Magnetron-Anodengebilde Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetron-Anodengebilde, welches für Hoch frequenzstabilität ausgebildet ist.
Die Arbeitsfrequenz eines Magnetrons ändert bei ändernder Umgebungstemperatur und bei verschiedenen Eingangsenergien be trächtlich, und zwar infolge der thermischen Expansion und Kontraktion der frequenz-. bestimmenden Elemente. Diese Änderungen treten während des Betriebes auf, und sogar dann, wenn dauernde Deformationen des Gebildes nicht auftreten, und sie stehen mit den Dehnungseigenschaften der verschiede nen an der Konstruktion beteiligten Mate rialien in Beziehung.
Bisher war jedoch die Verwendung von Metallen mit geringer Dehnung bei der Anodenkonstruktion von Magnetronröhren wegen bimetallischen Ef fekten nicht möglich, welche an den Verbin dungsstellen dieser Materialien mit andern Teilen der Konstruktion entstanden. Der artige Effekte können von verschiedenen Koeffizienten thermischer Expansionen der Materialien herrühren und können, bei ge wissen Verbindungen, zu einem Bruch führen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung sind Teile des Magnetron-Anodengebildes aus Ma terialien mit niederem thermischem Ausdeh nungskoeffizienten hergestellt, welche mit gut leitendem Material überzogen sind, wodurch in Magnetronröhren die Verwendung stabilerer Metalle ohne schädliche bimetallische Effekte möglich ist und ausserdem ein Wirkungsgrad verlust infolge der schlechten Leitfähigkeit von Metallen mit niederem thermischem Ausdehnungskoeffizient vermieden wird.
Das erfindungsgemässe Magnetron-An- odengebilde, welches eine Anzahl Resonator- fahnen aufweist, die durch ein leitendes Organ derart verbunden sind, dass eine Mehr zahl getrennter Resonatoren entsteht, zeich net sich dadurch aus, dass die genannten Fahnen aus einem Material mit niederem. thermischem Ausdehnungskoeffizienten be stehen, welches Material mit einem gut lei tenden Material mit einem höheren thermi schen Ausdehnungskoeffizienten überzogen ist, wobei die genannten Überzüge miteinan der verbunden sind, derart, dass das ganze Gebilde einen niederen- thermischen Aus dehnungskoeffizienten und eine gute Leit fähigkeit aufweist.
Vorzugsweise besteht auch das genannte Organ aus einem Material mit niederem thermischem Ausdehnungskoeffizient und ist in gleicher Weise überzogen wie die Fahnen.
Das Material mit niederem thermischem Ausdehnungskoeffizient besteht vorzugs weise aus Molybdän oder Wolfram und das für die Überzüge verwendete Material besteht vorzugsweise aus Kupfer, obwohl andere gut leitende Metalle, wie z. B. Silber oder Gold, verwendet werden können.
Vorzugsweise wird das vorgenannte An odengebilde durch die Verwendung praktisch L-förmiger Elemente hergestellt, welche einen radial verlaufenden Teil und einen von die- sein Teil aus in Umfangsrichtung verlaufen den Teil aufweist. Diese Fahnenelemente bestehen beispielsweise aus mit Molybdän oder Wolfram bedecktem Kupfer. Diese Elemente können derart zusammengebaut werden, dass die genannten Umfangsteile den Umfang eines Kreises bestimmen, um welchen ein Ring angeordnet ist, welcher diese Ele mente starr zusammenhält. Die Enden der Umfangsteile werden dann an die Enden der benachbarten radial verlaufenden Teile an gelötet.
Durch diese Konstruktion wird in jedem Resonator nur eine Lötverbindung erhalten, im Vergleich zu zwei derartigen Verbindungen in üblichen Konstruktionen, wodurch die an diesen Verbindungsstellen auftretende Dämpfung auf die Hälfte herab gesetzt wird. Ausserdem kann die vergrösserte Umfangsfläche dieser Fahnen mit dem ge nannten Ring besser verlötet oder sonstwie verbunden werden.
Zudem bestehen die üb lichen Verbindungsringe, die in Magnetron- röhren für einen stabilen Betrieb üblicher Weise benötigt werden, vorzugsweise eben falls aus einem Metall mit niederem Aus- dehnungskoeffizienten, welches mit gut lei tendem Metall in gleicher oder ähnlicher Weise wie die Fahnen überzogen ist.
Ein zweckmässiges Ausgangsmaterial zur Herstellung der Magnetronfahnen besteht aus Wolfram- oder Molybdänblech, welches zuerst durch ein geeignetes Verfahren mit einem Nickelüberzug versehen wird, worauf an der mit Nickel überzogenen Oberfläche ein Kupferüberzug angebracht wird. Es hat sich gezeigt, dass das besondere, nachstehend beschriebene Verfahren zum Überziehen von Wolfram oder Molybdän ein zur Verwendung in Magnetronröhren geeignetes Material lie fert, welches imstande ist, den weitesten Temperaturschwankungen standzuhalten, welchen ein Magnetron unterworfen wird, ohne dass dabei das Magnetron einen fest stellbaren Schaden nimmt.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug nahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Die Fig. 1 eine Endansicht eines Magne- tron-Anodengebildes ; die Fig. 2 einen längs der Linie 2-2 der Fig. 1 geführten Schnitt; die Fig. 3 den Schnitt durch eine der Fahnen der Fig. 1;
die Fig.4 die schematische Darstellung einer andern Magnetronkonstruktion, und die Fig. 5 einen längs der Linie 5-5 der Fig. 4 geführten Schnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist der Hauptring des Anodenkörpers mit 1 bezeichnet. Innerhalb dieses Ringes ist eine Anzahl radial verlaufen der Fahnen 2 montiert. Jede dieser Fahnen 2 weist einen radial verlaufenden Teil 3 und einen in Richtung des Umfanges verlaufen den Teil 4 auf. Die radialen Fahnen erstrek- ken sich bis nahe zum Mittelpunkt des durch die Teile 4 bestimmten Kreises. Die Teile 4 stehen mit den äussern Enden der radialen Teile 3 in Verbindung, so dass die Teile 4 zusammen einen Kreis bestimmen, dessen Radius praktisch gleich dem Innenradius des Ringes 1 ist.
Die miteinander in Berührung stehenden Teile der aufeinanderfolgenden, in beschriebener Weise zusammengebauten Fah nen 2 werden z. B. durch Hartlöten mitein ander verbunden, und in der gleichen oder einer andern Weise am Ring 1 befestigt. Die L-förmigen Fahnen sind so ausgebildet, dass sie praktisch gleich sind, mit der Ausnahme, dass bei jeder zweiten Fahne die Nuten für die Verbindungsringe 5 und 6 auf den gegenüber liegenden Seiten der Fahnen eine verschie dene Tiefe aufweisen, wie dies aus der Fig. 2 klar ersichtlich ist. Ausserdem sind zwei die ser Fahnen 2 etwas anders gestaltet, um einen der Resonatoren abzuschliessen, wie dies bei 7 ersichtlich ist.
Diese beiden Fahnen haben je einen Uförmigen Teil, dessen Breite gleich der Hälfte der normalen, am Umfang gemessenen Breite der sektorförmigen Reso- natoren ist, so dass diese am gemeinsamen Mittelpunkt zusammengefügt werden kön nen. Der Ausgangsresonator 8 ist durch das erste und letzte Element 2 bestimmt, ohne dass für diesen eine zusätzliche Fahne erfor- derlich wäre. Vorzugsweise wird im Anoden ring 1 eine Öffnung 8 vorgesehen, welche der Auskopplung zu einem Ausgangshohlleiter oder dergleichen dient.
Jede der Fahnen besteht, wie dies die Fig. 3 zeigt, aus einem Kern 9, der aus einem Material mit niederem thermischen Ausdeh nungskoeffizient, wie z. B. Molybdän oder Wolfram, besteht. Dieser Kern 9 ist mit einem Metall höherer Leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, überzogen, welches den Überzug 10 bildet. Vorzugsweise ist auch die innere Ober fläche des Anodenringes 1 mit Kupfer über zogen, um eine geeignete Oberfläche für das Anlöten der verschiedenen Fahnen zu schaf fen. Beim Aufbau des erwähnten Gebildes werden die Fahnen alle mit Hilfe einer zweck mässigen Lehre zusammengebaut.
Die Löt- masse wird dann an den Berührungskanten der Fahnen 2 aufgebracht, und das ganze Gebilde erwärmt, um diese Teile miteinander zu verlöten. Hierauf werden die Verbindungs ringe 5 und 6 in ihre Lage gebracht und mit jeder zweiten Fahne 2 verlötet. Der Anoden ring 1 wird hierauf mit einer geeigneten Lehre in seine Lage gebracht und die zu sammengebauten Fahnen an dessen innerer Fläche angelötet. Ein Kupferrohr 11, welches vorzugsweise verhältnismässig dünn ist, wird hierauf an der äussern Oberfläche des Ringes 1 befestigt, um das so entstandene Anoden gebilde mit andern Teilen einer Magnetron- röhre zu verbinden.
Der Einfachheit halber sind die übrigen Teile .des Magnetrons nicht dargestellt.
Das aus L.-förmigen Fahnen bestehende, in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Anodenge bilde, stellt eine bevorzugte Ausführungs form dar. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Konstruktion, in welcher die Anodenfahnen 12 aus geraden, mit Kupfer überzogenen Molybdänblechen bestehen, welche mit der Kupferauskleidung 13 des Molybdänringes 14 verlötet ist. Falls erwünscht, kann wiederum ein Aussenzylinder aus Kupfer vorgesehen werden, um das ganze Anodengebilde mit andern Teilen der Röhre zu verbinden.
Man erkennt, dass die Figuren und insbesondere die Fig. 4 und 5 rein schematisch gehalten sind und weder für die relativen Dicken der verschiedenen Teile noch für die relativen Dimensionen dieser Teile ein naturgetreues Bild ergeben.
Bei einem praktisch hergestellten Magne- tron, welches gemäss den Fig. 1, 2 und 3 für den Betrieb im Bereich von 9000 MHz kon struiert war, wurde eine beträchtliche Fre- quenzstabilität über verhältnismässig grosse Temperaturschwankungen erzielt.
So wurde bei einer Temperaturänderung von 110 C nur eine Frequenzverschiebung von ungefähr 2,1 MHz festgestellt, während bei üblichen vollständig aus Kupfer bestehenden Magne- tronkonstruktionen für den Betrieb bei gleicher Frequenz eine Frequenzverschiebung von ungefähr 20 MHz für die gleiche Tem peraturänderung auftritt.
Es haben sich zahlreiche Versuche als nötig erwiesen, um Molybdän- oder Wolfram blech mit geeignetem Überzug zu erhalten, welches die Erzielung der nötigen Stabilität bei den Temperaturänderungen gestattet, wie sie beim Betrieb von Magnetronröhren üblicherweise angetroffen werden. Eine ge wöhnliche Kupferplattierung auf einer Molyb- dänunterlage erwies sich als ungeeignet, da sich beim Betrieb der Röhre der Überzug ablöste oder Blasen bildete, so dass die Röhre zerstört wurde.
Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung geeigneter Bleche wird nach folgend beschrieben: Das Molybdän oder Wolfram wird zuerst in üblicher Weise chemisch gereinigt und hierauf wird dieses in einer niedrigen pH- Lösung, welche negative Chlor- und Fluor ionen enthält, oberflächenvernickelt. Das der art vernickelte Blech wird hierauf auf eine Dicke von ungefähr 0,005 mm mit Nickel plattiert, worauf das plattierte Blech in einer inerten Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperatur von ungefähr 1350 C ge rade so lange erwärmt wird, dass das Nickel vollständig flüssig wird.
Auf das derart mit Nickel überzogene Material kann das Kupfer dann auf verschiedene Arten aufgebracht werden. Ein Verfahren zur Aufbringung des Kupfers beruht in der Oberflächenverkupfe- rung des Gestells und der nachfolgenden Plattierung mit Kupfer bis auf eine Dicke von ungefähr 0,005 mm, worauf das Gut ge nügend erwärmt wird, damit das Kupfer in das Nickel einschmelzt. Hierauf wird das so behandelte Blech weiter mit Kupfer bis auf die gewünschte Dicke plattiert. Diese Dicke kann genügend gross sein, um eine nachträg liche Bearbeitung zu ertragen, falls dies er wünscht ist.
Ein anderes Verfahren besteht einfach darin, ein dünnes Kupferblech bzw. eine Kupferfolie auf das vernickelte Material mit einem geeigneten Lot aufzulöten.
