Mikrowellenröhre mit Mitteln zur Erzeugung von einander sich kreuzenden elektrischen und magnetischen Feldern Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenröhre mit Mitteln zur Erzeugung von einander sich kreuzenden elektrischen und magnetischen Feldern, welche Röhre eine hohlzylindrische Anode aufweist, innerhalb welcher eine Kathode angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der Anode und der Kathode den Wechselwirkungsraum der Röhre bildet, in dem ein axial verlaufendes magne tisches Gleichfeld erzeugt wird, sowie mit einem Hohl raumresonator, der das frequenzbestimmende Glied der Mikrowellenröhre ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anode mindestens teilweise einen inneren und einen äusseren Hohlraum begrenzt,
welche Hohlräume durch einen radial durch die Anode verlaufenden Durch gang miteinander verbunden sind, wobei der innere Hohlraum, der äussere Hohlraum und der radial ver laufende Durchgang zusammen den genannten Hohl raumresonator bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Mi krowellenröhre unterteilt der radial verlaufende Durch gang die Anode in einen Anodenteil, der in der Nähe des einen Anodenendes angeordnet ist, und in einen zweiten Anodenteil, der in der Nähe des anderen Ano denendes angeordnet ist. Diese Anodenteile weisen eine Anzahl axial verlaufender Segmente auf, die von den Innenflächen der Anodenteile ausgehen und radial in den inneren axial verlaufenden Hohlraum hineinragen. Diese Anodensegmente begrenzen eine entsprechende Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen. Von dem ersten Anodenteil geht eine Anzahl von axial ver laufenden Stäben aus, die in den Vertiefungen im zwei ten Anodenteil angeordnet sind und von den entspre chenden Anodensegmenten der zweiten Anode einen gewissen Abstand haben.
Von dem zweiten Anodenteil geht ebenfalls eine Anzahl axial verlaufender Stäbe aus, die in den Vertiefungen des ersten Anodenteils angeord net sind und von den entsprechenden Anodensegmenten des ersten Anodenteils einen gewissen Abstand haben.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Aus- führungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Oszillatorschaltkreis mit einer Mikrowellenröhre nach der Erfindung.
Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch den Oszilla- tor aus Fig. 1 und zeigt, wie die Mikrowellenröhre mit gekreuzten Feldern nebst den magnetischen Feldspulen, den Kopplern und den Filtern in den Oszillator einge setzt ist.
Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Mikro wellenröhre, die im Oszillator nach Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Teil der Mikrowellenröhre aus Fig. 3 längs der Linie 4-4.
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die Mikrowellen röhre nach Fig. 3 längs der Linie 5-5.
Fig. 6 zeigt perspektivisch, wie Teile der beiden Anoden in einem bestimmten Abstand voneinander an geordnet sind.
Fig. 7 ist eine Endansicht auf eine der Anoden, die einen Teil der Mikrowellenröhre aus Fig. 3 bildet.
Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch die Anode nach Fig. 7 längs der Linie 8-8.
Fig. 9 zeigt schematisch und abgewickelt, wie die Anoden von innen aussehen.
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch die Mikrowellen röhre nach der Fig. 3 längs der Linie 10-10.
Fig. 11 bis 16 zeigen vergrösserte Ausschnitte eines Querschnitts durch die Mikrowellenröhre nach Fig. 3 längs der Linie 1l-11 und dienen der Darstellung der verschiedenen elektrischen und magnetischen Felder in nerhalb der Röhre.
Fig. 17 und 18 sind graphische Darstellungen und zeigen verschiedene Betriebskennlinien der Mikrowellen röhre nach den Fig. 3 bis 10.
Fig. 19 zeigt schematisch einen Verstärker zur Ver stärkung der Ausgangsgrösse des Mikrowellenoszillators nach Fig. 2. In diesem Verstärker wird eine Mikrowel lenröhre nach der Erfindung verwendet. Fig. 20 ist ein Längsschnitt durch den Verstärker aus Fig. 19 und zeigt die Mikrowellenröhre und die Schaltverbindungen für die Mikrowellenröhre sowie die Magnetfeldspulen und die Verstärkereingangs- und- aus gangskreise.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Oszillatorschalt- kreis 50 dargestellt, der die Merkmale der Erfindung aufweist. Der Oszillator 50 ist an ein Edison-Netz von 236 V angeschlossen, dessen Frequenz 60 Hz beträgt. Das Edison-Netz weist zwei stromführende Leitungen L1 und L2 und einen Nulleiter N auf. Diese drei Leiter enden an einem zugeordneten Klemmbrett B. Der Oszil- latorschaltkreis 50 weist eine Stromversorgung 51 mit zwei Eingängen 52 und 53 auf, mit denen die strom führenden Leitungen L1 und L2 des Netzes verbunden sind.
An den beiden Ausgangsklemmen 54 und 55 der Stromversorgung wird ein gleichgerichteter und ge filterter Gleichstrom verhältnismässig niedriger Spannung abgenommen, der der Mikrowellenröhre des Oszillator- schaltkreises 50 als Betriebsspannung zugeführt wird. An den Ausgängen 56 und 57 der Stromversorgung 51 wird ein Wechselstrom verhältnismässig niedriger Span nung abgenommen, der als Heizstrom für die Mikro wellenröhre im Oszillatorschaltkreis 50 dient.
Die Ein gänge 52 und 53 der Stromversorgung 51 sind mit den Ausgangsklemmen 54 und 55 durch einen Konverter verbunden, der aus einer Kombination von Kondensa toren und Gleichrichtern besteht und eine Gleichspan nung an den Ausgangsklemmen abgibt, wenn an den Eingangsklemmen eine niederfrequente Wechselspan nung angelegt wird. Der Wert der Gleichspannung ist etwa doppelt so hoch wie der Spitzenwert der zugeführ ten Wechselspannung. Dieser Konverter arbeitet also als Gleichrichter mit Spannungsverdopplung, so dass die Gleichspannung am Ausgang zwischen den Klemmen 54 und 55 etwa 666 V beträgt, wenn die mittlere Wechselspannung zwischen den Leitungen L1 und L2 236 V beträgt. Diese 666 V Gleichspannung sind die Leerlaufspannung der Stromversorgung 51.
Der Oszillatorschaltkreis 50 weist ferner einen Os- zillator 200 mit einer Elektronenröhre 100 mit gekreuz ten elektrischen und magnetischen Feldern nach der Erfindung auf. Der Oszillator 200 weist zwei Eingangs klemmen 201 und 202 auf, die mit den Ausgangsklem men 54 und 55 der Stromversorgung 51, an denen der Gleichstrom abgenommen werden kann, durch Leitun gen 60 und 61 verbunden sind. Der Eingang 202 ist ausserdem noch durch die Leitung 61 mit der einen Ausgangsklemme 56 der Stromversorgung 51 für den Heizstrom verbunden.
Der Oszillator 200 weist noch eine dritte Eingangsklemme 203 auf, die über eine Leitung 62 mit der anderen Ausgangsklemme 57 der Stromversorgung 51 für den Heizstrom verbunden ist. Alle Teile des Oszillators 200 sind von einem Metall gehäuse 205 umgeben, an dem bei 206 ein äusserer Rohrleiter 207 verbunden ist, in dem ein Innenleiter <B>167</B> angeordnet ist, der auch mit dem Eingang 202 verbunden ist. Die koaxial angeordneten Leiter 167 und 207 stellen zusammen die Ausgangsleitung des Oszillators 200 dar. Die Ausgangsleitung des Oszillators ist mit einer Koaxialleitung 65 verbunden, die einen äusseren Rohrleiter 66 und einen Innenleiter 67 auf weist.
Diese Verbindung wird über eine kapazi- tive Kopplung vermittelt, und zwar ist zwischen den Aussenleiter 207 und den Aussenleiter 66 ein Koppler 232 gesetzt, während der Innenleiter 167 und der Innenleiter 67 über den kapazitiven Koppler 242 mit einander verbunden sind. Das kapazitive Ankoppeln über die Koppler 232 und 242 ist aus Sicherheitsgründen günstig und notwendig, da der Aussenleiter 66 der Koaxialleitung 65 geerdet sein sollte.
Der Aussenleiter 66 kann jedoch nicht geerdet werden, wenn das Oszilla- trogehäuse 205 Gleichspannung führt. Das Gehäuse 205 liegt jedoch gegenüber Erde auf einem Gleichspannungs- potential, da dem Gehäuse 205 von der Stromversorgung 51 her Potentiale zugeführt werden. Es liegt in der Natur und der Wirkungsweise der Stromversorgung 51 be gründet, dass weder die Leitung 60 noch die Leitung 61 geerdet werden können. Es ist daher notwendig und günstig, die Stromversorgung 51 und den Oszillator 200 durch ein geerdetes äusseres Gehäuse (nicht gezeigt) elektrisch abzuschirmen.
Die Energie, die der Oszillator 200 an die Koaxial leitung 65 abgibt, kann für jeden gewünschten Zweck verwendet werden. In der Fig. 1 sind zwei Anwendungs beispiele für die Verwendung dieser Mikrowellenenergie dargestellt. Das erste Anwendungsbeispiel ist im rechten oberen Teil der Fig. 1 gezeigt, während das zweite Anwendungsbeispiel im unteren Teil der Fig. 1 dar gestellt ist. Im rechten oberen Teil der Fig. 1 ist gezeigt, wie die Mikrowellenenergie auf der Koaxialleitung 65 einer Antenne zugeführt werden kann, die eine gewöhn liche Radarantenne ist.
Der Aussenleiter 66 ist mit den äusseren Antennenelementen 68 verbunden, während der Innenleiter 67 mit den inneren Antennenlementen 69 in Verbindung steht. Die Antennenelemente 68 und 69 dienen dazu, den Wellenwiderstand der Koaxialleitung 65 an den Wellenwiderstand des freien Raumes anzu passen. Im unteren Teil der Fig. 1 ist ein zweites Ver wendungsbeispiel für die Mikrowellenenergie angegeben. Hier ist die Koaxialleitung 65 an ein elektronisches Heizgerät, wie beispielsweise an einen elektronischen Kochherd 70 für Haushaltszwecke angekoppelt.
Der Kochherd 70 weist ein aufrechtstehendes kastenartiges Stahlgehäuse 71 auf, in dem ein weiteres Metallgehäuse 72 angeordnet ist, das als Ofenröhre dient. Das zweite Metallgehäuse 72 kann ebenso aus Stahl hergestellt sein. Es ist ebenfalls kastenartig ausgebildet und weist eine obere und eine untere Wand, eine Rückwand und zwei Seitenwände auf. Das innere Stahlgehäuse 72 weist daher vorne eine Öffnung auf, durch die die Ofenröhre zugänglich ist. Das äussere Gehäuse 71 ist mit einer Vordertüre 73 ausgerüstet, die mit dem Innen gehäuse 72 zusammenarbeitet. Diese Vordertüre 73 ist am unteren Ende mit Scharnieren 74 befestigt und am oberen Ende mit einem Handgriff 75 versehen, so dass die Vordertüre 73 geschlossen und geöffnet werden kann.
Die Vordertüre 73 ist innen mit einem Metall blech ausgekleidet, das ein Stahlblech sein kann und mit dem Innengehäuse 72 zusammenwirkt, so dass die Ofenröhre vollständig geschlossen ist, wenn die Vorder türe 73 geschlossen ist. Aus Sicherheitsgründen ist das Innengehäuse 72 mit dem Aussengehäuse 71 durch eine Leitung 76 verbunden. Das Aussengehäuse 71 ist seiner seits über den Nulleiter N geerdet. Der Aussenleiter 66 der Koaxialleitung 65 ist bei 78 mit dem Aussengehäuse 71 und dem Innengehäuse 72 des Kochherdes 70 ver bunden. Innerhalb des Herdes 70 ist an seiner Rück seite eine Koppelschleife 77 angeordnet, die bei 79 mit dem Innenleiter 67 der Koaxialleitung 65 verbunden ist.
Die Mikrowellenenergie aus der Koaxialleitung 65 wird daher in die Ofenröhre des Herdes 70 eingestrahlt, so dass den Nahrungsmitteln im Kochherd Energie zum Kochen zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform des Kochherdes 70 sind die Stromversorgung 50 und der Oszillator 200 zusammen mit der Koaxial leitung 65 in einem gemeinsamen Gehäuse unterge bracht, das auch das Gehäuse 71 umschliesst. Dieses gemeinsame Gehäuse ist ein Metallgehäuse, vorzugs weise aus Stahl und ist aus Sicherheitsgründen geerdet.
Nun soll in Verbindung mit den Fig. 2 bis 10 be schrieben werden, wie der Oszillator 200 und die in ihm vorhandene Mikrowellenröhre 100 im einzelnen aufgebaut sind. Die Mikrowellenröhre 100 weist eine Anode 101 auf, die aus einem Hohlzylinder 102 sowie zwei Anodenteilen 110 und 130 besteht. Weiterhin ent- ält die Mikrowellenröhre 100 eine Kathode 150, zwei Polschuhe 170, ein oberes Endstück 180 und ein unteres Endstück<B>190.</B>
Die Anode 101 ist ringförmig ausgebildet und wird vom Inneren des Hohlzylinders 102 begrenzt (siehe Fig. 3, 4 und 5). Der Hohlzylinder 102 ist röhrenförmig ausgebildet und hat überall einen kreisförmigen Quer schnitt. Die Aussenfläche 103 des Hohlzylinders ist zylindrisch. Die Innenfläche 104 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet. Sie ist am oberen und am unteren Ende jeweils mit einem Absatz versehen, so dass eine obere Endwandung 105 und eine untere Endwandung 106 gebildet werden. Die beiden Endwandungen 105 und 106 sind ringförmig ausgebildet, parallel zueinander an geordnet und stehen ausserdem senkrecht auf der Längs achse der Mikrowellenröhre 100.
Etwa in der Mitte des Hohlzylinders 102 ist ein Pumpstutzen 107 vorge sehen, der mit dem Inneren der Mikrowellenröhre in Verbindung steht und nach aussen herausragt. Der Pumpstutzen 107 wird dazu verwendet, die Mikro wellenröhre 100 zu evakuieren, da im Inneren der Mikrowellenröhre 100 ein Vakuum herrschen muss. Da her ist die Mikrowellenröhre völlig dicht zusammenge setzt, wie anschliessend noch näher beschrieben wird. Auf der Aussenfläche 103 des Hohlzylinders 102 sind weiterhin eine Anzahl von Kühlrippen 108 angeordnet. Jede Kühlrippe 108 ist mit einem ringförmigen Flansch 109 versehen, der um den Hohlzylinder 102 herumläuft und mit dem Hohlzylinder verlötet ist.
Der Hohlzylinder 102 und die Kühlrippen 108 sind aus einem Metall hergestellt, das eine gute thermische Leitfähigkeit auf weist. Kupfer ist hierfür besonders geeignet. Dadurch wird die Wärme aus der Röhre<B>100</B> nach aussen in die Kühlrippen 108 hineingeleitet. Die Kühlrippen 108 sind rechteckig ausgebildet, so dass sie in das Gehäuse 205 hineinpassen. Das Gehäuse 205 ist vorzugsweise mit Mitteln versehen, durch die man ein Kühlmittel, wie beispielsweise einen Luftstrom durch das Gehäuse 205 hindurchführen kann. Dadurch werden die Kühlrippen 108 wirksam gekühlt, so dass während des Betriebs der Mikrowellenröhre 100 die entstehende Wärme abgeleitet werden kann.
Innerhalb des Hohlzylinders 102 sind die beiden Anodenteile 110 und 130 angeordnet, die zur gesamten Anode 101 gehören. In den Fig. 3 und 6 bis 9 ist im einzelnen gezeigt, wie der Anodenteil 110 aufgebaut ist. Der Anodenteil 110 ist allgemein ringförmig ausgebildet und weist am einen Ende einen massiven Ringteil 111 auf. In der Fig. 3 ist dieses das obere Ende. Der Ring teil 111 weist eine äussere Stirnfläche 112 auf, an die sich eine zylindrische Seitenwand 113 anschliesst.
Der Aussendurchmesser des Ringteils 111 ist nur gering fügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohlzylin ders 102, so dass der Anodenteil 110 in den Hohl- zylinder eingeschoben und zum Schluss innen mit ihm verlötet werden kann. Das andere Ende des Ringteils 111 ist abgedreht worden, so dass sich eine kreisförmige Innenwand 114 ergibt, die um den Ringteil konzentrisch zur Seitenwand 113 herumläuft, jedoch einen merklich geringeren Durchmesser hat. Die beiden Wandteile 113 und 114 sind über einen ringförmigen Wandteil 115 miteinander verbunden, der parallel zur äusseren Stirn wand 112 angeordnet ist und auf den Wandteilen 113 und 114 senkrecht steht.
