, wenn die Richtung eines Stromes von an sich konstanter Stärke um kleine Beträge geändert wird, so dass unter sich gleichwertige Elektroden bzw. Elektrodengruppen zeitlich nacheinander mit der vollen Stromstärke beaufschlagt werden. In dem speziellen Fall der zur Durchführung des Haupterfindungsgedankens entworfenen Röhre können aber die Hilfselektroden noch innerhalb des Entladungsraumes angebracht werden, ohne dass sie, selbst bei positiver Vorspannung, wesentliche Ströme aufnehmen. Die physikalische Begründung dieser Tatsache findet sich im nächsten Abschnitt.
Die zur Durchführung des Grundgedankens der Erfindung entwickelte Mehrs hlitz-Magnetron- röhre weist die konstruktive Eigenheit auf, dass die Anoden (Arbeitselektroden) auf den Seiten eines Parallelepipedes angeordnet sind. Im Betrieb wird die Stärke des zur Systemachse annähernd parallel gerichteten Magnetfeldes und die Grösse der Betriebsspannungen so gewählt, dass die Elektronen auf ihren Bahnen um die zentral gelegene Kathode annähernd die Anoden tangieren. Die Hilfselektroden werden nun an den Stellen des Entladungssystems vorgesehen, welche von den kreisenden Elektronen frei oder nahezu frei bleiben.
Als Entladungsraum ist nur das Innere des Zylinders anzusprechen, den man sich als Bahngrenze der kreisenden Elektronen vorstellen muss. Dadurch aber, dass die Hilfselektroden näher an das Entladungsgebiet heranrüeken, werden die Elektronen auch stärker als sonst durch die elektrischen Hilfs-
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Die speziell zur Durchführung des Haupterfindungsgedankens entwickelte Mehrschlitzmagnetron- röhre ist durch folgende äussere Merkmale gekennzeichnet, dass die Anodenteile (Arbeitselektroden) bzw.
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deren stetige Verlängerungen so ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass sie einen zur Kathode konzentrischen Kreiszylinder nur an einer oder einigen Stellen berühren, aber nicht oder zumindest nicht vollständig mit diesem zusammenfallen und dass die Hilfselektroden ausserhalb dieses Kreiszylinders angeordnet sind.
Um den Einfluss der Hilfselektroden so gross wie möglich zu machen, ordnet man sie innerhalb der Fläche an, welche-bei Betrachtung eines senkrecht zur Kathode geführten Schnitteseinerseits durch den Kreis um die Kathode und anderseits durch die Anoden bzw. deren stetige tangentiale Verlängerungen begrenzt wird.
In den Fig. 5 bis 10 sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgedankens dargestellt.
In Fig. 5 ist das Elektrodensystem einer Magnetronröhre im Schnitt gezeigt. Die Anoden J. sind auf den Seiten eines Quadrates angeordnet. Der Kreis um die Kathode K mit dem Radius ra gibt die Grenze an, über die die Elektronen bei geeigneter Dimensionierung des Magnetfeldes und der Betriebsspannung nicht hinaustreten können. Die Hilfselektroden H sind ausserhalb dieses Kreises angeordnet und können somit selbst bei positiver Vorspannung keinen wesentlichen Strom aufnehmen.
In Fig. 6 ist eine ähnliche Röhre wie in Fig. 5 gezeigt. Die hinter den Hilfselektroden liegenden Anodenteile sind zur Verringerung der gegenseitigen Kapazitäten verkürzt. Man kann auf diese Teile der Anoden verzichten, da sie infolge der Abschirmung durch die Hilfselektroden H praktisch doch keinen besonderen Einfluss auf den Entladungsvorgang mehr ausüben. Die Hilfselektroden selbst können beliebige Formen erhalten.
In Fig. 7 ist der Schnitt durch ein rechteckiges Elektrodensystem gezeigt. Die Anoden 1 liegen auf den langen Seiten und die Hilfselektroden H auf den kurzen Seiten eines Rechtecks.
Die Anoden der Magnetronröhre brauchen keine ebenflächigen Gebilde zu sein, sondern können beliebige Formen annehmen. Wichtig ist nur der Umstand, dass sieh die Anoden nicht völlig dem Grenzzylinder um die Kathode J (anschmiegen, sondern sich an einigen Stellen davon entfernen, um Platz für die Anbringung der Hilfselektroden zu schaffen.
In Fig. 8 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Anoden, die den Kreis um die Kathode in ihrer Mittellinie tangieren, zwar nicht ebenflächig sind, aber so ausgebildet sind, dass die zu beiden Seiten der Berührungsstelle liegenden Anodenteile spiegelbildlich gleich sind.
