DE1298638B - Auskoppelvorrichtung fuer eine kreiszylindrische Magnetronroehre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine kreiszylindrische des die Magnetronröhre durchsetzenden Magnet-Magnetronröhre mit um eine zentrale Katode ange- feldes (Hauptmagnetfeld) sehr stark vermindert,
ordneten, das Anodensystem bildenden Hohlraum- Die Lochbildung im dielektrischen Fenster kann resonatoren, bei der die Energieauskopplung aus auf einer Multipaktorentladung beruhen, die mancheinem der Hohlraumresonatoren mittels einer im 5 mal unbeabsichtigt herbeigeführt, zwischen den ein-Anodenblock vorgesehenen, radialen Öffnung (Aus- ander gegenüberliegenden, leitenden Flächen der koppelöffnung) erfolgt, an die sich gleichachsig ein metallischen Teile, z. B. zwischen den auseinandersich geradlinig in radialer Richtung erstreckender laufenden Flächen des Impedanzanpassungsgliedes, Hohlleiterabschnitt anschließt, der an seinem der aufrechterhalten bleibt. Diese Art Entladung kann Katode abgewendeten Ende mit einem für Hoch- io auftreten und beibehalten werden, wenn gewisse krifrequenzenergie durchlässigen, dielektrischen Fenster tische Bedingungen hinsichtlich des Abstandes der vakuumdicht verschlossen und in seinem Innern mit gegenüberliegenden Flächen, der Betriebsfrequenz einem Impedanzanpassungsglied versehen ist, das aus und -spannung und hinsichtlich des Vorhandenseins zwei sich parallel zur Achse des Hohlleiterabschnitts eines magnetischen Feldes mit einem besonderen erstreckenden, einander mit Abstand gegenüber- 15 Wert erfüllt werden. Wenn die Multipaktorentladung stehenden, metallischen Teilen konstanter Breite be- neben dem dielektrischen Fenster auftritt, kann ein steht, die, zwischen sich einen auf die Auskoppel- Beschüß des Fensters mit energiereichen Elektronen Öffnung im Anodenblock ausgerichteten Wellenfort- auftreten, der zur zuvor erwähnten Lochbildung im pflanzungsraum (Kanalabschnitt) begrenzend, mit Fenster führt. Die erwähnten kritischen Bedingungen ihren katodenseitigen Enden dicht ander Außenwand so werden besonders leicht erfüllt, wenn die gegenüberdes Anodenblocks anliegen und leitend mit dieser liegenden Metallteile entgegengesetzt auseinanderverbunden sind und deren katodenseitige Abschnitte laufende Neigungsflächen besitzen, der Röhrenachse so ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den dicht benachbart sind und relativ starken magneeinander zugewendeten Wänden der beiden me- tischen Streufeldern des die Röhre durchsetzenden tallischen Teile konstant ist, wogegen deren fenster- 25 Hauptmagnetfeldes ausgesetzt sind,
seitige Abschnitte so ausgebildet sind, daß sich der Die magnetische Abschirmung kann aus einem Abstand zwischen den einander zugewendeten Wän- oder mehreren weichmagnetischen Elementen beden der beiden metallischen Teile in Richtung zum stehen, die in einer zum Hauptmagnetfeld parallelen dielektrischen Fenster hin kontinuierlich immer Ebene um den betreffenden Teil des Hohlleiterstärker vergrößert, und bei der nach Patentanmeldung 30 abschnitte angeordnet sind.

P12 85 069.0-35 (deutsche Auslegeschrift 1285 069) Vorzugsweise besteht die magnetische Abschir-

das Impedanzanpassungsglied, das sich von der Aus- mung aus einem weichmagnetischen Ringkörper, der

koppelöffnung im Anodenblock in Richtung zum di- einen Teil der Wand des Hohlleiterabschnitts bildet

elektrischen Fenster hin über insgesamt etwa eine und dessen Innenseite mit einem elektrisch gut leiten-

Viertelwellenlänge, bezogen auf die mittlere Betriebs- 35 dem Material überzogen ist.

frequenz der Röhre, erstreckt, vor der genannten Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf

kontinuierlichen Abstandsvergrößerung durch einen die Figuren verwiesen.

stufenartigen Vorsprung der einen und einen stufen- Fig. 1 zeigt einen etwas schematischen Schnitt

artigen Zurücksprung der anderen der einander zu- durch eine Magnetronröhre nach der Erfindung;

gewendeten Wände der beiden metallischen Teile 40 Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in

mit einer solchen für die Wellenenergie im wesent- Fig. 1;

liehen reflexionsfreien Sprungstelle versehen ist, F i g. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht und zeigt, daß für durch die Auskoppelöffnung im Anoden- wie gemäß der Erfindung der Elektronenbeschuß des block hindurchgetretene Partikelchen ein geradliniges dielektrischen Fensters vermindert wird;
Durchsetzen des Kanalabschnitts des Impedanz- 45 Fig. 4 ist ein etwas schematischer Teilschnitt anpassungsgliedes von der Auskoppelöffnung im durch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Anodenblock zum dielektrischen Fenster hin unter- Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist die Magnetronbunden ist. röhre eine von mehreren Hohlraumresonatoren um-

Das Hochfrequenz durchlässige, dielektrische gebene zentrale Katode 1 auf. Das die Magnetron-Fenster im Hohlleiterabschnitt derartiger Magnetron- 50 röhre axial durchsetzende Magnetfeld ist an der röhren, die als Hochleistungsgrößen im UKW- bis Stelle H angedeutet.

Millimeterwellenbereich arbeiten, werden im allge- In die metallische Hülle 5 der Magnetronröhre ist meinen beschädigt, und zwar durch sich bildende eine Auskoppelvorrichtung 3 eingepaßt, die den AusSprünge und Löcher, deren Ursache unterschiedlich gangshohlraumresonator 2 über eine Auskoppelsem kann. . _ 55 Öffnung 9 im Anodenblock 4 auskoppelt. Die

In der Patentanmeldung P12 85 069.0-35 (deutsche Auskoppelvorrichtung 3 enthält einen Hohlleiter-Auslegeschrift 1285069) ist die Aufgabe gelöst, abschnitt 6 mit einem Impedanzanpassungsglied 10, Fensterschäden infolge von Sprungbildungen zu ver- das vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen meiden. stark leitenden Metall mit niedrigen Verlusten im

Um auch Fensterschäden infolge von Lochbildun- 60 UKW- bis Millimeterwellenbereich besteht,
gen zu unterbinden, ist in Weiterbildung des Gegen- Das Anpassungsglied 10 enthält zwei Teile 11 und Standes des Hauptpatents eine Magnetronröhre der 12, die — wie besser aus der Fig. 2 zu erkennen eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch ist — einen H-förmigen Hohlleiterkanal in der Ausgekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der kon- koppelvorrichtung bilden. Die Außenenden der Teile tinuierlichen Abstandsvergrößerung der beiden me- 65 11 und 12 sind auf der der Auskoppelöffnung 9 enttallischen Teile eine magnetische Abschirmung vor- gegengesetzten Seite so ausgestaltet, daß ihre gegengesehen ist, die das dort im Raum zwischen den überliegenden Oberflächen auseinanderlaufen. Außergenannten metallischen Teilen vorhandene Streufeld dem weisen die Teile 11 und 12 jeweils einen recht-

Weise wird das Elektron veranlaßt, unter einem schiefen Winkel an einem Punkt 26 der gegenüberliegenden schrägen Fläche aufzutreffen. Wie es allgemein bekannt ist, tritt eine Emission von Sekundär-5 elektronen leichter bei schrägem Einfall als bei senkrechtem Einfall auf. Bei diesem schrägen Einfall werden Sekundärelektronen an dem Punkt 26 ausgelöst, die in Richtung auf die erste schräge Fläche ebenfalls unter einem schiefen Winkel zurückfliegen. Viele

Das Problem der Lochbildung im Fenster 8 wird dadurch gelöst, daß das Magnetfeld im Bereich der kontinuierlichen Abstandsvergrößerung der beiden metallischen Teile 11 und 12 derart geändert wird,

winkligen Knick in Form eines stufenartigen Vorsprungs 18 bzw. eines stufenartigen Zurücksprungs 17 auf, die eine im wesentlichen reflexionsfreie Sprungstelle für die Wellenenergie bilden.

Dicht neben den auseinanderlaufenden Außenenden der Teile 11 und 12 befindet sich ein dielektrisches Fenster 8, das in geeigneter Weise quer zum äußeren Ende des Hohlleiterabschnitts 6 luftdicht befestigt ist. Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, kann das

Fenster 8 in einem Metallflansch 7 eingeschmolzen io dieser Sekundärelektronen streifen die Oberfläche der

sein, der seinerseits an einer Schulter eines mit dem zuerst genannten Fläche und fliegen weiter, bis sie

Außenende des Hohlleiterabschnitts 6 in Verbindung auf das dielektrische Fenster E in F i g. 3 treffen. Auf

stehenden Ringkörpers 24 angeschmolzen ist. Der diese Weise ergibt sich ein Elektronenbeschuß des

Ringkörper 24 bildet einen Teil des H-förmigen Fensters, der eine nachteilige Lochbildung hervor-

Hohlleiterkanals und ist daher vorzugsweise aus 15 ruft,
einem Material mit geringen Verlusten im UKW- bis
Millimeterwellenbereich, beispielsweise aus Kupfer,
hergestellt.

Das Mittelstück des H-förmigen Hohlleiterkanals,

das in der Auskoppelvorrichtung von den mit einem 20 daß das Magnetfeld unter dem Zyklotronwert liegt, Abstand voneinander angeordneten Teilen 11 und 12 der für die Aufrechterhaltung einer Hochspannungsgebildet wird, verläuft parallel zum Magnetfeld H multipaktorentladung erforderlich ist, während der Magnetronröhre, wie es durch einen Pfeil H in gleichzeitig unzulässige Änderungen des magneti-F i g. 2 angegeben ist. sehen Feldes, das die Magnetronröhre betreibt, verWenn während des normalen Betriebs der as mieden werden. Dadurch, daß die Stärke des Magnet-Magnetronröhre das Magnetfeld H einen besonderen feldes H im Hohlleiterkanal zwischen den ausein-Wert, nämlich den Zyklotronwert, im Hohlleiterkanal anderlaufenden Flächen der Teile 11 und 12 verrin- und insbesondere im Raum zwischen den ausein- gert wird, kann man die an der einen Fläche, z. B. am anderlaufenden Außenenden der Teile 11 und 12 er- Punkt 25 in F i g. 3 emittierten Elektronen veranlasreicht, dann werden alle Bedingungen erfüllt, um 30 sen, daß sie fast in einem rechten Winkel auf der eine Multipaktorentladung zwischen den gegenüber- gegenüberliegenden Fläche aufschlagen, wie es durch liegenden Flächen der Teile 11 und 12 auszulösen. eine mit Pfeilen versehene, ausgezogene Linie in Die Betriebsfrequenz der Magnetronröhre und die F i g. 3 angegeben ist. Hierdurch wird die Wirksamnormalerweise hohe Betriebsspannung sind während keit der auf der anderen Fläche aufschlagenden des normalen Betriebs gewöhnlich so eingestellt, daß 35 Elektronen bei der Auslösung der Sekundäremission eine Multipaktorentladung aufrechterhalten wird. Da beträchtlich vermindert. Dabei wird auch der Elekdie äußeren Oberflächen der Teile 11 und 12 ausein- tronenbeschuß des Fensters 8 wirksam herabgesetzt, anderlaufen, besteht außerdem eine hohe Wahr- Diese Herabsetzung des Elektronenbeschusses hat scheinlichkeit, daß der Abstand zwischen den gegen- den Zweck, die Lebensdauer des Fensters und somit überliegenden auseinanderlaufenden Flächen an eini- 40 die Lebensdauer der Magnetronröhre wesentlich zu gen Punkten den richtigen Wert aufweist, um die verlängern; tatsächlich geht die Lebensdauer des Phasenbedingung für eine Multipaktorentladung zu Fensters über die normale Betriebsdauer der übrigen erfüllen. Außerdem ist die Streuung des Magnet- Teile der Röhre hinaus. Um die Stärke des magnetifeldes in dem auseinanderlaufenden Bereich gewöhn- sehen Feldes im Bereich der kontinuierlichen Ablich so stark, daß der zuvor genannte Zyklotronwert 45 Standsvergrößerung der beiden Teile 11 und 12 zu erreicht wird, so daß eine Multipaktorentladung bei- verringern, ist eine magnetische Abschirmung vorbehalten wird. gesehen, die dort den Hohlleiterkanal umgibt. Die Gemäß der klassischen Entladungstheorie der Abschirmung lenkt den magnetischen Streufluß des Multipaktoren ist nur ein einziges Elektron erforder- Hauptmagnetfeldes rund um den auseinanderlaufenlich, um eine Entladung in Gang zu setzen; die 50 den Bereich der Teile 11 und 12 der Auskoppel-Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein min- vorrichtung ab und vermindert somit stark das destens eines Elektrons ist in dem auseinanderlaufen- magnetische Feld H zwischen den auseinanderlaufenden Bereich des Impedanzanpassungsgliedes 10 sehr den Flächen, so daß die durch die gestrichelte Linie hoch. Gemäß der klassischen Theorie beträgt die in F i g. 3 angegebene Multipaktorentladung und der normale Betriebsspannung im UKW- bis Millimeter- 55 damit verbundene Elektronenbeschuß des Fensters Wellenbereich zwischen den auseinanderlaufenden vermieden werden. Wenn das Magnetfeld H im BeOberflächen ungefähr 50000 V bei der beschriebenen reich der auseinanderlaufenden Flächen geringer ist, Röhre und ist im allgemeinen zu hoch, um eine wird jedes aus einer dieser Flächen austretende Elek-Multipaktorentladung aufrechtzuerhalten. Wie je- tron unter dem Einfluß des geschwächten Magnetdoch aus der F i g. 3 zu erkennen ist, verläuft der 60 feldes nahezu senkrecht auf der gegenüberliegenden zuvor erwähnte streuende Teil des Magnetfeldes H Fläche auftreffen, was dazu führt, daß eine geringere parallel zu den auseinanderlaufenden Flächen der
Teile 11 und 12 der Auskoppelvorrichtung; wie man
herausgefunden hat, ist dieser Teil des Magnetfeldes
sehr wirksam, um ein z. B. an einem Punkt 25 emit- 65
tiertes Elektron zu veranlassen, einen stark gekrümmten Weg einzuschlagen, der durch eine mit Pfeilen
versehene gestrichelte Linie dargestellt ist; auf diese

