CH228074A - Generator with a magnetron for ultra-high frequencies. - Google Patents

Generator with a magnetron for ultra-high frequencies.

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CH228074A
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CH
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segments
cone
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cathode
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Aktiengesellschaft C Lorenz
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Lorenz C Ag
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    • HELECTRICITY
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/50Magnetrons, i.e. tubes with a magnet system producing an H-field crossing the E-field
    • H01J25/52Magnetrons, i.e. tubes with a magnet system producing an H-field crossing the E-field with an electron space having a shape that does not prevent any electron from moving completely around the cathode or guide electrode
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    • H01J25/02Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  

  Generator mit einer     11Tagnetfeldröhre    für ultrahohe Frequenzen.    Zur Erzeugung von kürzesten,     unge-          dämpften    elektrischen Wellen im     Zentimeter-          wellengebiet    existieren augenblicklich haupt  sächlich zwei Generatoren: das     Magnetron     und die verschiedenen Arten der geschwin  digkeitsgesteuerten Röhren. Trioden und  andere ähnliche Röhren kommen wegen der  Laufzeiterscheinungen nicht mehr in Frage.

    Das     Magnetron    hat für die hohen Frequenzen  im     Zentimeterwellengebiet    den Nachteil, dass  es erstens sehr grosse Magnetfelder bedingt  und zweitens sehr kleine     Elektrodendimensio-          nen    verlangt. Die thermische Belastungs  fähigkeit von so kleinen Gebilden ist entspre  chend gering, so dass die Herstellung grösse  rer Leistungen auf Schwierigkeiten stösst.  Die Herstellungsarten mit guten Wirkungs  graden scheiden leider bald infolge der hohen  erforderlichen     Magnetgewichte        praktisch    aus.  



  Gemäss einem bekannten Vorschlag kann  bei einer Magnetfeldanordnung die magneti  sche Feldstärke dadurch verringert werden,  dass die Elektronen beim Kreisen während    eines Umlaufes mehrere Male energieentneh  mende Schlitzfelder durchlaufen müssen; die  normalen     Magnetrons    entnehmen .dagegen  während eines Umlaufes nur höchstens ein  mal Energie. Eine solche Anordnung ist bei  spielsweise in der französischen Patentschrift  Nr. 814152 beschrieben.  



  Erfindungsgemäss soll     nun    dieses be  kannte Prinzip auf eine andere Weise als  bisher verwirklicht werden, und zwar da  durch, dass die energieentnehmende     Elektro-          denanordnung    aus einem metallischen, die  Basisebene der Kathode zukehrenden Kegel  mantel besteht, der längs Erzeugender aufge  schnitten und dadurch in eine gerade Zahl  von Segmenten aufgeteilt ist, die abwech  selnd mit den zwei Polen eines Schwingungs  kreises verbunden sind, und dass gegen die  sich zwischen den Segmenten ausbildenden  Schlitzfelder ein Elektronenstrahl einge  schossen wird, dessen Elektronen sich zu  gleich     tangentiell    zu den Schlitzfeldern und  in Achsrichtung des Kegelmantels bewegen.

        Durch die erfindungsgemässe Anordnung  wird eine bessere Ausnutzung des Elektronen  strahls erreicht, da dieser bis zuletzt Schlitz  felder durchläuft.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs  gegenstandes zeigt die     Abb.    1, die im folgen  den genauer beschrieben werden soll. Von  einer     Kreisflächenkathode        h    trete durch eine  Steuervorrichtung 1 ein Elektronenbündel in  das Linsensystem 2 und 3 aus, in dem es  elektronenoptisch unter Mithilfe des in der  Flugrichtung liegenden magnetischen Feldes  B gebündelt wird. Dieses Bündel tritt dann in  das kegelförmige     Kondensatorgebilde    4 und 5  ein. Der äussere Kegelmantel 4 ist mit einer  höheren positiven Spannung versehen als der  Kernkegel 5.

   Die Elektronen, die nicht direkt  auf den Kegel 5 auftreffen, werden von dem  von 4 nach 5 gerichteten elektrischen Feld  von der Achse weg abgelenkt und bilden nach  Verlassen des     Ablenkkondensators    in der  Ebene A ein ringförmiges Elektronenbündel.  Durch das in der Achsrichtung verlaufende  Magnetfeld B wird aber jede senkrecht zur  Achse verlaufende Bewegungskomponente  mit einer ablenkenden Kraft senkrecht zur  Achse und Bewegungsrichtung beantwortet,  wodurch die Elektronen in eine kreisende Be  wegung geraten. In der Ebene A stellt die  Elektronenwolke einen Kreisring dar, in dem  die Elektronen sich mit-einer dem Magnetfeld  entsprechenden     Umlaufgeschwindigkeit    dre  hen     und    ausserdem noch eine Geschwindig  keitskomponente in der Achsrichtung be  sitzen.

