DE1076826B

DE1076826B - Abstimmbare Vielschlitzmagnetronroehre der Strahlenkranzbauart

Info

Publication number: DE1076826B
Application number: DEE5757A
Authority: DE
Inventors: Alan High Pickering
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1951-07-13
Filing date: 1952-07-14
Publication date: 1960-03-03
Also published as: FR1205104A; GB709129A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Vielschlitzmagnetronröhren der Strahlenkranzbauart, die auch als »Rising Sun Magnetron« bezeichnet werden. Diese Magnetrontype besitzt einen Anodenblock mit Hohlräumen in Form einer »aufgehenden Sonne« und einer axialen Bohrung, in der die Kathode angeordnet ist. Die Hohlräume in dem Anodenblock stehen im allgemeinen mit Endhohlräumen, an den Stirnseiten des Anodenblocks in Verbindung, deren Wände mit dem Anodenblock zusammenhängen und mit ihm eine vakuumdichte Hülle bilden. Das Rising-Sun-Magnetron benötigt bekanntlich keine Kurzschlußringe; es ist dennoch in seinem Frequenzverhalten sehr stabil. Eine solche Magnetronröhre ist daher schwierig über einen größeren Bereich abzustimmen, besonders dann, wenn es für sehr hohe Frequenzen Verwendung finden soll.

Bei Magnetronröhren mit einer einheitliche Hohlräume aufweisenden Anode hat man bereits die an die Stirnseiten des Anodenblocks sich anschließenden Endhohlräume — im folgenden werden die Endhohlräume zur Unterscheidung von den Resonanzhohlräumen im Anodenblock als »Hilfshohlräume« bezeichnet — mit Mitteln zur Änderung ihrer geometrischen Abmessungen und damit der Schwingungsfrequenz der Röhre versehen. Diese Methode ist jedoch nicht ohne weiteres auf Magnetronröhren der Strahlenkranzbauweise übertragbar, weil deren Anodensystem zwei ineinandergeschachtelte Gruppen von bei verschiedenen Frequenzen resonanzfähigen Hohlräumen aufweist. Es muß hier noch eine andere Maßnahme hinzukommen, um die Röhre über einen größeren Bereich abstimmen zu können. Diese Maßnahme besteht erfindungsgemäß darin, daß die stirnseitigen Öffnungen der kleinen Anodenhohlräume verschlossen werden, während die der großen Anodenhohlräume frei bleiben und mit dem Hilfshohlraum in Verbindung stehen.

Bei einer Magnetronröhre mit einheitlichen Anodenhohlräumen und einem sich an eine Stirnseite der Anode anschließenden Hilfshohlraum, der mit Mitteln zur Änderung seiner geometrischen Abmessungen und damit der Schwingungs frequenz der Röhre versehen ist, ist auch bereits vorgeschlagen worden, die dem Hilfshohlraum zugewandte Anodenstirnseite mit einer metallischen Platte (Abdeckplatte) abzudecken, die Kopplungsöffnungen für jeden zweiten der Anodenhohlräume zur symmetrischen Ankopplung des Hilfshohlraumes an die Anodenhohlräume besitzt.

Von dieser vorgeschlagenen Magnetronröhre unterscheidet sich die Magnetronröhre gemäß der Erfindung dadurch, daß als Anode eine Anode der Strahlenkranzbauweise verwendet wird, daß die Abdeckplatte derart ausgebildet ist, daß die stirnseitigen Öffnungen Abstimmbare Vielschlitzmagnetronröhre der Strahlenkranzbauart

Anmelder:

English Electric Valve Company Limited, London

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore_r Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 13. Juli 1951 und 30. Mai 1952

Alan High Pickering, Chelmsford, Essex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

der kleinen Anodenhohlräume verschlossen sind und die der großen Anodenhohlräume frei bleiben, und daß zur Änderung der geometrischen Abmessungen des Hilfshohlraumes ein plattenförmiges, der Abdeckplatte in relativ geringem Abstand parallel gegenüberstehendes Wandungsteil des Hilfshohlraumes, das etwa die Größe der Anodens timfläche hat, in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen wird bei Strahlenkranz-Magnetronröhren erst eine kontinuierliche Abstimmung über einen größeren Bereich möglich.

