DE1052582B

DE1052582B - Electron tubes in the manner of a magnetron generator tube for generating amplitude-modulated vibrations

Info

Publication number: DE1052582B
Application number: DER9250A
Authority: DE
Inventors: Percy Lebaron Spencer
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1951-06-26
Filing date: 1952-06-13
Publication date: 1959-03-12

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhren nach Art einer Magnetrongeneratorröhre mit vom übrigen Elektrodensystem elektrisch isolierten Steuerelektroden zur Erzeugung amplitudenmodulierter Schwingungen.The invention relates to electron tubes in the manner of a magnetron generator tube with from remaining electrode system electrically isolated control electrodes for generating amplitude-modulated Vibrations.

Im Frequenzbereich der Zentimeterwellen sind die Magnetrone bis zu einem Stand entwickelt worden, in welchem sie leistungsfähiger als irgendeine andere Art von Schwingungserzeugern, wie z. B. Klystrone, sind. Überdies können Magnetrone bei Anwendungen, bei denen hohe Leistung verlangt wird, so gebaut werden, daß im Verhältnis zu ihrem Gewicht und ihrer Größe eine bedeutend höhere Zentimeterwellenleistung erzielt wird als bei irgendeiner anderen Bauart bekannter Zentimeterwellenerzeuger.In the frequency range of the centimeter waves, the magnetrons have been developed to a level in which they are more powerful than any other type of vibrator, such as B. Klystrons, are. In addition, magnetrons can be built in this way in applications where high power is required that in relation to their weight and size, a significantly higher centimeter wave power is achieved than any other known type of centimeter wave generator.

Bis jetzt waren jedoch die Anwendungsmöglichkeiten von Magnetronen durch die Schwierigkeit beschränkt, die erzeugten Schwingungen innerhalb eines großen Bereiches des Modulationsgrades in ihrer Amplitude zu modulieren.Until now, however, the application possibilities of magnetrons have been limited by the difficulty of the generated vibrations within a wide range of the degree of modulation in their To modulate amplitude.

Es ist bekannt, daß Magnetronschwingungen durch Änderung der Anodengleichspannung zwischen dem Wert Null und dem maximaler Leistung entsprechenden Wert impulsmoduliert werden können. Diese Modulationsart ist jedoch bei gewissen Anwendungen, wie z.B. der Modulation eines Zentimeterwellenträgers durch Sprachsignale, nicht möglich, da eine Modulation von weniger als 100%·, wie sie zu einem großen Prozentsatz im Bereich der Sprachsignale auftritt, Verhältnisse im Magnetron zur Folge hat, bei welchenIt is known that magnetron oscillations by changing the anode DC voltage between the The value zero and the value corresponding to the maximum power can be pulse-modulated. These However, the type of modulation is in certain applications, such as the modulation of a centimeter wave carrier through voice signals, not possible, as a modulation of less than 100% · how to become a large one Percentage occurs in the area of the speech signals, which results in conditions in the magnetron

eine Verschiebung oder Veränderung der Frequenz der erzeugten Schwingungen entsteht. Durch die Verschiebung werden die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad des Magnetrons stark herabgesetzt; außerdem ist gewöhnlich eine konstante Ausgangsfrequenz erwünscht. Überdies erfordert eine durch Änderung der Anodengleichspannung verursachte Modulation eine hohe Leistungsabgabe des zugeführten Modulationssignals. Aus diesem Grund ist ein Modulationssystem für eine Magnetronröhre zur Erzeugung amplitudenmodulierter Schwingungen durch Änderung der Anodengleichspannung des Magnetrons in seinen räumlichen Maßen sehr viel größer und in seinen Herstellungskosten sehr viel teuerer als das Magnetron mit seinen Betriebsspannungsquellen allein.a shift or change in the frequency of the generated vibrations occurs. By the shift the power output and the efficiency of the magnetron are greatly reduced; in addition, a constant output frequency is usually desired. In addition, one requires through Changing the anode DC voltage caused a high power output of the supplied modulation Modulation signal. For this reason, a modulation system for a magnetron tube is to be generated amplitude-modulated oscillations by changing the anode DC voltage of the magnetron in its spatial dimensions much larger and in its production costs much more expensive than that Magnetron with its operating voltage sources alone.

Schon früher wurden in Magnetronen Gitter versuchsweise benutzt, die jedoch dann als unbrauchbar betrachtet wurden. Der Grund dafür lag darin, daß die Gitter meist zwischen Kathode und Anode im Bereich der Elektronenströmung angebracht wurden, um letztere regeln zu können. Solche Gitter erwiesen sich aber als verhältnismäßig unwirksam zur Steuerung der Elektronenströmung und zeigten bald eine Überhitzung auf Grund des Elektronenbombardements.Grids were used on a trial basis in magnetrons before, but they were then deemed unusable were considered. The reason for this was that the grid is mostly between the cathode and anode in the Area of electron flow were attached in order to regulate the latter can. Such grids proved but proved to be relatively ineffective for controlling the flow of electrons and soon showed one Overheating due to electron bombardment.

Elektronenröhre
nach Art einer Magnetrongeneratorröhre zur Erzeugung amplitudenmodulierter
S chwingungenElectron tube
in the manner of a magnetron generator tube for generating amplitude-modulated
Vibrations

Anmelder:
Raytheon Manufacturing Company,
Waltham, Mass. (V. St. A.)Applicant:
Raytheon Manufacturing Company,
Waltham, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14Representative: Dipl.-Ing. R. Holzer, patent attorney,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Juni 1951Claimed priority:
V. St. v. America June 26, 1951

Percy LeBaron Spencer, West Newton, Mass.
(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenPercy LeBaron Spencer, West Newton, Mass.
(V. St. A.),
has been named as the inventor

Weiterhin ist die Anwendung von zusätzlichen, Elektronen emittierenden Elektroden bekannt, die zwischen den kathodennahen Enden der Anodenarme angeordnet sind. Durch verschieden starke Elektronenemission kann die Dielektrizitätskonstante innerhalb der durch die Anodenarme und die dazwischenliegenden Abschnitte des Anodenhauptkörpers gebildeten Resonatoren geändert und dadurch die erregten Schwingungen in ihrer Frequenz verändert werden.Furthermore, the use of additional, electron-emitting electrodes is known are arranged between the ends of the anode arms near the cathode. Due to different strengths of electron emission may be the dielectric constant within that defined by the anode arms and those in between Sections of the anode main body formed resonators changed and thereby the excited Vibrations are changed in their frequency.