Das andere Ende des Wand teils 114 steht mit einer inneren Stirnfläche 116 in Verbindung, die das andere Ende des Ringteils 111 begrenzt. Die innere Stirnfläche 116 verläuft parallel zu den Stirnflächen 112 und 115 und steht senkrecht auf den Wandungsteilen 113 und 114. Im Inneren des Anodenteils 110 sind eine Anzahl axial verlaufender Anodensegmente<B>117</B> angeordnet, die sich über die gesamte Länge des Ringteils 111 erstrecken und radial nach innen in den axial verlaufenden Raum innerhalb des Anodenteils 110 hineinragt. Die Anodensegmente 117 teilen zwischen sich eine Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen ab. In den Figuren sind 15 Anoden segmente 117 und entsprechend 15 Anodenvertiefun gen 122 dargestellt.
Jedes Anodensegment 117 weist eine axial verlaufende innere Oberfläche 118 und zwei nach aussen gerichtete Seitenwandungen 119 auf, die sich gegenüberstehen. Die Abmessungen der inneren Oberfläche 118 in Umfangsrichtung sind merklich klei ner als die Radialabmessungen der zugehörigen Seiten wandungen 119. Die äusseren Enden zweier neben einander liegender Seitenwandungen 119 sind durch eine Aussenfläche 121 miteinander verbunden, so dass die Anodenvertiefungen 122 durch zwei Seitenwandun gen<B>119</B> und die zugehörige Aussenwand 121 definiert sind. Die beiden Seitenwandungen 119 jeder Vertiefung 122 sind nach innen konvergierend angeordnet, stehen jedoch senkrecht auf der zugehörigen Aussenwand 121.
Der Anodenteil<B>110</B> ist weiterhin mit 15 Stäben oder Fahnen 125 versehen, die zusammen mit den Anodensegmenten 117 aus einem Stück hergestellt sind und von ihnen ausgehen. Die innere Oberfläche 118 eines jeden Anodensegmentes 117 setzt sich nach vorne über die innere Stirnfläche 116 hinaus fort und verläuft parallel zur Achse des Anodenteiles 110. Diese Innen fläche bildet die innere Oberfläche der zugehörigen Fahne 125. Ein Teil der Seitenwandung 119 der Ano densegmente 117 setzt sich ebenfalls über die innere Stirnwand 116 hinaus fort. Diese Teile der Seitenwan dungen 119 bilden die radial verlaufenden Seitenflächen der zugehörigen Fahne 125.
Die Innenfläche 118 und die Seitenwandung<B>119</B> enden an einer Endfläche 126, die senkrecht auf der Achse des Anodensteils <B>110</B> steht. Die Aussenfläche einer jeden Anodenfahne ist mit 127 bezeichnet. Diese Aussenfläche 127 verläuft von der inneren Stirnfläche<B>116</B> nach aussen bis zur Endfläche 126. Das innere Ende der Aussenfläche 127 stösst an die innere Stirnfläche 126 bei einem Punkte an, der gegenüber der danebenliegenden Aussenwan dung 121 radial nach innen versetzt ist (siehe Fig. 7 und 8). Dann läuft die Aussenfläche 127 konisch nach innen weiter und endet am Ende der Fahne 126.
Der Anodenteil 130 ist ebenfalls ringförmig ausge bildet und weist einen Ringteil 131 auf, der am einen Ende des Anodenteils 130 angeordnet ist. Dieses ist das untere Ende in Fig. 3. Die äussere Stirnfläche des Ring teils 113 ist mit 132 bezeichnet. An diese Stirnfläche schliesst sich eine zylindrische Aussenwand 133 an, deren Aussendurchmesser nur geringfügig kleiner als der In nendurchmesser des Hohlzylinders 102 ist. Dadurch kann der Anodenteil 130 in den Hohlzylinder 102 hineingeschoben und mit ihm verlötet werden. Das andere Ende des Ringteils 131 ist abgedreht, so dass sich eine ringförmige Innenwand 134 ergibt, die kon zentrisch zur ringförmigen Aussenwandung 133 um den Ringteil 131 herumläuft, jedoch einen merklich geringe ren Durchmesser aufweist.
Die Wandungsteile <B>133</B> und 134 sind durch einen ringförmigen Wandteil 135 mit einander verbunden, der parallel zur äusseren Stirn fläche 132 angeordnet ist und auf den Wandteilen 133 und 134 senkrecht steht. Das andere Ende des inneren Wandteils 134 stösst an eine innere Stirnfläche 136 an, die das andere Ende des Ringteils 133 begrenzt. Die innere Stirnfläche 136 verläuft parallel zu den Stirn flächen 132 und 135 und steht auf den Wandungsteilen 133 und 134 senkrecht. Im Inneren des Anodenteiles 130 sind eine Anzahl axial verlaufender Anodensegmente 137 angeordnet, die sich den ganzen Ringteil 131 entlang erstrecken.
Die Segmente 137 ragen radial in den axial verlaufenden Raum innerhalb des Anodenteils 130 hinein und be grenzen zwischen sich eine entsprechende Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen 142. Es sind 15 Ano densegmente 137 und 15 Anodenvertiefungen 142 im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Jedes Anodensegment 137 weist eine .axial verlaufende Innen fläche 138 und zwei nach aussen gerichtete Seitenflächen 139 auf, die sich gegenüberstehen. Die Abmessung der Innenfläche 138 in Umfangsrichtung ist merklich kleiner als die Radialabmessung der zugehörigen Seitenwandun gen 139. Die äusseren Enden der Seitenwandungen 139 sind durch eine Aussenfläche 141 miteinander verbun den.
Daher sind die Vertiefungen 142 durch die zugehö rigen Seitenwandungen 139 und die zugehörige Aussen fläche 141 begrenzt. Die Seitenwandungen<B>139</B> einer jeden Vertiefung 142 sind nach innen konvergierend angeordnet und stehen .auf der zugehörigen Aussenfläche 141 senkrecht.
Der Anodenteil 130 ist weiterhin mit 15 Stäben oder Fahnen 145 versehen, die mit ihm zusammen aus einem Stück hergestellt sind. Die Anodenfahnen 145 verlaufen in Längsrichtung und gehen von den Anoden segmenten 137 aus. Die Innenfläche 138 eines jeden Anodensegmentes 137 verläuft nach vorne noch über die innere Stirnfläche<B>136</B> hinaus und ist parallel zur Achse des Anodenteils 130 angeordnet. Diese Fläche 138 bildet die Innenfläche der zugehörigen Anoden fahne 145. Ein Teil der Seitenflächen 139 der Anoden segmente 137 verläuft nach vorne über die innere Endfläche 136 hinaus. Dieser Teil der Seitenflächen 139 bildet die radial verlaufenden Seiten der Anodenfahnen 145.
Die Innenfläche 138 und die Seitenwandungen 139 schliessen am Ende 146 ab, das senkrecht auf der Achse des Anodenteils 130 steht. Die Aussenflächen der Ano denfahnen 145 sind mit 147 bezeichnet. Die Aussenflä chen 147 gehen von der inneren Stirnfläche 136 aus und verlaufen nach aussen bis zum Ende 146 der Anodenfahne. Genauer gesagt, stösst das innere Ende der Aussenflächen 147 an die innere Stirnfläche 136 an einem Punkte an, der von der daneben liegenden Aussen fläche 141 radial nach innen versetzt ist. Daraufhin ver läuft die Aussenfläche 147 konisch nach innen von der inneren Stirnfläche 136 aus auf das Ende 146 der Anodenfahne zu. Die Anoden 110 und 130 sind aus einem Metall hergestellt, das eine gute thermische Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besonders günstig ist Kupfer.
Der Hohlzylinder 102 und die Anodenteile 110 und l30 müssen auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Ein solches Material mit einer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ist Kupfer. Die Geometrie der Anoden teile 110 und<B>130</B> ist so gewählt, dass die Aussenflächen 112, 113, 114, 115, 116, 126 und<B>1</B>27 des Anodenteils 110 und die Flächen 132, 133, 134, 135, 136, 146 und 147 des Anodenteils 130 durch Bearbeitung eines Kup ferblocks hergestellt werden können. Alle inneren Flä chen der Anodenteile 110 und 130, also die Flächen 118,<B>119,</B> 121, 138, 139 und 141 können herausge drückt werden. Daher können die Anodenteile 110 und<B>130</B> .aus einem Stück aus Kupferblöcken hergestellt werden.
Dadurch ist bei der Fertigung der Anodenteile eine grössere Genauigkeit gegeben, als wenn man die einzelnen Segmente der Anodenteile 110 und 130 ge trennt herstellen und anschliessend verlöten würde. Wie in der Fig. 3 dargestellt ist, ist der 110 mit nach oben zeigendem Ringteil 111 in den oberen Teil des Hohl zylinders 102 angeordnet, so dass die Anodenfahnen 125 nach unten ragen. Der Anodenteil 130 ist mit nach unten weisendem Ringteil 131 im unteren Teil des Hohlzylinders 102 eingesetzt, so dass die Anodenfahnen 145 nach oben ragen. Wie aus den Fig. 6 und 9 her vorgeht, sind die Anodenteile 110 und 130 etwas gegen einander verdreht, so dass die Anodenfahnen 125 des Anodenteils<B>110</B> in der Mitte der Vertiefung 142 des Anodenteils 130 liegen.
Umgekehrt sind die Anoden fahnen 145 des Anodenteils 130 in der Mitte der Ver tiefungen 122 des anderen Anodenteils 110 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist somit in jeder Anodenvertie fung 142 eine Anodenfahne 125 angeordnet, die von den beiden daneben liegenden Anodensegmenten 137 gleich weit entfernt ist. In jeder Anodenvertiefung 122 ist dagegen eine Anodenfahne 145 angeordnet, die von den daneben liegenden Anodensegmenten<B>117</B> gleich weit entfernt ist. Das ist in den Fig. 5, 6 und 9 dar gestellt. Der Hohlzylinder 102 und die beiden Anoden teile 110 und 130 begrenzen gemeinsam einen axial verlaufenden äusseren Raum 120. Der Raum 120 ist kreisringförmig ausgebildet und wird aussen von der Innenwand 104 des Hohlzylinders 102 und innen von den Innenflächen 114 und 134 begrenzt.
Oben und unten ist der Raum 120 durch die Stirnflächen 115 und <B>135</B> verschlossen. Das Innere der Anodenteile 110 und <B>130</B> bildet einen zweiten oder inneren axial verlaufen den Raum, in dem die Kathode 150 angeordnet ist. Der Raum zwischen der äusseren Oberfläche der Ka thode 150 und den gegenüberliegenden Oberflächen 118 und 138 begrenzen einen kreisringförmigen axial verlaufenden Wechselwirkungsraum 160. Die inneren Stirnflächen<B>116</B> und<B>136</B> sind weiterhin in einem ge wissen Abstand voneinander angeordnet, so dass sich zwischen diesen beiden Flächen ein radial verlaufender kreisringförmiger Durchgang 140 ergibt, der die Mitte des äusseren Raumes 120 mit der Mitte des inneren axial verlaufenden Raumes sowie mit der Mitte des Wechselwirkungsraumes 160 verbindet.
Die Kathode 150 ist in den axial verlaufenden Raum eingesetzt, der von den beiden Anodenteilen 110 und 130 begrenzt wird. Die Kathode 150 weist einen Metallzylinder 151 auf (Fig. 3 und 5), dessen Achse mit der Achse der Mikrowellenröhre 100 zusammenfällt. Der Metallzylinder 151 ist aus einem elektrisch leiten- den Metall, wie Nickel, hergestellt, das eine hohe Warm festigkeit besitzt. An den beiden Enden des Metall zylinders 151 ist ein K.athodenverschlussstück 152 mon tiert. Die Kathodenverschlussstücke 152 sind praktisch identisch aufgebaut, weswegen für die beiden Kathoden verschlussstücke 152 die gleichen Bezugsziffern verwen det sind.
Das obere Kathodenverschlussstück 152 weist eine flache kreisförmige Mittelplatte 153 auf, an deren äusserer Kante ein axial verlaufender innerer Ring flansch 154 angeordnet ist. Dieser innere Flansch 154 trägt an seinem inneren Ende einen nach aussen ragen den flachen Flansch 155, an dessen äusserem Umfang ein Halterungsflansch 156 sitzt. Dieser Halterungs- flansch 156 verläuft nach aussen und ist in das Ende des Metallzylinders 151 eingesetzt und dort verschweisst.
Die Aussenkante 156 ist noch mit einem radialen nach aussen ragenden Abschirmungsflansch 157 versehen, der radial noch über die Wandung<B>151</B> herausragt und über dem entsprechenden Ende des Wechselwirkungsraumes 160 sitzt. Jede Mittelplatte 153 ist in ihrer Mitte mit einer Öffnung 158 versehen. Das untere Verschluss- stück 152 ist mit einem Mittelflansch 159 versehen, der an der Kante der Öffnung 158 entlangläuft und diese Öffnung umgibt. Die Verschlussstücke 152 sind ebenfalls mit Vorzug aus Nickel hergestellt. Das obere Kathodenende 152 ist mechanisch und elektrisch mit einem Kathodenbolzen 167 verbunden. Der Kathoden bolzen 167 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Der untere Teil des Kathodenbolzens 167 weist einen geringeren Durchmesser auf (dieser Teil ist mit 168 bezeichnet), der durch die Öffnung 158 im Verschluss- stück 152 hindurchgeht und mit dem Kathodenver- schlussstück mittels zweier nach aussen ragender Flansche 169 starr verbunden ist. Das obere Ende der Kathode 150 ist somit mechanisch und elektrisch mit den Ka thodenbolzen 167 verbunden.
Der Kathodenzylinder 151 ist mit einem gesinterten porösen Überzug 161 versehen, der mit einem elektro nenemittierenden Oxyd-Material imprägniert ist. Wenn man dann die Kathode 150 aufheizt, werden von der äusseren Oberfläche des Überzugs 161 Elektronen emit tiert. Wie im besonderen aus der Fig. 5 hervorgeht, ist der Überzug 161 mit einer Anzahl von Vorsprüngen 161 versehen, deren Seitenwände konvergierend ange ordnet sind. Die beiden Seitenwände sind durch eine dem Umfang folgende Aussenfläche 163 verbunden. Zwischen zwei Vorsprüngen 162 befindet sich ein Zwi schenraum 164. Die Abmessung der Aussenfläche 163 in Umfangsrichtung ist etwa gleich dem Abstand 164 zwischen zwei Vorsprüngen 162.
Die Abmessungen der Oberflächen 163 in Umfangsrichtung werden etwa zu 25 % bis zu 60 % des Abstandes zwischen den Mitten zweier Vorsprünge 162 gewählt. Die Anzahl der Vor sprünge 162, mit denen der Überzug<B>161</B> versehen ist, ist gleich der Summe aus der Zahl der Anodenseg mente<B>117</B> und der Anzahl der Anodenfahnen 145 oder auch gleich der Summe aus der Anzahl der Anoden segmente 137 und der Anzahl der Anodenfahnen 125. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Überzug 161 demzufolge mit 30 Vorsprüngen 162 versehen.
Die äusseren Oberflächen des Überzugs 161 begrenzen zusammen mit den Innenflächen 118 und 138 der Anodenteile 110 und 130 den Wechselwirkungsraum 160, in den die Elektroden vom Überzug 161 her emittiert werden und dort mit den elektrischen und magnetischen Feldern in Wechselwirkung treten, die zwischen der Anode 101 und der Kathode 140 herr- scheu. Wie noch anschliessend näher beschrieben wird, bewirken die Vorsprünge 162 zusammen mit den Ano densegmenten 117 und 137 sowie mit den Anodenfah nen 125 und 145, dass sich im Wechselwirkungsraum 160 der Mikrowellenröhre 100 eine besonders günstige Verteilung der verschiedenen Felder einstellt, aus der besonders günstige Betriebseigenschaften der Mikro wellenröhre resultieren.
Ein besonderes günstiges Er gebnis, das aus der besonderen Formgebung des Über zugs 161 resultiert, besteht in einer ausserordentlich ge ringen Rückheizung der Kathode 150, da die Elek tronen, auf die es beim Betrieb der Röhre ankommt, von den Vorsprüngen 162 emittiert werden, während die störenden Elektronen .aus den Zwischenräumen 164 herkommen. Dadurch wird die Emission von Elek tronen von den richtigen Stellen der Kathode begünstigt und die Emission von störenden Elektronen unterdrückt.
Wie man weiterhin der Fig. 5 entnimmt, sind die Mittellinien der Vorsprünge 172 gegenüber den Mittel linien der entsprechenden Anodensegmente 117 und 137 bzw. der entsprechenden Anodenfahnen 125 bzw. 145 in Umfangsrichtung etwas versetzt. So ist beispiels weise die Mittellinie der Vorsprünge 162 im Uhrzeiger sinn herum längs des Umfangs um eine Strecke ver setzt, die etwa 40 % des Abstandes in Umfangsrichtung zwischen den Mittellinien eines Anodensegmentes 117 und einer danebenliegenden Anodenfahne 115 beträgt. (Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Drehung 5 oder 41,8 % dieses eben erwähnten Ab standes).
Die Vorsprünge 162 werden in Umfangsrich tung gegenüber den entsprechenden Anodensegmenten oder Anodenfahnen um einen Bereich versetzt, der zwi schen 0 und etwa 45 % des Abstandes zwischen neben einanderliegenden Anodensegmenten und Anodenfahnen beträgt. Günstiger ist ein Bereich zwischen 25 und 45 % während man in einem Bereich zwischen 35 und 45 % des Abstandes zwischen einem Anodensegment und einer danebenliegenden Anodenfahne die günstig sten Ergebnisse erhält. Darüber hinaus wird die Kathode in der Richtung verdreht, die die Elektronen, die von den Vorsprüngen 172 emittiert werden, zu Beginn ein schlagen.
