DE1184426B - Magnetronroehre der Radbauart - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIj;

H03b

Deutsche KL: 21g-13/16

Nummer: 1184 426

Aktenzeichen: W 26708IX d/21 g

Anmeldetag: 12. November 1959

Auslegetag: 31. Dezember 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetronröhre der Radbauart mit einem die Kathode koaxial umschließenden Anodensystem, dessen untereinander gleiche Hohlraumresonatoren symmetrisch um die Kathode (Röhrenachse) angeordnet sind und dessen die plattenförmigen Anodenstege tragender Anodenzylinder mit einem ihn umgebenden metallischen Teil einen koaxialen Resonator bildet, der, über den Umfang des Anodensystems verteilt, mit bestimmten Hohlraumresonatoren des Anodensystems durch jeweils einen im Anodenzylinder in Höhe der Anodenstege vorgesehenen Schlitz gekoppelt ist, der parallel zur Röhrenachse verläuft und dessen Länge wesentlich größer ist als die axiale Länge der Anodenstege, und bei der Mittel vorgesehen sind, um von den Koppelschlitzen durch Nebenkopplung verursachte unerwünschte Schwingungsmodi (Schlitzmodi) zu unterdrücken.

Einer der schwerwiegendsten Nachteile der üblichen Magnetronröhren war der unbefriedigende Kompromiß, der zwischen Wirkungsgrad und Stabilität geschlossen werden mußte. Wenn das Resonatorsystem einer üblichen Magnetronröhre stark belastet wird, kann die Hochfrequenzspannung übet der Anodenstrecke herabgesetzt und der elektronische Wirkungsgrad der Röhre erhöht werden. Eine starke Belastung macht jedoch eine festere Kopplung zwischen der Belastung und der Magnetronröhre erforderlich, wodurch die Empfindlichkeit der Magnetronröhre gegen Lastschwankungen erhöht wird und damit auch die Neigung zur Instabilität. Unter Betriebsbedingungen für besten Wirkungsgrad ist daher eine übliche Magnetronröhre so instabil, daß sie leicht in einem unerwünschten Schwingungsmodus zu schwingen beginnt, was in der englischsprachigen Literatur als »moding« bezeichnet wird.

Es ist deshalb bereits versucht worden, abwechselnde Anodensegmente durch Kurzschlußstreifen (sogenannte »straps«) miteinander zu verbinden und damit das Resonatorsystem auf den gewünschten π-Modus festzulegen. Eine solche Anordnung verhindert zwar das »moding« wirksam, ist jedoch bei Magnetronröhren für sehr kurze Wellenlängen unpraktisch, da bei den dann kleinen Gebilden schwierige Konstruktionsprobleme auftreten; außerdem weist ein Resonatorsystem mit Kurzschlußstreifen auf Grund kapazitiver Verluste einen kleinen Q-Wert auf.

Eine weitere Entwicklungsstufe zur Schaffung einer stabilen Magnetronröhre mit hohem Wirkungsgrad ist die Magnetronröhre mit verstimmten Kreisen (»rising sun«-Magnetronröhre). Hierbei folgen Magnetronröhre der Radbauart

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden., Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Jerome Drexler, New Providence, N. J.;

Joseph Feinstein, Livingston, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Dezember 1958
(783 600, 783 597)

relativ große und relativ kleine Hohlraumresonato-

a5 ren aufeinander, sd-^aßzwei Resonatorgruppen entstehen, wobei einander entsprechende Resonator-Schwingungszustände (Resonatormodi), die den gleichen Feldverlauf zeigen, gleichphasig oder gegenphasig schwingen. Die starke Energiespeicherung in den großen Resonatoren ruft jedoch eine Kopplungswirkung hervor, die die Neigung zeigt, um die Anode herumzulaufen, und einen Nebenmodus bewirkt, der in der englischsprachigen Literatur »rising sun mode« genannt wird und sich hinsichtlich der Wirkungsweise nachteilig auswirkt.

Mit einer Magnetronröhre der eingangs erwähnten Art, also einer Magnetronröhre der Radbauart mit einem zusätzlichen koaxialen Resonator, wird ein erheblich günstigerer Kompromiß zwischen Wirkungsgrad und Stabilität erreicht. Hierbei sind die Hohlraumresonatoren durch eine Anzahl von plattenförmigen Anodenstegen definiert, die radial von einem Anodenzylinder nach innen ragen. Dieses Resonatorsystem ist jedoch nicht an den Ausgang der Röhre angekoppelt, sondern an den zusätzlichen koaxialen Resonator, der den Anodenzylinder umgibt. Der koaxiale Resonator ist dabei wie eingangs angegeben mit den Hohlraumresonatoren des Anodensystems durch jeweils einen im Anodenzylinder vor-

gesehenen Schlitz so gekoppelt, daß diese Schlitze im allgemeinen jeden zweiten der Hohlraumresonatoren mit dem äußeren koaxialen Resonator verbin-

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den. Die Koppelschlitze erstrecken sich wesentlich über den von den Anodenstegen besetzten Bereich des Anodenzylinders hinaus, um einen Stromfluß um ihre Enden herum zu unterbinden. (EMe radiale Länge der Anodenstege entspricht ungefähr einem Viertel der Wellenlänge der Eigenfrequenz des im TE_0U-Modus betriebenen äußeren koaxialen Resonators, so daß auf Grund der transformierenden Wirkung der Anodenstege die von diesem Modus auf dem Anodenzylinder hervorgerufenen Ströme eine niedrige Impedanz im Anodenstegbereich »sehen« und daran gehindert werden, um die Enden der Koppelschlitze herumzufließen.) Die an der Basis der Anodenstege fließenden hohen Ströme sorgen dafür, daß an jedem zweiten Anodensegment entsprechend hohe Potentiale auftreten, so daß die richtigen Bedingungen für Schwingungen im π-Modus herrschen. Da das innere Resonatorsystem durch den äußeren Resonator von der Belastung getrennt ist und außerdem wirksam auf den gewünschten π-Modus festgelegt ist, kann daher schon ein recht guter Wirkungsgrad erreicht werden, ohne daß Instabilität hervorgerufen wird.

Wegen der Energiespeicherung in den Koppelschlitzen des Anodenzylinders werden bei derartigen Magnetronröhren jedoch unerwünschte, der Resonanzfrequenz der Schlitze entsprechende Nebenmodi hervorgerufen, die denen bei »rising sun«-Magnetronröhren ähnlich sind. Um diese Speicherwirkung herabzusetzen, werden daher bei den bekannten Magnetronröhren der eingangs erwähnten Art Dämpfungsglieder und Hochfrequenzdrosseln in der Nähe der Schlitzenden angebracht. Diese Maßnahme reicht jedoch nicht zur ausreichenden Unterdrükkung dieser »rising sun«-Schlitzmodi aus, die im folgenden einfach als Schlitzmodi bezeichnet werden. Eine möglichst vollständige Unterdrückung dieser rundumlaufenden Schlitzmodi ist jedoch anzustreben. Denn wegen der induktiven Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Schlitzen pflanzen sich Schlitzmodi um den Umfang des Anodenzylinders herum fort, so daß ein entsprechendes Nebenmodusfeldbild entsteht und folglich jene Schlitzmodi ebenfalls (über die Anodenstege) rundum mit dem Elektronenstrahl der Magnetronröhre in Wechselwirkung treten und damit das unerwünschte Moding hervorrufen können.

Die Erfindung will nun eine Möglichkeit verfügbar machen, um diese Wechselwirkung der Schlitzmodi mit dem Elektronenstrahl zu unterbinden. Dabei sind Dämpfungsglieder nicht mehr erforderlich.

Hierzu wird von einer Magnetronröhre der eingangs beschriebenen Art ausgegangen, und die Erfindung wird darin gesehen, daß die die Unterdrükkung dieser Schlitzmodi bewirkenden Mittel darin bestehen, daß das von den Koppelschlitzen gebildete Netzwerk über den Umfang des Anodenzylinders verteilte verlustfreie Ungleichförmigkeiten aufweist.

Die erfindungsgemäß in das Koppelschlitznetzwerk eingeführten verlustfreien Ungleichförmigkeiten dienen dazu, die Fortpflanzung eines elektromagnetischen Schlitzmodus um den Umfang des Anodenzylinders herum zu verhindern, indem die Kopplung zwischen bestimmten nebeneinanderliegenden Schlitzen bzw. die Phasenverschiebung zwischen bestimmten nebeneinanderliegenden Schlitzen unterschiedlich groß gemacht wird. Dabei können auch zwei oder mehrere Maßnahmen, die dies bewirken, gleichzeitig angewendet werden. Durch die so mögliche Unterbrechung des Feldbildes eines unerwünschten Schlitzmodus wird die Wechselwirkung dieses Schlitzmodus mit dem Elektronenstrahl unterdrückt und damit eine Störung der gewünschten Betriebsweise der Magnetronröhre durch den unerwünschten Schlitzmodus weitgehend verhindert.

Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführangsform werden dazu Querschlitze im Anodenzylinder

ίο vorgesehen, um bestimmte Koppelschlitze miteinander zu verbinden. Die in den miteinander verbundenen Koppelschlitzen gespeicherte Energie wird dadurch so gekoppelt, daß die Phasenverschiebung zwischen den verbundenen Koppelschlitzen prak-

tisch Null ist. Wie oben bereits gesagt, pflanzt sich ein Schlitzmodus durch induktive Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Koppelschlitzen fort, wobei ein bestimmter Schlitzmodus durch die Phasenverschiebung seines Feldbildes zwischen auf ein-.

ao anderfolgenden Schlitzen definiert ist. Die Ausbreitung eines Schlitzmodus, der sich längs des Umfangs des Anodenzylinders fortpflanzt, wird dann also dadurch unterbrochen, daß er auf eine Gruppe von Schlitzen trifft, die eine Phasenverschiebung von

as praktisch Null gegeneinander aufweisen.

Bei einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung werden bestimmte Koppelschlitze, die bei einer üblichen Magnetronröhre der eingangs erwähnten Art vorhanden sind, weggelassen. Dadurch wird die induktive Kopplung zwischen bestimmten aufeinanderfolgenden Schlitzen stark geschwächt, so daß die Fortpflanzung eines Schlitzmodus um den Anodenzylinder herum stark gestört wird, wenn ein ausreichender Abstand zwischen diesen bestimmten aufeinanderfolgenden Schlitzen gewahrt wird.

Bei einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung sind bestimmte Schlitze an ihren Enden relativ breit gegenüber ihrer Mitte, während bestimmte andere Schlitze in der Mitte relativ breit sind gegenüber ihren Enden. Eine Vergrößerung der Schlitzfläche an den Schlitzenden bewirkt eine Erhöhung der induktiv gespeicherten Energie, während eine Erhöhung der Schlitzbreite im Mittelteil des Schlitzes eine Verringerung der kapazitiv gespeicher- ' ten Energie bewirkt. Da die Eigenfrequenz eines Schwingkreises umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus dem Produkt von Induktivität und Kapazität ist, wird dieses Produkt erhöht, wenn die Enden eines Schlitzes verbreitert werden, während eine Verbreiterung des Mittelteils des Schlitzes dieses Produkt verkleinert. Schlitze verschiedener Form zeigen also wesentlich verschiedene Eigenfrequenzen, so daß die Kopplung zwischen benachbarten Schlitzen entsprechend herabgesetzt und damit die Fortpflanzung eines Schlitzmodus unterbrochen werden kann.

Bei einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Koppelschlitze verschieden lang gemacht; dadurch kann man die an den Enden der Schlitze induktiv gespeicherte Energie verschieden groß machen, da diese Energie von der Schlitzlänge abhängt. Damit ergibt sich ebenfalls eine unterschiedliche Eigenfrequenz der einzelnen Schlitze und damit eine unterschiedliche Kopplung zwischen benachbarten Schlitzen.

Bei einer fünften Ausführungsform nach der Erfindung sind bestimmte, für sich jeweils gleich breite Schlitze breiter als bestimmte andere gleich breite

Schlitze. Da der resultierende (d. h. elektrisch wirksame) Kapazitätswert eines Koppelschlitzes wesentlich durch die (von den jeweiligen Anodenstegen in den Schlitz transformierte) Kapazität zwischen den zugehörigen Anodenstegen bestimmt ist, ändert sich die Gesamtkapazität eines Koppelschlitzes bei Änderungen der Schlitzbreite nicht so stark wie die Induktivität. Obwohl deshalb bei dieser Ausführungsform keine so großen Unterschiede in der Eigen-

12 erstrecken sich durch den Anodenzylinder 11 parallel zur Röhrenachse über einen größeren Teil der Zylinderlänge, wobei für jeden zweiten der Hohlraumresönatoren des Anodensystems ein Koppelschlitz vorgesehen ist. An einem Ende des Anodenzylinders 11 ist ein Polschuh 15 angeordnet, der eine zentrale Bohrung aufweist, durch die ein Kathodenröhrchen 16 ragt, das an seinem freien Ende die Kathode 17 trägt. Ein Heizelement 19 reicht in

frequenz der verschieden breiten Schlitze erzielbar _i0 das Kathodenröhrchen 16 hinein und ist an ein sind, wie bei den obigen Ausführungsformen, so Paar Zuleitungen 20 angeschlossen. Die eine Zubieten sie doch aus zwei Gründen Vorteile: Da die leitung ist an einen inneren zylindrischen Anschluß-Schlitze dann gleich lang gemacht werden, um die leiter 21 angeschlossen, die andere an einen äußeren Anodenzylinderströme des gewünschten Schwin- zylindrischen Anschlußleiter 22, wobei die beiden gungsmodus daran zu hindern, um die Schlitzenden ₁₅ Anschlußleiter 21 und 22 mittels einer Glaswulst 23 herum zu fließen; ferner ist diese Ausführungsform voneinander getrennt sind. Das Kathodenröhrchen verhältnismäßig einfach herzustellen, da alle Schlitze 16 wird von einem metallischen Zylinder 25 gehalrechteckig sein können. tert, der an einem metallischen Zylinder 26 sitzt.

Als weitere und besonders zweckmäßige Möglich- Gegenüber dem Polschuh 15 ist ein weiterer PoI-

keit zur Lösung der gestellten Aufgabe empfiehlt die ₂o schuh 30 angeordnet. Ein Absaugrohr 32 dient zum Erfindung, die Koppelschlitze in Gruppen mit inner- Evakuieren der Röhre.

halb der Gruppen gleichem Abstand voneinander Um den Anodenzylinder 11 herum ist ein äußerer

anzuordnen, wobei die Koppelschlitze jeder Gruppe koaxialer Resonator 35 angeordnet, dessen Innenuntereinander gleich sind und die Schlitze einer leiter von dem Anodenzylinder 11 und dessen Gruppe eine andere Resonanzfrequenz haben als _a5 Außenleiter von der Röhrenwandüng 42 gebildet die Schlitze der benachbarten Gruppe(n). Bei einer _wi_rd. Die ringförmige Rille 36 dient als Hochsolchen Anordnung wird dann von den Schlitzen frequenzdrossel. Sie umschließt den Anodenzylinder jeder Gruppe ein bestimmter Schlitzmodus erzeugt. W, der die Hohlraumresönatoren vom äußeren Re-Jeder Schlitzmodus weist jedoch andere Eigen- sonator 35 trennt, und ist vorteilhafterweise mit schäften auf als der von den Schlitzen der benach- 30 einer Weicheisenauskleidung 38 versehen, die dazu barten Gruppe(n) erzeugte Schlitzmodus. Werden dient, störende TE-Modi, die maximale Stromwerte die Gruppen ausreichend groß gemacht, so können in diesem Bereich haben, zu absorbieren und da-Kopplungen zwischen Schlitzen verschiedener Grup- durch zu dämpfen.

pen, die die gleiche oder annähernd die gleiche Der äußere Resonator 35 ist, beispielsweise durch

Eigenfrequenz aufweisen, sicher vermieden werden. ₃₅ einen im Querschnitt im wesentlichen H-förmigen Auch können dann Zusammenballungen von Elek- Übertragungsabschnitt 40, in bekannter Weise an tronen, die im Bereich einer Gruppe durch den
Schlitzmodus dieser Gruppe hervorgerufen wurden,
nicht über den von einer benachbarten Gruppe
eingenommenen Bereich hinaus aufrechterhalten ₄₀
werden.

Die Erfindung soll nun an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Magnetron- 45 verbunden sind, verschoben werden könnend Die röhre der Radbauart, bei der die Erfindung ange- Abstimmstäbe 47 reichen in den äußeren Resonator

35 hinein und tragen einen Abstimmring 49, der innerhalb des Resonators 35 zwecks Abstimmung der Magnetronröhre verschoben werden kann. Geeignete Bälge 50, die an der Wand 51 befestigt sind, sorgen dafür, daß beim Abstimmvorgang der vakuumdichte Abschluß aufrechterhalten bleibt.

Der äußere Resonator 35 kann an sich verschiedene Modi führen. Er ist jedoch in bekannter Weise so ausgelegt, daß die günstigsten Bedingungen für

einen glasgefüllten Hohlleiterabschrjitt 41 gekoppelt, über den die erzeugte Schwingungsenergie an die äußere Schaltung abgegeben wird.

Auf der Seite des Polschuhs 30 ist ein Abstimmmechanismus 43 vorgesehen. Bi&e Abstimmscheibe 44 ist an einer Abstimmschraübe 45 befestigt, die die axiale Bewegung eines Bügels 46 steuert, wodurch die Abstimmstäbe 47, die mit dem Bügel 46

wendet ist,

F i g. 2 eine Abwicklung eines erfindungsgemäß geschlitzten Anodenzylinders, der bei einer Magnetronröhre nach F i g. 1 benutzt werden kann,

Fig. 3 bis 5 weitere Abwicklungen von erfindungsgemäß geschlitzten Anodenzylindern,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Anodenzylinder einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

F i g. 8 einen Querschnitt ähnlich F i g. 7 durch eine andere Ausführungsform nach der Erfindung.

den TE₀₁ ,-Modus bestehen, bei dem die magnetischen Feldlinien an den oberen und unteren Abschlußwandungen des Resonators 35 axial und die elektrischen Feldlinien in Umfangsrichtung ver-

In F i g. 1 ist eine Magnetronröhre der Radbauart 60 laufen; die elektrischen Ströme fließen in Umfangsmit untereinander gleichen, symmetrisch um die richtung der äußeren Oberfläche des Anodenzylin-Kathode 17 angeordneten Hohlraumresonatoren, die ders 11 und der inneren Oberfläche der Röhren» von den radial verlaufenden, plattenförmigen wandung 42. Von anderen Modi herrührende Ströme Anodenstegen 10 begrenzt sind, veranschaulicht. Die weisen Axialkomponenten auf, die durch den Anodenstege 10 sind an der Wandung eines Anoden- 65 Drosselteil 36, 38 gedämpft werden, so daß auch Zylinders 11 beispielsweise mittels Lötung befestigt. diese Modi gedämpft werden. Das Hohlraumreso-Die Stege 10 nehmen nur einen kleinen Teil der natorsystem ist, für sich betrachtet, das übliche, Länge des Anodenzylinders 11 ein. Koppelschlitze keine Kurzschlußstreifen aufweisende Anodensystem

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einer Magnetronröhre der Radbauart, das Neigung daß dadurch der π-Schwingungsmodus nennenswert

zeigt, sowohl im τι-Modus als auch in verschiedenen beeinflußt wird. Die dabei auftretenden Effekte

Nebenmodi zu schwingen. Der äußere Resonator 35 rufen keine störenden Wirkungen hervor, solange

und die Hohlraumresonatoren können als zwei ge- nicht die eingangs erwähnten Nebenmodi hervor-

trennte Resonanzsysteme angesehen werden; wenn 5 treten, die, entsprechend dem Aufbau des inneren¹

die beiden Systeme jedoch zusammengebracht wer- Resonatorsystems, von der Art der »rising sun«-

den, müssen sie als ein einziges zusammengesetztes Modi sind. Diese »rising sun«-Nebenmodi werden,

System betrachtet werden, wie im folgenden näher wie schon eingangs erwähnt, durch in den Schlitzen

erläutert wird. 12 gespeicherte Schwingungsenergie hervorgerufen.

Der vom Modus des äußeren Resonators 35 her- 10 Denn:

vorgerufene Strom fließt längs der Außenwand des Wegen der Potentialdifferenz, die über einem Anodenzylinders 11 in einer zu den Koppelschlitzen Koppelschlitz 12 in dessen Mittelteil (Anodensteg-12 senkrechten Richtung. Die radiale Länge der bereich) auftritt, kann dieser Schlitzteil als Kapazität Anodenstege 10 entspricht etwa einem Viertel der betrachtet werden. Diese Potentialdifferenz versucht Wellenlänge der Frequenz dieses Stromes, so daß 15 einen Strom um die Schlitzenden hervorzurufen, der die jeweils hohe Impedanz zwischen den der Ka- dort eine Selbstinduktion erzeugt, so daß die thode gegenüberliegenden freien Stegenden an die Schlitzenden als Induktivitäten betrachtet werden Schlitze 12 als niedrige Impedanz transformiert wird können. Der Schlitz wirkt also als Schwingkreis, und dementsprechend der längs der Außenwand des dessen Eigenfrequenz von der ihm innewohnenden Anodenzylinders 11 fließende Strom in die Hohl- so Kapazität und Induktivität abhängt. Die Magnetraumresonatoren hinein und die diese begrenzenden felder, die in jedem Koppelschlitz erzeugt werden, Anodenstege entlangfließt. Da diese Ströme ziemlich versuchen mit denen anderer Koppelschlitze zuhoch sind, werden zwischen den Anodenstegen hohe sammenzuwirken, insbesondere den dicht benacb· Spannungen erzeugt. Diese hohen Spannungen treten barten. Wenn die Schlitzmodi, die so erzeugt wernur über jedem zweiten Anodenstegpaar auf, da 35 den, zwischen periodisch aufeinanderfolgenden nur jeder zweite Hohlraumresonator mittels eines Schlitzen das gleiche oder fast das gleiche Feldbild; Koppelschlitzes 12 an den äußeren Resonator 35 zeigen, kann ein Schlitzmodus-Feldbild um den geangekoppelt ist. Die Spannungen über den übrigen samten Umfang des Anodenzylinders 11 herum fort-Anodenstegpaaren werden durch Gegeninduktivi- gepflanzt werden. Ein solches Schlitzmodus-Feldbild, täten hervorgerufen, wodurch die Spannungen über 30 neigt dazu, mit dem Elektronenstrahl in Wechselbenachbarten Anodenstegpaaren um 180° in der wirkung zu treten, der im Raum zwischen der Ka-Phase verschoben sind, was der gewünschten Be- thode 17 und den freien Enden der Anodenstege 10 triebsbedingung, nämlich der Schwingungserzeugung fließt, wodurch die erwähnten Nebenmodi im inneim π-Modus, entspricht. Die beiden Systeme sind ren Resonatorsystem verursacht werden, dann also zwangläufig »richtig« miteinander ge- 35 in den nachfolgend beschriebenen Ausführungskoppelt, beispielen erfindungsgemäß geschlitzter Anoden-Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird die zylinder 11 sind die Anodensigge jeweils mit 1·, die Schwingungsenergie über dem Hohlleiterabschnitt 41 Koppelschlitze jeweils mit 12 bezeichnet, aus dem äußeren Resonator 35 ausgekoppelt; die F i g. 2 zeigt die Abwicklung eines Anodenzylin-Frequenz des TE₀₁₁-Modus im äußeren Resonator 40 ders 11, der in einer Magnetronröhre nach Fig. 1 ist deshalb die Frequenz, die letztlich ausgenutzt zwecks Unterdrückung der erwähnten Nebenmodi wird. Die Art der Energieübertragung vom inneren im inneren Resonatorsystem verwendet werden kann. Resonatorsystem zum äußeren Resonator 35 geht Bei dieser Ausführungsfonn der Erfindung werden aus einer Betrachtung des Aufbaus des inneren bestimmte der zwischen den Anodenstegen 10 vor-Resonatorsystems hervor. Wie bekannt, induziert 45 gesehenen Koppelschlitze 12 durch Querschlitze 55 der Elektronenstrahl im inneren Resonatorsystem miteinander verbunden. Diese Querschlitze bewirken Spannungen zwischen den freien Enden der Anoden- eine Art Kurzschluß zwischen den miteinander versiege 10. Diese Spannungen rufen Ströme hervor, bundenen Koppelschlitzen, soweit die gespeicherte die nach außen durch die Koppelschlitze 12 in den Schwingungsenergie betrachtet wird. Diese »direkte äußeren Resonator 35 fließen. Da der TE_0U-Modus 50 Kopplung« ergibt im wesentlichen eine Phasensich selbst erhält, wird diesen Strömen, die längs verschiebung Null zwischen den so verbundenen der Außenwand des Anodenzylinders 11 fließen, Koppelschlitzen 12, wogegen eine bestimmte Phasendurch in der Röhrenwandung 42 fließende Ströme verschiebung zwischen jenen Schlitzen besteht, die das Gleichgewicht gehalten. Die Leistung wird dann, nicht derart direkt, sondern nur induktiv gekoppelt' wie üblich, aus dem äußeren Resonator 35 ent- 55 sind.

nommen. Es wird davon ausgegangen, daß jeder gleich-Es braucht nicht angenommen zu werden, daß bei förmige elektromagnetische Schwingungsmodus Kopplung des π-Modus des inneren Systems mit durch eine bestimmte periodische Phasenverschiedem TE_OU-Modus des äußeren Systems beide Modi bung definiert ist. Wenn daher Ungleichförmigkeiten die gleiche Frequenz haben müssen. Tatsächlich ist 60 in das von den Koppelschlitzen gebildete Netzwerk beabsichtigt, daß die Hohlraumresonatoren so aus- eingeführt werden, die die Periodizität der Phasengelegt werden, daß sie eine Frequenz führen, die verschiebung ändern, geht die Gleichförmigkeit veraußerhalb des dem TE₀₁₁-Modus zugeordneten Fre- loren, insbesondere wird dann der betreffende quenzbereichs des äußeren Resonators 35 liegt. Da- Schwingungsmodus (Schlitzmodus) daran gehindert,· durch werden die Frequenzen im wesentlichen un- 65 sich um den Anodenzylinder herum fortzupflanzen, abhängig voneinander, so daß die Frequenz des Eine die Wirkungsweise der Röhre störende Wechsel-Modus des äußeren Resonators durch die Bewegung Wirkung mit dem Elektronenstrahl der Röhre kann des Abstimmringes 49 verändert werden kann, ohne dadurch unterbunden werden.

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F i g. 3 zeigt die Abwicklung eines anderen erfin- Schlitzarten, ist es jedoch vorteilhaft, daß die zu dungsgemäß geschlitzten Anodenzylinders 11, bei einer Schlitzart gehörigen, untereinander gleichen der einfach bestimmte Koppelschlitze 12 einer her- Schlitze in Gruppen in der in Fig. 4 gezeigten kömmlichen Magnetronröhre der Radbauart mit zu- Weise angeordnet werden. Dies beruht darauf, daß sätzlichem koaxialem äußerem Resonator weg- 5 eine gewisse Kopplung zwischen nebeneinandergelassen sind. Bei dieser Ausführungsform ist der liegenden Schlitzen, deren Differenz der Eigen-Abstand zwischen bestimmten nebeneinanderliegen- frequenzen nicht groß ist, vorhanden sein kann; den Koppelschlitzen verhältnismäßig groß. Da die auch kann eine gewisse Kopplung zwischen nicht Fortpflanzung eines Schlitzmodus von der magne- nebeneinanderliegenden Schlitzen vorhanden sein, tischen Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden je Zur gründlichen Unterbrechung der Periodizität Schlitzen abhängt, kann diese Fortpflanzung durch eines Schlitzmodus ist es deshalb mitunter zweckdas Fehlen eines Schlitzes unterdrückt werden. mäßig, längs des Anodenzylinders 11 eine Gruppe Selbst wenn eine Kopplung zwischen den weit aus- von untereinander gleichen Schlitzen · anzubringen, einanderliegenden Schlitzen vorhanden ist, ist sie deren Eigenschaften grundsätzlich von denen einer doch so schwach, daß die Periodizität des fort- 15 benachbarten Gruppe von untereinander gleichen gepflanzten Schlitzmodus stark gestört wird. Wenn Schlitzen abweichen und diesen Unterschied auf mehrere Schlitze in der gezeigten Weise weggelassen einer verhältnismäßig großen Strecke aufrechtzusind, können die sonst gleichförmigen Schlitzmodus- erhalten.

feldbilder um den Anodenzylinder 11 herum wirk- Weiter wird mit der Gruppierung von Schlitzen

sam »aufgebrochen« werden. ao bezweckt, daß eine auf Grund der Wechselwirkung

Wie bereits gesagt, wirkt der mittlere Teil eines mit einem bestimmten Schlitzmodus erfolgte »Bai-Schlitzes als Kapazität, während die Endteile als lung« von Elektronen daran gehindert wird, sich Induktivitäten wirken. Die Kapazität ist dabei um- um den gesamten umlaufenden Elektronenstrahl gekehrt proportional dem Abstand zwischen den herum auszubreiten. Jedes elektromagnetische Feld, Schlitzkanten, und die Induktivitäten an den Schlitz- »5 ^das durch einen Schlitz oder eine Gruppe von enden sind direkt proportional der dort von den Schlitzen hervorgerufen ist, neigt dazu, die Elek-Schlitzkanten eingeschlossenen Fläche. Die von tronen des Elektronenstrahls in eine bestimmte Vereinem Schlitzende eingenommene Fläche ist also teilung zu zwingen. Wenn diese Ballungen mit dem ein Maß für die zugehörige Induktivität, während Elektronenstrom wandern, können sie zu undie Breite in der Mitte des Schlitzes ein Maß für 30 erwünschten Wechselwirkungen bzw. Nebenschwindie Kapazität ist. gungen Anlaß geben. Dabei können die durch einen

Die Resonanzfrequenz eines Resonanzkreises ist bestimmten Schlitzmodus hervorgerufenen Elekumgekehrt proportional der Quadratwurzel aus dem tronenballungen, wenn sie in den Bereich eines anProdukt seiner Induktivität L und seiner Kapa- deren Sehlitzmodus eintreten, trotz der anderen zität C. Eine Verbreiterung der Enden eines be- 35 Feldverteilung, der sie dann ausgesetzt sind, weiter stimmten Schlitzes erhöht somit die Induktivität, bestehen, wenn die Einwirkung der anderen FeIdwodurch auch das LC-Produkt erhöht und damit die verteilung nur kurz dauert. Wenn dagegen der Be-Eigenfrequenz des Schlitzes herabgesetzt wird. Eine reich des folgenden Schlitzmodus ebenfalls verhält-Verbreiterung der Schlitzmitte setzt die Kapazität nismäßig lang gemacht wird, werden die Elektronen herab, wodurch auch das LC-Produkt herabgesetzt 40 zur Neuverteilung gezwungen, d. h. »entballt«, und damit die Eigenfrequenz erhöht wird. Diese Entballung verhindert unerwünschte Wechsel-

F i g. 4 zeigt die Abwicklung eines erfmdungs- Wirkungen und damit die Erzeugung von Nebengemäßen Anodenzylinders 11, bei dem solche Ände- schwingungen. Die Gruppierung von Schlitzen entrungen der Schlitzinduktivität bzw. -kapazität be- sprechend ihren verschiedenen Eigenfrequenzen nutzt werden. Die Schlitze 12 der Gruppen 52 und 45 bietet deshalb zwei Vorteile: Einmal wird der Auf-52' sind in der Mitte breiter als an den Enden und bau eines gleichförmigen Schlitzmodusfeldbildes um haben deshalb verhältnismäßig hohe Eigenfrequen- den gesamten Umfang des Anodenzylinders verhinzen. Die Schlitze 12 der Gruppen 53 und 53' sind dert, und zum anderen werden unerwünschte Elekdagegen an den Enden breiter als in der Mitte und tronenballungen daran gehindert, ganz um die Kabesitzen dadurch verhältnismäßig niedrige Eigen- 50 thode herumzuwandern,
frequenzen. Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach

Fig. 5 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Fig. 6 und 7 zeigt ein Kopplungssystem mit vier Ausführungsform, bei der die Länge der Koppel- paarweise untereinander gleichen Gruppen von schlitze 12 variiert ist. Die längeren Schlitze können Schlitzen, die auf zwei verschiedene Eigenfrequenzen mehr Energie induktiv speichern als die kürzeren 55 abgestimmt sind. Die Schlitze sind rechteckförmig Schlitze und zeigen deshalb niedrigere Eigen- und gleich lang, wobei die Schlitze der Gruppen 52 frequenzen. und 52' relativ schmal und die Schlitze der Gruppen

Es ist zu erwähnen, daß bei der Ausführungsform 53 und 53' relativ breit sind. Mit 13 sind die von nach Fig.4 die untereinander gleichen Schlitze in den Anodenstegen 10 begrenzten Hohlraumresona-Gruppen angeordnet sind, während die Schlitze nach 60 toren bezeichnet.

F i g. 5 verteilt angeordnet sind. In einigen Fällen Auf den ersten Blick mag es scheinen, daß der

ist eine verteilte Ungleichförmigkeit der Schlitze bloße Unterschied in der Schlitzbreite nicht den notvorteilhaft, wegen der großen Anzahl verschiedener wendigen großen Frequenzunterschied ergibt, da die Schlitze, die ungleichförmig ausgestaltet werden Verbreiterung eines Schlitzes seine Kapazität herabkönnen. Zum Beispiel brauchen bei einer Schlitz- $5 setzt und die Induktivität heraufsetzt. Infolge der anordnung der in F i g. 5 gezeigten Art keine zwei bereits erwähnten transformierenden Wirkung der Schlitze die gleiche Länge aufzuweisen. In anderen Anodenstege 10 wird jedoch im Anodenstegbereich Fällen, insbesondere bei Verwendung verschiedener eines Schlitzes zusätzlich eine relativ große Kapa-

zität hervorgerufen, wodurch die elektrisch wirksame Schlitzkapazität wesentlich bestimmt wird. Wegen dieser zusätzlichen kapazitiven Belastung ist die Änderung der Kapazität auf Grund der Änderung der Schlitzbreite klein im Vergleich zur Änderung der Induktivität. Die Schlitze 12 der Gruppen 52 und 52', die verhältnismäßig schmal sind, deren Induktivität also verhältnismäßig klein ist, besitzen deshalb eine verhältnismäßig hohe Eigenfrequenz, während die Schlitze 12 der Gruppen 53 und 53', die relativ breit sind, deren Induktivität also verhältnismäßig groß ist, eine relativ niedrige Eigenfrequenz haben.

Obwohl die Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 nicht so wirksam zur Erzeugung einer großen Frequenzdifferenz ist wie die im vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, treten offensichtlich weniger Herstellungsschwierigkeiten auf.

Die Ausführungsformen nach F i g. 4 und F i g. 6 und 7 veranschaulichen Schlitzgruppierungen bei so einem Anodensystem mit 32 Anodenstegen und 16 Schlitzen. Wie bereits gesagt, muß eine Gruppe, wie beispielsweise die Gruppe 52, in Umfangsrichtung des Anodenzylinders 11 hinreichend ausgedehnt sein, um eine Kopplung zwischen den Schlitzen der ihr benachbarten Gruppen, im zitierten Beispiel also der Gruppen 53 und 53', wirksam zu verhindern und eine Neuverteilung von durch die Schlitzmodi dieser Gruppen geballten Elektronen zu bewirken. Wenn sich z. B. der Elektronenstrom in Fig. 7 im Uhrzeigersinn bewegt, werden seine Elektronen beispielsweise durch den Schlitzmodus der Gruppe 53' geballt. Da der Schlitzmodus der nächstfolgenden Schlitzgruppe 52 eine vollständig andere Feldverteilung (auf Grund der anderen Eigenfrequenz der dieser Gruppe zugehörigen Schlitze) hat, werden die in diesem Bereich eintretenden Elektronen entsprechend dieser anderen Feldverteilung neu verteilt und damit entballt; sie geben daher nicht zur Erzeugung von Nebenschwingungen Anlaß.

Wenn eine Schlitzgruppe, beispielsweise die Schlitzgruppe 53', zu ausgedehnt ist, kann andererseits eine unerwünschte Wechselwirkung stattfinden, ehe die Elektronen entballt werden. Umgekehrt ist eine Schlitzgruppe, wenn sie zu wenig ausgedehnt ist, wenn sie also beispielsweise nur aus zwei Schlitzen besteht, gegebenenfalls nicht wirksam genug, um die durch den Schlitzmodus der vorhergehenden Gruppe geballten Elektronen neu zu verteilen. Das gewünschte Optimum muß durch Versuche festgestellt werden. Während die optimale Gruppenanzahl für eine Anode mit 16 Schlitzen, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, vier beträgt, ist die optimale Gruppenanzahl für eine Anode mit 10 Schlitzen zwei, wie in F i g. 8 dargestellt ist. 55

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   I. Magnetronröhre der Radbauart mit einem die Kathode koaxial umschließenden Anoden- 60 system, dessen untereinander gleiche Hohlraumresonatoren symmetrisch um die Kathode (Röhrenachse) angeordnet sind und dessen die plattenförmigen Anodenstege tragender Anodenzylinder mit einem ihn umgebenden metallischen 65 Teil einen koaxialen Resonator bildet, der, über den Umfang des Anodensystems verteilt, mit bestimmten Hohlraumresonatoren des Anodensystems durch jeweils einen im Anodenzylinder in Höhe der Anodenstege vorgesehenen Schlitz gekoppelt ist, der parallel zur Röhrenachse verläuft und dessen Länge wesentlich größer ist als die axiale Länge der Anodenstege, und bei der Mittel vorgesehen sind, um von den Koppelschlitzen durch Nebenkopplung verursachte un·⁴ erwünschte Schwingungsmodi (Schlitzmodi) zu unterdrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die die Unterdrückung dieser Schlitzmodi bewirkenden Mittel darin bestehen, daß das von den Koppelschlitzen (12) gebildete Netzwerk über den Umfang des Anodenzylinders verteilte verlustfreie Ungleichförmigkeiten aufweist.
2. 2. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichförmigkeiten darin bestehen, daß mindestens ein Teil der Koppelschlitze (12) verschieden lang ist (F i g. 5).
3. 3. Magnetronröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichförmigkeiten darin bestehen, daß mindestens ein Teil der Koppelschlitze (12) von den jeweils benachbarten Koppelschlitzen (12) einen verschieden großen Abstand besitzt (F i g. 3).
4. 4. Magnetronröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichförmigkeiten darin bestehen, daß mindestens ein Teil der Koppelschlitze (12) mit mindestens einem der jeweils benachbarten Koppelschlitze (12) durch einen quer zu den Koppelschlitzen (12) verlaufenden Schlitz (55) verbunden ist (F i g. 2).
5. 5. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichförmigkeiten darin bestehen, daß mindestens ein Teil dei Koppelschlitze (12) an den Enden breiter oder schmaler ist als in der Mitte (Fig. 4).
6. 6. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichförmigkeiten darin bestehen, daß mindestens ein Teil der für sich jeweils gleich breiten Koppelschlitze (12) verschieden breit ist (F i g. 6, 7).
7. 7. Magnetronröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschlitze (12) gruppenweise mit innerhalb der Gruppen gleichem Abstand voneinander angeordnet sind und die Koppelschlitze (12) jeder Gruppe untereinander gleich sind (Fig. 4; 6, 7; 8).
8. 8. Magnetronröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier paarweise untereinander gleiche Gruppen von Koppelschlitzen (12) vorgesehen sind, die jeweils vier Schlitze umfassen und abwechselnd aufeinanderfolgen (Fig. 4; 6, 7).
9. 9. Magnetronröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von Koppelschlitzen (12) vorgesehen sind, die jeweils fünf Schlitze umfassen (F i g. 8).

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Britische Patentschrift Nr. 611 505;

   »Travaux Du Congres International 'Tubes Hyperfrequences', Paris 29. 5. bis 2. 6. 1956«, Bd. 1, S. 167 ff.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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