Bei einer Elektronenröhre nach Art einer Magnetrongeneratorröhre mit vom übrigen Elektrodensystem elektrisch isolierten S teuer elektroden zur Erzeugung amplitudenmod'ulierter Schwingungen, bei der die Anode aus einem parallel zur Kathode sich erstrekkenden Hauptkörper und einer Anzahl länglicher Teile besteht, die jeweils mit einem Ende an dem Hauptkörper befestigt sind, während ihre anderen, freien Enden zur Kathode hin ragen, und bei der jeweils zwei benachbarte längliche Anodenteile zusammen mit dem jeweils dazwischenliegenden Abschnitt des Anodenhauptkörpers einen zur Kathode hin offenen Hohlraumresonator bilden und ausschließlich diese Hohlraumresonatoren die Erzeugerkreise für die hochfrequente elektromagnetische Schwingungsenergie darstellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die selbst keine Elektronen aussendenden Steuerelektroden in den der Kathode zugewandten Öffnungen der HohlraumresonatorenIn the case of an electron tube in the manner of a magnetron generator tube with the rest of the electrode system Electrically isolated S expensive electrodes for generating amplitude mod'ulierter vibrations, in which the Anode consisting of a main body extending parallel to the cathode and a number of elongated ones Consists of parts, each with one end attached to the main body, while the other, free ends protrude towards the cathode, and in each case two adjacent elongated anode parts together with the respective intermediate section of the anode main body one to the cathode Form open cavity resonator and only these cavity resonators the generator circuits represent for the high-frequency electromagnetic vibration energy, it is proposed according to the invention, that the control electrodes, which do not themselves emit electrons, are in the ones facing the cathode Openings of the cavity resonators

809 769-/461809 769- / 461

angeordnet sind, derart, daß jede Öffnung eine längs derselben sich erstreckende Steuerelektrode aufweist und daß die Abstände der Steuerelektroden von der Kathode etwas größer sind als die Abstände der freien Enden der den Steuerelektroden jeweils benachbarten länglichen Anodenteile von der Kathode.are arranged such that each opening has a control electrode extending along it and that the distances between the control electrodes and the cathode are somewhat greater than the distances between the free ends of the respective elongated anode parts adjacent to the control electrodes from the cathode.

In dieser Weise angebrachte Steuerelektroden haben sich als besonders wirksam zur Steuerung der Amplitude der erzeugten Schwingungen erwiesen.Control electrodes attached in this manner have been found to be particularly effective in controlling the amplitude of the generated vibrations.

Während die Bewegung der einzelnen Elektronen in den den freien Enden der Anodenteile benachbarten Bereichen äußerst kompliziert ist und nicht leicht analysiert werden kann, ist die Erklärung des Steuervorganges, welche zum Verständnis dieser Erfindung behilflich sein kann, wie folgt:During the movement of the individual electrons in the neighboring the free ends of the anode parts Areas is extremely complicated and cannot be easily analyzed, is the explanation of the control process, which can help to understand this invention as follows:

Von der Kathode ausgesandte Elektronen werden unter dem Einfluß des zwischen Anode und Kathode aufgebauten elektrostatischen Feldes von der Anode angezogen und durch ein im Raum zwischen Anode und Kathode im wesentlichen senkrecht zum elektrostatischen Feld verlaufendes magnetisches Gleichfeld gezwungen, sich auf einer Kreisbahn um die Kathode zu bewegen. Die Wechselwirkung zwischen den hochfrequenten Feldern der Anode und der Elektronenströmung verursacht eine Gruppenbildung der Elektronen, die in ihrer Ausdehnung etwa den Speichen eines Rades ähnelt, die sich von der Kathode radial nach außen erstrecken und an den Anodenteilen vorbeirotieren. Diese Elektronengruppen induzieren bei ihren Bewegungen an den freien Enden der Anodenteile Spannungen und geben hierbei Energie an die Hohlräume ab.Electrons emitted by the cathode are under the influence of the between anode and cathode built-up electrostatic field is attracted by the anode and by an in the space between the anode and the cathode, a constant magnetic field extending substantially perpendicular to the electrostatic field forced to move on a circular path around the cathode. The interaction between the high frequency Fields of the anode and the electron flow causes a group formation of the electrons, which is roughly similar in size to the spokes of a wheel extending radially from the cathode Extend outward and rotate past the anode parts. These electron groups induce at their movements at the free ends of the anode parts and thereby give energy to the Cavities.

Durch die Anordnung von als Steuerelektroden dienenden Gitterdrähten zwischen den freien Enden der Anodenteile und durch das Anlegen eines Potentials an diese Gitterdrähte werden die Elektronengruppen in Abhängigkeit des an die Gitterdrähte angelegten Potentials entweder radial nach innen getrieben oder radial nach außen gezogen. Wenn die Elektronengruppen von den Enden der Anodenteile weg nach innen gedrückt werden, so wird weniger Wechselspannung in den Anodenhohlräumen induziert, demgemäß ist auch weniger hochfrequente Wechselspannung vorhanden, um die Gruppierung der aus der Kathode kommenden Elektronen vorzunehmen. Daher sinkt die Amplitude der erzeugten Schwingungen des Magnetrons. Wenn jedoch durch das Potential der Gitterdrähte die Elektronengruppen nach außen gezogen werden, können die um die Kathode kreisenden Elektronen näher an die Enden der Anodenteile kommen, und ihre Gruppierung wird dichter, weil sie durch die hochfrequenten Wechselspannungen zwischen benachbarten Anodenteilen stärker beeinflußt werden. Sie sind dann in der Lage, mehr Energie an die Anodenhohlräume zu liefern, weil sie dichter gruppiert sind und weil sie sich näher an den Enden der Anodenteile befinden. Somit wird es ersichtlich, daß durch Anbringung der Steuerelektroden zwischen den freien Enden der Anodenteile eine äußerst wirksame Steuerung der Wechselwirkungsbeziehungen, die die Schwingungen im Magnetron erzeugen, erreicht werden kann. Außerdem ist die Erhitzung der Steuergitteranordnung (Steuerelektrodenanordnung) durch Elektronenbombardement verhältnismäßig gering, da die Steuerelektroden sich außerhalb der Hauptelektronenströmung befinden. Dabei ist der in die Steuergitteranordnung fließende Strom klein und somit die benötigte Modulationsleistung zur Erzielung eines hohen Amplitudenmodulationsgrades der erzeugten Schwingungen verhältnismäßig gering.By arranging grid wires serving as control electrodes between the free ends of the Anode parts and by applying a potential to these grid wires become the electron groups either driven radially inward or depending on the potential applied to the grid wires pulled radially outwards. When the electron groups move away from the ends of the anode parts are pressed inside, less AC voltage is induced in the anode cavities, accordingly there is also less high frequency alternating voltage present in order to group the out of the Cathode to make electrons coming. Therefore, the amplitude of the generated vibrations of the decreases Magnetrons. If, however, the electron groups are drawn outwards by the potential of the grid wires the electrons orbiting around the cathode can be closer to the ends of the anode parts come, and their grouping becomes denser because they are caused by the high-frequency alternating voltages between neighboring anode parts are more strongly influenced. You are then able to deliver more energy to that Anode cavities because they are more densely grouped and because they are closer to the ends of the anode parts are located. Thus it is seen that by attaching the control electrodes between the free Ends of the anode parts provide an extremely effective control of the interaction relationships that the Generate vibrations in the magnetron, can be achieved. Also there is the heating of the control grid assembly (Control electrode arrangement) relatively small by electron bombardment, since the control electrodes are outside of the main electron flow. Here is the one in the control grid arrangement flowing current is small and thus the required modulation power to achieve a high degree of amplitude modulation of the generated vibrations is relatively low.

Es ist bekannt, daß irgendwelche Änderungen in der Frequenz der erzeugten Schwingungen, die z. B. durch das modulierende Signal bewirkt werden, durch eine elektronische Abstimmvorrichtung kompensiert werden können. Diese elektronische Abstimmvorrichtung kann aus einer (zweiten) Elektronenquelle bestehen, die Elektronen in einen der Hohlräume des Magnetrons sendet. Dadurch wird die Dielektrizitätskonstante des Hohlraumes geändert, was in Übereinstimmung mit bekannten Gesetzen eine Änderung seiner Resonanzfrequenz zur Folge hat.It is known that any changes in the frequency of the generated vibrations, e.g. B. caused by the modulating signal, compensated by an electronic tuning device can be. This electronic tuning device can consist of a (second) electron source, which sends electrons into one of the cavities of the magnetron. This will increase the dielectric constant of the cavity changed, which is a change in accordance with known laws its resonance frequency.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to drawings.

Fig. 1 stellt einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Magnetronröhre der Radbauart mit der Modulationsschaltung dar;Fig. 1 shows a partial longitudinal section of a magnetron tube according to the invention of the wheel type with the Modulation circuit;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Röhre längs der Linie 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Ausgangsleistung N_A, die Eingangs-Modulationsleistung N_Mod und die Modulationsverstärkung V_Mod einer Magnetronröhre nach Fig. 1 und 2 darstellt;Fig. 2 is a cross-sectional view of the tube shown in Fig. 1 taken along line 2-2 of Fig. 1;
3 is a diagram showing the output power N _A , the input modulation power N _Mod and the modulation gain V _{Mod of} a magnetron tube according to FIGS. 1 and 2;

Fig. 4 zeigt einen Teillängsschnitt eines mechanisch abstimmbaren Magnetrons der Radbauart, bei dem die Steuerelektroden mit den Abstimmelementen starr verbunden sind, undFig. 4 shows a partial longitudinal section of a mechanically tunable magnetron of the wheel type, in which the control electrodes are rigidly connected to the tuning elements, and

Fig. 5 zeigt einen Teillängsschnitt einer Magnetronröhre der Radbauart, die mit einem Steuergitter der in Fig. 1 und 2 dargestellten Bauart ausgestaltet ist und eine elektronische Abstimmvorrichtung mit der zugehörigen Schaltung aufweist, um im Synchronismus mit der Modulationsspannung am Steuergitter eine durch diese Modulationsspannung eventuell entstehende Frequenzabweichung zu kompensieren.
Fig. 1 und 2 stellen eine Magnetronröhre dar, deren Anode aus einem hohlzylindrischen leitenden Hauptkörper 11 besteht, welcher z. B. aus Kupfer sein kann, von dessen innerer Oberfläche sich eine Anzahl länglicher Anodenteile 12, welche hier z. B. als leitende Rippen mit planparallelen Oberflächen dargestellt sind, radial nach innen erstreckt. Abwechselnd aufeinanderfolgende Anodenteile 12 sind in der Nähe ihrer freien Enden in bekannter Weise durch leitende Streifen verbunden, um S tor schwingungen zu unterdrücken. In einem Abstand von den freien Enden der Anodenteile 12 befindet sich der Kathodenzylinder 14, der mit einem elektronenemittierenden Material überzogen ist. Der Zylinder 14 ist konzentrisch zum Zylinder 11 angeordnet und ragt wenig über die oberen und unteren Kanten der Anodenteile 12 hervor. Leitende Endscheiben 15 sind in bekannter Weise an den Enden des Kathodenzylinders 14 angebracht. Sie dienen dazu, eine axiale Bewegung der Elektroden, die zu einem Entweichen derselben aus dem Raum zwischen dem Kathodenzylinder 14 und den Anodenteilen 12 führen würde, zu verhindern.Fig. 5 shows a partial longitudinal section of a magnetron tube of the wheel type, which is designed with a control grid of the type shown in Figs To compensate for frequency deviation.
1 and 2 illustrate a magnetron tube whose anode consists of a hollow cylindrical conductive main body 11 which, for. B. can be made of copper, from the inner surface of a number of elongated anode parts 12, which here z. B. are shown as conductive ribs with plane-parallel surfaces, extends radially inward. Alternating successive anode parts 12 are connected in the vicinity of their free ends in a known manner by conductive strips in order to suppress S tor vibrations. The cathode cylinder 14, which is coated with an electron-emitting material, is located at a distance from the free ends of the anode parts 12. The cylinder 14 is arranged concentrically to the cylinder 11 and protrudes little beyond the upper and lower edges of the anode parts 12 . Conductive end disks 15 are attached to the ends of the cathode cylinder 14 in a known manner. They serve to prevent an axial movement of the electrodes, which would lead to an escape of the electrodes from the space between the cathode cylinder 14 and the anode parts 12 .

Am unteren Ende des Kathodenzylinders 14 ist die zylindrische Kathodenhalterungsanordnung 16 angebracht, die sich durch eine Bohrung in dem magnetischen Polstück 17 nach unten erstreckt. Die Halterungsanordnung 16 ist an einer metallischen Kappe 19 befestigt, die wiederum mit dem unteren Ende der keramischen Buchse 18 verbunden ist. Das obere Ende der Buchse 18 ist mit dem Metallzylinder 20 verbunden, der wiederum an dem magnetischen Polstück 17 befestigt ist. Das Polstück 17 erstreckt sich durch eine Öffnung in der unteren Abdeckplatte 21, die das untere Ende des Anodenzylinders 11 luftdicht abschließt. Das obere Ende des Anodenzylinders 11 wird durch eine obere Abdeckplatte 22, durch welche das magnetischeAt the lower end of the cathode cylinder 14 , the cylindrical cathode holder assembly 16 is attached, which extends through a bore in the magnetic pole piece 17 downwards. The mounting arrangement 16 is fastened to a metallic cap 19 , which in turn is connected to the lower end of the ceramic socket 18 . The upper end of the sleeve 18 is connected to the metal cylinder 20 , which in turn is attached to the magnetic pole piece 17 . The pole piece 17 extends through an opening in the lower cover plate 21, which closes the lower end of the anode cylinder 11 in an airtight manner. The upper end of the anode cylinder 11 is through an upper cover plate 22 through which the magnetic

Polstück 23 ragt, abgeschlossen. Zwischen dem oberen und dem unteren Polstück 23 und 17 wird in dem Raum zwischen den Anodenteilen 12 und dem Kathodenzylinder 14 durch einen permanenten Magneten 24, dessen Polenden mit dem oberen bzw. mit dem unteren Polstück verbunden sind, ein magnetisches Feld erzeugt. Ferner ist eine Auskopplungsvorrichtung vorgesehen, die aus einer Schleife 26 besteht, die in. einen der von den Anodenteilen 12 gebildeten Hohlräume hineinragt. Das eine Ende der Schleife 26 ist mit dem Innenleiter 27, das andere Ende mit dem Außenleiter 28 einer Koaxialleitung verbunden. Eine isolierende, vakuumdichte Trennwand, z. B. durch Glaseinschmelzung (nicht gezeigt), ist zwischen dem Innenleiter 27 und dem Außenleiter 28 vorgesehen.Pole piece 23 protrudes, completed. A magnetic field is generated between the upper and lower pole pieces 23 and 17 in the space between the anode parts 12 and the cathode cylinder 14 by a permanent magnet 24, the pole ends of which are connected to the upper and lower pole pieces, respectively. Furthermore, a decoupling device is provided which consists of a loop 26 which protrudes into one of the cavities formed by the anode parts 12. One end of the loop 26 is connected to the inner conductor 27, the other end to the outer conductor 28 of a coaxial line. An insulating, vacuum-tight partition, e.g. B. by glass fusing (not shown) is provided between the inner conductor 27 and the outer conductor 28 .

Das bisher beschriebene Magnetron gilt nur als Beispiel; es könnte irgendeine analoge Anodenanordnung mit Hohlraumresonatoren verwendet werden.The magnetron described so far is only an example; it could be any analog anode arrangement be used with cavity resonators.

Um die erzeugten Schwingungen in der Amplitude zu modulieren, ist erfindungsgemäß eine Steuergitteranordnung vorgesehen, die aus den Gitterdrähten 31 besteht, die an der ringscheibenförmigen Gitterstütze 30 befestigt sind. Zwischen jedem Paar Anoden teile 12 erstreckt sich, parallel zu diesen und den freien Enden der Anodenteile benachbart, ein Gitterdraht 31, der z. B. 0,1 bis 0,3 mm weiter entfernt von der Kathode angebracht ist als die freien Enden der Anodenteile. Lage, Art und Form der Steuerelektroden sind hier nur als Beispiel einer Ausführung beschrieben, die gute Ergebnisse liefert. Es kann jedoch irgendeine geeignete Art und Form der Steuerelektroden bei größenordnungsmäßig gleicher Lage verwendet werden.In order to modulate the amplitude of the generated vibrations, a control grid arrangement is provided according to the invention, which consists of the grid wires 31 which are attached to the annular disk-shaped grid support 30 . Between each pair of anode parts 12 extends parallel to these and adjacent to the free ends of the anode parts, a grid wire 31 which, for. B. 0.1 to 0.3 mm further away from the cathode than the free ends of the anode parts. The position, type and shape of the control electrodes are only described here as an example of a design that provides good results. However, any suitable type and shape of the control electrodes can be used with the same order of magnitude.

Die Gitterhaltescheibe 30, an welcher die Gitterdrähte 31 befestigt sind, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch vier Arme 32 gestützt, die mit der Scheibe 30 ein Stück bilden und sich radial nach außen erstrecken. Die Arme 32 sind starr mit Haltestäben 33 verbunden, welche aus dicken Drähten bestehen, die durch Öffnungen in der unteren Abdeckplatte 21 ragen. Die Stäbe 33 werden hinsichtlich der Platte 21 durch isolierende Pfropfen 34 starr gehalten. Uber die Haltestäbe 33 kann der Steuergitteranordnung eine erwünschte Vorspannung und das Modulationssignal zugeführt werden.The grid holding disk 30, to which the grid wires 31 are attached, is supported in the illustrated embodiment by four arms 32 which form one piece with the disk 30 and extend radially outward. The arms 32 are rigidly connected to holding rods 33 , which consist of thick wires which protrude through openings in the lower cover plate 21. The rods 33 are held rigidly with respect to the plate 21 by insulating plugs 34. A desired bias voltage and the modulation signal can be fed to the control grid arrangement via the holding rods 33.

Als Beispiel wird ein Modulationskreis gezeigt, der zur Beschickung der Steuergitteranordnung mit Modulationssignalen verwendet werden kann. Dieser Modulationskreis besteht aus einem Kondensator 35 a, dessen eine Seite mit einem der Haltestäbe 33 und dessen andere Seite mit der Sekundärwicklung 36 eines Modulationstransformators 37 verbunden ist, an dessen Primärwicklung 38 eine Modulationsquelle liegt. Das Ende der Wicklung 36, welches nicht mit dem Kondensator 35 a verbunden ist, ist mit dem Schleifer 39 eines Potentiometers 40 verbunden, welches an eine Gittervorspannungsquelle 41 geschaltet ist. Die Anzapfung der Batterie 41 ist mit der Kathode 14 über deren Halteanordnung 16 verbunden, so daß durch Einstellung des Potentiometerschleifers 39 eine Vorspannung erzeugt wird, die in bezug auf die Kathode 14 entweder positiv oder negativ sein kann. Diese Vorspannung wird über den Gitterwiderstand 42 und den einen Haltestab 33 an die Steuergitteranordnung gelegt. Der Kondensator 35 a ist groß genug gewählt, um die niedrigste gewünschte Modulationsfrequenz hindurchzulassen. Wenn erwünscht, kann die Sekundärwicklung 36 des Transformators 37 auch direkt zwischen die Haltestäbe 33 und die Kathode 14 geschaltet werden. Für manche Anwen-As an example, a modulation circuit is shown which can be used to feed the control grid arrangement with modulation signals. This modulation circuit consists of a capacitor 35 a, one side of which is connected to one of the holding rods 33 and the other side of which is connected to the secondary winding 36 of a modulation transformer 37 , on whose primary winding 38 a modulation source is connected. The end of the winding 36, which is not connected to the capacitor 35 a, is connected to the wiper 39 of a potentiometer 40 which is connected to a grid bias voltage source 41 . The tap of the battery 41 is connected to the cathode 14 via its holding arrangement 16 , so that by setting the potentiometer wiper 39 a bias voltage is generated which can be either positive or negative with respect to the cathode 14. This bias is applied to the control grid arrangement via the grid resistor 42 and the one holding rod 33. The capacitor 35 a is chosen large enough to allow the lowest desired modulation frequency to pass. If desired, the secondary winding 36 of the transformer 37 can also be connected directly between the holding rods 33 and the cathode 14 . For some users

düngen mag es jedoch erwünscht sein, die am Steuergitter liegende Gleichspannung zu regeln. Auch können der Koppelkondensator 35 a und der Gitterwiderstand 42, wie hier gezeigt, vorteilhaft als Gitterableitkombination Verwendung finden, die beim Auftreten von Modulationssignalen großer Amplitude die Steuergittergleichspannung negativer macht und hierdurch die Steuergitteranordnung gegen Überhitzung durch Elektronenbombardement schützt.fertilizing, however, it may be desirable to regulate the DC voltage applied to the control grid. Can also, the coupling capacitor 35 a and the grid resistor 42, as shown here, advantageously as Gitterableitkombination using find that large at the occurrence of modulation signals amplitude makes the control grid DC negative and thereby the control grid arrangement against overheating protection by electron bombardment.

Als Beispiel für die Anodenspeisung ist eine Anodenspannungsquelle 43 hoher Spannung dargestellt, die zwischen Kathode und Anode des Magnetrons geschaltet ist. Die Heizspannungsquelle 44 ist zwischen Kathode und den Heizstrom-Zuführungsdraht 45 geschaltet, der durch den Glasverschluß 46 hindurchgeführt ist.As an example of the anode supply, a high voltage anode voltage source 43 is shown, which is connected between the cathode and anode of the magnetron. The heating voltage source 44 is connected between the cathode and the heating current supply wire 45 , which is passed through the glass closure 46 .

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden jetzt die Betriebseigenschaften eines gittergesteuerten Magnetrons der Bauart nach Fig. 1 und 2 dargestellt.Referring now to FIG. 3, the operational characteristics of a grid controlled magnetron will now be discussed the type of Fig. 1 and 2 shown.

Fig. 3 stellt ein Diagramm dar, bei welchem die Anodengleichspannung U_a als Abszisse und die Ausgangsleistung N_a in Watt als Ordinate aufgetragen ist. Diese iV^-Kurve gilt bei Verhältnissen, bei welchen annähernd ein hundertprozentiger Modulationsgrad mit einem System ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten erzielt wird. Bezüglich der Kathode liegt hierbei eine Vorspannung Null an dem Potentiometerschleifer 39 (Fig. 1). Die Amplitude einer dem Modulationssystem zugeführten sinusförmigen Schwingung wird in diesem Fall auf einen Wert eingestellt, bei welchem die (lineare) Gleichrichtung der erzeugten amplitudenmodulierten Schwingung gerade noch eine sinusförmige Wellenform ergibt, wobei jedoch eine Vergrößerung der Modulationsamplitude eine Begrenzung der gleichgerichteten Schwingung verursachen würde (diese Begrenzung ist ein Zeichen der Annäherung an die hundertprozentige Modulation). Wie aus dem Diagramm ersichtlich, zeigt die A^r _A-Kurve, daß bei 1400 V Anodenspannung annähernd 37 W Leistung am Ausgang des Systems erzeugt werden, wie bei Punkt 49 angegeben ist. Bei Erhöhung der Anodenspannung erhöht sich die Leistungsabgabe bei im wesentlichen hundertprozentigem Modulationsgrad, bis bei 1950 V eine maximale Ausgangsleistung von etwa 81 W erzeugt wird, wie bei Punkt 50 angegeben. Danach sinkt die Ausgangsleistung bei Vergrößerung der Anodenspannung. 3 shows a diagram in which the anode direct voltage U _a is plotted as the abscissa and the output power N _a in watts is plotted as the ordinate. This IV curve applies to conditions in which an approximately one hundred percent degree of modulation is achieved with a system similar to that shown in FIG. With regard to the cathode, there is a zero bias voltage on the potentiometer wiper 39 (FIG. 1). In this case, the amplitude of a sinusoidal oscillation fed to the modulation system is set to a value at which the (linear) rectification of the amplitude-modulated oscillation generated just produces a sinusoidal waveform, but an increase in the modulation amplitude would limit the rectified oscillation (this Limitation is a sign of approaching one hundred percent modulation). As can be seen from the diagram, the A ^r _A curve shows that at 1400 V anode voltage, approximately 37 W power is generated at the output of the system, as indicated at point 49. When the anode voltage is increased, the power output increases with an essentially one hundred percent degree of modulation, until a maximum output power of approximately 81 W is generated at 1950 V, as indicated at point 50. After that, the output power decreases as the anode voltage increases.

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt auch eine Kurve, die die Modulations-Eingangsleistung N_Mod in Watt in Abhängigkeit der Anodengleichspannung U_a darstellt. Bei einer Anodenspannung von 1400 V werden, wie bei Punkt 52 angegeben, 20 W Modulationsleistung benötigt, um den gewünschten, etwa hundertprozentigen Modulationsgrad zu erzielen. Bei einer Erhöhung der Anodenspannung jedoch sinkt die Modulationsleistung schnell ab, bis bei 2100 V₁ wie bei Punkt 53 angegeben, weniger als Va W Modulationsleistung benötigt wird, um einen etwa hundertprozentigen Modulationsgrad zu erzeugen.The diagram in FIG. 3 also shows a curve which shows the modulation input power N _Mod in watts as a function of the DC anode voltage U _a . With an anode voltage of 1400 V, as indicated at point 52 , 20 W of modulation power are required in order to achieve the desired, approximately one hundred percent degree of modulation. With an increase in the anode voltage, however, the modulation power drops rapidly until, at 2100 V _1, as indicated at point 53 , less than Va W modulation power is required to generate an approximately one hundred percent degree of modulation.

Im Diagramm der Fig. 3 ist ferner eine Kurve dargestellt, die den Verlauf der Modulations-Leistungsverstärkung V_liod in Dezibel in Abhängigkeit der Anodengleichspannung zeigt. Bei 1400 V Anodenspannung ist, wie bei Punkt 55 gezeigt, die Modulationsverstärkung annähernd 3 Dezibel. Die Verstärkung steigt schnell mit der Anodenspannung an, bis bei 2100 V eine Verstärkung von mehr als 22 Dezibel erreicht wird, wie bei Punkt 56 dargestellt.The diagram in FIG. 3 also shows a curve which shows the course of the modulation power _gain V Iiod in decibels as a function of the DC anode voltage. At 1400 V anode voltage, as shown at point 55 , the modulation gain is approximately 3 decibels. The gain increases rapidly with the anode voltage until a gain of more than 22 decibels is reached at 2100 V, as shown at point 56 .

Wie ersichtlich, kann ein gittergesteuertes Magnetron der hier dargelegten Bauart in einem großenAs can be seen, a grid-controlled magnetron of the type set out here can be used in a large

Anodenspannungsbereich betrieben werden. Weiterhin stimmt die Form der gleichgerichteten Schwingung mit der Form des Modulations-Eingangssignals annähernd überein, was besagt, daß die vorliegende Bauart eines gittergesteuerten Magnetrons im wesentlichen eine lineare Modulationscharakteristik besitzt. Überdies ist durch die besondere Art und Lage der in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Steuergitteranordnung die durch die Zuführung eines Modulationssignals an das Steuergitter erzeugte Frequenzmodulation sehr gering. Daher ist für viele Anwendungen dieses Magnetrons keine Frequenzkompensation notwendig.Anode voltage range are operated. Furthermore, the shape of the rectified oscillation is correct approximately coincides with the shape of the modulation input signal, indicating that the present design of a grid-controlled magnetron has essentially a linear modulation characteristic. Besides is due to the particular type and location of the control grid arrangement described in connection with FIGS the frequency modulation generated by supplying a modulation signal to the control grid very low. Therefore, there is no frequency compensation for many applications of this magnetron necessary.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welcher in Verbindung mit der Steuergitter anordnung ein mechanisches Abstimmsystem vorgesehen ist.Referring to Fig. 4, another embodiment of the present invention is shown, in which a mechanical tuning system is provided in conjunction with the control grid arrangement.

In dieser Ausführung sind der Anodenaufbau 11,12, die Kathodenanordnung 14, 16, die magnetischen Polstücke 17, 23 und die Ausgangs-Kopplungseinrichtung 26, 27, 28 im wesentlichen dieselben wie die in Fig. 1 und 2 dargestellten. Es ist jedoch eine an sich bekannte mechanische Abstimmanordnung zur Änderung der Frequenz des Magnetrons vorgesehen. Besagte Abstimmanordnung besteht aus einer Anzahl Abstimmelemente 63, von welchen je eines in jeden der durch die Anodenteile 12 gebildeten Hohlräume im Bereich der freien Enden der Anodenteile hineinragt. Die Abstimmelemente 63 sind leitend, und eine Einführung derselben in die von den Anodenteilen gebildeten Hohlräume erhöht die Kapazität dieser Hohlräume, wodurch die Resonanzfrequenz gesenkt wird. Jedes der Abstimmelemente 63 ist mit einem leitenden Draht 31 versehen, welcher sich von der unteren Kante des Elements nach unten erstreckt. Die leitenden Drähte 31 sind erfindungsgemäß vorgesehen, um als Steuerelektroden zu wirken.In this embodiment, the anode assembly 11, 12, the cathode assembly 14, 16 are the magnetic pole pieces 17, 23 and the output coupling device 26, 27, 28 are essentially the same as those in FIG. 1 and 2 shown. However, it is a known mechanical tuning arrangement for changing the Frequency of the magnetron provided. Said tuning arrangement consists of a number of tuning elements 63, of which one in each of the cavities formed by the anode parts 12 in the area the free ends of the anode parts protrudes. The tuning elements 63 are conductive and lead-in the same in the cavities formed by the anode parts increases the capacity of these cavities, whereby the resonance frequency is lowered. Each of the tuning elements 63 is connected to a conductive one Wire 31 is provided which extends downward from the lower edge of the element. The senior Wires 31 are provided according to the invention to act as control electrodes.

Um das Anlegen einer Modulationsspannung an die Steuerelektroden 31 zu ermöglichen, werden die Abstimmelemente 63 bezüglich der Anode und der Kathode in folgender Weise isoliert gehalten. Die Abstimmelemente 63 sind an ihren oberen Enden an einem metallischen Ring 30 befestigt, der mit einer keramischen Haltescheibe 66 verbunden ist. Die keramische Scheibe 66 ist an einem beweglichen magnetischen Polstück 67 befestigt, das sich nach oben durch eine Bohrung im oberen magnetischen Polstück 23 erstreckt und in diesem axial verschiebbar angeordnet ist. Das obere Ende des magnetischen Polstückes 67 ist mit einem Gewinde 68 versehen, in welches ein mechanischer Abstimmkopf (nicht dargestellt; zur Einstellung des Polstückes 67 eingreift. Somit sind die Abstimmelemente 63 vom beweglichen Polstück 67 und damit auch von der Anode isoliert. Um eine elektrische Verbindung zwischen den Ab-Stimmelementen 63 und einem äußeren Modulationssystem vorzusehen, ist ein Zuführungsdraht 69 durch das hohle Polstück 67 konzentrisch zu demselben nach unten geführt und an seinem unteren Ende an dem Haltering 30 befestigt. Der Zuführungsdraht 69 ist durch eine Glasperle 70 am oberen Ende des magnetischen Polstückes 67 isolierend eingeschmolzen. Um einen beweglichen, vakuumdichten Abschluß zwischen dem Polstück 67 und dem Anodenaufbau zu schaffen, ist ein Balg 71 vorgesehen. Der eine Rand des Balges 71 ist mit dem Polstück 67 verbunden, der andere Rand mit der oberen Abdeckplatte 22.In order to enable a modulation voltage to be applied to the control electrodes 31, the tuning elements 63 are kept insulated with respect to the anode and the cathode in the following manner. The tuning elements 63 are fastened at their upper ends to a metallic ring 30 which is connected to a ceramic retaining disk 66. The ceramic disk 66 is attached to a movable magnetic pole piece 67 which extends upwardly through a bore in the upper magnetic pole piece 23 and is arranged axially displaceably therein. The upper end of the magnetic pole piece 67 is provided with a thread 68 in which a mechanical tuning head (not shown; for setting the pole piece 67) engages To provide connection between the tuning elements 63 and an external modulation system, a lead wire 69 is passed down through the hollow pole piece 67 concentrically therewith and attached at its lower end to the retaining ring 30. The lead wire 69 is connected by a glass bead 70 at the upper end of the magnetic pole piece 67. A bellows 71 is provided in order to create a movable, vacuum-tight seal between the pole piece 67 and the anode structure .

Durch Anlegen einer Modulationsspannung an den Zuführungsleiter 69 wird diese über die Abstimmelemente 63 den Gitterdrähten 31 zugeführt und die 7c By applying a modulation voltage to the supply conductor 69, this is supplied to the grid wires 31 via the tuning elements 63 and FIG. 7c

gewünschte Modulationssteuerung erzeugt. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen kann durch die axiale Verschiebung der Abstimmelemente 63 innerhalb der Anodenhohlräume (durch Verschieben des Polstückes 67) geändert werden.desired modulation control generated. The frequency of the generated vibrations can be determined by the axial displacement of the tuning elements 63 within the anode cavities (by moving the Pole piece 67) can be changed.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird jetzt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welcher von einer an sich bekannten Methode Gebrauch gemacht wird, um auf elektronischem Wege im Synchronismus mit dem Modulationssignal eine durch die an das Steuergitter angelegte Modulationsspannung eventuell entstehende Frequenzabweichung zu kompensieren. Das in Fig. 5 gezeigte Magnetron entspricht im wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten; gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es ist jedoch ein zusätzlicher Elektronenerzeuger 72 vorgesehen, um in einen der durch die Anodenteile 12 gebildeten Hohlräume Elektronen einzuleiten. Der Elektronenerzeuger 72 besteht aus einem zylindrischen leitenden Körper 73, dessen in den Hohlraum hineinragendes Ende mit einem Maschendraht 74 bedeckt ist, der als Gitter dient. Innerhalb des Zylinders 73 und konzentrisch zu ihm angeordnet befindet sich der Kathodenzylinder 75, dessen Abschlußscheibe 76 mit elektronenemittierendem Material überzogen ist. Der Zylinder 75 ist bezüglich des Zylinders 73 durch einen Glasverschluß 77 isoliert und vakuumdicht gehaltert. Innerhalb des Kathodenzylinders 75 ist eine Heizwicklung 78 angebracht, die über den Zuführungsleiter 79 gespeist wird. Zwischen Zuführungsleiter 79 und Kathodenzylinder 75 ist eine Heizspannungsquelle 81 geschaltet, die den Heizstrom für die Wicklung 78 liefert.Referring now to Fig. 5, there is shown another embodiment of the present invention, in which a method known per se is used to electronically in synchronism with the modulation signal, a frequency deviation that may arise due to the modulation voltage applied to the control grid to compensate. The magnetron shown in FIG. 5 corresponds essentially to that shown in FIG. 1; the same parts are therefore provided with the same reference numbers. However, it is an additional electron generator 72 is provided in order to introduce electrons into one of the cavities formed by the anode parts 12. The electron generator 72 consists of a cylindrical conductive body 73, whose in the Cavity protruding end is covered with a wire mesh 74, which serves as a grid. Within of the cylinder 73 and arranged concentrically to it is the cathode cylinder 75, its cover plate 76 is coated with an electron-emitting material. The cylinder 75 is with respect to the Cylinder 73 insulated by a glass shutter 77 and held in a vacuum-tight manner. Inside the cathode cylinder A heating coil 78 is attached to 75 and is fed via the supply conductor 79. Between the feeder ladder 79 and cathode cylinder 75, a heating voltage source 81 is connected, which the heating current for winding 78 supplies.

Der Modulationstransformator 37 besitzt eine Zusatzwicklung 82, an die das Potentiometer 83 geschaltet ist. Der Schleifer 84 des Potentiometers 83 ist mit dem Kathodenzylinder 75 verbunden. Ein Ende des Potentiometers 83 ist außerdem mit der Magnetronanode und damit mit dem Zylinder 73, an dem das Gitter 74 angebracht ist, verbunden. Somit liegt ein Teil der über die Wicklung 82 abgenommenen Modulationsspannung zwischen dem Gitter 74 und dem Kathodenzylinder 75, wodurch die Anzahl der von dem Elektronenerzeuger 72 in den Hohlraum eingeleiteten Elektronen gesteuert wird. Dadurch wird die Resonanzfrequenz des Hohlraumes geändert und das Magnetron abgestimmt. Die Polarität der Wicklung 82 wird dabei derart gewählt, daß das dem Elektronenerzeuger zugeführte Modulationssignal eine Frequenzänderung hervorruft, die entgegengesetzt ist zu der Frequenzänderung, die durch das dem Steuergitter 31 zugeführte Modulationssignal bewirkt wird. Der Potentiometerschleifer 84 wird so eingestellt, daß der Anteil des dem Elektronenerzeuger 72 zugeführten Modulationssignals gerade ausreichend ist, um Frequenzabweichungen zu kompensieren, die durch das Anlegen des Modulationssignals an die Steuergitteranordnung erzeugt werden.The modulation transformer 37 has an additional winding 82 to which the potentiometer 83 is connected is. The wiper 84 of the potentiometer 83 is connected to the cathode cylinder 75. An end to the Potentiometer 83 is also connected to the magnetron anode and thus to the cylinder 73 on which the Grid 74 is attached, connected. A portion of the modulation voltage drawn across winding 82 is thus present between the grid 74 and the cathode cylinder 75, thereby increasing the number of those introduced by the electron generator 72 into the cavity Electron is controlled. This changes the resonance frequency of the cavity and tuned the magnetron. The polarity of the winding 82 is chosen so that the The modulation signal supplied to the electron generator causes a frequency change which is opposite to the frequency change caused by the modulation signal fed to the control grid 31. The potentiometer wiper 84 is adjusted so that the proportion of the electron generator 72 supplied Modulation signal is just sufficient to compensate for frequency deviations caused by the Applying the modulation signal to the control grid arrangement can be generated.

Wenn erwünscht, kann auch eine Gleich-Vorspannung an dem Elektronenerzeuger 72 vorgesehen werden, durch deren Einstellung die Frequenz der erzeugten Schwingungen elektronisch geändert werden kann.If desired, a DC bias can also be applied to the electron generator 72 the frequency of the generated vibrations can be electronically changed by setting them can.

In dem in Fig. 5 dargestellten Modulationskreis für das Steuergitter 31 ist das regelbare Vorspannungssystem, bestehend aus der Batterie 41 und dem Potentiometer 40 (Fig. 1), weggelassen worden; das eine Ende des Gitterwiderstandes 42 ist hier über die Kathodenhalteanordnung 19, 16 direkt mit der Kathode 14 verbunden.In the modulation circuit shown in Fig. 5 for the control grid 31 is the controllable bias system, consisting of the battery 41 and the potentiometer 40 (Fig. 1), has been omitted; the one end of the grid resistor 42 is here via the cathode holding arrangement 19, 16 directly with the cathode 14 connected.

Claims

However, if desired, the biasing arrangement shown in Figure 1 or another biasing arrangement could be used. The invention is not necessarily restricted to magnetrons with a circular anode and cathode structure, but can also be applied to linear magnetron arrangements. Claims: IO

1. Electron tube in the manner of a magnetron generator tube with the rest of the electrode system electrically isolated control electrodes for generating amplitude-modulated vibrations that of the anode consists of a main body extending parallel to the cathode and a number elongated parts, each with one end attached to the main body, while their other, free ends protrude towards the cathode, and in each case two adjacent elongated ones Anode parts together with the respective intermediate section of the anode main body form a cavity resonator open towards the cathode and only these cavity resonators represent the generating circuits for the high-frequency electromagnetic vibration energy, characterized in that the no electron-emitting control electrodes (31) themselves in those facing the cathode (14) Openings of the cavity resonators are arranged such that each opening one along the same having extending control electrode and that the distances of the control electrodes from the Cathode are slightly larger than the distances between the free ends of the control electrodes adjacent elongated anode parts (12) from the cathode.

2. Tube according to claim 1, having a cylindrical cathode and a coaxially enclosing the cathode cylindrical anode main body, of which the elongated anode parts are spoke-like projecting radially inward (wheel type), characterized in that the control electrodes have the shape of thin rods which are arranged parallel to the cathode.

3. Tube according to claim 1 or 2, characterized in that the control electrodes at their one end electrically conductive with a metallic one that is electrically insulated from the rest of the electrode system Holding part (30) are connected, which is fixed in front of one end face of the anode or in the direction the longitudinal extent of the control electrodes is arranged displaceably, and that this holding part is provided with a lead-through conductor for supplying the modulation voltage.

4. Tube according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the distances of the Control electrodes from the cathode are 0.1 to 0.3 mm larger than the distances between the free ones Ends of the elongated anode parts adjacent to the control electrodes from the cathode.

5. Tube according to one of claims 1 to 4, characterized in that in per se known Way a separate device for compensating for frequency changes is provided, the possibly caused by applying the modulation voltage to the control electrodes.

6. Tube according to claim 5, characterized in that the separate compensation device consists of a second electron source (72) whose electron emission in one of the Resonator hollow spaces into it through an in compensation circuit to the modulation transformer (37) connected grid (74) is controlled (Fig. 5).

7. Tube according to claim 3 and 5, characterized in that the separate compensation device consists of a number of tuning elements (63), which is displaceable on the in the direction of the longitudinal extension of the control electrodes arranged metallic holding part (30) are rigidly attached and designed such that they are through Moving the metallic holding part to a variable extent protrude into the resonator cavities (Fig. 4).

Considered publications:
French Patent No. 805,927;
British Patent No. 468,596;
U.S. Patent Nos. 2,504,739, 2,509,419.

For this purpose 2 sheets of drawings