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Die Erfindung betrifft eine verhältnismäßig billige Magnetronröhre,
bei der die Auskopplung der erzeugten Schwingungsenergie und die Abführung der im
Anodenkörper der Röhre erzeugten Wärme selbst bei höheren Leistungen und Dauerbetrieb
hinreichend gewährleistet ist.
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Bekannt sind bereits Magnetronröhren mit einem die Kathode konzentrisch
umgebenden Anodenkörper, der seinerseits von einer einen Teil der Vakuumhülle bildenden
Hülse umgeben ist, die aus einem keramischen Material besteht, das für Mikrowellenenergie
gut durchlässig ist, und bei der die Auskopplung der erzeugten Schwingungsenergie
aus dem Anodenkörper über mindestens eine Öffnung in der zylindrischen Außenwand
des Anodenkörpers durch die keramische Hülse hindurch erfolgt (vgl. z. B. die französische
Patentschrift 1173 546). Bei diesen bekannten Röhren ist insbesondere auch
schon die Erwärmung der keramischen Hülse am Ort der Energieauskopplung wesentlich
geringer als bei den vielfältig bekannten Magnetronröhren mit einem kleinen dielektrischen
Auskopplungsfenster, insbesondere wenn ein keramisches Material verwendet wird,
das einen guten Wärmeleiter darstellt, wie es beispielsweise aus der »Siemens-Zeitschrift«,
Juli 1958, S. 498 ff., bekannt ist. Trotzdem stellt für höhere Leistungen sowie
bei Dauerbetrieb die Abführung der im Anodenkörper der Magnetronröhre erzeugten
Wärme noch ein Problem dar.
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Dieses Problem wird bei einer Magnetronröhre der ; vorgenannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zylindrische Außenwand des Anodenkörpers
mit der Innenfläche der keramischen Hülse ringsum in inniger Berührung steht.
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Die keramische Hülse besteht vorzugsweise aus ; Berylliumoxyd.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung. Es
zeigt .
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F i g. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vielschlitzmagnetronröhre
(Radbauart), F i g. 2 einen Teillängsschnitt der Röhre nach F i g. 1 längs der Linie
2-2, F i g. 3 eine Seitenansicht eines Magnetronoszillators unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Magnetronröhre nach F i g. 1, F i g. 4 einen Ouerschnitt durch
den Magnetronoszillator längs der Linie 4-4 der F i g. 3, F i g. 5 einen Längsschnitt
einer weiteren Magnetronröhre gemäß der Erfindung, bei der die Anode aus einer Verzögerungsleitung
mit ineinandergreifenden Gliedern besteht (Interdigitalbauart) und F i g. 6 eine
Seitenansicht eines Magnetronoszillators nach Art der F i g. 3 mit einer Verdampfungskühlvorrichtung.
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F i g. 1 zeigt eine Vielschlitzmagnetronröhre 10 der Radbauart mit
einem Röhrenkolben, der aus einer keramischen Hülse 12 und zwei metallischen Deckeln
14 mit einspringenden zentralen Teilen 30 besteht. Der Anodenkörper 16 ist in bekannter
Weise aufgebaut. Er besitzt mehrere über seinen Umfang in regelmäßigen Abständen
angebrachte Rippen 18, die sich von der zylindrischen Außenwand 17 des Anodenkörpers
radial nach innen erstrecken und die Hohlraumresonatoren begrenzen. Konzentrisch
zum Anodenkörper 16 ist eine Kathode 20 angeordnet. Ein Auskopplungsschlitz 22 ist
in der Außenwand 17 des Anodenkörpers 16, die die Rückwand der Hohlraumresonatoren
bildet, angebracht.
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Die keramische Hülse 12 hat eine gleichmäßige Wandstärke. An der Innenseite
besitzt sie nahe ihrem einen Ende einen schmalen ringförmigen Vorsprung 24, der
während des Zusammenbaus der Röhre zur Abstützung des Anodenkörpers 16 dient. Ferner
ist in der Hülse 12 eine Öffnung 26 vorgesehen, durch die eine Anodenspannungszuführung
28 vakuumdicht durchgeführt ist. Die keramische Hülse 12
besteht aus einem
Werkstoff, der für Mikrowellenenergie gut durchlässig ist und einen guten Wärmeleiter
darstellt. Ein solcher Stoff ist z. B. Berylliumoxyd von 98 Klo Reinheit.
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Erfindungsgemäß steht die zylindrische Außenwand 17 des Anodenkörpers
16 mit der Innenfläche der keramischen Hülse 12 ringsum in inniger Berührung, z.
B. durch Anlöten an die vormetallisierte Innenfläche der keramischen Hülse. Der
Auskopplungsschlitz 22 befindet sich so in unmittelbarer Nachbarschaft der keramischen
Hülse 12, wodurch eine wirksame Energieübertragung durch den Schlitz 22 und die
Hülse-12 hindurch ermöglicht ist. Die Rippen 18 haben gleiche Abstände von den Deckeln
14. Die kegelstumpfförmig einspringenden Teile 30 der Deckel sind jeweils durch
ein kreisförmiges Endteil 32 abgeschlossen, das in der Mitte eine kleine kreisförmige
Erhöhung 34 zeigt. Die Erhöhungen 34 dienen zur Halterung der Kathode 20; zugleich
erlauben sie die Zuführung der Kathodenspannung. Die Endteile 32 bilden den seitlichen
Abschluß des Wechselwirkungsraumes und sorgen dafür, daß die Elektronen innerhalb
dieses Raumes bleiben. Die kegelstumpfförmig einspringenden Teile 30 sind so gestaltet,
daß sie die Polschuhe 46 (F i g. 3) des für den Betrieb erforderlichen Dauermagneten
aufnehmen können. In den unteren Deckel 14 ist ein Pumpstutzen 36 vakuumdicht eingesetzt.
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F i g. 2 zeigt die Anordnung des Auskopplungsschlitzes 22. Die Hantelform
des Schlitzes 22 ist für die Zwecke der Erfindung nicht wesentlich.
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Das Berylliumoxyd, aus dem die keramische Hülse 12 besteht, ist für
Mikrowellenenergie außerordentlich durchlässig; die Mikrowellenenergie kann so durch
die Hülse 12 ohne nennenswerte Verluste hindurchtreten. Infolgedessen kann das sonst
vielfach benutzte besondere Auskopplungsfenster wegfallen. Der einfache zylindrische
Aufbau ohne ein besonderes, für Mikrowellenenergie durchlässiges Auskopplungsfenster
und ohne einen besonderen Auskopplungs-Wellenleiter vereinfacht den Aufbau der Röhre
wesentlich und setzt demgemäß ihre Herstellungskosten entsprechend herab. Auch wird
die Gesamtzahl der Stellen des Röhrenkolbens verringert, an denen Leckverluste infolge
mangelnder Vakuumdichtigkeit auftreten können. wodurch die Betriebssicherheit erhöht
wird.
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In F i g. 3 ist ein Gehäuse 38 gezeigt, in das eine Magnetronröhre
10 der in F i g. 1 gezeigten Art mit ihren Kühl- und Mikrowellen-Energicabführungsvorrichtungen
eingesetzt werden kann. Das Gehäuse 38 ist in zwei Kammern unterteilt, die durch
eine dielektrische Platte 44 getrennt sind. An jeder Kammer sind außen Kühlrippen
40 angebracht. Zwei als Hohlleiter ausgebildete Durchlässe 42 dienen zur
Abführung der erzeugten Mikrowellenenergie zu einer äußeren Last. F i g. 4 zeigt,
wie die Hohlleiter 42 beispielsweise ausgebildet sein können. Ferner
sind
Ausnehmungen 52 vorhanden, in die die Magnetronröhre eingesetzt ist. Die beiden
Polschuhe 46
sitzen in Öffnungen 50. Der Dauermagnet 48 erzeugt
das magnetische Feld, das zum Betrieb der Magnetronröhre erforderlich ist. Die Polschuhe
46 und die Magnetronröhre 10 sitzen mit geringem Spiel in ihren jeweiligen
Ausnehmungen bzw. Öffnungen, um das leichtere Einsetzen zu ermöglichen, wobei jedoch
der Abstand der Magnetronröhre von der Wand der Öffnung 52 so gering ist, daß der
Wärmeübergang nicht wesentlich gestört wird.
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Das Gehäuse 38 besteht aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit,
z. B. Aluminium, und steht in engem Wärmekontakt mit der gesamten großen Außenfläche
der keramischen Hülse 12 der Magnetronröhre, die ebenfalls einen sehr guten
Wärmeleiter darstellt. Die Kühlrippen 40 verbessern die Wärmeabführung noch
wesentlich, insbesondere wenn sie zusätzlich gekühlt werden, z. B. durch Anblasen
mit Luft. Durch die Kombination dieser Maßnahmen kann die Wärmebelastbarkeit einer
erfindungsgemäßen Magnetronröhre ganz erheblich gesteigert werden.
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Zur Abnahme der erzeugten Mikrowellenenergie genügt es, die Hohlleiter
42 im Gehäuse 38 an den Stellen enden zu lassen, wo sie den Auskopplungsöffnungen
22 der eingesetzten Magnetronröhre gegenüberstehen. Da das Gehäuse 38 die
Magnetronröhre vollständig umgibt, kann keine Mikrowellenenergie an unerwünschten
Stellen austreten; Strahlungsstörungen sind also nicht zu befürchten.
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Die Kathode 20 wird dadurch in Betrieb gesetzt, daß man eine
Spannung zwischen den beiden Kammern des Gehäuses 38 anlegt. Diese gelangt dann
über die Deckel 14 an die beiden Enden der Kathode. Die Anodenspannung wird
zwischen der Zuführung 28 und der (einseitig mit Masse verbundenen) Kathode
20 angelegt. Die Betriebsweise einer derartigen Magnetronröhre ist im übrigen
an sich bekannt. Beim Durchtritt der erzeugten Mikrowellenenergie durch die Auskopplungsöffnung(en)
22, die keramische Hülse 12 und den (die) Hohlleiter 42 wird
in der keramischen Hülse 12 nur sehr wenig Wärme erzeugt, da deren Werkstoff
einen sehr niedrigen Verlustfaktor aufweist. Da außerdem die keramische Hülse eine
große Oberfläche aufweist, wird die geringe Wärmemenge, die durch den Auskopplungsvorgang
in der keramischen Hülse erzeugt wird, gut verteilt. Da sich zudem das Gehäuse
38 in engem Wärmekontakt mit der keramischen Hülse befindet, wird eine sehr
gute Wärmeabführung ermöglicht.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Röhre mit der
in F i g. 1 gezeigten Anodenart beschränkt. So zeigt F i g. 5 z. B. eine Magnetronröhre,
bei der eine Anode 54 mit ineinandergreifenden Gliedern verwendet ist (Interdigitalbauart).
Im übrigen entspricht die Konstruktion derjenigen nach F i g. 1; einander entsprechende
Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Anstatt der Luftkühlung gemäß F i g. 3 kann auch Wasserkühlung angewandt
werden. So zeigt F i g. 6 beispielsweise eine mit Polschuhen 46 versehene
Magnetronröhre in einem Gehäuse 38, das ähnlich dem nach F i g. 3 aufgebaut
ist, das jedoch mit einem Verflüssiger 56 verbunden ist. Dieser enthält einen
Wärmeaustauscher 58, dem der im Gehäuse 38 erzeugte Dampf über ein
Rohr 60 zugeführt wird. Der im Verflüssiger 56 wieder in eine Flüssigkeit
verwandelte Dampf wird über ein Rohr 62 zur Magnetronröhre zurückgeleitet.
Die Flüssigkeitskühlung hat den weiteren Vorteil, daß das Kühlmittel in unmittelbarer
Berührung mit der Außenfläche der Magnetronröhre stehen kann, so daß ein massives
Gehäuse 38, wie in F i g. 3, in Wegfall kommen kann. Der Kühlmittelfluß ist in F
i g. 6 durch Pfeile angegeben.