Ein drittes Verfahren besteht darin, ein Kupferblech auf das vernickelte Material aufzuwalzen und hierauf die Dicke dieses Kupferbleches zu vermindern, wobei der Walzdruck genügend gross ist, um eine Kalt verschweissung des Kupfers mit dem Nickel zu bewirken. Das Ganze wird hierauf in einer inerten Atmosphäre, wie z. B. Wasserstoff, auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher eine Sinterung des Kupfers und des Nickels stattfindet.
Selbstverständlich könnte an Stelle des Kupfers auch Silber oder Gold als gut leiten des Materialverwendet werden.
Magnetron anode structure The present invention relates to a magnetron anode structure which is designed for high frequency stability.
The working frequency of a magnetron changes considerably with changing ambient temperature and with different input energies, due to the thermal expansion and contraction of the frequency. determining elements. These changes occur during operation, and even if permanent deformations of the structure do not occur, and they are related to the elongation properties of the various materials involved in the construction.
So far, however, the use of metals with low expansion in the anode construction of magnetron tubes was not possible due to bimetallic effects, which were created at the connection points of these materials with other parts of the construction. Such effects can result from different coefficients of thermal expansions of the materials and, with certain connections, can lead to breakage.
According to the present invention, parts of the magnetron anode structure are made of Ma materials with a low thermal expansion coefficient, which are coated with a highly conductive material, which allows the use of more stable metals in magnetron tubes without harmful bimetallic effects and also a loss of efficiency due to poor conductivity of metals with a low thermal expansion coefficient is avoided.
The magnetron anode structure according to the invention, which has a number of resonator tabs which are connected by a conductive element in such a way that a plurality of separate resonators is produced, is characterized in that the tabs mentioned are made of a material with a low. There are thermal expansion coefficients, which material is coated with a good conductive material with a higher thermal expansion coefficient, said coatings being connected to one another in such a way that the entire structure has a low thermal expansion coefficient and good conductivity.
Preferably, said organ also consists of a material with a low coefficient of thermal expansion and is coated in the same way as the flags.
The material with a low coefficient of thermal expansion is preferably made of molybdenum or tungsten and the material used for the coatings is preferably made of copper, although other highly conductive metals, such as. B. silver or gold can be used.
Preferably, the aforementioned anode structure is produced through the use of practically L-shaped elements which have a radially extending part and one of which its part extends in the circumferential direction. These flag elements consist, for example, of copper covered with molybdenum or tungsten. These elements can be assembled in such a way that the said peripheral parts define the circumference of a circle around which a ring is arranged which holds these elements rigidly together. The ends of the peripheral parts are then soldered to the ends of the adjacent radially extending parts.
As a result of this construction, only one soldered connection is obtained in each resonator, in comparison to two such connections in conventional constructions, as a result of which the attenuation occurring at these connection points is reduced by half. In addition, the enlarged circumferential surface of these flags can be better soldered or otherwise connected to the ge-called ring.
In addition, the usual connecting rings, which are usually required in magnetron tubes for stable operation, are preferably also made of a metal with a low expansion coefficient, which is coated with a highly conductive metal in the same or a similar way as the flags.
An expedient starting material for the production of the magnetron flags consists of tungsten or molybdenum sheet, which is first provided with a nickel coating by a suitable process, after which a copper coating is applied to the nickel-coated surface. It has been shown that the particular method described below for coating tungsten or molybdenum provides a material suitable for use in magnetron tubes, which is able to withstand the widest temperature fluctuations to which a magnetron is subjected without the magnetron being stuck inconceivable damage.
The invention is described in more detail using some exemplary embodiments with reference to the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows an end view of a magnetron anode structure; FIG. 2 shows a section along line 2-2 of FIG. 1; FIG. 3 shows the section through one of the flags of FIG. 1;
4 shows the schematic representation of another magnetron construction, and FIG. 5 shows a section along the line 5-5 in FIG.
1 and 2, the main ring of the anode body is denoted by 1. A number of radially extending flags 2 are mounted within this ring. Each of these flags 2 has a radially extending part 3 and a part 4 extending in the direction of the circumference. The radial flags extend to near the center of the circle defined by the parts 4. The parts 4 are connected to the outer ends of the radial parts 3, so that the parts 4 together define a circle, the radius of which is practically the same as the inner radius of the ring 1.
The mutually contacting parts of the successive, assembled in the manner described Fah NEN 2 z. B. connected by brazing mitein other, and attached to the ring 1 in the same or a different manner. The L-shaped flags are designed so that they are practically the same, with the exception that in every second flag the grooves for the connecting rings 5 and 6 on the opposite sides of the flags have different depths, as shown in FIG 2 is clearly visible. In addition, two of these flags 2 are designed somewhat differently in order to complete one of the resonators, as can be seen at 7.
These two flags each have a U-shaped part, the width of which is equal to half the normal width of the sector-shaped resonators, measured on the circumference, so that they can be joined together at the common center point. The output resonator 8 is determined by the first and last element 2 without the need for an additional flag. Preferably, an opening 8 is provided in the anode ring 1, which is used for coupling out to an output waveguide or the like.
Each of the flags, as shown in FIG. 3, consists of a core 9 made of a material with a low thermal expansion coefficient, such as. B. molybdenum or tungsten. This core 9 is coated with a metal of higher conductivity, such as. B. copper, which forms the coating 10. Preferably, the inner upper surface of the anode ring 1 is coated with copper in order to create a suitable surface for soldering the various flags. When building the structure mentioned, the flags are all assembled using an appropriate teaching.
The soldering compound is then applied to the contact edges of the lugs 2, and the entire structure is heated in order to solder these parts together. Then the connecting rings 5 and 6 are brought into position and soldered to every second flag 2. The anode ring 1 is then brought into its position with a suitable teaching and soldered to the assembled flags on its inner surface. A copper tube 11, which is preferably relatively thin, is then attached to the outer surface of the ring 1 in order to connect the anode structure thus created to other parts of a magnetron tube.
For the sake of simplicity, the remaining parts of the magnetron are not shown.
The existing L.-shaped flags, shown in Figs. 1 to 3 Anodenge form, represents a preferred embodiment. Figs. 4 and 5 show a further construction in which the anode tabs 12 made of straight, copper-plated molybdenum sheets exist, which is soldered to the copper lining 13 of the molybdenum ring 14. If desired, an outer cylinder made of copper can again be provided in order to connect the entire anode structure to other parts of the tube.
It can be seen that the figures and in particular FIGS. 4 and 5 are kept purely schematic and do not give a true-to-life picture either for the relative thicknesses of the various parts or for the relative dimensions of these parts.
With a practically manufactured magnet, which according to FIGS. 1, 2 and 3 was designed for operation in the range of 9000 MHz, a considerable frequency stability was achieved over relatively large temperature fluctuations.
For example, with a temperature change of 110 C, only a frequency shift of approximately 2.1 MHz was found, while with conventional magnet constructions made entirely of copper for operation at the same frequency, a frequency shift of approximately 20 MHz occurs for the same temperature change.
Numerous attempts have proven necessary in order to obtain molybdenum or tungsten sheet with a suitable coating, which allows the achievement of the necessary stability with the temperature changes, as they are usually encountered when operating magnetron tubes. Ordinary copper plating on a molybdenum base turned out to be unsuitable because the coating peeled off or bubbles formed during operation of the tube, so that the tube was destroyed.
A suitable method for the production of suitable metal sheets is described as follows: The molybdenum or tungsten is first chemically cleaned in the usual way and then the surface is nickel-plated in a low pH solution which contains negative chlorine and fluorine ions. The kind of nickel-plated sheet is then plated with nickel to a thickness of approximately 0.005 mm, whereupon the plated sheet is heated in an inert hydrogen atmosphere to a temperature of approximately 1350 ° C. just long enough for the nickel to become completely liquid.
The copper can then be applied in various ways to the material coated with nickel in this way. One method of applying the copper is to copper the surface of the frame and then plating it with copper to a thickness of approximately 0.005 mm, whereupon the material is heated sufficiently so that the copper melts into the nickel. The sheet metal treated in this way is then plated further with copper to the desired thickness. This thickness can be large enough to endure subsequent processing if he so wishes.
Another method is simply to solder a thin copper sheet or copper foil onto the nickel-plated material with a suitable solder.
A third method consists in rolling a copper sheet onto the nickel-plated material and then reducing the thickness of this copper sheet, the rolling pressure being sufficiently great to cause the copper to be cold-welded to the nickel. The whole thing is then in an inert atmosphere, such as. B. hydrogen, heated to a temperature at which sintering of the copper and nickel takes place.
Of course, instead of copper, silver or gold could also be used as a good conductor of the material.