Rückt man die Hilfselektroden nun auf die Anodenfläche hinaus, so erhält man beispielsweise die Anordnung nach Fig. 9. Die Anoden 1 sind ebenfläehig und tangieren den Kreis um die Kathode annähernd mit einer Seitenkante. Die Hilfselektroden liegen in den Flächen, die die spiegelbildlichen Ergänzungen zu den Anoden mit der Tangierungsstelle als Spiegelkante bilden.
In Fig. 10 ist das Schema einer l\1agnetronschaltung unter Verwendung einer erfindungsgemässen Röhre angegeben. Die Schaltung kann zur Erzeugung, Verstärkung und zum Empfang elektrischer Schwingungen, als Relais usw. Verwendung finden. Ein Aussenmagnet N-S erzeugt ein konstantes
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werden so gewählt, dass die Mehrzahl der Elektronen auf ihren Bahnen die Anode A nur annähernd streifen und dass die Stellen, die mit Hilfselektroden H besetzt sind, frei oder nahezu frei von den Elektronen bleiben. Die Hilfselektroden H erhalten vorzugsweise eine positive Vorspannung {7/die kleiner als die Anodenspannung sein wird. Dieser Hilfselektrodenspannung kann die Fremdsteuerspannung,
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Verwendung einer erfindungsgemässen Röhre in besonders vorteilhafter Weise zu lösen.
In den folgenden Zeilen soll wieder auf die Fig. 10 Bezug genommen werden. An Stelle des Mikrophons M tritt z. B. ein Fernhörer T oder ein Niederfrequenzverstärker bzw. bei Bildung einer Zwischenfrequenz ein Zwischenfrequenzverstärker. Die hochfrequenten Empfangsspannungen werden den Anoden A überlagert.
Das Anodensystem J-dient vorwiegend zur Entdämpfung. Die Gleichrichtung selbst geschieht praktisch nur mit Hilfe der Hilfselektroden H. Die Trennung der beiden, an sich nicht voneinander abhängigen Vorgänge (Entdämpfung bzw. Gleichrichtung) gibt die Möglichkeit, für beide Funktionen die jeweils günstigsten Arbeitspunkt auszuwählen, was bisher kaum möglich war.
Die Betriebsbedingungen-Magnetfeld und Vorspannung der Hilfselektroden und/oder Anodenwerden vorzugsweise so gewählt, dass die Hilfselektroden beim Fehlen von Empfangsspannungen nur einen geringen oder gar keinen Strom aufnehmen. Sobald der Anodenspannung eine Empfangsweehselspannung überlagert wird, steigt der Hilfselektrodenstrom annähernd proportional mit der empfangenen Spannung an, da die Bahnen der Elektronen zu Zeiten der positiven Hochfrequenzhalbwellen aufgekrümmt (aufgeweitet) werden, also grössere Durchmesser als im Ruhezustand aufweisen.
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Wahl des Arbeitspunktes zwischen einem Einsetzen und Aussetzen der Schwingungen pendelt. Dann zeigt sich eine Gleiehrichterwirkung im Hilfselektrodenkreis, wie sie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben worden ist.
Mit diesen Angaben soll jedoch nicht die Möglichkeit ausgeschlossen werden, gegebenenfalls die Pendelfrequenz auf die Hilfselektroden zu geben.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die hier dargestellten Beispiele beschränkt ; die Anoden können jede beliebige Form erhalten, wenn sie nur an einigen Stellen sich soweit von der Kathode entfernen, dass zwischen ihnen und der Kathode elektronenfreie Stellen zur Aufnahme von Hilfselektroden bleiben.
Den einzelnen Hilfselektroden können auch verschiedenphasige hochfrequente Steuerwechsel- spannungen zugeführt werden (Sender-Verstärker). Die Modulationsspannungen müssen nielht ausschliesslich den Hilfselektroden zugeführt werden, sondern es kann auch eine Kombinationmodulation Verwendung finden, bei der der Anodenspannung und der Hilfselektrodenspannung die Modulationsschwingungen gleichphasig oder gegenphasig überlagert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Magnetronschaltung, insbesondere für Fremdsteuer-und Modulationszweeke, dadurch gekennzeichnet, dass Mehrsehlitz-Magnetronröhren (Habann-Röhren) mit mehreren gleichartigen Hilfselektroden verwendet werden, welche bezüglich der Formgebung und/oder des Abstandes zur Kathode von den Anoden abweichen und zwischen den unterteilten bzw. hinter den-gegebenenfalls zusätzlich durchbrochenen-Anoden angeordnet sind und dass von einer fremden Quelle stammende elektrische Schwingungen diesen Hilfselektroden zugeführt werden.