Weiterhin sieht man, dass der elektronen emittierende Überzug<B>161</B> bis zu den äusseren End- wandungen 112 und 132 der Anodenteile 110 und 130 reicht, und dass die Kathode 150 sorgfältig gegenüber den Anodenteilen 110 und 130 zentriert ist, so dass jeder Kathodenvorsprung 162 parallel zur Achse der Mikrowellenröhre 100 axial verläuft und von den äusse ren Stirnflächen 112 bis zur Stirnfläche 132 reicht.
Die radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 ändern sich von dem einen Ende der Kathode 150 zum anderen. Neben den beiden Enden der Kathode 150 betragen die radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 vorzugsweise mehr als 20 % des Abstandes zwi schen den Anodenflächen<B>118</B> und 138 einerseits und dem Überzug 161 auf der Kathode 150 anderseits. In der Mitte des emittierenden Überzuges 161 ist ein Gebiet 166 vorgesehen, dessen radiale Abmessungen wesentlich kleiner sind, und es gibt Fälle, in denen der Überzug 161 in dem Mittelgebiet 166 völlig entfernt ist. Dieses Mittelgebiet liegt dem ringförmigen Durchgang 140 zwischen den beiden Anodenteilen 110 und 130 gegenüber.
Zwischen dem Mittelgebiet 166 und den beiden Endgebieten der Kathode 150 befinden sich weitere Gebiete 165, in denen die radialen Abmessun gen etwa noch die Hälfte der radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 neben den äusseren Enden der Kathode 150 betragen. Die Abmessungen in Längsrichtung der Gebiete<B>165</B> und 166 des LÜberzuges 161 sowie der Gebiete an den Enden des (Überzuges 161, in denen die Vorsprünge 162 ihre volle Höhe haben, sind etwa gleich. Der Dickenunterschied zwischen den einzelnen Gebieten des emittierenden Überzuges 161 kann jeweils etwa 0,12 mm betragen.
Dieser abgestufte Aufbau der emittierenden Schicht 161, das heisst, die Verminderungen der Schichtdicke in den Gebieten 165 und 166 dient dazu, die Impedanz des Wechselwirkungsraumes<B>160</B> an die Impedanz des nachgeschalteten Verbrauchers anzupassen, der an den Ausgang der Mikrowellenröhre 100 angekoppelt ist. Dadurch sollen der Wirkungsgrad und der Leistungsbe reich der Mikrowellenröhre 100 gesteigert werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass sich die in den Wechselwirkungsraum 160 hineintransformierte Last impedanz in axialer Richtung ändert. Diese in den Wechselwirkungsraum hineintransformierte Lastimpe danz ist an den Enden des Wechselwirkungsraumes 160 niedrig und steigt bis auf einen Maximalwert an, der in Längsrichtung in der Mitte des Wechselwirkungsraumes liegt.
Nun gibt es für eine vorgegebene Kombination von Betriebsspannung, Magnetfeld und Röhrenstrom nur einen einzigen Wert von Hf-Ausgangsspannung und Last impedanz, bei dem der maximale Wirkungsgrad der Mi- krowell, nröhre erreicht wird. Wenn sich nun die transfor mierte Lastimpedanz axial innerhalb der Mikrowellen röhre 100 ändert, gibt es nur einen einzigen Punkt im Wechselwirkungsraum 160, an dem der Wechselwir kungsgrad einen Maximalwert erreichen kann.
Daher sind erfindungsgemäss die verschiedenen Kathodengebiete ver schieden dick ausgeführt worden, so dass sich der Ab stand zwischen der Anode und der Kathode auf solche Weise ändert, dass die Impedanz in jedem Gebiet des Wechselwirkungsraumes<B>160</B> der Lastimpedanz ange passt ist. Der Wirkungsgrad einer Mikrowellenröhre nach der Erfindung würde beispielsweise mit konstantem Kathodenradius etwa 40 % betragen. Wenn man dagegen die Kathode 150 in der Mikrowellenröhre 100 erfin dungsgemäss mit abgestuften Durchmessern versieht, kann man den Wirkungsgrad unter optimalen Verhält nissen auf 45 bis 50 % steigern.
Die Kathode 150 ist indirekt geheizt. Hierfür ist in den Kathodenzylinder<B>151</B> ein Heizelement 176 ein gesetzt worden, das als Drahtwendel ausgebildet ist und in einem geringen Abstand von der inneren Oberfläche des Zylinders 151 den ganzen Zylinder entlang läuft. Das Heizelement 176 weist oben (Fig. 3) einen Anschluss 177 auf, der nach oben in eine Öffnung im unteren Ende des Kathodenbolzens 167 hineinragt, und zwar durch eine Öffnung im Bolzenteil 168 mit kleinerem Durch messer hindurch. Der Heizelementanschluss 177 ist me chanisch und elektrisch mit dem Kathodenbolzen 167 verbunden, so dass das Heizelement 176 und die Kathode 150 beide mechanisch und elektrisch mit dem Kathoden bolzen verbunden sind.
Das Heizelement 176 weist unten einen Anschlussdraht 178 auf, der in eine Öffnung im oberen Ende eines Leiters 197 hineinragt und dort elektrisch und mechanisch befestigt ist. Der Leiter 197 ist mit Vorzug aus Kupfer hergestellt und in ein Ver bindungsstück 196 eingeschraubt. Wie man sieht, be rührt der Anschlussdraht 178 das untere Kathodenende nicht und ist daher gegenüber der Kathode 150 elek trisch isoliert.
An den äusseren Enden des Anodenzylinders 102 sind Polstücke 170 montiert, die die Stirnwände der Röhre 100 bilden. Die Polstücke 170 sind identisch konstruiert, so dass für die beiden Polstücke 170 die gleichen Bezugsziffern verwendet sind. Die Polstücke 170 sind aus einem Material hergestellt, dessen magne tische Permeabilität hoch ist. Ein geeignetes Material ist ein Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, das mit Kupfer plattiert ist, um die überflächenleitfähigkeit für die Mikrowellen zu erhöhen. Jedes Polstück 170 weist eine zylindrische Gestalt auf und ist mit einer flachen inneren Platte<B>171</B> versehen, die in der Mitte des Pol stückes angeordnet ist und in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Längsachse der Röhre 100 steht.
Ausserdem ist die Platte 171 gegenüber dem Wechsel wirkungsraum 160 justiert. Um den Umfang der inne ren Platte 171 herum ist ein Flansch 172 angeordnet, der mit der inneren Platte 171 zusammen aus einem Stück hergestellt ist. Der ringförmige Flansch 172 läuft von der Platte 171 nach aussen. Am äusseren Ende des Flansches 172 ist eine nach aussen gerichtete äussere Platte 173 angeordnet, die ebenfalls flach ausgebildet ist und in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 liegt. Die äussere Platte 173 ist mit dem daneben liegenden Ende des äusseren axial verlaufen den Raumes 120 justiert.
Der äussere Rand der äusseren Platte 173 trägt einen ringförmigen und nach aussen ra genden Flansch 174, dessen Aussendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des abgestuften Endes des Anodenzylinders 102 ist, so dass er in das Ende des Anodenzylinders eingesetzt und dort verlötet oder verschweisst werden kann. Die Innenplatten 171 sind jeweils noch in ihrer Mitte mit einer kreisförmigen Öff nung 175 versehen, die gegenüber dem daneben lie genden Ende der Kathode 150 justiert sind. Durch die Öffnung 175 gehen die Anschlüsse für die Kathode<B>150</B> und ihr Heizelement<B>176</B> hindurch. Es ist günstig, wenn man die Polstücke 170 aus einem einzigen Stück Blech herausdrückt, das aus weichem Eisen besteht.
Auf diese Art und Weise können die Polstücke 170 billig und doch genau hergestellt werden.
Das in Fig. 3 obere Ende der Röhre<B>100</B> ist mit einem oberen Endstück 180 verschlossen, während am unteren Ende der Röhre 100, an dem der Heizstrom zugeführt wird, ein Endstück 190 angeordnet ist. Die beiden Endstücke 180 und 190 dienen dazu, die zuge hörigen Polstücke 170 und die zugehörigen Verbin dungen zu der Kathode 150 und/oder dem Heizele- ment 176 zu bewerkstelligen. Das obere Endstück 180 weist ein kurzes Rohr 181 auf, dessen unteres Ende in der Öffnung 176 des oberen Polstückes 170 sitzt und dort verlötet oder verschweisst ist. Dieses kurze Rohr <B>181</B> verläuft nach oben und ist konzentrisch zur Achse der Röhre<B>110</B> und konzentrisch zum Kathodenbolzen 167 angeordnet.
Auf dem oberen Ende des Rohres 181 sitzt das untere Ende eines Ringisolators 182, der aus einer elektrisch gut isolierenden Keramik hergestellt sein kann. Das Rohr 181 und der Isolator 182 sind vakuumdicht miteinander verlötet. Um den unteren, abgesetzten Teil 168 des Kathodenbolzens 167 ist ein Ring 183 herumgelegt, der in einer Vertiefung am unte ren Ende des Isolators 182 sitzt. Um das obere Ende des Isolators 182 und um den daneben liegenden Teil des Kathodenbolzens 167 ist eine Kappe 185 herum gelegt. Die Kappe 185 hat etwa kreisförmige Gestalt und weist einen ringförmigen Flansch 186 auf, der das obere Ende des Isolators 182 von aussen umgibt und mit dem Isolator vakuumdicht verlötet ist.
An der oberen Kante des Flansches 186 ist ein nach innen gerichteter Flansch 187 angeordnet, an dessen innerer Kante wieder ein nach aussen gerichteter ringförmiger Innenflansch 188 vorgesehen ist, der um den Kathodenbolzen 167 herum läuft und mit ihm vakuumdicht verlötet ist. Es sei be merkt, dass das Rohr<B>181</B> und die Kappe 185 beide aus einem Material hergestellt sind, das sowohl mit Metall als auch mit keramischem Material leicht ver bunden werden kann. Ein solches Material ist beispiels weise eine Fernico-Legierung, die aus 54% Eisen, 28 % Nickel und 18 % Kobalt bestehen kann.
Das obere Endstück stellt daher eine gute Vakuumdichtung dar und isoliert ausserdem das obere Polstück 170 und den Ausgangsleiter, der durch den Kathodenbolzen 167 ge bildet ist, voneinander. Ausserdem sorgt das Endstück 180 dafür, dass die Kathode 150 innerhalb der Anode <B>101</B> mechanisch gehaltert werden kann. Im unteren Endstück 190 ist ein keramischer Isolator 191 vorge sehen, der einen ringförmigen Querschnitt mit einem Aussendurchmesser aufweist, der nur wenig kleiner als der Durchmesser der Öffnung 175 im unteren Polstück 170 ist. Der Innendurchmesser des Isolators 191 ist nur wenig grösser als der Aussendurchmesser des Zen trierflansches 159 am unteren Kathodenende 152. Da durch ist der Isolator 191 in der Lage, das untere Ende der Kathode 150 gegenüber dem unteren Polstück 170 zu zentrieren.
Der Isolator 151 ragt nach aussen über das untere Polstück 170 hinaus und ist mit einer Dich tung 192 versehen, die ringförmig ausgebildet ist und den Isolator 191 umgibt. Die Dichtung 192 weist einen Flansch 193 auf, der an der äusseren Oberfläche der Innenplatte<B>191</B> des unteren Polstückes 170 angelötet ist. An den Flansch 193 schliesst sich eine zylindrische Wand 194 an, die einen äusseren Flansch 195 trägt. Der äussere Flansch 195 verläuft nach innen, umgibt den Isolator 191 und ist mit der Aussenwand des Isola- tors 191 verlötet. Das äussere Ende des Isolators 191 ist mit einem weiteren Dichtungsstück 198 versehen, das über dem äusseren Isolatorende liegt und mit dem Leiter 196 verlötet ist.
Die Dichtung 198 weist einen ring förmigen Flansch 199 auf, der um das äussere Ende des Isolators 191 angeordnet und dort vakuumdicht verlötet ist. Die Dichtung 198 ist aus dem gleichen Material wie die Dichtung 192 hergestellt, und sowohl mit dem Isolator<B>191</B> als auch mit dem Leiter 196 vakuumdicht verlötet. Das untere Ende der Röhre 100 ist daher durch das untere Endstück 190 vakuumdicht verschlossen. Ausserdem isoliert das untere Endstück 190 das untere Ende der Kathode 150 und das zugehörige Polstück<B>170</B> sowie das Heizelement 176 voneinander. Gleichzeitig sind das untere Ende der Kathode 150 und das untere Ende des Heizelementes 176 vom Endstück<B>190</B> mecha nisch gehaltert.
Wenn die Röhre 100 als Mikrowellenröhre mit ge kreuzten elektrischen und magnetischen Feldern verwen det wird, werden die Polstücke 170 an den beiden Enden der Anode 101 dazu verwendet, ein magnetisches Gleichfeld hervorzurufen, das in axialer Richtung durch die verschiedenen Räume der Anode hindurchgeht. Ins besondere herrscht dieses axial verlaufende magnetische Gleichfeld im Raum 120, im Wechselwirkungsraum 160, im ringförmigen Durchgang 140 und in den verschiede nen Zwischenräumen zwischen den Anodenteilen 110 und 130. Um dieses Magnetfeld hervorrufen zu können, sind am oberen Ende (siehe Fig. 2) eine Magnetspule 210 und am unteren Ende der Röhre eine Magnetspule 215 angeordnet.
Die Magnetspulen 210 und 215 sind als Torusspulen ausgebildet und aus einem elektrisch leitenden Draht gewickelt. Die beiden Magnetspulen sind um Magnetjoche 211 und 216 herumgelegt, die als Zylinder ausgebildet und in der Öffnung der zuge hörigen Magnetspule angeordnet sind. Um die äusseren Enden der Magnetjoche 211 und 216 sind nach aussen ragende Flansche 212 und 217 herumgelegt. Zwischen den Flanschen 212 und 217 ist ein Gehäuse 205 ange ordnet, das die beiden Flansche 212 und 217 sowohl mechanisch als auch magnetisch miteinander verbindet.
Die Polstücke 170, die Magnetjoche 211 und 216, die Flansche 212 und 217 sowie das Gehäuse 205 sind alle aus einem magnetisch hochpermeablen Material, wie beispielsweise aus weichem Eisen oder aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, hergestellt. Wenn man die Magnetspulen 210 und 215 erregt, baut sich innerhalb der Röhre 100 zwischen den Polstücken 170 ein starkes und homogenes magnetisches Gleichfeld auf, das sich in axialer Richtung durch die Zwischenräume in der Röhre und im besonderen durch den äusseren axial verlaufenden Raum 120 und durch den Wechselwir kungsraum 160 erstreckt.
In den Fig. 1 und 2 kann man den Stromkreis für das Erregen der Spulen 210 und 215 verfolgen. Dieser Stromkreis beginnt am Gleichspannungsausgang 54 der Stromversorgung 51 und verläuft dann über die Leitung 60 zum Eingang 201 des Oszillators 200, an dem ein Anschluss der oberen Magnetspule 210 angeschlossen ist. Das andere Ende der oberen Magnetspule 210 ist mit einer Leitung 213 mit einem Anschluss der unteren Magnetspule 215 verbunden.
Der andere Anschluss der unteren Magnetspule 216 ist mit einem Leiter 218 bei 219 an eine der Kühlrippen 108 gelegt, so dass der Oszillatoreingang 201 über die obere Magnetspule 210, die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Lei tung 218 und durch eine Kühlrippe 108 mit dem Anodenzylinder 102 der Röhre 100 verbunden ist. Der Strom in den Magnetspulen 210 und 215 ruft in den verschieden Räumen innerhalb der Röhre 100 und im besonderen im äusseren Raum 210 und im Wechsel wirkungsraum 160 das magnetische Gleichfeld hervor.
Nun soll anhand der Fig. 2 im einzelnen beschrieben werden, wie die Mikrowellenröhre 100 in den Oszillator 200 eingebaut werden kann. In dem oberen Magnetjoch 211 ist ein Rohrleiter 207 aus einem elektrisch gut leitenden Material angeordnet, der teleskopartig in den Flansch 172 des oberen Polstückes eingeschoben und dort mit dem oberen Polstück elektrisch verbunden ist. Dieser Rohrleiter 207 ragt nach oben noch über das obere Magnetjoch 211 hinaus. Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, endet der Kathodenbolzen 167 am oberen Ende der Mikrowellenröhre 100 noch unter dem oberen Ende des zugehörigen Magnetjoches 211.
Der Kathoden bolzen 167 und der Rohrleiter 207 bilden zusammen eine Koaxialleitung, die die Hochfrequenzausgänge des Oszillators 200 darstellt, zwischen denen die Ausgangs schwingungen des Oszillators 200 abgenommen werden können. Zusätzlich ist an den Rohrleiter 207 das Po tential B + angelegt, das von der Leitung 60 stammt, die über den Oszillatoreingang 201, die obere Magnet spule 210, die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung<B>218,</B> eine Kühlrippe 108, den Anoden zylinder 102 und das obere Polstück 170 mit dem unteren Ende des Rohrleiters 207 verbunden ist.
