DE1082305B - Symmetrische Leistungsauskoppelanordnung fuer ein Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21a⁴ 9/01

INTERNATIONALE KL.

PATENTAMT H0l|; Hl)3f; Ii

E16336VIIIa/21a⁴

ANMELDETAG: 21. A U G U S T 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25. MAI 19 6 0

Die Erfindung betrifft eine symmetrische Leistungsauskoppelanordnung für ein Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron der Art, bei der die Auskoppelanordnung an der Stirnseite des Anodensystems des Magnetrons vorgesehen ist, weiterhin die Anodensegmente durch Verbindungsstücke abwechselnd miteinander verbunden sind und von einer Gruppe der abwechselnd miteinander verbundenen Anodensegmente über die Stirnseite des Anodensystems hinaus Verlängerungen in einen besonderen, durch Isolationsmaterial abgeschlossenen Raum führen, von dem aus die erzeugten Schwingungen weitergeleitet werden.

Bei einer bekannten Anordnung ist auf den Verlängerungen ein konisches Anpassungsteil angeordnet, das auf seiner Spitze einen Auskoppelstift trägt. Da das anodenseitige Ende der Leitung ein Punkt hoher Impedanz ist und die Leitung, in die das Magnetron einspeist, normalerweise relativ niederohmig ist, ist bei dieser Konstruktion eine Impedanz-Transformation notwendig, um eine befriedigende Auskopplung zu erzielen. In der Praxis ist die Anpassung jedoch schwierig, wenn nicht gar undurchführbar. Man benutzt daher den Ausweg, den Übergang zwischen Koaxialleitung und Ausgangshohlleiter fehlanzupassen, aber auch die dabei erzielte Kopplung ist hinsichtlich der einzuhaltenden Toleranzen sehr kritisch.

Ziel der Erfindung ist es, eine Leistungsauskoppelanordnung zu schaffen, bei der eine symmetrische Leistungsauskopplung stattfindet und Anpassungsprobleme der beschriebenen Art nicht auftreten.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein kreisförmiges flächenhaftes Kopplungsteil, das gegenüber einer Stirnseite des Magnetronanodensystems angebracht ist und mit jedem zweiten von dessen Segmenten verbunden ist, ein Hohlleiterstück von kreisförmigem Querschnitt, das das Kopplungsteil koaxial umgibt und mit einem Ende am Anodenblock befestigt ist, und ein dielektrisches Fenster über dem anderen Ende des Hohlleiterstückes, wobei die Anordnung so gestaltet ist, daß bei Arbeiten des Magnetrons im π-Modus das Kopplungsteil eine E₀₁-WeIIe in das Hohlleiterstück aussendet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden mit weiteren Merkmalen im einzelnen unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein vereinfachter Schnitt durch ein bekanntes Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron und die dazugehörigen Leistungsauskoppeleinrichtungen;

Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht zur Darstellung der Erfindung.

Es ist allgemein bekannt, daß man bei einem Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron eine verbesserte Symmetrische

Leistungsauskoppelanordnung

für ein Vielfach-Hohlraumresonator-

Magnetron

Anmelder:

English Electric Valve Company Limited,

London

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

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 31. März und 30. April 1958

Maurice Esterson, Chelmsford, Essex,
und Francis James Weaver, Great Baddow, Essex

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

Leistungserzeugung und Leistungsabgabe erzielen kann, wenn man eine sogenannte symmetrische Leistungsauskoppeleinrichtung verwendet, die so beschaffen ist, daß sie nicht die Symmetrie der hochfrequenten Feldverteilung stört, die rings am Anodensystem entsteht, wenn Schwingungen im π-Modus erfolgen.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Ausführung dieser Art (britische Patentschrift 745 729). In Fig. 1 ist bei 1 der Anodenblock des Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetrons dargestellt, und die Ausgangsleistung wird mit Hilfe einer Koaxialleitung ausgekoppelt, die koaxial zum Anodensystem liegt. Das innere Teil der Leitung besteht aus einem konischen Teil 2, das sich von einem großen Durchmesser anodenblockseitig auf einen kleinen Durchmesser herab verjüngt und das sich in einem zylindrischen Teil 3 mit diesem kleinen Durchmesser fortsetzt. Das freie Ende von Teil 3 dient als Auskoppelstift in einen rechtwinklig angesetzten Hauptausgangshohlleiter 8. Die Form des äußeren Leiters der Koaxialleitung entspricht etwa der des inneren Leiters und besteht aus zwei zylindrischen Teilen 4, die durch ein konisches Teil 5 verbunden sind. Das anodenseitige Ende des inneren Leiters 2 ist durch die Verbindungsstücke 6 abwechselnd mit jedem zweiten Anodensegment ver-

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bunden. Um die Zeichnung nicht zu komplizieren, sind nur zwei derartige Verbindungsstücke in Fig. 1 gezeigt, obwohl in Wirklichkeit zu jedem zweiten Anodensegment ein Verbindungsstück führt. Die dem Block 1 zugewandte Seite des äußeren Leiters ist mit diesem vakuumdicht verbunden, während die andere Seite des äußeren Leiters durch ein hier gewölbt dargestelltes dielektrisches Fenster 7 vakuumdicht abgeschlossen wird. Dieses äußere Teil der Leitung stellt ein Teil der vakuumdichten Hülle des Magnetrons dar. Der Hauptausgangshohlleiter 8 hat in einer seiner Wände eine kreisförmige Öffnung, zu der ein kurzes zylindrisches Teil 9 führt. Bei Betrieb wird die Einheit aus Magnetron und angesetzter Koaxialleitung, wie dargestellt, in das zylindrische Teil 9 eingesetzt, so daß das Ende des Teiles 3 als Koppelstift für den Haupthohlleiter 8 dient und darin eine H₀₁-WeIIe erregt. Die Länge der Koaxialleitung ist durch das Maß L und die Eintauchtiefe des Koppelstiftes in den Haupthohlleiter durch das Maß / angegeben. Die Pfeillinien deuten die Richtungen des elektrischen Feldvektors an. Diese bekannte Ausführung hat, wie andere ähnliche und bekannte Anordnungen, mit denen die Ausgangsleistung über eine Koaxialleitung einem Koppelstift od. dgl. zugeführt wird, um eine H₀₁-WeIIe im Hauptausgangshohlleiter zu erregen, eine Anzahl schwerwiegender elektrischer und aufbaumäßiger Nachteile. Sie sind hauptsächlich darin begründet, daß das anodenseitige Ende der Leitung ein Punkt hoher Impedanz ist, d. h. daß die Spannung dort hoch und der Strom gering ist. Da die Leitung, in die das Magnetron einspeisen muß, normalerweise relativ niederohmig ist, ist eine Impedanz-Transformation notwendig, wenn eine befriedigende Auskopplung erzielt werden soll. Es ist möglich, die erforderliche Impedanz-Transformation in der Koaxialleitung zu erreichen und einen angepaßten Übergang von der erwähnten Leitung zum Hohlleiter zu verwenden. In der Praxis nimmt jedoch, wenn dies geschehen soll, das Verhältnis der inneren Durchmesser der Koaxialleitung einen solchen Wert an, daß die ganze Anordnung konstruktiv nachteilig, wenn nicht gar unausführbar wird. Es ist daher viel einfacher und praktischer, den Übergang zwischen Koaxialleitung und Ausgangshohlleiter fehlanzupassen, um die Kopplung zu erzielen. Jedoch tritt hierzu der Nachteil auf, daß die Eintauchtiefe des Koppelstiftes der Koaxialleitung in den Hohlleiter (d. h. das Maß /) nur sehr klein sein darf und darüber hinaus im Wert so kritisch ist, daß es sowohl in der Fertigung als auch nach der Fertigung schwierig ist, auf diese Art eine richtige Kopplung zu erreichen. Darüber hinaus hat die Koaxialleitung infolge ihrer Kapazität Einfluß auf die Frequenzabstimmung, so daß kleine Änderungen in den Abmessungen oder in der Fertigung geringe Abweichungen von den vorgegebenen Abmessungen in der Lage sind, die Frequenz der Magnetronschwingungen von der gewünschten Frequenz untragbar weit abweichen zu lassen.

Die vorliegende Erfindung sucht die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden und ein verbessertes Leistungsausgangssystem zu schaffen, das relativ einfach zu bauen ist, keine engen Grenzen oder Toleranzen in den Abmessungen erfordert und das für die Übertragung hoher Leistung geeignet ist.

Gemäß der Erfindung besitzt eine symmetrische Leistungsauskoppelanordnung für ein Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron ein kreisförmiges flächenhaftes Kopplungsteil, das gegenüber der einen Stirnseite des Magnetronanodensystems angebracht und mit jedem zweiten der Anodensegmente verbunden ist, ein Stück Hohlleiter von rundem Querschnitt, das das erwähnte Kopplungsteil umgibt und mit einem Ende am Anodenblock befestigt ist, und ein dielektrisches Fenster auf der anderen Seite des erwähnten Hohlleiterstückes, wobei die gesamte Anordnung so beschaffen ist, daß bei Betrieb des Magnetrons im w-Modus das Kopplungsteil eine E₀₁-WeIIe im oben erwähnten Hohlleiterstück erregt.

Das Kopplungsteil kann ein Ring oder eine Scheibe sein, jedoch wird eine Scheibe bevorzugt, da ihre massive Mitte hilft, das dielektrische Fenster vor möglichem Beschüß durch geladene Teilchen zu schützen.

Das dielektrische Fenster kann eine flache Scheibe oder auch gewölbt sein.

Es zeigt sich, daß eine Anordnung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung eine mechanische Einheit darstellt, die fertig montiert werden kann, um Ausgangsleistung in einem Hauptausgangshohlleiter von rechteckigem Querschnitt dadurch einzuspeisen, daß man eine Wand des Haupthohlleiters mit einem kreisförmigen angepaßten Durchgang versieht, dessen Achse senkrecht zur Haupthohlleiterachse steht, und die Fensterseite der erwähnten Einheit in die Öffnung des erwähnten Durchganges einsetzt. Geschieht dies, so wird eine H₀₁-WeIIe in den Haupthohlleiter hineingeschickt und bei geeigneter Dimensionierung der Teile nach den bekannten Grundsätzen eine genügende Ausgangskopplung vom Magnetron und ein guter Grad der Impedanzanpassung in praktischer Weise erreicht.

Fig. 2 stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 2 ist 1 wiederum der Anodenblock und 8 der rechteckige Hauptausgangshohlleiter. Jedoch ist keine Koaxialleitung zur Überleitung der Ausgangsleistung in den Hohlleiter vorhanden. Statt dessen ist eine Koppelscheibe oder -ring 10 (dargestellt ist eine Scheibe), die in geringem Abstand und parallel zur Stirnseite des Anodenblockes liegt, vorhanden, die mit jedem zweiten Anodensegment durch parallel zur Achse liegende Leiterstücke 6 verbunden ist und die im dargestellten Fall gleichzeitig als mechanische Halterungen für die Koppelscheibe 10 dienen. Aus dem gleichen Grund wie in Fig. 1 sind hier nur zwei dieser Leiterstücke gezeichnet. Die Scheibe 10 liegt konzentrisch zu dem zylindrischen Stück des Hohlleiters 11, der an dem einen Ende vakuumdicht an den Anodenblock angelötet und an dem anderen Ende mit einem dielektrischen Fenster abgeschlossen ist, so daß ein Teil der evakuierten Hülle des Magnetrons darstellt. Das dielektrische Fenster kann irgendeine brauchbare Form haben, z. B. kann es wie bei Ta eine einfache Scheibe oder wie bei 7 b ein gewölbtes Fenster sein. Diese zwei Fensterformen sind in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet, um anzudeuten, daß es verschiedene mögliche Formen sind. Das dem Magnetron abgewandte Ende des Hohlleiterstückes 11 ist in ein zylindrisches Übergangsstück 12 eingesetzt, das in das Innere des Haupthohlleiters führt. Im Betrieb erregt die Koppelscheibe 10, wenn das Magnetron im crc-Modus schwingt, eine E₀₁-Welle im Hohlleiterstück 11. Die Welle gelangt dann durch ein angepaßtes Übergangsteil in den Haupthohlleiter 8., in dem sich nun eine H₀₁-WeIIe ausbreitet. Die Pfeillinien stellen wieder elektrische Feldvektoren dar, wobei die Ε-Linien der E₀₁-WeIIe und die Η-Linien der H₀₁-WeIIe entsprechen. Die Koppelscheibe 10 wirkt als Impedanztransformator, so daß der Übergang von rundem auf rechteckigen Hohlleiter-

querschnitt angepaßt werden kann und im runden Teil praktisch keine Energiespeicherung vorhanden ist. Das Ausmaß der Kopplung wird durch den Durchmesser der Scheibe 10 und die Länge der Verbindungsstücke 6, d. h. den Abstand, von der benachbarten Anodenblockstirnseite bestimmt. Abmessungstoleranzen sind bei einer Anordnung nach Fig. 2 sehr viel weniger eng als bei einer bekannten Anordnung nach Fig. 1, wobei die Verbesserung bezüglich der am meisten kritischen Abmessung etwa zehnfach ist.

Ein anderer Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 gegenüber der nach Fig. 1 ist, daß das dielektrische Fenster in einem angepaßten Hohlleiter liegt, so daß bei einer gegebenen Sendeleistung die Intensität des elektrischen Feldes geringer als sonst ist. Dementsprechend ist eine größere Leistungsfähigkeit erreicht, da in praxi das dielektrische Fenster die übertragbare Leistung begrenzt.

Die Verwendung einer Scheibe für Teil 10 an Stelle eines Ringes wird deshalb bevorzugt, da die Scheibe das dielektrische Fenster vor geladenen Partikeln schützt, die sonst in Achsrichtung im Kathoden-Anoden-Raum des Magnetrons beschleunigt werden könnten.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Symmetrische Leistungsauskoppelanordnung für ein Vielfach-Hohlraumresonator-Magnetron der Art, bei der die Auskoppelanordnung an der Stirnseite des Anodensystems des Magnetrons vorgesehen ist, weiterhin die Anodensegmente durch Verbindungsstücke abwechselnd miteinander verbunden sind und von einer Gruppe der abwechselnd miteinander verbundenen Anodensegmente über die Stirnseite des Anodensystems hinaus Verlängerungen in einen besonderen, durch Isolationsmaterial abgeschlossenen Raum führen, von dem aus die erzeugten Schwingungen weitergeleitet werden, gekennzeichnet durch ein kreisförmiges fiächenhaftes Kopplungsteil (10), das gegenüber einer Stirnseite des Magnetron-Anodensystems angebracht ist und mit jedem zweiten von dessen Segmenten verbunden ist, ein Hohlleiterstück (11) von kreisförmigem Querschnitt, das das Kopplungsteil koaxial umgibt und mit einem Ende am Anodenblock befestigt ist, und ein dielektrisches Fenster (7 α bzw. 7 b) über dem anderen Ende des Hohlleiterstückes, wobei die Anordnung so gestaltet ist, daß bei Arbeiten des Magnetrons im π-Modus das Kopplungsteil eine E₀₁-WeIIe in das Hohlleiterstück aussendet.

2. Leistungsauskoppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsteil die Form einer flachen Scheibe hat.

3. Leistungsauskoppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsteil die Form einer Ringscheibe hat.

4. Leistungsauskoppelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fenster eine flache Scheibe ist und von dem Hohlleiterstück am Rande eingefaßt wird.

5. Leistungsauskoppelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fenster gewölbt ist und auf die freie Stirnseite des Hohlleiterstückes aufgesetzt ist.

6. Magnetrongenerator unter Verwendung einer Auskoppelanordnung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem Hauptausgangshohlleiter von rechteckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelanordnung mit der Fensterseite koaxial in die offene Seite eines angepaßten kreisförmigen Übergangsstückes (12) eingesetzt ist, das rechtwinklig zum rechteckigen Haupthohlleiter (8) steht und durch eine seiner Seitenwände in dessen Innenraum führt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 502 405;
britische Patentschrift Nr. 745 729.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 0O9 527/229 5.