   Es entspricht dies eigentlich einer Pro  jektion der Kathodenebene über das Linsen  gebilde 1 bis 5 auf die Ebene A, wobei das  Linsengebilde die Elektronenwolke zu einem  rotierenden Ring verzerrt. Dieser rotierende  Ring bewegt sich nun in das eigentliche     Ge-          neratorgebilde,    das aus einem     metallischen     Kegelmantel 6 besteht, der längs Erzeugen  den aufgeschnitten ist. Die so entstehenden  Segmente werden nun abwechselnd mit den  zwei Polen des Schwingungskreises     .S'    verbun  den.

   Hat der Schwingungskreis durch irgend  einen äussern Einfluss eine kleine Wechsel  spannung erhalten, so bilden sich zwischen    den Segmenten Schlitzfelder     us-,v.    Der von A  aus eintretende Elektronenring findet nun  beim Einlaufen in diesen Konus für seine ro  tierenden Elektronen abwechselnd beschleuni  gende und verzögernde Feldstärken vor und  es tritt bereits eine     Auftrennung    der Elek  tronen in     falschphasige    und     richtigphasige     ein. Die Elektronen, die beschleunigt werden,  beschreiben eine flachere Bahn und treffen  bei der     Vor,#värtsbewegung    gegen den Konus  bald auf die Segmente auf, ehe sie noch viel  Energie entnehmen konnten.

   Die Elektronen,  welche abgebremst werden, verlieren an     Ge-          schwindigl@eit    und beschreiben daraufhin  kleinere Kreisradien und können nicht auf  die Segmente auftreffen. Da die Winkelge  schwindigkeit unabhängig ist von der abso  luten Geschwindigkeit des Elektrons, muss  ein einmal     abgebremstes    Elektron immer wie  der beim Weiterlaufen in den Konus einem  abbremsenden Feld     begegnen    und so immer  wieder abgebremst  -erden, bis es bei ganz  geringer Rotationsgeschwindigkeit im kleinen  Kreis auf die Endplatte 8 auftrifft. Die       richtigphasigen    Elektronen bewegen sieh also  auf einer     Spiralbahn,    die sich dem Konus der  Elektroden anschmiegt.

   Wenn wir mit p die       Polpaa,rzahl,    das heisst die halbe     Segment-          zahl    bezeichnen, so bekommen wir für das  verlangte Magnetfeld das
EMI0002.0026  
   fache des Magnet  feldes eines     Magnetrons    für dieselbe Wellen  länge, das in Schwingungen erster Ordnung  arbeitet. Das bedeutet, dass zum Beispiel für  eine     @Vellenlänge        2?    = 5 cm und     p    - 8 eine  Feldstärke von B = 250 Gauss benötigt wird,  gegenüber einem Magnetfeld von rund       ?000    Gauss für ein     Magnetron    erster Ord  nung.

   Durch die     Auseinanderziehung    der  Elektronenbahn bekommen wir auch wesent  lich grössere Anodenradien. Bei einer Anoden  spannung von 3600 Volt ergibt sich für  voriges Beispiel ein Durchmesser der Ein  trittsfläche des Anodenkegels von d=16 mm.  Man kommt also auf geringere Magnetfelder  und grössere mechanische Gebilde bei guten  Wirkungsgraden. Der an die     Segmente    an  schliessende     Sch@vingungshreis    soll natürlich      eine möglichst strahlungsarme und verlust  freie Ausführung, etwa     in    der Art eines  Topfkreises erhalten.  



       Abb.    2 zeigt eine radförmige Ausbildung  des in     achsialer    Richtung geschlitzten, als  Schwingkörper dienenden Kegelmantels,  wobei die einzelnen Speichen dieses Rades in  
EMI0003.0004  
   schwingen und die Mitte des Rades ko  nisch ausgebohrt ist. Die Höhe des Kegels  muss kleiner sein als
EMI0003.0005  
   um eine gleichmässige       Potentialverteilung    längs der Segmente zu  gewährleisten. Die gleichphasig schwingen  den Segmente können, wenn nötig, auf der  Rückseite durch Ringe oder Platten mitein  ander verbunden werden, wodurch ein phasen  richtiges Arbeiten der einzelnen Segmente  erzwungen werden kann. Die einzelnen Seg  mente haben abwechselnd positives und nega  tives Potential; der Stromverlauf ist durch  Pfeile angedeutet.

   Wie beim Beispiel nach       Fig.    1 bewegt sich auch hier der Teil des  Elektronenstrahls, der abbremsenden Schlitz  feldern ausgesetzt ist, in einer Spirale in den  Kegelkörper hinein, wobei er stufenweise  seine Energie abgibt. Der Teil des Strahls,  der     beschleunigt    wird, trifft auf die Seg  mente auf, bevor er noch viel Energie ver  braucht hat.



  Generator with a 11 magnetic field tube for ultra-high frequencies. There are currently two main generators for generating the shortest, undamped electrical waves in the centimeter wave range: the magnetron and the various types of speed-controlled tubes. Triodes and other similar tubes are no longer possible because of the running time phenomena.

    For the high frequencies in the centimeter wave range, the magnetron has the disadvantage that firstly it causes very large magnetic fields and secondly it requires very small electrode dimensions. The thermal loading capacity of such small structures is accordingly low, so that the production of larger services runs into difficulties. The types of production with good effects are unfortunately soon practically eliminated due to the high magnet weights required.



  According to a known proposal, the magnetic field strength can be reduced in the case of a magnetic field arrangement in that the electrons have to pass through energy-removing slit fields several times during one revolution while circling; the normal magnetrons, on the other hand, only draw energy once during one cycle. Such an arrangement is described in French Patent No. 814152, for example.



  According to the invention, this known principle is now to be implemented in a different way than before, namely because the energy-drawing electrode arrangement consists of a metallic cone shell facing the base plane of the cathode, which is cut along the generator and thus straight Number of segments is divided, which are alternately connected to the two poles of an oscillation circle, and that an electron beam is shot against the slot fields that form between the segments, the electrons of which move tangentially to the slot fields and in the axial direction of the cone shell .

        The inventive arrangement a better utilization of the electron beam is achieved, since it runs through slit fields until the end.



  An embodiment of the subject invention shows Fig. 1, which will be described in more detail in the follow. From a circular cathode h, an electron beam emerges through a control device 1 into the lens system 2 and 3, in which it is bundled electron-optically with the aid of the magnetic field B lying in the direction of flight. This bundle then enters the conical capacitor structure 4 and 5. The outer cone jacket 4 is provided with a higher positive voltage than the core cone 5.

   The electrons which do not strike the cone 5 directly are deflected away from the axis by the electric field directed from 4 to 5 and, after leaving the deflection capacitor in plane A, form a ring-shaped electron beam. Due to the magnetic field B running in the axial direction, however, every component of movement running perpendicular to the axis is answered with a deflecting force perpendicular to the axis and direction of movement, which causes the electrons to move in a circular motion. In plane A, the electron cloud represents a circular ring in which the electrons rotate at a rotational speed corresponding to the magnetic field and also have a speed component in the axial direction.

   This actually corresponds to a projection of the cathode plane over the lens structure 1 to 5 on the plane A, the lens structure distorting the electron cloud into a rotating ring. This rotating ring now moves into the actual generator structure, which consists of a metallic conical casing 6 which is cut open along the length of the generating unit. The resulting segments are now alternately connected to the two poles of the oscillation circuit .S '.

   If the oscillation circuit has received a small alternating voltage from some external influence, slot fields us, v are formed between the segments. The electron ring entering from A now finds alternating accelerating and decelerating field strengths for its rotating electrons as it enters this cone, and the electrons are already separated into incorrect-phase and correct-phase. The electrons that are accelerated describe a flatter path and, when moving forward, towards the cone, soon hit the segments before they could still draw much energy.

   The electrons that are slowed down lose speed and then describe smaller circular radii and cannot hit the segments. Since the angular speed is independent of the absolute speed of the electron, an electron that has been decelerated must always encounter a decelerating field as it continues to run into the cone and thus be decelerated again and again until it hits the small circle at a very low rotational speed End plate 8 strikes. The right-phase electrons move on a spiral path that hugs the cone of the electrodes.

   If we use p to denote the number of poles, i.e. half the number of segments, then we get that for the required magnetic field
EMI0002.0026
   times the magnetic field of a magnetron for the same wavelength, which works in first-order vibrations. That means, for example, that for an @ wavelength 2? = 5 cm and p - 8 a field strength of B = 250 Gauss is required, compared to a magnetic field of around? 000 Gauss for a magnetron of the first order.

   By pulling the electron orbit apart, we also get significantly larger anode radii. With an anode voltage of 3600 volts, the previous example has a diameter of the entry surface of the anode cone of d = 16 mm. So you get lower magnetic fields and larger mechanical structures with good degrees of efficiency. The Sch @vingungshreis adjoining the segments should of course have a low-radiation and loss-free design, for example in the form of a pot circle.



       Fig. 2 shows a wheel-shaped design of the conical shell, slotted in the axial direction and serving as an oscillating body, the individual spokes of this wheel in
EMI0003.0004
   swing and the center of the wheel is conically drilled. The height of the cone must be less than
EMI0003.0005
   to ensure an even distribution of potential along the segments. The in-phase swing segments can, if necessary, be connected on the back by rings or plates mitein other, whereby a correct phase work of the individual segments can be forced. The individual segments alternately have positive and negative potential; the current course is indicated by arrows.

   As in the example according to FIG. 1, the part of the electron beam that is exposed to the decelerating slot fields moves in a spiral into the cone body, giving off its energy in stages. The part of the beam that is accelerated hits the segments before it has consumed a lot of energy.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Generator mit einer Magnetfeldröhre für ultrahohe Frequenzen, dadurch gekennzeich net, dass die energieentnehmende Elektroden anordnung aus einem metallischen, die Basis fläche der Kathode zukehrenden Kegelmantel besteht, der längs Erzeugender aufgeschnit ten und dadurch in eine gerade Zahl von Segmenten aufgeteilt ist, die abwechselnd mit den zwei Polen eines Schwingungskreises verbunden sind, und dass gegen die sich zwi- sehen den Segmenten ausbildenden Schlitz felder ein Elektronenstrahl eingeschossen wird, dessen Elektronen sich zugleich tangen- tiell zu den Schlitzfeldern und in Achsrich tung des Kegelmantels bewegen. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. PATENT CLAIM: Generator with a magnetron tube for ultra-high frequencies, characterized in that the energy-extracting electrode arrangement consists of a metallic conical casing facing the base surface of the cathode, which is cut along the generators and thus divided into an even number of segments that alternate are connected to the two poles of an oscillation circuit, and that an electron beam is injected against the slit fields that are formed between the segments, the electrons of which move tangentially to the slit fields and in the axial direction of the surface of the cone. <B> SUBClaims: </B> 1. Generator nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Elektronen strahl an der Kathode einen kreisförmigen Querschnitt hat, der mit Hilfe eines Linsen gebildes derart zu einem Kreisring umge formt wird, dass sich die Elektronen in räum lichen, um die Achsrichtung orientierten Spiralbahnen gegen die kegelförmigen Ab nahmeelektroden bewegen. 2. Generator nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Schwingungskreis als Rad ausgebildet ist, dessen aussen kurzgeschlos sene Speichen eine Länge von EMI0003.0018 besitzen und dessen Achse derart konisch ausgebohrt ist, dass sich die im Patentanspruch genann ten Segmente ergeben. 3. Generator according to patent claim, characterized in that the electron beam at the cathode has a circular cross-section, which is formed into a circular ring with the help of a lens structure in such a way that the electrons move in spatial spiral paths oriented around the axial direction against the conical ones Move the pick-up electrodes. 2. Generator according to claim and dependent claim 1, characterized in that the outer oscillation circuit is designed as a wheel, the outside of which is short-circuited spokes a length of EMI0003.0018 and whose axis is drilled conically in such a way that the segments mentioned in the claim result. 3. Generator nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass auf der der Basis des Kegelstumpfes abgekehrten Seite die gleich- phasig schwingenden Segmente durch zusätz liche Verbindungen miteinander verbunden sind. 4. Generator nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kreisflächenkathode durch kombinierte magnetische und elek trische elektronenoptische Abbildung in einen Kreisring auf die Basisebene des Kegel stumpfes abgebildet wird. Generator according to patent claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that on the side facing away from the base of the truncated cone, the segments vibrating in phase are connected to one another by additional connections. 4. Generator according to claim and the dependent claims 1 to 3, characterized in that the circular surface cathode is imaged by combined magnetic and elec tric electron-optical imaging in a circular ring on the base plane of the cone truncated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1008417B (en) * 1951-05-15 1957-05-16 Int Standard Electric Corp Beam generation system for transit time tubes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1008417B (en) * 1951-05-15 1957-05-16 Int Standard Electric Corp Beam generation system for transit time tubes
DE1016375B (en) * 1951-05-15 1957-09-26 Int Standard Electric Corp Traveling-wave tube arrangement with a delay line in the form of a double helix (coiled helix)

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