Der Aussenleiter 107 dient daher nicht nur als einer der Hochfrequenzanschlüsse der Röhre 100, sondern führt auch das Potential B+, das am Anodenzylinder 102 anliegt. Auch am Kathodenbolzen 107 liegt nicht nur die Hochfrequenz an, sondern auch das Potential B- für die Kathode 150 und die niedrige Wechselspannung für das Heizelement 176.
Um nun trotz der Anwesenheit der verschiedenen Betriebspotentiale an den Ausgangsanschlüssen 167 und 207 der Röhre die Hochfrequenz der Übertragungslei tung 65 zuführen zu können, und um zu vermeiden, dass die Betriebspotentiale B+ und B- zur Ausgangsüber- tragungsleitung 65 gelangen, ist ein Koppler und ein Filter vorgesehen, die zusammen mit der Bezugsziffer 230 bezeichnet sind.
In der Fig. 2 sieht man, dass der Koppler und Filter 230 einen Hochfrequenzausgang enthält, der als rohrförmiger Aussenleiter 231 ausgebil det und über einen Koppler 232 kapazitiv mit dem Hohlleiter 207 gekoppelt ist. Der Koppler 232 weist eine Muffe 233 aus einem elektrisch isolierenden dielek- trischen Material auf.
Die Muffe 233 ist vorzugsweise aus einem organischen Kunststoff hergestellt, insbeson dere aus einem Polytetrafluoräthylen. Die Isoliermuffe 233 ist um das äussere Ende des Rohrleiters 207 herum angeordnet, liegt dicht von aussen an diesem Rohrleiter an und ragt noch über das Ende des Rohrleiters heraus. Das untere Ende des Aussenleiters 231 ist seinerseits teleskopartig über die Muffe 233 herübergeschoben und überlappt auch das untere Ende des Rohrleiters 207 für eine Strecke, die einem Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist.
Da durch wird ein Filter für Schwingungen gebildet, die zur Gruppe der zweiten Harmonischen gehören. Das wird noch im eir_zelnen beschrieben. In der Seitenwand des Rohrleiters 207 ist etwa am oberen Ende des Oszillators 200 eine Öffnung vorgesehen, die von einem zweiten Rohrleiter 234 umgeben ist, der vom Rohrleiter 207 abgeht und mit dem Rohrleiter 207 verlötet oder ver schweisst ist. Der Rohrleiter 234 geht in Fig. 2 in waag rechter Richtung nach rechts vom Rohrleiter 207 ab, so dass die Längsachsen der Rohrleiter 207 und 234 senkrecht aufeinander stehen.
In der Nähe der Ver- bindungstelle zwischen den beiden Rohrleitern 207 und 234 sind innerhalb des Rohrleiters 207 zwei ringför mige Isolatoren 235 und 236 angeordnet, die einen kleinen Abstand voneinander haben und den Rohrleiter 207 ausfüllen. Die Isolatoren 235 und 236 sind aus einem elektrisch isolierenden dielektrischen Material hergestellt. Mit Vorzug wird ein organischer Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen hierzu verwendet.
Der untere Isolator 235 ist mit einer Mittelöffnung versehen, in die ein Teil eines Klipps 237 hineinragt, der am unteren Ende eine Anzahl von Federn 237a aufweist, die am oberen Ende des Kathodenbolzens 267 angreifen, so dass eine gute elektrische und mechanische Verbindung zwi schen dem Klipp und dem Kathodenbolzen entsteht. Der Klipp 237 weist fernerhin noch einen quer ver laufenden Flansch 237b auf, der unterhalb des Isolators 235 angeordnet ist und diesen Isolator trägt.
Durch eine Mittelöffnung im Klipp 237 ragt ein Stab 238 nach oben, der aus einem elektrisch gut lei tenden Material wie Kupfer hergestellt ist. Der Stab 238 geht durch eine Öffnung in der Mitte des Isolators 236 hindurch und ragt noch über den Isolator 236 hinaus. Der Isolator 236 ist mit einem senkrecht stehenden Flansch 236a versehen, der den Stab 238 umgibt.
Am unteren Ende des Stabes 238 ist eine Schraube 239 vorgesehen, deren Kopf über der unteren Oberfläche des Klipps 237 liegt und die in eine Gewindeöffnung innerhalb des Stabes 238 eingeschraubt ist. über das obere Ende des Stabes 238 ist ein innerer Rohrleiter 240 teleskopartig herübergeschoben worden, dessen un teres Ende auf dem Isolator 236 aufliegt und den senkrecht stehenden Flansch 236a umgibt. Das Gebiet 240a am oberen Ende des inneren Rohrleiters 240 ist mit einem vergrösserten Querschnitt versehen worden. Dieses Gebiet 240a ragt nach oben noch über den Stab hinaus.
In das obere Ende des inneren Rohrleiters 240 ist ein zweiter innerer Rohrleiter 241 teleskopartig ein gesetzt, der als Hochfrequenzausgang für den Koppler und Filter 230 dient, so dass die Hochfrequenz vom Koppler und Filter 230 zwischen den Rohrleitern 231 und 241 abgenommen werden kann. Der Stab 238 und die Rohrleiter 240 und 241 sind über einen Koppler 242 kapazitiv miteinander gekoppelt. Dieser Koppler 242 weist eine kreisförmige Unterlegscheibe 243 aus einem elektrischen Isoliermaterial auf.
Die Unterleg- scheibe 243 wird überlicherweise aus einem organischen Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen hergestellt. Die Un- terlegscheibe 243 ist um das obere Ende des Stabes 238 herum angeordnet und sitzt im Gebiet 240a am oberen Ende des Rohrleiters 240, das einen vergrösserten Quer schnitt aufweist. Die Unterlegscheibe 243 sorgt dafür, dass das obere Ende des Stabes 238 gegenüber den Rohrleitern 241 und 240 die richtige Lage aufweist. In eine Gewindebohrung im oberen Ende des Stabes 238 ist der Schaft einer Schraube 239 eingeschraubt, deren Kopf an der oberen Oberfläche der Unterleg scheibe 243 angreift.
Die beiden sich gegenüberstehen den Schrauben 239 halten daher die Isolatoren 235 und 236, den Klipp 234, den inneren Rohrleiter 240 und die isolierende Unterlegscheibe 243 zusammen.
Das Potential B- und die Wechselspannung zur Heizung der Röhre 100 werden dem Stab 238 und damit der Röhre 100 durch Verbindungen im Rohr leiter 234 zugeführt, und zwar durch einen Leiter 244, der konzentrisch innerhalb des Aussenleiters 234 ange ordnet ist. Am linken Ende nach Fig. 2 ist der Leiter 24.4 mit einem Verbindungsstück 244a versehen, der eine Öffnung aufweist, in der der Stab 238 sitzt, so dass der Stab 238 und das Verbindungsstück 244a elektrisch miteinander verbunden sind. Um den Leiter 244 herum ist ein Ringisolator 245 angeordnet, der zwischen dem Aussenleiter 234 und dem Innenleiter 244 sitzt. Der Ringisolator 245 ist aus einem organischen Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen hergestellt.
Links vom Isolator 245 ist der Leiter 244 mit einem Flansch 244b ver sehen, während rechts vom Isolator 245 eine zylin drische Drossel 246 angeordnet ist, die als Rohrleiter ausgebildet ist. Durch die Drossel 246 geht der Leiter 244 konzentrisch hindurch. Der Isolator 245 weist einen querverlaufenden Flansch 245a auf, der den Leiter 244 umgibt und in das linke Ende der Drossel 246 hineinragt, um das linke Ende der Drossel 246 gegen über dem Leiter 244 zu fixieren. Auf das rechte Ende des Leiters 244 ist eine elektrisch leitende Mutter 247 aufgeschraubt, die einen Flansch 247a aufweist, der in das rechte Ende der Drossel 246 hineinragt.
Durch die Mutter 247 sind die nebeneinander liegenden Enden des Leiters 244 und der Drossel 246 gegenseitig fixiert. Das rechte Ende des Leiters 244 ist bei 244c mit einem Gewinde versehen, .auf das die Mutter 247 aufge schraubt wird, um den Isolator 245 und die Drossel 246 gegen den Flansch 244b anzudrücken. Das mit dem Gewinde versehene Ende 244c ist mit dem Ein gangsanschluss 202 verbunden, der aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt ist. Das linke Ende 249 des Anschlusses 202 ist grösser ausgeführt und weist eine Gewindeöffnung auf, so dass der Anschluss 202 auf das Ende 244c des Leiters 244 aufgeschraubt werden kann.
Der Anschluss 202 ragt nach rechts noch über den Aussenleiter 234 hinaus und ist über die Leitung 61 mit der Stromversorgung 51 verbunden. Zwischen dem Au ssenleiLer 234 und dem inneren Anschluss 202 ist ein Filterkondensator 248 angeordnet, der als Durchfüh rungskondensator ausgebildet ist. Dieser Durchführungs kondensator kann als Wickelkondensator ausgebildet sein, dessen einer Anschluss mit dem Aussenleiter 234 und dessen anderer Anschluss mit dem Anschluss 207 verbunden ist.
Wie bereits erläutert wurde, überlappen sich der innere Rohrleiter 207 und der äusserer Rohrleiter 231 über eine Strecke, die einer Viertel-Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Zu sätzlich sind auch der Stab 238, der innere Rohrleiter 240 und die Drossel 246 so aufgebaut, dass ihre elek trische Länge einer Viertelwellenlänge bei der Betriebs frequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Während des Betriebes wird das Potential B+ an die Aussenleiter 207/234 des Kopplers und Filters 230 angelegt. Hierfür ist der Rohrleiter 207 direkt mit dem Leiter 218 ver bunden, durch den das Potential B+ .an den Anoden zylinder 102 angelegt ist. Der Anschluss 202 dient als Eingang für das Potential B-.
Der Anschluss 202 ist über den Leiter 244, den Stab 248, den Klipp 237 und den Kathodenbolzen 167 mit der Kathode 150 verbunden, so dass auch die Kathode 150 das Potential B- annimmt. Ausserdem wird über den Anschluss 202 die niederfrequente Heizspannung den Röhren zuge führt, da der Anschluss 202 über den Leiter 244, den Stab 238, den Klipp 237 und den Kathodenbolzen 167 mit dem oberen Ende des Heizelementes 176 verbunden ist.
Das Verbindungsstück 196 am unteren Ende der Röhre 101 (siehe Fig. 3) ist mit einem Filterkondensator verbunden, der als Durchführungskondensator ausge führt ist. Insbesondere ist das Verbindungsstück 196 mit der Ausgangsklemme 203 verbunden, deren eines Ende mit einer Gewindebohrung versehen ist, die auf das äussere Ende des Anschlussstückes 196 aufgeschraubt ist. Es ist ein Rohrleiter 221 aus elektrisch leitendem Metall vorgesehen, dessen oberes Ende teleskopartig in den Flansch 172 des unteren Polstückes eingeschoben und dort mit dem unteren Polstück elektrisch verbunden ist. Der Rohrleiter 221 ist innerhalb des unteren Magnet blockes 216 angeordnet und ragt nach unten aus diesem Magnetjoch heraus.
Am unteren Ende des Rohrleiters 221 ist eine Abdeckhaube 2222 aus einem elektrisch leitenden Metall vorgesehen, die ein Flansch 224 auf weist, der teleskopartig über das untere Ende des Rohr leiters 221 herübergeschoben und mechanisch und elek trisch mit dem Rohrleiter 221 verbunden ist. Zwischen dem Anschluss 203 und der Abdeckhaube 222 ist ein Filterkondensator 226 vorgesehen, der genauso wie der bereits beschriebene Filterkondensator 248 aufgebaut ist. Das eine Ende des Filterkondensators 226 ist mit der Abdeckhaube 222 verbunden, während der andere Anschluss des Filterkondensators direkt mit dem An schluss 203 verbunden ist.
Der Filterkondensator 226 ist aussen mit einem Flansch 227 versehen, der über der Abdeckhaube 222 liegt. Der Filterkondensator 226 lei tet Hochfrequenzschwingungen vom Anschluss 203 über die Abdeckhaube 222 hinweg zum äusseren Rohrleiter 221 ab, so dass keine Hochfrequenzenergie über die Leitung 62 zur Stromversorgung 51 hin gelangen kann.
Nimmt man die Mikrowellenröhre 100 mit gekreuz ten elektrischen und magnetischen Feldern im Oszillator 200 in Betrieb, so bilden der Anodenzylinder 103 und die Anodenteile 110 und 130 gemeinsam innerhalb der Röhre 100 eine Koaxialleitung. In dieser Koaxialleitung können axial verlaufende Hochfrequenzschwingungen .angefacht werden, deren Frequenz von der Eigenreso nanz des gefalteten Hohlraumresonators für die Röhre 100 und den Oszillator 200 abhängt.
Diese Koaxial leitung enthält im besonderen eine äussere Koaxiallei- tung, die durch die Innenfläche 104 des Anodenzylinders 102 begrenzt ist, die durch die inneren Stirnflächen 115 und 135 der Anodenteile<B>110</B> und 130 sowie durch die Innenflächen 114 und 134 der Anodenteile 110 und 130 definiert ist. Die Fläche 104 stellt dabei den Aussenleiter dieser Koaxialleitung dar, während die In nenwandungen 114 und 134 zusammen die Innenleiter für die äussere Koaxialleitung bilden. Der axial verlau fende Raum 120 stimmt mit dem Inneren der äusseren Koaxialleitung überein, die oben durch den Wandteil 115 und unten durch den Wandteil 135 kurzgeschlossen ist.
Die Anodensegmente 117 des Anodenteils 110 und die Fahnen 145 des anderen Anodenteils 130 bilden gemeinsam einen Teil einer inneren Koaxialleitung, in der sich axial verlaufende Hochfrequenzwellen anfachen lassen. Das obere Ende dieser inneren Koaxialleitung ist offen, und das untere Ende ist durch den Durchgang 140 mit der Mitte der äusseren Koaxialleitung 120 verbunden. Auf gleiche Weise bilden die Anodenseg mente 137 des Anodenteils 130 und die Fahnen 125 des ersten Anodenteils 110 einen zweiten Teil einer inneren Koaxialleitung, in der sich axial verlaufende Hochfrequenzwellen anfachen lassen.
Das untere Ende dieses zweiten Koaxialleitungsteiles ist offen, und das obere Ende ist durch den Durchgang 140 mit der Mitte der äusseren Koaxialleitung 120 verbunden.
Im Betrieb der Röhre 100 wirken der obere Teil der äusseren Koaxialleitung 120, d. h. der Teil, der zwi schen der Stirnwand 115 und dem Durchgang 140 liegt, mit dem oberen Teil der inneren übertragungs- leitung zusammen, so dass sich ein Hohlraumresonator ergibt, der mit einer Frequenz schwingen kann, deren Wellenlänge der vierfachen Länge dieses Resonators äquivalent ist. Die Resonatorlänge ist hierbei die Ent fernung von der Stirnfläche 115 nach unten durch den Durchgang 140 hindurch und nach oben die Stäbe 145 entlang bis zum oberen Ende der Stäbe.
In diesem Hohl raum kann eine axial verlaufende Welle angefacht wer den, die einmal an der inneren Stirnwand 115 an einem Ende und zum anderen am offenen Ende der über tragungsleitung reflektiert wird, so dass sich eine ste hende Welle bildet. Das untere Ende der äusseren Über tragungsleitung 125 - das ist der Teil der übertragungs- leitung zwischen der inneren Stirnfläche 135 und dem Durchgang 140 - wirkt mit dem zweiten oder unteren Teil der inneren Übertragungsleitung zusammen, so dass ein Hohlraumresonator entsteht, in dem ebenfalls Schwingungen angefacht werden können, deren Wellen länge das Vierfache der Länge des Hohlraumresonators beträgt.
Die Länge des Hohlraumresonators ist die Ent fernung zwischen der inneren Stirnfläche 135 nach oben durch den Durchgang 140 hindurch und nach un ten die Fahnen 125 entlang bis zu dem unteren Ende dieser Fahnen gleich. Dadurch kann in dem Hohlraum resonator eine axial verlaufende Welle angefacht wer den, die auf der einen Seite an der Stirnwand 135 und an der anderen Seite am offenen Ende der über- tragungsleitung reflektiert wird, so dass eine stehende Hochfrequenzwelle entsteht.
Diese beiden übertragungs- leitungen wirken beim Betrieb der Röhre<B>100</B> zusam men, und zwar wird eine .axial verlaufende Hochfre- quenzwelle, die in der inneren Übertragungsleitung ange facht wird, durch den Durchgang 140 hindurch in die äussere Koaxialleitung 120 geleitet, und dort wird sie an den inneren Stirnflächen 115 und 135 reflektiert.
Die reflektierte Welle läuft dann nach unten auf den Durchgang 140 zu und durch den Durchgang 140 hin durch und gelangt dann zu den beiden Enden der inneren Koaxialleitungen. Wenn die Hochfrequenzwelle an den offenen Enden der inneren Leitung angekommen ist, wird sie erneut reflektiert, so dass eine stehende Welle entsteht, deren elektrische und magnetische Felder in den Wechselwirkungsraum 160 hineinreichen. Man sieht daher, dass die Röhre<B>100</B> einen gefalteten Hohl raumresonator aufweist, der einem Halbwellenresonator äquivalent ist, aber in einem Raum für eine Viertelwelle untergebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, eine Mikrowellenröhre aufzubauen, die im Vergleich zur Wellenlänge, die erzeugt werden soll, kleine Ab messungen aufweist.
Um den Oszillator 200 in Betrieb zu nehmen, ist es notwendig, innerhalb der Mikrowellen röhre 100 elektrische und magnetische Felder hervor zurufen, die eine bestimmte Verteilung aufweisen. Wie die elektrischen und magnetischen Felder innerhalb der Röhre 100 aussehen, wenn die Röhre 100 als Oszillator arbeiten soll, und wie diese Felder hervorgerufen werden können, wird noch beschrieben. Die Betriebspotentiale für die Röhre 100 werden von der Stromversorgung 51 abgenommen, die bereits beschrieben ist. Die Heiz- spannung wird an den Ausgängen 56 und 57 der Strom versorgung abgenommen.
Hierfür wird der Ausgang 56 durch die Leitung 61 mit dem Anschluss 202 verbunden, der seinerseits über den Leiter 244, den Stab 238 und den Kathodenbolzen 267 mit dem einen Ende des Heizelementes 176 verbunden ist. Der Ausgang 57 der Stromversorgung 51 ist über die Leitung 62 mit dem Anschluss 203 verbunden, der seinerseits über das Ver bindungsstück 196 und den Leiter 197 mit dem anderen Ende des Heizelementes verbunden ist. Die Gleichspan nung wird von den Ausgängen 54 und 55 der Strom versorgung 51 abgenommen.
Hierfür ist der Ausgang 54 der Stromversorgung 51 mit dem Eingangsanschluss 201 verbunden, so dass dem äusseren Anodenzylinder 102 über die obere Magnetspule 210, die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung 218 und die Kühlrippe 108 das Potential B+ zugeführt werden kann. Vom Ausgang 55 der Stromversorgung 51 führt die Leitung 61 zum Eingangsanschluss 202, der seinerseits über die Leitung 244, den Stab 238, den Kathodenbol zen 167 mit der Kathode 150 in Verbindung steht, so dass an der Kathode 150 B- anliegt.
Wenn man an den äusseren Anodenzylinder 102 und an die Kathode 150 die Potentiale B+ und B- anlegt, so baut sich ein elektrisches Gleichfeld 250 auf (siehe Fig. 11), das von den Anodensegmenten<B>117</B> zu den Kathodenvorsprüngen 162 und von den Anoden fahnen 145 zu den Kathodenvorsprüngen 162 verläuft. Man sieht, dass von jedem Kathodenvorsprung 192 Feldlinien des elektrischen Gleichfeldes ausgehen, die an einem gegenüberliegenden Anodensegment 117 bzw. :an einer gegenüberliegenden Anodenfahne 145 enden.
Das Feld zwischen den Anodensegmenten<B>117</B> und den zugehörigen Kathodenvorsprüngen 162 ist mit der Be zugsziffer 251 bezeichnet worden, während der Feld- anteil zwischen den Anodenfahnen 145 und den zuge hörigen Kathodenvorsprüngen 162 die Bezugsziffer 252 trägt. Die Feldlinien des elektrischen Feldes 250 ver laufen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der beiden Anodenteile 110 und 130 und treten auch in die Flächen 118 sowie in die Oberflächen 138 der Anoden fahnen 145 sowie in die Oberflächen 163 der Kathode senkrecht ein. Die dabei entstehende Verteilung des Fel des 250 ist in der Fig. 11 dargestellt.
Zwischen der Kathode 150 und den Anodensegmenten 137 sowie die Anodenfahnen 125 im unteren Teil der Röhre 100 wird ein elektrisches Gleichfeld der gleichen Gestalt hervorgerufen.
Um das erforderliche magnetische Gleichfeld her vorrufen zu können, das senkrecht auf dem elektrischen Feld 250 steht, werden die Magnetspulen 210 und 215 durch einen Gleichstrom erregt. Hierzu fliessen die Elek tronen von der Anode 101 aus durch die Leitung 218, die untere Magnetspule<B>215,</B> die Leitung 213, die obere Magnetspule 210 und durch die Leitung 60 zum Aus gang 54 der Stromversorgung 51. Diese Elektronen in den Magnetspulen 210 und 215 rufen einen starken magnetischen Fluss hervor, der einen geschlossenen Kreis bildet.
Dieser Kreis weist den oberen Flansch 212, das obere Magnetjoch 211 und das obere Polstück<B>170</B> auf (siehe Fig. 3), geht dann durch den Raum 120 und den Wechselwirkungsraum 160 hindurch und setzt sich dann durch das untere Polstück 170, das untere Magnet- joch 216 und den unteren Flansch 217 fort. Der Kreis für den magnetischen Fluss wird dann durch das Ge häuse 105 hindurch geschlossen. In der Fig. 12 sind die Feldlinien des magnetischen Gleichfeldes, die in axialer Richtung durch den äusseren Hohlraum 120 und durch den Wechselwirkungsraum 160 hindurchlaufen, durch die Bezugsziffer 260 bezeichnet.
Das magnetische Feld geht durch die Räume 120 und 160 in einer Rich tung hindurch, die senkrecht auf der Ebene der Fig. 12 steht. Die Polstücke 170 und die anderen Elemente des magnetischen Kreises, die eine hohe magnetische Per meabilität haben, bewirken, dass die Verteilung des magnetischen Gleichfeldes 260 innerhalb des Raumes 120 sowie innerhalb der Vertiefungen 122 um die Anodenfahnen 145 herum sowie innerhalb der äusseren Oberfläche des elektronenemittierenden Überzuges<B>161</B> sehr gleichförmig ist.
Weiterhin sei bemerkt, dass die Feldlinien des magnetischen Gleichfeldes 260 senkrecht auf dem elektrischen Gleichfeld 250 stehen, das in Fig. 11 dargestellt ist, so dass das elektrische Gleichfeld 250 und das magnetische Gleichfeld 260 wirklich ge kreuzte Felder sind, die zum Betrieb der Mikrowellen röhre 100 erforderlich sind. Die Verteilung des magne tischen Feldes 260 zwischen dem Anodenzylinder 102, dem Anodenteil 130, den Anodenfahnen 125 und der Kathode 150 am unteren Ende der Röhre 100 ist die gleiche.
Wie bereits bemerkt, bilden der axial verlaufende Raum 120, der Durchgang 140 sowie die Anoden segmente und die Anodenfahnen einen gefalteten Hohl raumresonator, der einen inneren und einen äusseren Abschnitt aufweist. Diese beiden Hohlraumresonator- abschnitte sind in der Röhre 100 in axialer Richtung angeordnet, und der äussere Resonatorabschnitt ist am oberen und am unteren Ende der Röhre durch die inneren Stirnflächen 115 und 135 kurzgeschlossen.
Diese kurzgeschlossene gefaltete Übertragungsleitung ist daher ein abgestimmter Hohlraumresonator für den Oszillator 200, in dem leicht Schwingungen einer Frequenz ange- facht werden können, deren Wellenlänge dem vier fachen Abstand zwischen der Endwand 115 nach unten durch den Durchgang 140 hindurch bis zu den oberen Enden der Anodenfahnen 145 äquivalent ist.
Wenn der so gebildete abgestimmte Hohlraumresonator durch das Hervorrufen des elektrischen Gleichfeldes 250 aus Fig. 11 und des magnetischen Gleichfeldes 260 aus Fig. 12 erregt wird, so schwingt der Hohlraumresonator mit einer Frequenz, deren Länge diesem Abstand äqui valent ist, d. h., innerhalb des abgestimmten HoWraum- resonators wird eine stehende Hochfrequenzwelle her vorgerufen, die durch den äusseren Raum 120 und dem Wechselwirkungsraum 160 hindurch axial zur Röhre 100 und axial zum Hohlraumresonator angeordnet ist.
Die Wellenlänge der so angefachten stehenden Hoch frequenzwelle ist nun in Wirklichkeit merklich grösser als der vierfache Abstand zwischen der inneren Stirn fläche 115 bis zu den oberen Enden der Anodenfahnen 145, gemessen durch den Durchgang 150 hindurch, da zwischen den Anodenteilen und den Anodenfahnen eine hohe Kapazität herrscht. Diese Kapazität liegt in dem abgestimmten Schwingkreis selbst und erlaubt es, in der Mikrowellenröhre 100 Hochfrequenzwellen anzufachen, deren Wellenlänge merklich grösser als das Vierfache des oben erwähnten Abstandes ist.
Mit der so hervorgerufenen stehenden Hochfrequenz welle ist vermutlich ein elektrischer Hochfrequenzteil gekoppelt, der senkrecht zur Achse der Röhre 100 verläuft. Dieser elektrische Hochfrequenzanteil ist sche matisch in der Fig. 13 dargestellt.
Wie man der Fig. 13 entnehmen kann, sind die Hochfrequenzpolaritäten der Anodensegmente 117 und der Anodenfahnen 145 zu jedem beliebigen Zeitpunkt entgegengesetzt gerichtet, so dass verhältnismässig starke elektrische Hochfrequenz felder zwischen dem Anodenteil 110 und den Anoden fahnen 145 herrschen, während die elektrischen Hoch frequenzfelder zwischen dem Anodenteil 110 und der Kathode 150 sowie zwischen den Anodenfahnen 145 und der Kathode 150 schwach sind. Die Hochfrequenz polarität des Anodenzylinders 102 ist der Hochfrequenz polarität des Anodenteils 110 ebenfalls entgegengesetzt, so dass sie auch zwischen dem Anodenzylinder 102 und dem Anodenteil 110 ein elektrisches Hochfrequenzfeld aufweist.
In Fig. 13 ist das augenblickliche elektrische Hochfrequenzfeld mit der Bezugsziffer 270 bezeichnet. Die Gebiete mit stärkeren Feldanteilen zwischen dem Anodenteil 110 und den Anodenfahnen 145 sind mit 271 bezeichnet worden. Die Kraftlinien dieses Feldes stehen senkrecht auf den Oberflächen, zwischen denen das Feld hervorgerufen worden ist, d. h., senkrecht auf den Seitenflächen 119 und den Aussenflächen 121 der Anodenvertiefungen 122 sowie senkrecht auf den Ober flächen der Anodenfahnen 145. Die Gebiete des elek trischen Hochfrequenzfeldes zwischen dem Anodenteil 110 und der Kathode 150 weisen eine geringere Feld stärke auf. Diese Feldgebiete sind durch die Bezugs ziffern 272 bezeichnet worden.
Die Feldlinien, durch die das Feldgebiet 273 dargestellt ist, stehen senkrecht auf den inneren Oberflächen 118 der Anodensegmente 117 sowie senkrecht auf den äusseren Oberflächen 163 der Kathodenvorsprünge 162. Zwischen den Anodenfahnen 145 und der Kathode 145 befindet sich ein Gebiet des elektrischen Hochfrequenzfeldes 270, in dem die Feld stärken noch geringer sind. Dieses Gebiet ist mit der Bezugsziffer 273 versehen. Die Feldlinien, durch die dieses Feldgebiet 273 dargestellt ist, stehen senkrecht auf den Oberflächen, zwischen denen dieses Feldgebiet angeordnet ist, und zwar senkrecht auf den äusseren Oberflächen der Anodenfahnen 145 sowie senkrecht auf den Aussenflächen 173 der zugehörigen Kathodenvor sprünge 162.
Schliesslich ist auch der Raum 120 zwi schen dem Anodenzylinder 102 und dem Anodenteil 110 von einem Teil des elektrischen Hochfrequenzfeldes 270 ausgefüllt. Dieser Feldanteil ist mit der Bezugsziffer 274 versehen. Die Linien, die dieses Feldgebiet 274 darstellen, stehen senkrecht auf der Innenfläche 104 des Anodenzylinders 102 sowie senkrecht auf der Fläche 114 des Anodenteiles 110. Es sei bemerkt, dass auch zwischen dem Anodenzylinder 102, dem Anodenteil 130, den Anodenfahnen 125 und der Kathode 150 im unteren Ende der Röhre 100 ein elektrisches Hoch frequenzfeld herrscht, dessen Verteilung genauso aus sieht.
Mit dem elektrischen Hochfrequenzfeld 270 der stehenden Hochfrequenzwelle ist ein magnetisches Hoch frequenzfeld 280 verknüpft, dessen vermutlicher Ver lauf in der Fig. 14 dargestellt ist. Das magnetische Hochfrequenzfeld 280 verläuft ebenfalls senkrecht zur Achse der Röhre 100 und ist um die Anodenfahnen 145, die Kathode 150 und den Anodenteil<B>110</B> herum konzentriert. Der Feldanteil des magnetischen Hoch frequenzfeldes 280, in dem die grössten Feldstärken herrschen, ist innerhalb der Anodenvertiefungen 122 angeordnet. Dieser Feldanteil trägt die Bezugsziffer 281.
Ein Teil des magnetischen Hochfrequenzfeldes 280 läuft jedoch auch um die Kathode 150 herum und trägt die Bezugsziffer 282. Ein weiterer Anteil des magnetischen Hochfrequenzfeldes 280, das sich im äusseren Raum 120 zwischen dem Anodenzylinder 102 und dem Anodenteil 110 befindet, ist mit 283 bezeichnet worden. Im unte ren Teil der Röhre<B>100</B> herrscht innerhalb des Anoden zylinders 102 ebenfalls ein magnetisches Hochfrequenz feld 280, das zwischen dem Anodenteil 130, dem Anodenzylinder 102, den Anodenfahnen 125 und um die Kathode 150 herum verläuft und den gleichen Ver lauf wie das magnetische Hochfrequenzfeld im oberen Teil der Röhre 100 aufweist.
Wenn die Arbeitspotentiale an die Röhre 100 ange legt worden sind, und wenn die Kathode 150 vom Heiz- element 176 auf ihre Betriebstemperatur gebracht wor den ist, werden Elektronen vom überzug 161 in den Wechselwirkungsraum 160 emittiert, in dem sie mit den Gleichfeldern und den dort herrschenden Hochfre- quenzfeldern in Wechselwirkung treten. In der Fig. 15 sind schematisch einige Elektronenbahnen dargestellt, die diejenigen Elektronen beschreiben, die von den Kathodenvorsprüngen 162 emittiert werden. Diese Elek tronenbahnen tragen die Bezugsziffer 290. Die Elektro nenbahnen sind spiralförmig und sind direkt an der Kathode im Uhrzeigersinn gekrümmt.
Dieses liegt am Einfluss des magnetischen Gleichfeldes 260. Die Elek tronen gelangen auf den spiralförmigen Bahnen 290 entweder zum Anodenteil 110 oder zu den Anoden fahnen 145, wodurch der Weg des elektrischen Stromes durch die Röhre<B>100</B> hindurch geschlossen wird. Wenn die Elektronen auf den spiralförmigen Bahnen 290 entlang laufen, geben sie einen Teil ihrer Energie an die stehende Hochfrequenzwelle innerhalb der Röhre 100 ab, so dass der Hochfrequenzwelle Leistung zugeführt und die Hochfrequenzwelle somit verstärkt wird. Die Elektronenbahnen 290 im unteren Teil der Röhre 100, also zwischen der Kathode 150 und dem Anodenteil 130 sowie den Anodenfahnen 125, sehen genauso aus.
In der Fig. 6 sind nun alle die Felder überlagert dargestellt, die in der Röhre 100, und insbesondere im äusseren Raum 120 und im Wechselwirkungsraum 160 herrschen, wenn die Röhre 100 als Teil des Oszillators 200 betrieben wird. Wie man sieht, treten die Elek tronen auf den Bahnen 290 mit den Gleichfeldern und den Hochfrequenzfeldern im Wechselwirkungsraum 160 in Wechselwirkung, so dass ein Teil der Energie der Elektronen an die Hochfrequenzfelder im Wechselwir kungsraum 160 abgegeben wird.
Wenn im besonderen im inneren Teil der übertragungsleitung eine axiale Hochfrequenzwelle angefacht wird, also in dem Teil der Übertragungsleitung zwischen den inneren Flächen der Anodenteile<B>110</B> und 130 und den Anodenfahnen 145 und 125, wird diese axial verlaufende Welle in den äusseren Teil der Übertragungsleitung übertragen, also in den Teil der übertragungsleitung, der mit 120 be zeichnet wird.
Dort wird die axial verlaufende Welle .an den inneren Stirnflächen 115 und 135 reflektiert. Auf diese Weise baut sich zwischen den Anodenteilen 110 und 130 sowie den Stäben 145 und 125 ein elektrisches Hochfrequenzfeld auf. Dieses elektrische Hochfrequenz feld ragt in den Wechselwirkungsraum 160 hinein und bündelt die Elektronen, die unter dem Einfluss des elektrischen Gleichfeldes 250 und des magnetischen Gleichfeldes 260 um die Kathode 150 herumlaufen. Diese Elektronen rotieren synchron mit einer langsamen Komponente der axial verlaufenden Welle, entziehen den Gleichfeldern Energie und geben diese Energie an die Hochfrequenzfelder .ab.