Wahrscheinlichkeit zur Auslösung eines Elektrons vorhanden ist, das zurückläuft und das Fenster beschießt.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 enthält die magnetische Abschirmung zwei C-förmige weichmagnetische Elemente 27 beispielsweise aus Stahl, die in einer zum Hauptmagnetfeld parallelen

Ebene um den Teil des Hohlleiterabschnitts 6 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Zwischenräume zwischen den Enden der C-förmigen Elemente so ausgerichtet, daß sie parallel zum Magnetfeld H verlaufen, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Hierbei geht der magnetische Fluß nicht quer durch die Zwischenräume hindurch, so daß die Zwischenräume die Abschirmwirkung der Anordnung nicht vermindert. Wenn auch die C-förmigen Elemente vorzugsweise aus Stahl hergestellt sind, ist auch jedes andere magnetische Material mit hoher Permeabilität geeignet.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung zu sehen, bei der die Abschirmung einen Teil der Wand des Hohlleiterabschnitts bildet. Bei dieser Ausführungsform enthält der Flansch des Fensters einen ringförmigen Körper 28 mit einem weichmagnetischen Ringkörper 19, z. B. aus Stahl hoher Permeabilität, um die zuvor erwähnte Streuung oder Umleitung des magnetischen Flusses rund um die Bereiche der divergierenden Flächen zu bewirken und so jegliche Multipaktorentladung zu unterdrücken. Falls der Stahl außerordentlich hohe Verluste im UKW- bis Millimeterwellenbereich aufweist und daher zur Bildung der Innenwand eines Hohlleiters ungeeignet ist, kann der Ringkörper 19 auch einen Überzug oder einen elektrolytischen Belag 20 aus Kupfer, Silber oder einem anderen Material mit geringen Verlusten im UKW- bis Millimeterwellenbereich tragen. Auf diese Weise kann der Überzug 20 als Verlängerung der Innenwand des Hohlleiters dienen. Zu diesem Zweck braucht nur die Innenfläche des Ringkörpers überzogen zu sein. In der Praxis ist es jedoch zweckmäßiger, den gesamten Ringkörper elektrolytisch zu überziehen und dadurch die gewünschte Innenfläche mit geringen Verlusten im UKW- bis Millimeterwellenbereich und eine korrosionsbeständige Außenfläche zu erzielen.

Die relative Dicke der C-förmigen Elemente 27 oder des Ringkörpers 19 wird durch die Forderung festgelegt, daß die Abschirmung das magnetische Feld im Bereich der auseinanderlaufenden Flächen der Teile 11 und 12 oder dort, wo die Multipaktorentladung unterdrückt werden soll, bis auf einen Wert verringert werden muß, der weit geringer als

der Zyklotronwert—— Weber/m² ist, wobei ω die

Betriebskreisfrequenz der Röhre, e die Ladung und m die Masse eines Elektrons sind. Bei einigen Magnetrons haben sich Elemente als einwandfrei erwiesen, deren Dicke 0,95 cm beträgt und deren Breite so groß ist, daß sie sich im wesentlichen über den gesamten Bereich der auseinanderlaufenden Flächen erstrecken. In anderen Fällen kann eine andere Dicke erforderlich sein.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Kreiszylindrische Magnetronröhre mit um eine zentrale Katode angeordneten, das Anodensystem bildenden Hohlraumresonatoren, bei der die Energieauskopplung aus einem der Hohlraumresonatoren mittels einer im Anodenblock vorgesehenen, radialen Öffnung (Auskoppelöffnung) erfolgt, an die sich gleichachsig ein sich geradlinig in radialer Richtung erstreckender Hohlleiterabschnitt anschließt, der an seinem der Katode abgewendeten Ende mit einem für Hochfrequenzenergie durchlässigen, dielektrischen Fenster vakuumdicht verschlossen und in seinem Innern mit einem Impedanzanpassungsglied versehen ist, das aus zwei sich parallel zur Achse des Hohlleiterabschnitts erstreckenden, einander mit Abstand gegenüberstehenden, metallischen Teilen konstanter Breite besteht, die, zwischen sich einen auf die Auskoppelöffnung im Anodenblock ausgerichteten Wellenfortpflanzungsraum (Kanalabschnitt) begrenzend, mit ihren katodenseitigen Enden dicht an der Außenwand des Anodenblocks anliegen und leitend mit dieser verbunden sind und deren katodenseitige Abschnitte so ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den einander zugewendeten Wänden der beiden metallischen Teile konstant ist, wogegen deren fensterseitige Abschnitte so ausgebildet sind, daß sich der Abstand zwischen den einander zugewendeten Wänden der beiden metallischen Teile in Richtung zum dielektrischen Fenster hin kontinuierlich immer stärker vergrößert und bei der nach Patentanmeldung P 12 85 069.0-35 (deutsche Auslegeschrift 1285 069) das Impedanzanpassungsglied, das sich von der Auskoppelöffnung im Anodenblock in Richtung zum dielektrischen Fenster hin über insgesamt etwa eine Viertelwellenlänge, bezogen auf die mittlere Betriebsfrequenz der Röhre, erstreckt, vor der genannten kontinuierlichen Abstandsvergrößerung durch einen stufenartigen Vorsprung der einen und einen stufenartigen Zurücksprung der anderen der einander zugewendeten Wände der beiden metallischen Teile mit einer solchen für die Wellenenergie im wesentlichen reflexionsfreien Sprungstelle versehen ist, daß für durch die Auskoppelöffnung im Anodenblock hindurchgetretene Partikelchen ein geradliniges Durchsetzen des Kanalabschnitts des Impedanzanpassungsgliedes von der Auskoppelöffnung im Anodenblock zum dielektrischen Fenster hin unterbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der kontinuierlichen Abstandsvergrößerung der beiden metallischen Teile (11, 12) eine magnetische Abschirmung (27 bzw. 19) vorgesehen ist, die das dort im Raum zwischen den genannten metallischen Teilen (11, 12) vorhandene Streufeld des die Magnetronröhre durchsetzenden Magnetfeldes (Hauptmagnetfeld) sehr stark vermindert.

   2. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung aus einem (mehreren) weichmagnetischen Element(en) (27) besteht, das (die) in einer zum Hauptmagnetfeld parallelen Ebene um den betreffenden Teil des Hohlleiterabschnitts (6) angeordnet ist (sind).

   3. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung aus einem weichmagnetischen Ringkörper (19) besteht, der einen Teil der Wand des Hohlleiterabschnitts (6) bildet und dessen Innenseite mit einem elektrisch gut leitenden Material (bei 20) überzogen ist.

   4. Magnetronröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung so ist, daß im Raum zwischen den genannten metallischen Teilen (11,

   12) die Größe des noch vorhandenen Streufeldes ganz wesentlich geringer als der Zyklotronfeldwert -^- Weber/m² ist (ω=Betriebskreisfrequenz

   der Röhre, m = Masse und e = Ladung eines Elektrons).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen