Nagnetr onröhre. Bei der üblichen Form von Magnetronröh- ren liegt eine Kathode in der Achse einer zy- linderförmigen, zwei- oder mehrgeschlitzten Anode. Diese Anordnung eignet sich ledig lich zur Schwingungserzeugung, kann aber unmittelbar nicht für Fremdsteuerbetrieb, das heisst Verstärkung oder F'requenzverviel- fachung verwendet werden.
Es wurde daher schon vorgeschlagen, zum Zwecke .der Fremd steuerung zusätzliche Elektroden im Ent ladungsraum anzubringen, die zwischen. Ka thode und Anode liegen und ,denen die Steuer spannungen zugeführt werden. .Solche Röhren haben jedoch den Nachteil, dass ein grosser Teil der Elektronen auf ihrem Wege zwi schen Kathode und Anode auf die Steuer elektroden aufprallt und sowohl erhebliche Störungen im Betrieb, als auch eine Herab setzung des Wirkungsgrades verursacht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, die Anode mehrfach zu unter- teilen und denselben Anodensegmenten die Rolle ,der .Steuer- und der Arbeitselektroden zu überlassen, derart, dass die .Segmente in elektrischer Beziehung zur Aufrichtung des Steuerfeldes anders zusammengefasst sind als zur Aufrichtung des Nutzfeldes.
Bei ,dieser Anordnung treten zwar die Nachteile der erstgenannten Frremd;steuemröhre nicht auf, dafür sind aber die Gleichspannungen der Steuer- und der Arbeitselektroden nicht be liebig wählbar, da diese Elektroden ja .durch ein und .dieselben Segmente gebildet werden. Zur Erzielung eines optimalen Wirkungs grades, sowie einer möglichst grossen Be triebssicherheit, ist es aber sehr wesentlich, Steuer- und Arbeitssystem durch richtige Wahl der Vorspannungen in dem geeigneten Arbeitspunkt arbeiten zu lassen.
Die Erfindung betrifft eine Magnetron- röhre für ultrakurze Wellen.. die im fremd gesteuerten Betrieb .die Nachteile der vor genannten Anordnungen vermeidet und eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung er- zielen lässt. Erfindungsgemäss weist die mit einer zwei- oder mehrgeschlitzten Anode ver sehene @ilagnetronröhre an den beiden Stirn seiten des :
durch die Anode gebildeten Zylin ders je eine Seitenelektrode auf, die aus zwei oder mehreren voneinander isolierten und senkrecht zur Zylinderachse stehenden Sektor- platten besteht. Im nachstehenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Magnetronröhre an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert.
Die Eig. 1 zeigt eine Röhre gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Zahl der Anodensegmente bei- spielsweise gleich dem Doppelten der Zahl der Sektorplatten einer Seitenelek- trode isst. K ist die Kathode, A die Anode, die aus vier Segmenten besteht.
Bei- derseits des Anodenzylinders befinden sich zweigeschlitzto ,Seitenelektroden <B>S</B>, deren ein ander entsprechende Sektorplatten durch die Verbindungsbügel V elektrisch miteinander verbunden sind.
Sind Anodengleichspannung, Seitenelektrodenvorspannung und magneti sches Feld so gewählt, dass bei Fehlen von Seitenelektrodenwechselspannungen keine Schwingungserzeugung stattfindet, so lässt sich der Elektronenablauf durch Anlegung von @Vechselspannungen an die Seitenelek- trodenteile in starkem Masse beeinflussen, ohne dass die Elektronen dabei Gefahr laufen, auf ihrem Wege zwischen Kathode und Anode auf diese Steuerelektroden aufzupral len.
Diese Tatsache macht :die Röhre zum Be trieb als fremdgesteuerte Magnetronröhre be sonders geeignet. Zu diesem Zwecke wird ge mäss, Ei,-. 2 an die Seitenelektrodenteile ein Schwingungskreis 8", und an die Anodenteile ein ,Schwingungskreis ,S'., angeschlossen, zu welchem Zwecke :die vier in Fig. 1 dar gestellten Anodensegmente paarweise mit einander verbunden sind und der Anoden; schwi bgungskreis zwischen diesen Verbin- dungsleitungen angelegt ist.
Der Seiten- elektrodenseliwingungSkreis ist ebenfalls an den Mittelpunkt der die Sektorplatten mit einander verbindenden Leitungen (V in Fig. 1) angeschlossen.
Stimmt man nun den Steuerkreis auf die Steuerfrequenz ab, so kann von dem Anodenkreis wegen der doppel ten Zahl der Anodensegmente gegenüber den Sehtorplatten einer Seitenelektrode die do:p- pelte Vrequenz abgenommen werden, wenn der Anodenbreis auf die doppelte Steuer frequenz abgestimmt wird.
Es -ergibt sich auf diese Weise eine F requenzvervielfachung, :die ja zur Erzielung möglichst kurzer \Fellen sehr erwünscht ist.
Der Schwingungsmechanismus im einzel nen lässt sich etwa folgendermassen erklären: Solange .die Sektorplatten keine Wechsel spannungen führen, rotieren die Elektronen um die Kathode mit einer Frequenz, die durch die Anodengleichspannung VA, :das magnetische Feld H und die Seitenelektroden- en orspannung Y s bestimmt ist. Solange diese Grössen solche Werte besitzen, dass noch keine Ordnung der rotierenden Elektronen eintritt, werden auch keine Schwingungen erzeugt.
Legt man nun an die Sektorplatten Wechsel- ,Spannungen an deren Frequenz mit der aus den Betriebsspannungen und dem magneti schen Feld berechneten Umlaufsfrequenz un gefähr übereinstimmt, so lässt sich der Elek tronenumlauf synchronisieren, wobei gleich zeitig eine bestimmte Gruppierung der Elek tronen stattfindet.
Bei zweigeteilten Steuer elektroden bilden sieh zwei einander gegen- überliegende Elektronenwolken aus, die gleich dem Anker einer Mrechselstromma:schine innerhalb der Anode um die Kathode rotie ren und durch Influeuz Energie an die Anode abgeben. Die Frequenz der Anodenwechsel spannung bestimmt, sieh lediglich durch die Steueifrequenz und die Segmentzahl der Anode. Haben Steuer- und Anodensystem gleiche Polteilung, so stimmen Steuer- und Nutzfrequenz miteinander überein.
Sind die Seitenelektroden zweigeteilt, die Anode vier geteilt, so erreicht man eine Frequenz verdopplung.
Solange die Seitenelektroden stark nega tiv vorgespannt sind, können keine Elektro nen auf sie aufprallen, so dass die ganze Energie an das Nutzfeld abgegeben wird. Dem Steuerfeld wird dabei lediglich die zur Synchronisierung :des Elektronenumlaufes nö tige Energie entzogen. Bei weniger negativer oder sogar positiver :Seitenelektrodenvorspan- nung ist der Steuermechanismus an sich noch der gleiche, lediglich der Wirkungsgrad der Anordnung sinkt, da :ein. Teil der Elektronen an die Seitenelektroden gelangt und dort Energie abgibt.
Es ist demnach vorteilhaft, .die negative Vorspannung der Seitenelektro den gleich :der @Steuerspannungsamplitude zu machen, so dass die Seitenelektroden in keinem Moment positiv gegenüber der Kathode werden.
Prinzipiell ist die Funktion :der beiden Systeme (Steuersystem und Arbeitssystem) vertauschbar. Doch ist im allgemeinen bei geeigneter Bemessung von Länge und Durch messer :des Anodenzylinders :das elektrische Feld der Seitenelektroden von weitaus grö sserem Einfluss auf den Elektronenumlauf ads die Zylindermantelstücke :der Anode. Es wäre also prinzipiell auch möglich, die Anode z.
B. nur zweifach, die Seitenelektroden da gegen vierfach zu unterteilen.
Die bauliche Ausbildung :der Röhre ge mäss, der Erfindung erfolgt vorteilhaft in der Weise, :dass der Anodenzylinder sehr kurz, der Abstand der Seitenelektroden voneinan- :der also klein ist, wodurch einerseits der Ein fluss :
der Seitenelektroden auf die Elektronen- bewegungerhöht, .anderseits der Verbindungs- bügel zwischen den einander entsprechenden Sektorplatten verkürzt wird, was wiederum eine Verkürzung der erzielbaren kürzesten Wellenlänge zur Folge hat. Praktisch kommt etwa ein Verhältnis der Länge zum Durch messer des Elektrodensystems von 1 : 1 oder kleiner in Frage.
Mit der beschriebenen Magnetronröhre lässt sich nicht nur Frequenzverdopplung errei chen, es ist vielmehr möglich, sowohl eine einfache Fremdsteuerung ohne jede Frequenz änderung durchzuführen, wobei die Sektoren zahl einer Seitenelektrode der Segmentzahl :der Anode gleich ist, als auch eine höhere Vervielfachung, z. B. eine Vervierfachung, vorzunehmen. In :diesem Falle besitzt z. B.
jede Seitenelektrode zwei Sektorplatten, .die Anode dagegen acht Segmente, .die wiederum paarweise zusammen gefasst sind, indem wie derum je zwei in bezug auf die Zylinderachse symmetrisch gegenüberliegende Segmente durch Bügel miteinander verbunden sind.
Eine weitere Erhöhung der im Röhrenausgang ab zunehmenden Frequenz ist noch dadurch möglich, dass die Anodensegmente selbst ihrer Länge nach in: Resonanz mit :der Nutzfrequenz gebracht werden, so dass, sie selbst einen Teil des Schwingkreises bilden. In diesem Falle müssen die AnodenanscbluKeitungen sowie .die Verbindungsleitungen der Anodenseg mente am Ende :
der letzten angeschlossen sein. In den Figuren ist lediglich das zur Kennzeichnung :der Erfindung Notwendige dargestellt, alles übrige ist weggelassen wor den.
Es ist selbstverständlich, .dass in der Achse des ganzen Systems ein Magnetfeld liegen muss, und :dass die Elektroden Gleich spannungen erhalten, die zweckmässig in be kannter Weise am Mittelpunkt der zur Ab stimmung :der Schwingungskreise dienenden Kurzschlussbügel zugeführt werden. Weiter hin ist es natürlich auch"möglich, z.
B. die Anodensegmente direkt mit einem Strahler zu verbinden. Schliesslich ist auch eine Mo dulation der iSchwingungen durch Beein- flussung ,der Elektrodenspannungen möglich.
Nagnetron tube. In the usual form of magnetron tubes, a cathode lies in the axis of a cylindrical anode with two or more slits. This arrangement is only suitable for generating vibrations, but cannot be used directly for external control operation, that is, amplification or frequency multiplication.
It has therefore already been proposed, for the purpose of .der external control, to attach additional electrodes in the discharge space between. The cathode and anode lie and to which the control voltages are fed. However, such tubes have the disadvantage that a large proportion of the electrons on their way between the cathode and anode impinges on the control electrodes and causes both considerable disruptions in operation and a reduction in efficiency.
In order to avoid this disadvantage, it has already been proposed to divide the anode several times and to leave the role of the control and working electrodes to the same anode segments so that the segments are summarized differently in electrical relation to the erection of the control field to erect the useful field.
With this arrangement, the disadvantages of the first-mentioned external control tube do not arise, but the DC voltages of the control and working electrodes cannot be selected at will, since these electrodes are formed by one and the same segments. In order to achieve an optimal degree of efficiency and the greatest possible operational safety, it is very important to let the control and work system work at the appropriate operating point by choosing the correct bias.
The invention relates to a magnetron tube for ultrashort waves ... which, in externally controlled operation, avoids the disadvantages of the above-mentioned arrangements and enables a significant improvement in efficiency to be achieved. According to the invention, the ilagnetron tube provided with a two or more slotted anode has on the two end faces of the:
The cylinder formed by the anode has one side electrode each, which consists of two or more sector plates that are isolated from one another and perpendicular to the cylinder axis. In the following, exemplary embodiments of the magnetron tube according to the invention are explained with reference to the accompanying drawing.
The prop. 1 shows a tube according to an exemplary embodiment of the invention, in which the number of anode segments is, for example, twice the number of sector plates of a side electrode. K is the cathode, A the anode, which consists of four segments.
On both sides of the anode cylinder there are two-slotted side electrodes <B> S </B>, whose sector plates, corresponding to one another, are electrically connected to one another by the connecting bracket V.
If the anode DC voltage, side electrode bias and magnetic field are selected so that no oscillation is generated in the absence of side electrode AC voltages, the electron flow can be influenced to a large extent by applying @VAC voltages to the side electrode parts without the electrons running the risk of being on their Paths between cathode and anode aufzupral len on these control electrodes.