Bei einer Ausfuhrungsform, bei der nur an einer Anodenstimseite ein Hilfshohlraum vorgesehen ist, können sämtliche Anodenhohlräume an der anderen Anodenstirnseite offen sein. Es ist aber auch möglich, die Anodenhohlräume an der anderen Anodenstirnseite zu verschließen.

Der Anodenblock einer Magnetronröhre der angeführten Art kann als ein Stück eines Wellenleiters betrachtet werden. Daraus ergibt sich, daß (wie an sich bekannt):

0 2 5 2 5 2

A₀ A₃ A₀

ist, wobei l_g die Wellenlänge in dem Wellenleiter, X₀ die Wellenlänge im freien Raum und X₀ die Grenzwellenlänge des Wellenleiters ist. Wenn beide Stirn-

909 758/401

Seiten (Enden) des Anodenblockes offen sind und in axialer Richtung keine Änderung der Hochfrequenzspannung auftritt, ist:

= oo

A_n

Wenn eine Stirnseite des Anodenblockes geschlossen und die andere offen gelassen ist, ist der Anodenblock bei Resonanz eine Viertelwellenlänge lang, d. h. Xg = 4h, wobei h die axiale Länge des Anodenblockes ist. In diesem Falle ist:

^r (2)

1 2 1 f\ Z»2 2 2

/I₀ ίο η A₀

und die Resonanzwellenlänge X₀ ist im Vergleich zu der durch Gleichung (1) angegebenen verkleinert.

Wenn beide Stirnseiten des Anodenblockes geschlossen sind, ist der Block bei Resonanz eine halbe Wellenlänge lang, d. h. %_g = 2h, und

1 2 /I₀

und die Resonanzwellenlänge X₀ ist noch kleiner.

Um typische praktische Zahlen anzugeben, beträgt für einen speziellen Anodenblock mit einer axialen Länge von 2 cm und einer Resonanzfrequenz von 9000MHz im beiderseits offenen Zustand die Resonanzfrequenz bei Schließung nur einer Stirnseite theoretisch 9370 MHz und bei Schließung beider Stirnseiten 11640MHz. Die Abstimmung wird dadurch vorgenommen, daß die Abstimmplatte dem Ende des Anodenblockes mehr oder weniger genähert wird.

Es sei betont, daß auch andere Frequenzen als die der normalen Betriebsschwingungsart (Mode) durch Verschließen von einem oder beiden Enden des Anodenblockes vergrößert werden, so daß die Anwendung der Erfindung keine größere Änderung bezüglich der Modetrennung ergibt.

Die Erfindung kann praktisch auch so ausgeführt werden, daß man an beiden Stirnseiten des Anodenblockes Abstimmglieder vorsieht und diese entweder gleichzeitig oder nacheinander betätigt. Die nur auf einer Seite abstimmbare Anordnung ist jedoch mechanisch viel einfacher und deshalb vorzuziehen.

Vorzugsweise wird das Abstimmglied durch ein Rohr gehalten, das gleichzeitig der Pumpstutzen der Magnetronröhre ist. Diese ist durch einen vakuumdichten Balgen abgeschlossen.

Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine übliche Befestigungsart einer erfindungsgemäßen Abstimmplatte;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Anodenblock einer normalen Vielschlitzmagnetronröhre der Strahlenkranzbauweise;

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine mit Flügeln versehene Scheibe (Abdeckplatte), die auf das Abstimmende des Anodenblockes in Fig. 2 aufgelötet wird, um die kleinen Anodenhohlräume an diesem Ende zu verschließen;

Fig. 4 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teiles einer Magnetronröhre mit einem Anodenblock nach Fig. 2 und zeigt den Verlauf der hochfrequenten magnetischen Kraftlinien;

Fig. 5 gibt die gleiche Ansicht wie Fig. 4 wieder und zeigt den Verlauf der hochfrequenten elektrischen Kraftlinien;

Fig. 6 zeigt den Verlauf der hochfrequenten magnetischen Kraftlinien, wenn die kleinen Hohlräume durch die erwähnte Abdeckplatte verschlossen sind, und zeigt außerdem die Abstimmplatte;

Fig. 7 gibt die gleiche Ansicht wie Fig. 6 wieder und zeigt den Verlauf der hochfrequenten elektrischen Kraftlinien bei eingesetzter Abdeckplatte.

In Fig. 1 erscheint unten das eine Ende des Anodenblockes 1 der Magnetronröhre, das andere (nicht gezeichnete) Ende dieses Blockes kann offen oder geschlossen sein. Die kleinen Hohlräume dieses Anodenblockes sind an dem dargestellten Ende durch eine Abdeckplatte verschlossen (weder diese Hohlräume noch die Abdeckplatte sind in der Figur zu erkennen). Die Anodenhohlräume und die Abdeckplatte sind in den folgenden Figuren deutlich dargestellt. Die PoI-schuhkonstruktion ist mit 2, das Ende der Axialkathode mit 3 bezeichnet. An einer Seite der Magnetronröhre und parallel zu der Abschlußfläche la der Abdeckplatte des Anodenblockes befindet sich eine Abstimmplatte 4 in Form einer kupferplattierten Scheibe, die auf ein Tragerohr 5 aufgeschraubt ist, das gleichzeitig den Pumpstutzen darstellt und bei 5 a mit dem üblichen Glasnippel verschlossen ist. Die Umhüllung wird durch einen vakuumdichten flexiblen Balgen 6 vervollständigt, der z. B. aus einem nahtlosen Tombakrohr hergestellt ist. Die axiale Führung des Rohres 5 wird durch eine Führung 7 erreicht, die nach dem Ausheizen und Auspumpen der Magnetronröhre aufgepaßt wird. Das Rohr 5 trägt ein nach dem Ausheizen weich aufgelötetes Gewinde 9, das mit einer Mutter 8 in Eingriff steht. Die Mutter 8 liegt auf einem Kugellager 10 und wird mit Hilfe der topfförmigen Hülse 11, die gleichzeitig als Abstimmknopf dient, gedreht.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch den Anodenblock 1 in Fig. 1 dar und zeigt die Form und Anordnung der Anodenhohlräume. Wie man sieht, wechseln hierbei große Hohlräume 2L mit kleinen Hohlräumen 2vS" ab, die sämtlich in Längsrichtung des Blockes verlaufen. Auf das der Abstimmplatte 4 (Fig. 1) benachbarte Ende des Anodenblockes ist eine kupferne Abdeckplatte D aufgelötet, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Diese besitzt Flügel DF, die zwischen sich Schlitze L 2 bilden, die in Form und Anzahl dem Querschnitt der großen Hohlräume 2 L in Fig. 2 entsprechen. Die Abdeckplatte D ist so angeordnet, daß sie die großen Hohlräume 2 L im Anodenblock offen läßt und damit eine Verbindung zwischen diesen Anodenhohlräumen und dem benachbarten Hilfshohlraum durch die Schlitze L2 hindurch gestattet, während die Flügel DF die kleinen Anodenhohlräume 2 6* von dem Hilfshohlraum abtrennen.

Die Pfeile in Fig. 4 zeigen den Verlauf der hochfrequenten magnetischen Kraftlinien, die bei einer Magnetronröhre mit einem Anodenblock, wie in Fig. 2 dargestellt, auftreten, der noch nicht durch die in Fig. 3 dargestellte Abschlußplatte abgedeckt ist. Wie man sieht, treten die Kraftlinien an der Hinterseite der kleinen Hohlräume aus und laufen durch die großen Hohlräume zurück; hierbei treten nur ganz wenige Kraftlinien mehr als ein kleines Stück — etwa 1 mm — aus.

Fig. 5 zeigt für denselben Anodenblock den Verlauf der hochfrequenten elektrischen Feldlinien; diese treten, wie man erkennt, ebenfalls kaum in den sich anschließenden Raum aus.

Die Fig. 6 und 7, die mit den Fig. 4 und 5 verglichen werden sollten, zeigen den Einfluß der zusätzlich eingebauten Abstimmplatte 4 auf die Verteilung der hochfrequenten magnetischen und elektrischen Kraftlinien. Die Abstimmplatte 4 ist dabei aus Dar-

Stellungsgründen jeweils sehr weit entfernt von der Abdeckplatte D gezeichnet; in Wirklichkeit steht sie der Abdeckplatte in relativ geringem Abstand gegenüber. Die magnetischen Kraftlinien (Fig. 6) treten an der Rückwand der großen Hohlräume 2L in den Hilfshohlraum aus, kehren in der Nähe der Abstimmplatte 4 radial nach innen um, verlaufen dann in axialer Richtung abwärts und treten schließlich unterhalb der Stelle, an der die Flügel DF die kleinen Hohlräume 2S verschließen, in diese ein. Aus Fig. 7 erkennt man, daß die elektrischen Kraftlinien in dem Hilfshohlraum Kreise um die Achse der Magnetronröhre bilden und daß die elektrische Feldstärke an der Oberfläche der Abstimmplatte 4 Null ist. Das Gesamtergebnis ist, daß die π-Scwingungsart (π-Mode) der Anode fest mit dem Hilfshohlraum gekoppelt ist, der in der H₀₁-Schwingtmgsform erregt ist. Es sei bemerkt, daß, da die magnetischen Kraftlinien im Hilfshohlraum nur axiale oder radiale Komponenten haben, die Ströme in den Wänden dieses Raumes und in der Abstimmplatte 4 kreisförmig um die Achse verlaufen; deshalb braucht die Abstimmplatte 4 nicht in gutem galvanischem Kontakt mit der Wand des Hilfshohlraumes zu stehen.

Da die H₀₁-S chwingungsform des Hilfshohlraumes angeregt ist, treten andere S chwingungs formen nicht auf, und die Tendenz zu wilden Resonanzen, die die normale Arbeitsweise der Magnetronröhre stören könnten, ist stark verringert.

Es wurde nach vorstehender Beschreibung und Zeichnung ein Versuchsmagnetron aufgebaut, dessen kleine Anodenhohlräume an dem Abstimmende verschlossen und dessen sämtliche Anodenhohlräume an dem anderen, nicht abgestimmten Ende offen waren. Dieses Magnetron besaß einen relativ großen Ab-Stimmbereich und eine verhältnismäßig gute Gleichmäßigkeit der Abstimmung.

Bei einem anderen Versuchsmagnetron waren die kleinen Anodenhohlräume an der Abstimniseite des Anodenblockes verschlossen und am anderen Ende sämtliche Anodenhohlräume durch eine aufgelötete Platte ebenfalls verschlossen. Dieses Magnetron besaß einen noch erheblich größeren Abstimmbereich bei einer guten Gleichmäßigkeit der Abstimmung. AJlerdings war die größte Abstimmgeschwindigkeit, die fast am Ende der Verschiebung der Abstimmplatte erreicht wurde, so hoch, daß man sie als unverwendbar ansehen muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Abstimmbare Vielschlitzmagnetronröhre mit einer die Kathode koaxial umschlieißenden, Hohlräume aufweisenden Anode und einem an eine Stirnseite der Anode sich anschließenden Hilfshohlraum, der mit Mitteln zur Änderung seiner geometrischen Abmessungen und damit der Schwingungsfrequenz der Röhre versehen ist, und bei der des weiteren die dem Hilfshohlraum zugewandte Anodenstirnseite mit einer metallischen Platte (Abdeckplatte) abgedeckt ist, die Kopplungsöffnungen für jeden zweiten der Anodenhohlräume zur symmetrischen Ankopplung des Hilfshohlraumes an die Anodenhohlräume besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß als Anode eine Anode der Strahlenkranzbauweise verwendet wird, daß die Abdeckplatte derart ausgebildet ist, daß die stirnseitigen Öffnungen der kleinen Anodenhohlräume verschlossen sind und die der großen Anodenhohlräume frei bleiben, und daß zur Änderung der geometrischen Abmessungen des Hilfshohlraumes ein plattenförmiges, der Abdeckplatte in relativ geringem Abstand parallel gegenüberstehendes Wandungsteil des Hilfshohlraumes, das etwa die Größe der Anodenstirnfläche hat, in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist.

2. Vielschlitzmagnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Hilfshohlraum nur an die eine Anodenstirnseite anschließt und sämtliche Anodenhohlräume an der anderen Anodenstirnseite offen sind.

3. Vielschlitzmagnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Hilfshohlraum nur an die eine Aiiodenstirnseite anschließt und sämtliche Anodenhohlräume an der anderen Anodenstirnseite verschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 444 435.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 839 950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen