DE1297767B - Magnetron tubes with interrupted short-circuit rings (straps) - Google Patents
Magnetron tubes with interrupted short-circuit rings (straps)Info
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- H01J23/22—Connections between resonators, e.g. strapping for connecting resonators of a magnetron
Description
Die Erfindung betrifft eine Magnetronröhre, deren Anode an jeder Stirnseite mit zwei konzentrischen Kurzschlußringen (Straps) versehen ist, von denen jeweils der eine Ring mit jedem der Stege des einen Satzes und der andere Ring mit jedem der Stege des anderen Satzes der beiden, in Umfangsrichtung der Röhre miteinander alternierenden Anodenstegsätze verbunden ist, bei der die Auskoppeleinrichtung einem einzigen der über den Anodenumfang gleichmäßig verteilten Hohlraumresonatoren zugeordnet ist (Ausgangsresonator) und bei der die vier Kurzschlußringe an bezüglich dem Ausgangsresonator versetzten Stellen unterbrochen sind.The invention relates to a magnetron tube, the anode of which on each end face with two concentric Short-circuit rings (straps) is provided, each of which is one ring with each of the webs of one Set and the other ring with each of the webs of the other set of the two, in the circumferential direction of the Tube is connected to each other alternating anode web sets, in which the decoupling device assigned to a single one of the cavity resonators evenly distributed over the anode circumference is (output resonator) and in which the four short-circuit rings are offset with respect to the output resonator Bodies are interrupted.
Bekanntermäßen können Magnetrons je nach ihren Betriebsparametern in verschiedenen Schwingungsformen oder Modes schwingen, die sich durch unterschiedliche Frequenzen auszeichnen. Diese Modes liegen teilweise eng beieinander, so daß es im normalen Betrieb eines Magnetrons vorkommen kann, daß es plötzlich von einem Mode in einen anderen überspringt und plötzlich in einer anderen Frequenz weiterschwingt. Insbesondere gilt dies für ein Umspringen aus dem π-Mode in den (π—1)-Mode. Bei einer Magnetronröhre, deren Anodenzylinder η Resonatoren aufweist, wird der π-ModeAs is known, magnetrons can oscillate in different waveforms or modes, which are characterized by different frequencies, depending on their operating parameters. These modes are partly close to one another, so that it can happen during normal operation of a magnetron that it suddenly jumps from one mode to another and suddenly continues to oscillate at a different frequency. This applies in particular to a switch from the π mode to the (π −1) mode. In the case of a magnetron tube whose anode cylinder has η resonators, the π mode
auch als—-Mode bezeichnet, der (π—1)-Mode auchalso referred to as —- mode, and (π-1) -mode as well
als f| -Ij-Mode.as f | -Ij mode.
Um den Frequenzabstand zwischen den einzelnen Schwingungsmodes zu vergrößern und damit die Gefahr des unerwünschten Umspringens herabzusetzen, bildet man die einzelnen Hohlraumresonatoren unterschiedlich aus oder verbindet die die Resonatoren trennenden Stege in einer bestimmten Folge durch als »Straps« bezeichnete Kurzschlußringe. Man erreicht damit, daß die Anfachspannung für den (μ—1)-Mode höher als für den π-Mode ist. Bei längeren Anschwingzeiten des Magnetrons kann es vorkommen, daß ein das Magnetron aussteuernder Impulsmodulator während des Anschwingens noch nicht ausreichend durch das Magnetron belastet wird, so daß die Aussteuerspannung einen Wert annimmt, der auch zum Anfachen des {μ—1)-Modes ausreicht.In order to increase the frequency spacing between the individual oscillation modes and thus reduce the risk of undesired jumping, the individual cavity resonators are designed differently or the bridges separating the resonators are connected in a specific sequence by short-circuit rings known as "straps". This means that the starting voltage for the (μ- 1) -mode is higher than for the π-mode. With longer build-up times of the magnetron it can happen that a pulse modulator controlling the magnetron is not yet sufficiently loaded by the magnetron during the build-up, so that the control voltage assumes a value that is also sufficient to increase the {μ- 1) -mode.
Es wurde schon eine Anzahl von Maßnahmen vorgeschlagen, um die Neigung der Anfachung des {71—1)-Modes während des Anschwingvorganges des Magnetrons zu verringern, z. B. eine Phasenverschiebung der beiden Teilschwingungen, die beim (π—1)-Mode auftreten, derart, daß beide mit unterschiedlicher Phase an den Ausgangsresonator gekoppelt werden. Üblicherweise erfolgt dies durch eine Änderung der Ausbildung der Resonatorhohlräume an Stellen des Anodenzylinders, die unsymmetrisch zum Ausgangsresonator liegen. Während die durch eine derartige Phasenverschiebung der Teilschwingungen bewirkte zusätzliche Belastung die Möglichkeit des Frequenzspringens vermindert, bestehen aber doch die beiden Teilschwingungen weiterhin neben dem .i-Mode und werden gegenüber diesem unter gewissen Bedingungen sogar etwas begünstigt, da bei Magnetrons die Anschwingspannung für einen bestimmten Mode umgekehrt proportional der Wellenlänge X dieses Modes multipliziert mit der einer der Hartree-Harmonischen dieses Modes zugeordneten Hartree-Zahl H ist. Betrachtet man beispielsweise ein Magnetron mit 16 Resonatoren, so trifft im allgemeinen der 7-ModeA number of measures have already been proposed in order to reduce the tendency for the amplification of the { 71-1) -mode during the oscillation process of the magnetron, e.g. B. a phase shift of the two partial oscillations that occur in the (π-1) mode, such that both are coupled with different phases to the output resonator. This is usually done by changing the design of the resonator cavities at points on the anode cylinder that are asymmetrical to the output resonator. While the additional load caused by such a phase shift of the partial oscillations reduces the possibility of frequency hopping, the two partial oscillations still exist in addition to the .i-mode and are even somewhat favored compared to this under certain conditions, since with magnetrons the oscillation voltage for a certain mode inversely proportional to the wavelength X of this mode multiplied by the Hartree number H assigned to one of the Hartree harmonics of this mode. If, for example, a magnetron with 16 resonators is considered, the 7-mode generally applies
' η ' η
— - 1 j- oder (π - 1)-Mode- - 1 j or (π - 1) mode
störend mit dem 8-Modeannoying with the 8 mode
oder π-Modelor π-model
2 } 2 }
zusammen, wobei die wichtigste Hartree-Harmonische für den 8-Mode die Harmonische Nr. 8 und für den 7-Mode die Harmonische Nr. 9 ist. Da die Wellenlänge für den 7-Mode kleiner ist als die Wellenlänge für den -8Mode, liegt das Produkt aus der Wellenlänge X für den 7-Mode und der Hartree-Zahl 9 sehr dicht bei dem Produkt aus der Wellenlänge X für den 8-Mode und der Hartree-Zahl 8, so daß ihre Anschwingspannungen verhältnismäßig nahe beieinanderliegen. Bei mit vielen Kurzschlußringen versehenen Anoden ist das ProduktX-H für den 7-Mode niedriger als das Produkt X-H für den 8-Mode, so daß die Überspannung während der Anschwingzeit mindestens für einen kurzen Zeitraum für den unerwünschten Mode begünstigt wird. Dies trifft insbesondere dort zu, wo die Modulatorspannungsimpulse eine sehr kurze Anstiegszeit haben, h. h., die Spannung übersteigt dort leicht die für die Anfachung des π-Modes erforderliche Spannung, bevor der Modulator durch das Magnetron hinreichend belastet wird, um die Spannung auf den gewünschten Wert zu begrenzen.The most important Hartree harmonic for the 8-mode is the harmonic no. 8 and for the 7-mode the harmonic no. 9. Since the wavelength for the 7-mode is smaller than the wavelength for the -8 mode, the product of the wavelength X for the 7-mode and the Hartree number 9 is very close to the product of the wavelength X for the 8-mode and the Hartree number 8, so that their starting voltages are relatively close to one another. In the case of anodes provided with many short-circuit rings, the product X-H for the 7-mode is lower than the product XH for the 8-mode, so that the overvoltage during the build-up time is favored for at least a short period of time for the undesired mode. This is particularly true where the modulator voltage pulses have a very short rise time, hh, the voltage there slightly exceeds the voltage required to amplify the π-mode before the modulator is sufficiently loaded by the magnetron to bring the voltage to the desired value to limit.
Bei bekannten Magnetrons der eingangs erwähnten Art sind die Unterbrechungen der Kurzschlußringe an einer dem Ausgangsresonator gegenüberliegenden Stelle vorgesehen. Dadurch werden zwar die Anfachungseigenschaften für den π-Mode verbessert, die Anfachungseigenschaften für den dicht daneben liegenden (π—1)-Mode werden jedoch nicht weiter beeinflußt. Trotz dieser Maßnahme kann es daher wegen der vorstehend geschilderten Verhältnisse noch zu einem Anschwingen des Magnetrons in einem unerwünschten Mode kommen.In known magnetrons of the type mentioned at the outset, the interruptions in the short-circuit rings are provided at a point opposite the output resonator. Although this improves the amplification properties for the π-mode, the amplification properties for the (π- 1) -mode, which is located close to it, are not influenced any further. Despite this measure, the magnetron can still oscillate in an undesirable mode because of the above-described conditions.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, die Anfachungsbedingungen für die unerwünschten Modes insbesondere für den (π—I)-Mode zusätzlich zu verschlechtern, so daß die Sicherheit des Anschwingens im gewünschten π-Mode erheblich vergrößert wird.In contrast, the object of the invention is to worsen the amplification conditions for the undesired modes, in particular for the (π- I) mode, so that the reliability of the oscillation in the desired π mode is considerably increased.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die vier Kurzschlußringe an bezüglich dem Ausgangsresonator um etwa 90° versetzten Stellen unterbrochen sind. Die Unterbrechung der Kurzschlußringe an diesen Stellen, wo die elektrischen Felder der Teilschwingungen des unerwünschten (π—1)-Modes ein Maximum aufweisen, führt zu einer Verschiebung der Frequenz des (π—1)-Modes gegenüber der Frequenz des π-Modes. Infolge der Erniedrigung der Frequenz des (π—1)-Modes ist dann das Produkt X · H für den (π—1)-Mode größer als das entsprechende Produkt für den π-Mode. Während der endlichen Anschwingzeit übersteigt zwar die rasch ansteigende Modulatorspannung ebenfalls kurzzeitig die Anschwingspannung für die Anfachung des (π—1)-Modes, ohne daß sich jedoch wegen der durch die Erfindung verschlechterten Anfachungsbedingungen des (π—1)-Modes eine Schwingung in diesem Mode aufbauen kann. Das Magnetron be-According to the invention, this object is achieved in that the four short-circuit rings are interrupted at points offset by approximately 90 ° with respect to the output resonator. The interruption of the short-circuit rings at these points where the electric fields of the partial oscillations of the undesired (π-1) mode have a maximum leads to a shift in the frequency of the (π-1) mode compared to the frequency of the π-mode. As a result of the lowering of the frequency of the (π- 1) mode, the product X · H for the (π- 1) mode is then greater than the corresponding product for the π-mode. During the finite build-up time exceeds although the rapidly increasing voltage modulator also briefly the Anschwingspannung for the fanning of (π-1) -Modes without, however, because of the deterioration by the invention Anfachungsbedingungen of (π -1) -Modes a vibration in this mode can build. The magnetron
ginnt vielmehr im jr-Mode zu schwingen, dessen niedriger liegende Anfachungsspannung ebenfalls überschritten worden ist, und belastet den Modulator, so daß die das Magnetron aussteuernde Spannung wieder unter die Anfachungsspannung für den (π—1)-Mode absinkt.Rather, it starts to oscillate in the jr mode, the lower amplification voltage of which has also been exceeded, and loads the modulator so that the voltage controlling the magnetron again drops below the amplification voltage for the (π- 1) mode.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Unterbrechungen der Kurzschlußringe eine Länge aufweisen, die jeweils etwas größer ist als die Dicke der Anodenstege an den Unterbrechungsstellen, und die Unterbrechungen können dort vorgesehen sein, wo der jeweilige Kurzschlußring denjenigen mit ihm nicht verbundenen Anodensteg überbrückt, der einem Anodenradius, der gegenüber der Mittenebene des Ausgangsresonators um 90° gedreht ist, am nächsten liegt. Da die räumliche Verteilung der starken elektrischen Felder der beiden Teilschwingungen des (π—1)-Modes sich über eine Breite erstrecken kann, die größer ist als die Dicke eines Anodensteges, werden diese Teilschwingungen durch eine entsprechend größere Länge der Unterbrechungen besser unterdrückt. Erforderlichenfalls können sich die Unterbrechungen der Kurzschlußringe über ganze Resonanzhohlräume erstrecken.In a further embodiment of the invention, the interruptions in the short-circuit rings can have a length that is slightly greater than the thickness of the anode webs at the interruption points, and the interruptions can be provided where the respective short-circuit ring bridges the anode web that is not connected to it The anode radius, which is rotated by 90 ° with respect to the center plane of the output resonator, is closest. Since the spatial distribution of the strong electric fields of the two partial oscillations of the (π- 1) mode can extend over a width that is greater than the thickness of an anode bar, these partial oscillations are better suppressed by a correspondingly greater length of the interruptions. If necessary, the interruptions in the short-circuit rings can extend over entire resonance cavities.
Ferner können die Unterbrechungen der an der einen Stirnseite der Anode angeordneten Kurzschlußringe und die Unterbrechungen der an der anderen Stirnseite der Anode angeordneten Kurzschlußringe einander diametral gegenüberliegend vorgesehen sein. Dadurch läßt sich eine noch stärkere Verstimmung des (π—1)-Modes erreichen, ohne daß die Frequenz des π-Modes nennenswert beeinflußt wird.Furthermore, the interruptions in the short-circuit rings arranged on one end face of the anode can be used and the interruptions in the short-circuit rings arranged on the other end face of the anode be provided diametrically opposite one another. This allows an even stronger detuning of the (π-1) mode without affecting the frequency the π-mode is influenced significantly.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Darstellungen eines Ausführungsbeispiels. Es zeigtFurther details and configurations of the invention emerge from the following description in connection with the representations of an exemplary embodiment. It shows
F i g. 1 eine Draufsicht auf das Anoden-Kathoden-System einer Magnetronröhre gemäß der Erfindung undF i g. 1 is a plan view of the anode-cathode system of a magnetron tube according to the invention and
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte kreiszylindrische Anode 10 weist eine axiale Öffnung 12 und eine Vielzahl gleichmäßig über den Anodenumfang verteilter Hohlraumresonatoren, von denen einige mit 18, 20, 22, 34, 36 und 38 bezeichnet sind, auf. Die Hohlraumresonatoren sind durch radiale Stege, von denen einige mit 50, 52, 54, 56, 66, 68, 70 und 72 bezeichnet sind, voneinander getrennt, welche zur innerhalb der axialen Öffnung 12 angeordneten Kathode 78 ragen. Aus einem Ausgangsresonator 44 werden die Magnetronschwingungen über eine Koppelvorrichtung 80 ausgekoppelt, die mit dem Ausgangsresonator 44 in Verbindung steht.The circular cylindrical anode 10 shown in Fig. 1 has an axial opening 12 and a plurality evenly distributed over the anode circumference cavity resonators, some of which with 18, 20, 22, 34, 36 and 38 are designated on. The cavity resonators are characterized by radial webs of which some are labeled 50, 52, 54, 56, 66, 68, 70 and 72, separated from each other, leading to the inside the axial opening 12 arranged cathode 78 protrude. From an output resonator 44 are the Magnetron vibrations are coupled out via a coupling device 80 which is connected to the output resonator 44 communicates.
Die Anode ist stirnseitig nahe den freien Stegenden in üblicher Weise mit je zwei konzentrischen Kurzschlußringen 82 und 84 bzw. 81 und 83 versehen. Der innere Ring 82 läuft über Ausschnitte 86 in den Stegen hinweg, die mit dem äußeren Ring 84 verbunden sind, während der äußere Ring 84 über Ausschnitte in den Stegen hinwegläuft, die mit dem inneren Ring 82 verbunden sind. In ähnlicher Weise sind die Ringe 81 und 83 an der anderen Stirnseite der Anode angebracht; sie sind jedoch mit denjenigen Stegen verbunden, über die die entsprechenden Ringe am anderen Ende hinweglaufen, wie dies aus F i g. 2 hervorgeht.The front side of the anode is close to the free ends of the web in the usual way, each with two concentric short-circuit rings 82 and 84 or 81 and 83. The inner ring 82 runs over cutouts 86 in the Bars away, which are connected to the outer ring 84, while the outer ring 84 via cutouts passes in the webs that are connected to the inner ring 82. Similarly, are rings 81 and 83 attached to the other end face of the anode; however, they are with those Connected webs over which the corresponding rings run at the other end, as shown in FIG. 2 emerges.
Bei einer in dieser beschriebenen Weise mit Kurzschlußringen versehenen Magnetronröhre hat eine der Teilschwingungen des (π—-1)-Modes (im veranschaulichten Beispiel mit 16 Resonatoren der 7-Mode) an Stellen, die um etwa 90° gegen den Ausgangsresonator 44 versetzt sind, eine hohe elektrische Feldstärke. Die Kurzschlußringe sind erfindungsgemäß an diesen Stellen unterbrochen, so daß eine Frequenzänderung der unerwünschten Schwingung bewirkt wird. In der veranschaulichten speziellen Ausführungsform ist ein kurzer Abschnitt des äußeren Ringes 84 über dem Steg 70 und in ähnlicher Weise ein kurzer Abschnitt des inneren Ringes 82 über dem Steg 68 entfernt. Die Ringe sind dabei über Stegen unterbrochen, an denen sie nicht befestigt sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegen die Unterbrechungen der Ringe 82 und 84 etwa um 90° im Gegenuhrzeigersinn vom Ausgangsresonator 44 ab. In ähnlicher Weise sind die Kurzschlußringe 81 und 83 an der anderen Stirnseite der Anode an einer in etwa 90° in der anderen Richtung vom Ausgangsresonator versetzten Stelle, also diametral zu den Unterbrechungen der Ringe 82 und 84, angebracht, nämlich über den Stegen 52 und 54. Die vier Unterbrechungen der Ringe 81 bis 84 ergeben eine Verstimmung des (π—1)-Modes auf eine Frequenz, die von der Frequenz bei nicht unterbrochenen Kurzschlußringen bemerkenswert abweicht, wobei diese Verstimmung jedoch nur einen geringfügigen Einfluß auf die Frequenz des π-Modes hat.In a magnetron tube provided with short-circuit rings in the manner described, one of the partial oscillations of the (π- 1) mode (in the illustrated example with 16 resonators of the 7-mode) has at points which are offset by about 90 ° from the output resonator 44, a high electric field strength. According to the invention, the short-circuit rings are interrupted at these points, so that a change in frequency of the undesired oscillation is brought about. In the particular embodiment illustrated, a short portion of outer ring 84 is removed above land 70 and, similarly, a short portion of inner ring 82 is removed over land 68. The rings are interrupted by webs to which they are not attached. As can be seen from FIG. 1, the interruptions in the rings 82 and 84 are approximately 90 ° counterclockwise from the output resonator 44. In a similar way, the short-circuit rings 81 and 83 are attached to the other end of the anode at a point offset by about 90 ° in the other direction from the output resonator, i.e. diametrically to the interruptions in the rings 82 and 84, namely above the webs 52 and 54 The four interruptions of the rings 81 to 84 result in a detuning of the (π- 1) mode to a frequency which deviates significantly from the frequency of uninterrupted short-circuit rings, but this detuning only has a slight influence on the frequency of the π mode Has.
Wenn eine bestimmte Anwendung eine noch größere Abweichung der Frequenz des unerwünschten Modes erfordert, können die Unterbrechungen der Kurzschlußringe auch verlängert werden, da der Bereich hoher elektrischer Felder für den (π—I)-Modes über relativ große Sektoren der Magnetronröhre reicht. Die Unterbrechungen können sich gegebenenfalls über ganze Resonanzhohlräume erstrecken, je nachdem, wie weit die Frequenz des unerwünschten Modes verstimmt werden soll.When a particular application has an even greater deviation of the frequency of the undesirable Modes requires, the interruptions of the short-circuit rings can also be extended as the Area of high electric fields for the (π-I) -mode extends over relatively large sectors of the magnetron tube. The interruptions may vary extend across entire resonance cavities, depending on how far the frequency of the undesired Modes should be detuned.
Ebenso kann, da die Teilschwingungen des unerwünschten Modes zu beiden Seiten des Ausgangsresonators auftreten, eine zusätzliche Verstimmung noch dadurch erzielt werden, daß auf jeder Anodenstirnseite 10 an diametral gegenüberliegenden Stellen entsprechende Abschnitte der Kurzschlußringe entfernt werden.Likewise, there can be the partial oscillations of the undesired mode on both sides of the output resonator occur, an additional detuning can be achieved that on each anode face 10 corresponding sections of the short-circuit rings removed at diametrically opposite points will.
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