Auf diese Weise wird die stehende Hochfrequenzwelle innerhalb der Röhre 100 aufrechterhalten, und während des Betriebes des Os- zillators 200 wird die Energie der stehenden Welle er höht bzw. ergänzt.
Wie aus den Fig. 3 und 16 hervorgeht, ist die Kathode 150 an die stehende Hochfrequenzwelle inner halb des Wechselwirkungsraumes 160 gekoppelt und kann daher als Sonde dienen, mit der ein Teil der Hochfrequenzenergie aus dem abgestimmten Hohlraum resonator abgeführt und über den Koppler und Filter 230 anschliessend der Ausgangsleitung 65 zugeführt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kathodenbolzen 167 direkt mit der Kathode 150 verbunden, während der Aussenleiter 207 direkt mit dem oberen Polstück 170 verbunden ist.
Dadurch er scheint zwischen diesen beiden Bauteilen ein Hochfre- quenzpotential. Der Koppler und Filter 230 dient dazu, die zwischen dem Kathodenbolzen 167 und dem Aussen leiter 207 auftretende Hochfrequenzenergie an die Aus gangsleitung 65 weiterzugeben, und ausserdem werden durch den Koppler und Filter 230 über den Stab 238 und den Anschluss 202 der Kathode 150 das Arbeits potential B- sowie die Heizspannung zugeführt, die auf der Leitung 61 liegt, die mit der Stromversorgung 51 verbunden ist.
Dieses geschieht, ohne dass an den Innen- und den Aussenleiter 66 und 67 der Übertragungsleitung 65 Gleichspannungen angelegt werden, und ohne dass Hochfrequenzenergie über die Leitung 61 zur Strom versorgung 51 gelangen kann.
Nun soll in Verbindung mit Fig. 2 weiter beschrie ben werden, wie der Koppler und Filter 230 arbeitet. Die Ausgangsanschlüsse, die den Kathodenbolzen 167 und den Rohrleiter 207 beinhalten, die mit der Kathode 150 bzw. mit dem oberen Polstück 170 der Röhre 100 verbunden sind, sind gleichzeitig die Hochfrequenzein- gänge des Kopplers und Filters 230, so dass der Oszilla- tor 200 mit den Hochfrequenzeingängen des Kopplers und Filters 230 verbunden ist.
Die Hochfrequenzein- gänge 207 und 167 sind kapazitiv an zwei Ausgänge des Kopplers 230 angekoppelt, die durch den Aussen leiter<B>231</B> und den inneren Leiter 241 dargestellt sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die auf dem Rohrleiter 207 und dem Kathodenbolzen <B>167</B> anliegenden Gleich- spannungspotentiale B+ und B- nicht an den Hochfre- quenzausgängen 231 und 241 erscheinen können.
Durch den kapazitiven Koppler 232, der als Isoliermuffe 233 ausgebildet ist, ist die hochfrequenzmässige Kopplung zwischen dem Rohrleiter 207 und dem Rohrleiter 231 sehr gut, während eine galvanische Verbindung zwi schen diesen beiden Rohrleitern nicht besteht. Der Kathodenbolzen 167, der mit dem Stab 238 verbunden ist, ist durch den Koppler 242 an den Ausgangsleiter 241 kapazitiv angekoppelt.
Hierbei dient die isolierende Unterlegscheibe 243 dazu, den Stab 238 und den tele- skopartig darüber geschobenen Leiter 240 in einem ge wissen Abstand voneinander zu fixieren.
Wie bereits oben erläutert wurde, sind die beiden Rohrleiter 207 und 231 teleskopartig übereinander ge schoben und überlappen sich über eine Strecke, die einer Viertelwellealänge bei der Betriebsfrequenz des Oszilla- tors 200 äquivalent ist. Ebenso sind der Stab 238 und die zugehörigen Rohrleiter 240-241 teleskopartig über einander geschoben und überlappen sich ebenfalls über eine Strecke, die einer Viertel-Wellenlänge bei der Be triebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist.
Wenn man diese Einzelteile so anordnet, koppeln die kapaziti- ven Koppler 232 und 242 nicht nur die Hochfrequenz energie an die Rohrleiter 231 und 241 an, sondern wirken auch als Filter für die zweiten und höheren Harmonischen, die der Oszillator 200 möglicherweise er zeugt. Dadurch werden die zweiten und höheren Har monischen, die an die Hochfrequenzausgänge, also an die koaxialen Leiter 231 und 241 angekoppelt werden, stark gedämpft.
Das Gleichspannungspotential B- auf der Leitung 41 wird über die Leitung 244, den Stab 238, den Klipp 237 und den Kathodenbolzen 167 direkt der Kathode<B>150</B> zugeführt. über die gleiche Verbindung wird auch dem oberen Ende des Heizelementes 176 die Heizspannung zugeführt. Um nun zu verhindern, dass Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 über den Stab 238 und den Leiter 244 zur Leitung 61 gelangt, ist die Drossel 246 vorgesehen, deren Länge einer Vier telwellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Oszillators äquivalent ist. Die Drossel 246 ist durch die elektrisch leitende Mutter 247 am äusseren Ende kurzgeschlossen.
Die Drossel 246 wirkt mit dem Aussenleiter 234 und dem kapazitiven Isolator 245 auf solche Weise zusam men, dass eine Ausbreitung von Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 längs des Leiters 244 zum An schluss 202 und zur Leitung 61 nicht mehr möglich ist. Durch die eben beschriebene Anordnung und Dimen- sionierung aller Einzelteile ist ein Parallelresonanzkreis entstanden, der bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 eine hohe Impedanz besitzt, so dass die Ausbreitung der Hochfrequenzenergie dem Leiter 244 entlang nicht mehr möglich ist.
Zusätzlich sind der Aussenleiter 234, der das Potential B+ führt, und der Anschluss 202, der das Potential B- führt, durch den Filterkondensator 248 von grosser Kapazität miteinander verbunden. Dieser Filterkondensator 248 dient als Kurzschluss für Frequenzen, die gleich oder höher als die Betriebsfre- quenzen des Oszillators 200 sind. Durch diesen Hoch frequenznebenschluss kann keine Hochfrequenz mehr über die Leitung 61 zur Stromversorgung 51 gelangen.
Es sei noch einmal folgendes wiederholt: Die Hoch frequenzeingänge 207 und 167 des Kopplers und Filters 230 sind kapazitiv an seine Hochfrequenzausgänge <B>231</B> und 241 angekoppelt, so dass die Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 an die Ausgänge<B>231</B> und 241 gelangen kann.
Zwischen den Hochfrequenzeingängen 267/207 und den Hochfrequenzausgängen 231/241 ist ein Filter für die zweiten und höheren Harmonischen vorgesehen, und dieser Filter ist durch das teleskopartige Überlappen der Leiter 207/231 und der Leiter 238/240 über eine Strecke gebildet worden, die einer Viertel- Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszülators 200 äquivalent ist. Die Schwingung mit der Grundfrequenz des Oszillators 200 kann sich nicht über die Leitung aus den beiden Rohrleitern 234 und 244 ausbreiten, da in dieser Leitung die Drossel 246 angeordnet ist.
Diese Drossel 246 wirkt bei der Grundfrequenz des Oszillators 200 als Parallelresonanzkreis und weist daher eine hohe Impedanz auf, die die Ausbreitung der Hoch frequenzenergie auf der Übertragungsleitung 234/244 behindert. Die beiden Leiter 234 und 244 sind zusätz lich durch den Durchführungskondensator 248 von ho her Kapazität miteinander verbunden, (der somit zwi schen die Anschlüsse für das Potential B + und das Potential B- des Kopplers und Filters 230 gelegt ist).
Dieser Kondensator 248 weist für die Hochfrequenz energie und im besonderen gegenüber den zweiten und höheren Harmonischen aus dem Oszillator 200 eine nur niedrige Impedanz auf, so dass im Zusammenwirken mit der Drossel 246 keine Hochfrequenzenergie über den Leiter 254 zum Gleichspannungsanschluss 202 und wei ter über die Leitung 61 zur Stromversorgung 51 gelan gen kann. Trotzdem wird der Heizstrom dem oberen Ende des Heizelementes 176 direkt zugeführt, und zwar von der Leitung 61 her über den Anschluss 202 mit dem Leiter 244, den Stab 238, den Klipp 237, den Kathodenbolzen 167 und zur Kathode 150.
Der Kondensator 226, der eine hohe Kapazität auf weist, wirkt für die Hochfrequenzenergie zwischen dem unteren Ende des Heizelementes 176 und dem Leiter 221 (der auf dem Potential B + liegt) als Nebenschluss- kondensator, so dass die Hochfrequenzenergie nicht mehr vom Anschluss 203 über die Leitung 62 zur Stromversorgung 51 gelangen kann. Da das Heizele- ment 176 als Wendel ausgebildet ist, ist sein induktiver Widerstand für die Hochfrequenzen sehr hoch, so dass auch über diesen Weg nur sehr wenig Hochfrequenz energie abfliessen kann.
Daher können die Filter kleiner gewählt werden, die notwendig sind, Hochfrequenzener- gie von der Stromversorgung 51 fernzuhalten.
Wie bereits oben erörtert wurde, verläuft die Hoch frequenzwelle innerhalb des Oszillators 200 in axialer Richtung durch die Röhre 100 hindurch, und es treten in der Röhre 100 keine radialen Schwingungsanteile auf, d. h. keine Hochfrequenzwellen, die senkrecht zur Achse der Röhre 100 verlaufen. Darüber hinaus ist der radiale Abstand zwischen der Aussenfläche der Kathode<B>150</B> und den Aussenwänden 121 und 141 der Anodenvertie fungen 122 und 142 so klein, dass stehende Radialwellen bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 nicht mehr angefacht werden können.
Auch der Abstand zwischen den koaxial angeordneten Oberflächen des Anodenzylin ders 102 und der Anodenteile<B>110</B> und 130, die die äussere Übertragungsleitung definieren, ist so gering ge wählt, dass die zum Anfachen stehenden Radialwellen bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 nicht aus reichen.
In den Fig. 17 und 18 sind graphische Darstellungen gezeigt, durch die das Betriebsverhalten der Mikro wellenröhre 100 dargestellt ist. In der Fig. 17 ist ein übliches Rieke-Diagramm dargestellt, das einem Smith- Diagramm überlagert ist. Die Messwerte, auf denen die Fig. 17 beruht, wurden in einer Serienschaltung für die Mikrowellenröhre gewonnen, d. h. die Magnetspulen 210 und 215 waren hintereinander geschaltet und in Serie zur Anode 101 gelegt. Das Potential B+ betrug hierbei 580 V.
Es wurde eine Schar von Leistungskurven 80 aufgenommen, und in der Fig. 17 sind die einzelnen Kurven für 300, 400, 500, und 600 Watt dargestellt. In der Fig. 17 ist ausserdem noch eine Kurvenschar 81 dargestellt, die die Betriebsfrequenz und den Frequenz mitzieheffekt zeigt. Wie man sieht, ist ein instabiles Ge biet vorhanden, das mit 82 bezeichnet ist. Es sei be sonders bemerkt, dass es einen sehr grossen Impedanz bereich gibt, innerhalb dessen die Ausgangsleistung ver hältnismässig konstant ist. In der graphischen Darstel lung nach Fig. 18 ist die Anodenspannung auf der Ordinate und der Anodenstrom auf der Abszisse aufge tragen.
Im unteren Teil der Fig. 18 ist eine Kurve 83 eingezeichnet, die gilt, wenn die Röhre 100 ohne Ma gnetfeld betrieben wird. Die Kurve 83 stellt daher ein Mass für die Emission der Kathode 150 dar. Die Kurve 84 gilt, wenn die Magnetspulen 210 und 215 in Serie mit der Anode 101 geschaltet sind. Die Kurvenschar 85 zeigt den Anodenstrom für eine angelegte Anodenspan nung, wenn das Magnetfeld für die Röhre 100 getrennt erregt wird. Als Parameter sind Ströme für die Magnet spulen von 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 und 4,0 A gewählt. Die Kurvenschar 86, die durch ausgezogene Linien darge stellt ist, zeigt Linien konstanter Ausgangsleistung. In der Kurvenschar 86 sind 12 Kurven dargestellt, die für verschiedene Ausgangsleistungen zwischen 50 und 1100 Watt gelten.
Die gestrichelt dargestellte Kurven schar 87 zeigt Linien konstanten Wirkungsgrades. Es sind zwei Kurven dieser Kurvenschar 87 dargestellt, und zwar für einen Wirkungsgrad von 30 und 40 ö.
Es wurde eine Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern aufgebaut, deren verschiedene Einzelteile die folgenden Abmessungen hat ten. Der Anodenzylinder 102 war 6,67 cm lang und wies einen Aussendurchmesser von 4,29 cm auf. Der Aussendurchmesser der Anodenteile 110 und 130 betrug in Höhe der Seitenflächen 113 und 133 3,98 cm. Die gesamte Länge der Anodenteile 110 und 130, gemessen zwischen den äusseren Stirnflächen 112 und<B>132</B> und den Fahnenenden 126 und 146 betrug 3,175 cm. Der Abstand zwischen der Längsachse und den Flächen 118 und 138 betrug 9,41 mm. Die Entfernung zwischen der Längsachse und den Flächen 121 und 141 betrug 1,425 cm. Die Abmessungen der Vertiefungen 122 und 142 in radialer Richtung betrugen 4,58 mm.
Die Ab messungen der Vertiefungen 122 und 142 betrugen in Umfangsrichtung 3,91 mm und die Abmessungen der Flächen 118 und 138 betrugen in Umfangsrichtung 1,27 mm. In axialer Richtung waren die ringförmigen Aussenflächen 113 und 133 7,97 mm lang. Die Längs abmessung der ringförmigen Innenflächen 114 und 134 betrug 7,3 mm, und der Aussendurchmesser in Höhe der inneren Flächen 114 und 134 betrug 3,34 cm. Die Fahnen 125 und 145 waren 1,648 cm lang, hatten an ihrer Basis eine Radialabmessung von 3,175 mm und an ihrem äusseren Ende ein Abmessung von 1,4 mm. Die Länge des emittierenden Überzugs 161 der Kathode 150 betrug 3,1 cm.
Der Durchmesser des emittierenden Überzugs 161 betrug an den beiden Enden der Kathode 1.605 cm und diese Gebiete an den beiden Enden der Kathode massen in axialer Richtung jeweils 5,96 mm. Der Durchmesser des emittierenden Überzugs 161 in den daran nach innen anschliessenden Gebieten betrug 1,58 cm, während in axialer Richtung diese Gebiete 165 jeweils 6,25 mm massen. Das Gebiet 166 des Überzugs 161, das in der Mitte des Überzugs angeordnet ist und den geringsten Aussendurchmesser aufweist, hatte einen Durchmesser von 1,554 cm und war 6,25 mm lang. Die Vorsprünge 162 neben den äusseren Enden des emittierenden Überzugs<B>161</B> ragten in radialer Rich tung 0,787 mm hervor.
Die Vorsprünge 162, die sich in den Gebieten 165 von geringerer Schichtdicke befan den, ragten in radialer Richtung um 3,81 mm hervor, während das Schichtgebiet 166 mit keinen Vorsprüngen versehen war. Die Aussenfläche 163 auf den Vorsprün gen 162 an den äusseren Enden des emittierenden Über zugs 161 waren in Umfangsrichtung 0,787 mm lang, und die Zwischenräume 164 zwischen den Vorsprüngen massen in Umfangsrichtung 0,787 mm. Die Mittellinien der Kathodenvorsprünge 162 waren gegenüber den Mit tellinien der gegenüberliegenden Anodensegmente 117 oder 137 beziehungsweise gegenüber den Mittellinien der gegenüberliegenden Anodenfahnen 125 oder 145 um 5 versetzt. Der Aussendurchmesser der Polstücke 170 betrug in Höhe des Flansches 174 4,285 cm. Am Flansch 172 der Polstücke 170 betrug der Innendurch messer 2,74 cm.
Der Flansch 174 und der Flansch 172 waren beide 6,25 mm lang. Eine Mikrowellenröhre 100, deren Einzelteile mit den eben angegebenen Ab messungen versehen waren, arbeitet in einem Frequenz bereich zwischen 900 und 980 MHz.
Aus der bisherigen Beschreibung und im besonderen aus den angeführten Abmessungen der Mikrowellen röhre 100 geht hervor, dass die räumlichen Abmessungen der Röhre verglichen mit der Wellenlänge der von der Röhre 100 erzeugten Schwingungen sehr klein sind. Die thermischen Eigenschaften der Mikrowellenröhre 100 sind ausserordentlich gut, da die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung der Einzelteile sehr klein sind. Dadurch auch die thermische Stabilität sehr hoch. An stelle der Kühlrippen 108, die in den Figuren darge stellt sind, kann man zur äusseren Kühlung auch einen Strahlungskühler oder eine Kühlspule verwenden.
Die Anodenteile 110 und 130 sind beide aus einem gut wärmeleitenden Material konstruiert, und die dicken, radial verlaufenden Teile haben einen sehr geringen thermischen Widerstand, so dass die Mikrowellenröhre 100 auch bei hohen Leistungen betrieben werden kann. Auch die einseitige Halterung der Anodenfahnen 125 und 145 trägt zur thermischen Stabilität der Röhre 100 bei, da die Hauptabmessungen der Anodenfahnen axial zur Röhre verlaufen. Daher wird durch eine thermische Ausdehnung der Anodenfahnen 125 und 145 der Ab stand zwischen den Anodenfahnen einerseits und dem Inneren der Anodenteile 110 und 130 sowie der Kathode 150 nicht wesentlich beeinflusst.
In der erfindungsgemässen Mikrowellenröhre 100 ist der Frequenzabstand zwischen den verschiedenen Schwingungsformen in der Röhre sehr hoch, da in einem einzigen Hohlraumresonator derart, wie er vor gesehen ist, die Hauptschwingungsformen, wie beispiels- weise die 1/4, 3/4, 5/4 J Schwingungsmodi grosse Fre- quenzabstände haben. Radialwellen, die in üblichen Magnettrons vorhanden sind, werden in der Mikrowellen röhre 100 stark gedämpft.
Das Fehlen solcher Radial wellen ist sehr wünschenswert, da die in üblichen Ma- gnettrons enthaltenen Radialwellenanteile auf eine grosse Anzahl von Schwingungen führen, die selbst dann, wenn man das Magnetron stark mit Drahtbügeln be schwert, nicht ausreichend gut getrennt werden können. Daher ergeben sich bei üblichen Magnetrons Schwierig keiten in der Trennung der verschiedenen Schwingungs formen.
Anderseits ist in der Mikrowellenröhre 100 das Verhältnis der Streckenlängen für Hochfrequenzwellen den Innendurchmesser des Anodenzylinders 102 ent lang (das ist der Durchmesser der Fläche 104) zur Streckenlänge für Hochfrequenzwellen die Innenflächen der Anodenteile 110 und<B>130</B> entlang (das ist die Strecke der Flächen 118, 119 und 121 oder 138, 139 und 141 entlang) sehr klein, so dass für rotierende Wellen ein sehr kurzer Weg von niedriger Impedanz gesschaffen ist.
Im besonderen stellen die elektrisch leitenden Flächen 104 und 114/134 für rotierende Hochfrequenzwellen eine Übertragungsleitung von sehr niedriger Impedanz dar, während im Gegensatz hierzu der Weg für rotierende Wellen im innren Umfang der Anodenteile 110 und 130 sehr verwickelt und sehr lang ist, was auch für den Weg für rotierende Wellen die Oberfläche der Kathode 150 entlang gilt. Dadurch können die Trennung der verschiedenen Schwingungs formen und die Stabilität der Röhre 100 verbessert werden.
Darüber hinaus stellen auch die sich gegen überstehenden Flächen 116 und 136 der Anodenteile 110 und 130 für rotierende Hochfrequenzwellen einen kurzen Weg niedriger Impedanz dar, so dass auch da durch die Trennung der Schwingungsformen und die Stabilität in der Röhre 100 verbessert wird. Auch die konische Form der Anodenfahnen 125 und 145 trägt zur Erhöhung der Schwingungsstabilität der Röhre bei, da diese Formgebung der Fahnen 125 und 145 die Kapazität zwischen den Fahnen und den daneben lie genden Anodensegmenten 117 und 137 verkleinert. Da durch ergibt sich zwischen den Anodenfahnen und den danebenliegenden Anodensegmenten 117 und 137 eine Kapazität, die gegenüber der Kapazität der äusseren Übertragungsleitung 120 vermindert ist.
Die Keilform der Fahnen 125 und 145 sowie die geringere Kapazität zwischen den Fahnen und den daneben liegenden Anodenteilen und Anodensegmenten führen auf niedrigere Kreisströme und demzufolge auf einen höheren Wirkungsgrad. Diese Keilform der Stäbe 125 und 145 führt ebenfalls auf eine kleinere Phasen verschiebung für die Hochfrequenzspannung an den äusseren Enden der Fahnen im Verhältnis zu den Pha senwinkeln an den Stellen, an denen die Fahnen an den Anodenteilen 110 und 130 angeordnet sind. Dadurch wird die Bündelung der Elektronen bzw. die Phasen- fokussierung der Elektronen besser, so dass auch da durch der elektronische Wirkungsgrad der Röhre 100 höher werden kann.
Gegenüber Anodenfahnen, die vom einen zum anderen Ende einen konstanten Querschnitt haben, kann durch die Keilform der Anodenfahnen 145 und 125 die Ausgangsleistung um 20 % und die ma ximale Strombelastung um 15 % erhöht werden.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass die eben be schriebene Kathodenkopplung eine sehr enge Kopplung ist, so dass der Hohlraumresonator innerhalb der Röhre 100 stark belastet werden kann. Dadurch ist ein Betrieb mit grosser Bandbreite und niedrigem Q-Wert möglich, der eine äussere Abstimmung über einen Frequenzbe reich von etwa über 10 % erlaubt. Darüber hinaus wird durch die Kathode die Hochfrequenzenergie in der Röhre 100 gleichförmig aus dem Wechselwirkungsraum 160 ausgekoppelt, so dass Störungen der Feldverteilung aufgrund der Belastung der Röhre vermieden werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad grösser und der Be trieb stabiler.
Weiterhin sei bemerkt, dass die Hoch frequenzfelder, die im Gebiet des ringförmigen Durch gangs 140 in den Wechselwirkungsraum 160 hinein ragen, gestört werden können, was auf einen niedrige ren Wirkungsgrad in diesem Gebiet führt. Dieses wird jedoch dadurch vermieden, dass man den emittierenden Überzug 161 der Kathode 150 mit dünneren Gebieten 165 und 166 versieht, so dass die Elektronenemission in diesem Gebiet geringer ist. Insbesondere sind die Feld stärken des elektrischen Gleichfeldes in diesem Gebiet geringer, da der Abstand zwischen den Anodenteilen 110 und 130 gegenüber dem emittierenden Überzug 161 geringer ist.
Elektronen, die an einer solchen Stelle emittiert werden, von der aus sie den Röhrenbetrieb beeinträchtigen können, werden vom Magnetfeld ge sperrt und können daher die Anodenteile 110 und 130 nicht erreichen. Dadurch ist die Wechselwirkung zwi schen solchen störenden Elektronen und den Hochfre- quenzfeldern im Wechselwirkungsraum 160 nur gering.
In Verbindung mit dem Auskoppeln der Hochfre- quenzenergie aus der Mikrowellenröhre 100 sei be merkt, dass die Gebiete zwischen den Enden der Ano denteile 110 und 130 und den Polstücken 170 eine Induktivität von vorgegebener Grösse aufweist. Diese Induktivität ist dem Volumen der Räume direkt pro portional, die sich zwischen den Anodenteilen<B>110</B> bzw. 130 und den Polstücken 170 befinden. Wenn man die Volumina dieser Endgebiete einstellt, kann der Kopplungsgrad für das Auskoppeln der Hochfrequenz energie auf den gewünschten Wert eingestellt werden. In den Zeichnungen ist eine feste Kopplung dargestellt.
Wenn man den Abstand zwischen den Anodenteilen 110 bzw. 130 und den Polstücken 170 erhöht und damit dieses Volumen vergrössert, wird die Kopplung geringer. Vermindert man dagegen diese Volumen durch Verminderung des Abstandes zwischen den Ano denteilen 110 und 130 und den Polstücken 170, so wird die Kopplung fester.
Wenn man die verschiedenen Einzelteile der Mikro wellenröhre 100 so aufbaut, wie es beschrieben ist, ist es möglich, die ganze Röhre zusammenzusetzen, bevor die Einzelteile miteinander verlötet werden. Die Ka thode kann daher während des Verlötens formiert wer den. Dadurch ist es möglich, die Kathode schneller auszuheizen, und auch das Evakuieren der Röhre 100 benötigt nur eine kürzere Zeit. Ein anderer Vorteil, der dadurch bedingt ist, besteht darin, dass die Einzel teile während des Verlötens durch Wasserstoff gereinigt werden können und in späteren Verarbeitungsschritten somit nicht mehr Luft oder anderen Verunreinigungen ausgesetzt zu werden brauchen.
In diesem Zusammen hang sei bemerkt, dass die Innenflächen an den äusseren Enden des Anodenzylinders 102, an die die Flansche 174 der Polstücke 170 anstossen, silberplattiert sind, so dass sie ohne zusätzliche innere Halterungen miteinander verlötet werden können. Und dadurch können sämtliche Einzelteile der Röhre vor dem Zusammenlöten zusam mengesetzt werden. In der Fig. 19 ist schematisch dargestellt, wie man den Ausgang des Oszillators 50 mit dem Eingang eines Verstärkers 300 verbinden kann.
In dem Umfang, in dem der Aufbau und der Betrieb der Stromversorgung 51 und des Oszillators 200 im Schaltkreis nach Fig. 19 mit den bereits beschriebenen Komponenten identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern verwendet worden. Auch in der nachfolgenden weiteren Beschreibung werden diese Bezugsziffern wiederholt. Der Ausgang des Os- zillators 200 wird einer Koaxialleitung 310 zugeführt, deren Aussenleiter 311 mit einem kapazitiven Koppler 232 verbunden ist.
Der Aussenleiter 311 ist ausserdem über einen kapazitiven Koppler 325 mit einem Hohl raumresonator verbunden, der mit einem Ende einer Mikrowellenröhre 100 in Verbindung steht, die so auf gebaut ist und arbeitet, wie es bereits beschrieben wurde. Die Übertragungsleitung 310 weist einen Innenleiter 312 auf, der in einer Koppelschleife<B>313</B> endet. Diese Koppelschleife strahlt Mikrowellenenergie in einen Hohlraumresonator ein, der von einer Koaxialleitung 320 gebildet und mit dem unteren Ende der Röhre<B>100</B> verbunden ist. (Siehe hierzu auch Fig. 20).
Der Ver stärker 300 weist zwei Eingänge<B>301</B> und 302 auf, die mit den Gleichspannungsausgängen 54 und 55 der Stromversorgung 51 über die beiden Leitungen 60 und 61 verbunden sind. Der Eingang 302 ist ausserdem über die Leitung 61 mit dem einen Ausgang 56 der Stromversorgung 51 für die Heizspannung verbunden. Der Verstärker 300 weist noch einen dritten Eingang 303 auf, der über die Leitung 62 mit dem anderen Ausgang 57 der Stromversorgung 51 für die Heiz- spannung in Verbindung steht.
Der Ausgang des Verstärkers 200 wird einem Hohl raumresonator zugeführt, der einen Aussenleiter 347 aufweist, der über einen Koppler 345 kapazitiv mit der Ausgangsübertragungsleitung 340 in Verbindung steht. Die Ausgangsleitung 340 stellt die Verbindung mit der Übertragungsleitung 65 her. Im besonderen ist der Aussenleiter der Übertragungsleitung 340 direkt mit dem Aussenleiter 66 der Übertragungsleitung 65 ver bunden. Innerhalb der Übertragungsleitung 340 ist eine Schleife 352 vorgesehen, die mit dem Innenleiter 67 der Ausgangsübertragungsleitung 65 verbunden ist.
Die kapazitive Kopplung, die durch den Koppler 345 be wirkt wird, ist deswegen günstig und wünschenswert, da der Ausgangsanschluss 347 auf einem verhältnismässig hohen Gleichspannungspotential liegt. Es ist daher not wendig, den Ausgangsanschluss 347 vom Aussenleiter 66 elektrisch zu trennen, wenn man den Aussenleiter 66 werden will.
Wie bereits bemerkt wurde, liegt es am Aufbau und an der Wirkungsweise der Stromversorgung 51, die eine Gleichrichterschaltung mit Spannungsver dopplung enthält, dass weder die Leitung 60 noch die Leitung 61 geerdet werden können, so dass es ebenfalls nicht möglich ist, den Ausgang 347 des Verstärkers 300 zu erden. Daher ist es weiterhin günstig und wünschenswert, den Verstärker 300 durch ein geerdetes äusseres Gehäuse elektrisch abzuschirmen (nicht ge zeigt), das um den Verstärker 300 herum angeordnet ist, um zu verhindern, dass Benutzer in Berührung mit den verhältnismässig hohen Gleichspannungen im Ver stärker 300 kommen können.
Die Mikrowellenenergie, die vom Verstärker 300 an die Übertragungsleitung 65 abgegeben wird, kann für jeden beliebigen Zweck verwendet werden. Zwei ty pische Anwendungsbeispiele für die Mikrowellenenergie sind in der Fig. 19 dargestellt. Das erste Anwendungs- Beispiel ist im rechten oberen Teil der Fig. 19 gezeigt, während sich das zweite Anwendungsbeispiel im unteren rechten Ende der Fig. 19 befindet. Im oberen rechten Teil der Fig. 19 ist gezeigt, wie die Übertragungsleitung 65 an eine Antenne angekoppelt ist, wie sie üblicher weise für Radargeräte verwendet wird.
Der Aussenleiter ist mit den äusseren Antennenelementen 68 verbunden, während der Innenleiter 67 mit den inneren Antennen elementen 69 verbunden ist. Die Antennenelemente 68 und 69 dienen dazu, den Wellenwiderstand der über- tragungsleitung 65 an den Wellenwiderstand des freien Raumes anzupassen. Im zweiten Anwendungsbeispiel, das in der unteren rechten Hälfte der Fig. 19 dar gestellt ist, ist die Übertragungsleitung 65 mit einem elektronischen Heizgerät, wie beispielsweise mit einem elektronischen Kochherd 70 verbunden, der für Haus haltszwecke ausgelegt ist.
Der elektronische Kochherd 70 in Fig. 19 ist mit dem elektronischen Kochherd 70 identisch, der in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschrie ben wurde. Demzufolge sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden. Die Mikrowellenenergie, die sich auf der Übertragungsleitung 65 ausbreitet, wird in den Innenraum des Kochherdes 70 eingestrahlt, um die dort angeordneten Nahrungsmittel erwärmen zu können.
Fer ner sei bemerkt, dass in einer bevorzugten Ausführungs form des Kochherdes 70 die Stromversorgung 51, der Oszillator 200, der Verstärker 300 und die Über tragungsleitung 65 alle in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das auch das Gehäuse 71 um schliesst. Dieses gemeinsame Gehäuse wird mit Vorzug aus einem elektrisch leitenden Metall mit hoher magne tischer Permeabilität hergestellt und aus Sicherheits gründen geerdet.
Nun sollen in Verbindung mit Fig. 20 weitere Ein zelheiten des Verstärkers 300 beschrieben werden, und ebenso, wie die Mikrowellenröhre 100 in den Ver stärker eingesetzt werden kann. Die Mikrowellenröhre 100 im Verstärker 300 der Fig. 20 ist identisch mit der Mikrowellenröhre 100, die in dem Oszillator 200 verwendet wird, und in Verbindung mit den Fig. 3 bis 10 im einzelnen beschrieben wurde. Daher sind für die übereinstimmenden Einzelteile, insbesondere für die Ma gnetspulen 210 und 215, die Magnetjoche 211 und 216 und die zugeordneten mechanischen und elektrischen Verbindungen die gleichen Bezugsziffern benutzt wor den.
Die Eingangsleitung 310, die eine Koaxialleitung ist, weist einen Aussenleiter 311 auf, in dem der Innen leiter 312 angeordnet ist. Das linke Ende des Aussen leiters 311 steht mit dem Aussenleiter der übertragungs- leitung 320 in Verbindung, die mit dem unteren Ende der Röhre 100 verbunden ist. Im besonderen weist die Koaxialleitung 320 einen äusseren Rohrleiter 321 auf, in den ein Innenleiter 322 angeordnet ist. Die äusseren Enden von Aussenleiter und Innenleiter sind unten mit einander verbunden, und der Raum zwischen diesen beiden Leitern ist durch eine Stirnwand 323 verschlos sen.
Neben dem unteren Ende des Aussenleiters 321 ist eine Öffnung vorgesehen, die vom Aussenleiter 311 umgeben wird. An dieser Stelle ist der Aussenleiter 311 mit dem Aussenleiter 321 elektrisch und mechanisch verbunden. Der Aussen- und der Innenleiter der Ein gangsleitung 310 sind durch eine Koppelschleife 313 miteinander verbunden, die Mikrowellenenergie, die sich auf der Übertragungsleitung 310 ausbreitet, in die Koaxialleitung 320 einstrahlt. Der Aussenleiter 312 ver läuft nach oben auf das untere Polstück 170 hin und ist dort über den Koppler 325 kapazitiv angekoppelt.
Im besonderen ist ein äusserer Rohrleiter 327 mecha nisch und elektrisch mit dem unteren Polstück 170 verbunden, der nach unten zum unteren Ende des Magnetjoches 260 verläuft und den daneben liegenden Teil des Aussenleiters 321 umgibt. Zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Leitern 321 und 327 ist eine dielektrische Isoliermuffe 326 angeordnet, die den Ringraum zwischen den beiden konzentrischen Leitern 321 und 327 ausfüllt. Die Isoliermuffe 326 ist aus einem organischen Kunststoff, wie beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt. Der Innenleiter 322 verläuft nach oben auf das untere Ende der Kathode 150 zu und ist mittels eines Kopplers 330 kapazitiv an die Kathode angekoppelt.
Insbesondere ist ein äusseres Anschlussstück 303 mit seinem oberen Ende auf das Verbindungsstück 196 aufgeschraubt, das seinerseits über das Heizelement<B>176</B> mit der Kathode 150 ver bunden und ausserdem am unteren Ende kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt ist. Das Anschlussstück 303 ragt nach unten noch über die Stirnwand 323 her aus. Ausserdem ist das Anschlussstück 303 innerhalb des Innenleiters 322 angeordnet, so dass der Innenleiter 322 dieses Anschlussstück umgibt.
Zwischen dem An schlussstück 303 und dem Innenleiter 322 ist eine dielektrische Isoliermuffe 333 eingesetzt, die den Ring raum zwischen dem Anschlussstück 303 und dem Leiter 322 ausfüllt. Die Isoliermuffe 332 ist aus einem orga nischen Kunststoff wie beispielsweise einem Polytetra fluoräthylen hergestellt.
Der Verstärkerausgang 300 wird vom oberen Ende der Röhre 100 abgenommen. Hierzu dient die Koaxial leitung 340, die mit dem oberen Ende der Mikrowellen röhre 100 verbunden ist. Die Koaxialleitung 340 weist einen äusseren Rohrleiter 241 auf, in dem ein innerer Rohrleiter 342 angeordnet ist. Die oberen Enden dieser beiden Rohrleiter sind über die Stirnwand 343 mit einander verbunden, die den Raum zwischen diesen beiden Leitern ausfüllt. Neben dem oberen Ende des äusseren Rohrleiters 341 ist eine Öffnung vorgesehen, und der Aussenleiter 66 der Ausgangsleitung 65 ist mechanisch und elektrisch derart mit dem Aussenleiter 341 verbunden, so dass er diese Öffnung umgibt.
Der Innen- und der Aussenleiter 66 und 67 der Ausgangs leitung 65 sind durch eine Koppelschleife 352 mit einander verbunden, die die Mikrowellenenergie in der Koaxialleitung 340 aufnimmt und sie an die Ausgangs leitung 6.5 weitergibt. Der Aussenleiter 341 verläuft nach unten auf das obere Polstück 170 zu und ist kapazitiv durch den Koppler 345 an dieses Polstück angekoppelt.
Hierfür ist mit dem oberen Polstück 170 ein äusserer Rohrleiter 247 mechanisch und elektrisch verbunden, der nach oben zum oberen Ende des Ma- gnetjoches 211 verläuft und den unteren Teil des Au ssenleiters 341 umgibt. Der Raum zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Rohrleitern 341 und 347 wird von einer dielektrischen Isoliermuffe 346 ausgefüllt, die aus einem organischen Kunststoff, wie beispiels weise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt ist.
Der Innenleiter 242 verläuft nach unten zum oberen Ende der Kathode 150 hin und ist über einen Koppler 350 kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt. Hierzu ist ein Ausgangsanschluss 302 vorgesehen, dessen unteres Ende auf den Kathodenbolzen 167 aufgeschraubt ist, der direkt mit dem oberen Ende der Kathode 150 in Verbindung steht, und von dort nach oben noch über die Stirnwand 343 hinaus verläuft.
Der Innenleiter 342 ist dabei um das Anschlussstück 302 herum angeordnet, und der Ringraum zwischen dem Anschlussstück 302 und dem Innenleiter 342 ist durch eine dielektrische Isoliermuffe 351 ausgefüllt. Die Isoliermuffe 351 ist aus einem organischen Kunststoff wie beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt.
Die Leitung 60, die auf der einen Seite mit dem Ausgang 54 der Stromversorgung 51 für das Potential B+ verbunden ist, ist auf der anderen Seite bei 301 mit dem einen Ende der oberen Magnetspule 210 ver bunden. Dadurch liegt auch der Anodenzylinder 102 auf dem Potential B+, und zwar über einen Weg, der von der oberen Magnetspule 210 aus über die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung 218 zur Kühlrippe 10 verläuft, die elektrisch mit dem Anoden zylinder 102 verbunden ist.
Die Leitung 61, die sowohl mit dem Ausgang 55 der Stromversorgung 51 für das Potential B- als auch mit dem einen Anschluss 56 für die Heizspanne verbunden ist, die dem Heizelement 151 zugeführt werden muss, steht mit dem Anschluss 302 in Verbindung, der seinerseits direkte Verbindung zur Kathode 150 über den Kathodenbolzen 167 hat. Schliesslich ist noch der andere Ausgang 57 der Strom versorgung 51, der der andere Heizspannungsausgang für das Heizelement 176 ist, über die Leitung 62 mit dem Anschlussstück 303 verbunden, das seinerseits di rekt mit dem anderen Ende des Heizelementes 176 in Verbindung steht.
Die Mikrowellenenergie, die im Verstärker 300 ver stärkt werden soll, wird dem Verstärker durch die Ein gangsleitung 310 zugeführt. Die Koppelschleife 313 strahlt die Mikrowellenenergie in die Koaxialleitung 320 ein, die sowohl mit der Anode 101 als .auch mit der Kathode 150 kapazitiv gekoppelt ist. Dadurch wird die Mikrowellenenergie zwischen die Anode 101 und die Kathode 150 angelegt. Um den Wellenwiderstand der Koaxialleitung 310 und die Impedanz des Verstärkers 300 aneinander anzupassen, ist die Länge der Koaxial leitung 320 so gewählt, dass sie 3/.4 der Wellenlänge der zu verstärkenden Energie äquivalent ist.
Diese Länge ist hier der Abstand zwischen der Innenfläche der Stirn wand 323 und einer Ebene, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 steht und an einer Stelle ange ordnet ist, die in der Mitte zwischen den beiden Enden der Anode<B>101</B> liegt. Es ist genauso gut möglich, die Übertragungsleitung 310 an einer Stelle an die über tragungsleitung 320 anzuschliessen, die von der Mittel ebene der Röhre 100 um eine Strecke entfernt liegt, die einem Viertel der Wellenlänge der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent ist. Für die meisten zu verstärkenden Frequenzen ist es jedoch nicht möglich, die erforderlichen elektrischen Verbindungen an dieser Stelle herzustellen, wie es aus Fig. 20 hervorgeht.
Um den Wellenwiderstand der Ausgangsübertra- gungsleitung 65 an die Impedanz des Verstärkers 300 anzupassen, ist die Länge der Übertragungsleitung 340 3/,4 der Wellenlänge der zu verstärkenden Mikrowellen energie äquivalent gewählt. Die Länge der übertra- gungsleitung 340 ist hier der Abstand zwischen den Innenflächen der Stirnwand 340 und einer Ebene, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 steht und in der Mitte zwischen den Enden der Anode 101 ange ordnet ist.
Es ist zwar auch möglich, die übertragungs- leitung 65 an einer Stelle anzuschliessen, die von der Mittelebene der Röhre 100 um eine Viertel-Wellenlänge der zu verstärkenden Energie entfernt liegt. Jedoch ist es für die meisten Frequenzen aus räumlichen Gründen nicht möglich, die erforderlichen elektrischen Verbin- dungen an einem solchen Punkt herzustellen, wie es ebenfalls .aus Fig. 20 hervorgeht.
Die Mikrowellenenergie, die auf diese Weise in das untere Ende des Verstärkers 300 eingestrahlt wird, brei tet sich in die Mikrowellenröhre 100 hinein aus, und zwar im besonderen der Koaxialleitung entlang, die durch das Zusammenwirken zwischen der Kathode 150 als Innenleiter und den Anodenteilen 110 und 130 sowie den Anodenfahnen 125 und 145 als Aussenleiter entsteht. Wenn die Mikrowellenenergie durch die Röhre 100 hindurchläuft, werden die zugehörigen Hochfre- quenzfelder durch die Wechselwirkung mit den Elek tronen verstärkt, die von der Kathode 150 ausgehen und zu den Anodenteilen 110 und 130 sowie zu den Anodenfahnen 125 und 145 laufen.
Man nimmt an, dass der Verstärker 300 nach dem Rückwärtswellen- prinzip arbeitet (M-type fast wave interaction principle). Dadurch tritt die Mikrowellenenergie beim Durchlaufen des Wechselwirkungsraumes<B>160</B> mit den dort vorhan denen Feldern in Wechselwirkung, so dass die Mikro wellenenergie ergänzt und verstärkt wird.
Daher kann zwischen der Anode 101 und der Kathode 150 am anderen Ende der Röhre<B>100</B> Mikrowellenenergie ab nehmen, die die gleiche Frequenz wie die durch die Eingangsleitung 310 zugeführte Mikrowellenenergie auf weist, in der jedoch die Amplitudenquadrate der Feld stärken wesentlich grösser sind. Man kann beispiels weise eine Leitungsverstärkung zwischen 6 und 10 erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass zum Erzielen einer solchen Leistungsverstärkung ein einziger Wechsel wirkungsraum 160 ausreicht, obwohl die Länge dieses Wechselwirkungsraumes grössenordnungsmässig nur 1/ 1o der Wellenlänge der zu verstärkenden Mikrowellenener gie äquivalent ist.
Bei den bisher bekannten Mikrowel lenröhren musste dagegen die Länge des Wechselwir kungsraumes vielen Wellenlängen der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent sein, das heisst, bisher waren Wechselwirkungsräume notwendig, deren Längen bis zu 20 Wellenlängen der zu verstärkenden Mikro wellenenergie äquivalent war.
Die verstärkte Mikrowellenenergie erscheint zwi schen den beiden Rohrleitern 361 und 362. Der Rohr leiter 361 ist über den Koppler 345 kapazitiv an das obere Polstück 170 angekoppelt, während der Rohrleiter 342 über den Koppler 350 kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt ist. Die Mikrowellenenergie in der Koaxialleitung 340, die von den beiden konzentrischen Leitern 341 und 342 gebildet wird, wird von der Koppelschleife 352 aufgenommen und der Ausgangs leitung 65 zugeführt, so dass sich diese verstärkte Mikro wellenenergie zwischen dem Aussenleiter 66 und dem Innenleiter 67 ausbreitet.
Es sei bemerkt, dass es für den Verstärker 300 keine Grenzfrequenz gibt, da die Röhre 100 im wesent lichen aus einer offenen Übertragungsleitung besteht, die durch das Zusammenwirken der Kathode 150 als Innenleiter und der Anodenteile 110 und 130 sowie der Anodenfahnen 125 und 145 als Aussenleiter gebildet ist. Dadurch kann Mikrowellenenergie innerhalb einer grossen Bandbreite mit dem Verstärker 300 verstärkt werden.
Die Leistungsverstärkung ist jedoch eine Funk tion der Bandbreite des ganzen Systems, die vom Q-Wert des Hohlraumresonators abhängt, der durch das Zusammenwirken der Eingangsleitung 320 und der Röhre 100 gegeben ist. Dine grosse Bandbreite, die einen niedrigen Q-Wert erfordert, führt auf eine niedrige Leistungsverstärkung, während umgekehrt eine geringe Bandbreite einen hohen 0-Wert erfordert und daher auf eine hohe Leistungsverstärkung führt. Die Leistungs verstärkung hängt ausserdem von der Länge des Wech selwirkungsraumes 160 der Röhre 100 ab.
Ist die Länge des Wechselwirkungsraumes 160 grösser, so erhält man eine grössere Leistungsverstärkung und ist sie kleiner, so erhält man eine geringere Leistungsverstärkung.
Um weitere Eigenschaften des Verstärkers 300 zeigen zu können, ist in der Fig. 20 dargestellt, wie die Eingangsleitung 310 und die Ausgangsleitung 65 mit Prüf- und Testgeräten verbunden werden können. Der Ausgang des Oszillators 200 ist in Fig. 20 über eine Übertragungsleitung 370 mit dem Eingang eines Dämp- fungsgliedes 372 verbunden. Ausserdem ist auch ein Wellenmesser 371 mit der Obertragungsleitung 370 verbunden, so dass die Frequenz der Mikrowellenenergie überwacht werden kann, die der Übertragungsleitung 370 zugeführt wird.
Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 372 wird über eine Übertragungsleitung 373 dem Ein gang eines Tuners 374 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang der Übertragungsleitung 310 verbunden ist. Die Ausgangsübertragungsleitung 65 ist mit dem Eingang eines Ausgangstuners 375 verbunden, der sei nerseits über eine Übertragungsleitung 376 mit einer Last 378 in Verbindung steht, in der die Leistung ge messen werden kann, die vom Verstärker 300 abge geben wird. Mit der Übertragungsleitung 376 ist noch ein Wellenmesser 377 verbunden, mit dem die Frequenz der Mikrowellenenergie in der Übertragungsleitung über wacht werden kann.
Es wurde mit dem Verstärker 300 ein Versuch durchgeführt, bei dem die Betriebsspannungen vom Ver stärker 300 abgeschaltet waren, das sind die Spannun gen, die über die Leitungen 61, 62 zugeführt werden. Der Eingangs- und der Ausgangstuner 374 und 375 wurden so eingestellt, dass die maximale Leistung vom Oszillator 200 in die Last 378 abgegeben werden konnte. Wenn nun an den Verstärker 300 über die Leitungen 60, 61 und 62 die Betriebsspannungen wieder angelegt werden, wächst die Grösse der Mikrowellenenergie, die der Last 378 zugeführt wird, proportional mit der Eingangsleistung an. Der Wirkungsgrad lag dabei in der gleichen Grössenordnung wie der Wirkungsgrad der Röhre 100 als Oszillator, was bereits in Verbindung mit Fis. 2 beschrieben wurde.
Nun wurde mit dem Wellenmesser 377 die Wellen länge der Mikrowellenenergie gemessen, die der Last 378 zugeführt wurde. Es zeigte sich, dass die Mikro wellenenergie in der Übertragungsleitung 376 nur eine einzige Frequenz aufwies, die mit der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 übereinstimmte, die mit dem Wellen messer 371 gemessen wurde. Nun wurde die Betriebs frequenz des Oszillators 200 geändert, um zu bestim men, ob die Frequenz am Verstärkerausgang durch die Abstimmung der verschiedenen Kreise im Verstärker 300 bedingt sei. Es zeigte sich, dass sich die Frequenz am Ausgang des Verstärkers 300 direkt mit der Be triebsfrequenz des Oszillators 200 ändert, die mit dem Wellenmesser 371 bestimmt wurde.
Hieraus kann man schliessen, dass im Verstärker 300 elektronische Ab stimmeffekte keine Rolle spielen. Um weiterhin sicher zustellen, dass der Verstärker 300 wirklich als Verstär ker und nicht als Oszillator arbeitet, wurden die Be triebsspannungen vom Oszillator 200 weggenommen, so dass der Oszillator keine Ausgangsgrösse mehr abgab, was mit dem Wellenmesser 371 bestimmt wurde. Dabei fiel die Ausgangsleistung des Verstärkers 300 unmittel- bar auf Null zurück, woraus man schliessen kann, dass im Verstärker 300 keine Eigenschwingungen auftreten. Durch diesen Versuch ist sichergestellt, dass der Ver stärker 300 wirklich ein Verstärker und kein Oszillator ist.
Schliesslich wurde noch die Eingangsleistung für den Verstärker 300 mit Hilfe des Dämpfungsgliedes 372 zwischen einem Watt und 100 Watt variiert. Es zeigte sich, dass der Verstärker 300 im gesamten Bereich dieser Eingangsleistungen stabil arbeitet, und es zeigte sich, dass die Ausgangsleistung des Verstärkers 300, die in der Last 378 gemessen wurde, der Eingangsleistung direkt proportional war, die dem Verstärker 300 über die Eingangsleitung 310 zugeführt wurde.
In der Fig. 20 sind noch zusätzliche Verbindungen dargestellt, über die an den Verstärker 300 Modulations- signale angelegt werden können. Hierfür ist ein Wider stand 380 vorgesehen, der mit seinem einen Ende über eine Leitung<B>381</B> mit dem Rohrleiter 327 verbunden ist, der mit dem oberen Polstück 170 und damit mit der Anode der Röhre 100 in Verbindung steht. Die Leitung 381 führt ausserdem noch zu einem Anschluss 382. Das andere Ende des Widerstandes 280 ist über die Leitung 62 mit dem Anschluss 303 verbunden, das direkt mit der Kathode 150 in Verbindung steht. Die Leitung 62 führt ausserdem noch zu einem Anschluss 383.
Man siehr somit, dass der Anschluss 382 mit der Kathode 101 und der Anschluss 383 mit der Kathode<B>150</B> der Röhre 100 verbunden sind. Zwischen die Anschlüsse 382 und 383 kann man ein Modulationssignal anlegen und da durch die Amplitude der Mikrowellenenergie modulie ren, die vom Verstärker 300 an die Ausgangsübertra- gungsleitung 65 abgegeben wird.