This fact makes: the tube particularly suitable for operation as an externally controlled magnetron tube. For this purpose, according to, egg, -. 2 to the side electrode parts an oscillation circuit 8 ″, and to the anode parts a, oscillation circuit, S '. For what purpose: the four anode segments shown in Fig. 1 are connected in pairs with each other and the anode; oscillation circuit between these connec - connection lines are in place.
The side electrode oscillation circuit is also connected to the center point of the lines connecting the sector plates to one another (V in FIG. 1).
If the control circuit is now tuned to the control frequency, the double frequency can be taken from the anode circuit because of the double number of anode segments compared to the Sehtorplatten a side electrode when the anode pulp is tuned to double the control frequency.
In this way there is a frequency multiplication: which is very desirable in order to achieve the shortest possible heads.
The oscillation mechanism in detail can be explained as follows: As long as the sector plates do not carry any alternating voltages, the electrons rotate around the cathode at a frequency that determines the magnetic field H and the side electrode voltage Y s is. As long as these quantities have such values that no order of the rotating electrons occurs, no vibrations are generated.
If alternating voltages are now applied to the sector plates, the frequency of which roughly corresponds to the rotational frequency calculated from the operating voltages and the magnetic field, the electron circulation can be synchronized, with a certain grouping of the electrons taking place at the same time.
With two-part control electrodes, two opposing electron clouds form, which, like the armature of a Mrechsel current machine, rotate around the cathode within the anode and release energy to the anode through influence. The frequency of the anode alternating voltage is determined, just look at the control frequency and the number of segments of the anode. If the control and anode systems have the same pole pitch, the control and usable frequencies are the same.
If the side electrodes are split in two and the anode split in four, the frequency is doubled.
As long as the side electrodes are strongly negatively biased, no electrons can impact them, so that all of the energy is transferred to the useful field. Only the energy required to synchronize the electron circulation is withdrawn from the control field. In the case of a less negative or even positive: side electrode bias, the control mechanism is still the same per se, only the efficiency of the arrangement drops because: a. Part of the electrons reaches the side electrodes and emits energy there.
It is therefore advantageous to make the negative bias voltage of the side electrodes equal to the control voltage amplitude, so that the side electrodes never become positive with respect to the cathode.
In principle, the function of the two systems (control system and work system) is interchangeable. However, if the length and diameter of the anode cylinder are suitably dimensioned, the electric field of the side electrodes generally has a far greater influence on the electron circulation on the cylinder jacket pieces: the anode. So it would in principle also be possible to use the anode z.
B. only twice, as to divide the side electrodes against four times.
The structural design: of the tube according to the invention is advantageously carried out in such a way: that the anode cylinder is very short, the distance between the side electrodes is small, which on the one hand has the influence of:
of the side electrodes is increased to the electron movement, on the other hand the connecting bracket between the corresponding sector plates is shortened, which in turn results in a shortening of the shortest possible wavelength. In practice, a ratio of length to diameter of the electrode system of 1: 1 or less is possible.
With the magnetron tube described, not only can frequency doubling errei chen, it is also possible to carry out a simple external control without any frequency change, the number of sectors of a side electrode of the number of segments: the anode is the same, as well as a higher multiplication, e.g. B. a quadrupling to make. In: this case z. B.
Each side electrode has two sector plates, the anode, however, eight segments, which in turn are combined in pairs, in that two segments that are symmetrically opposite in relation to the cylinder axis are connected by brackets.
A further increase in the frequency that increases in the tube output is possible if the length of the anode segments is brought into: resonance with: the useful frequency, so that they themselves form part of the resonant circuit. In this case, the anode connection lines and the connecting lines of the anode segments must end at:
the last to be connected. In the figures, only what is necessary for characterization: the invention is shown, everything else has been omitted.
It goes without saying that there must be a magnetic field in the axis of the entire system, and that the electrodes receive direct voltages, which are expediently supplied in a known manner at the center of the short-circuiting bar used for tuning the oscillating circuits. Further on it is of course also "possible, z.
B. to connect the anode segments directly to a radiator. Finally, modulation of the vibrations is also possible by influencing the electrode voltages.