DE1541926A1 - Mikrowellenroehre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern - Google Patents

Description

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y,,USA

Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern. Diese Mikrowellenröhre, die zur Erzeugung von Mikrowellenenergie bestimmt ist, weist eine ringförmige Anode auf, die zumindest teilweise einen axial verlaufenden Raum begrenzt, in dem eine Kathode angeordnet ist. Der Zwischenraum zwischen der Anode und der Kathode dient als Wechselwirkungsraum. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, durch die in dem Wechselwirkungsraum ein axial verlaufendes magnetisches Gleichfeld hervorrufbar ist. Weiterhin ist die Mikrowellenröhre mit einem Hohlraumresonator versehen, der das frequenzbestimmende Glied der Mikrowellenröhre ist. Eine solche Mikrowellenröhre ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Anodenteil aufweist, durch den zumindest teilweise ein innerer und ein äußerer Hohlraum begrenzt sind, die durch

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einen Durchgang am Ende dieses Anodenteiles miteinander verbunden sind, und daß der innere Hohlraum zusammen mit dem äußeren Hohlraum und dem Durchgang den frequenzbestimmenden Hohlraumresonator der Mikrowellenröhre bilden.

Die Erfindung beinhaltet eine Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern der oben beschriebenen Art, die eine ringförmige Anode aufweist, die einen äußeren axial verlaufenden Ringraum umschließt. Außerdem begrenzt diese Anode einen inneren axial verlaufenden Ringraum und einen radial verlaufenden Durchgang, der den äußeren und den inneren axial verlaufenden Ringraum etwa in der Mitte der Anode miteinander verbindet. Dieser radial verlaufende Durchgang unterteilt die Anode in einen Anodenteil, der in der Nähe des einen Anodenendes angeordnet ist,und in einen zweiten Anodenteil, der in der Nähe des anderen Anodenesdfcs angeordnet ist. Diese Anodenteile weisen eine Anzahl axial verlaufender Segmente auf, die von den Innenflächen der Anodenteile ausgehen und radial in den inneren axial verlaufenden Ringraum hineinragen. Diese Anodensegmente begrenzen eine entsprechende Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen. Von de» ersten Anodenteil geht eine Anzahl von axial verlaufenden Stäben aus, die in den Vertiefungen im zweiten Anodenteil angeordnet , sind und von den entsprechenden Anodensegmenten der zweiten Anode einen gewissen Abstand haben. Von dem zweiten Anodenteil

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geht ebenfalls eine Anzahl axial verlaufender STäbe aus, die in den Vertiefungen des ersten Anodenteils angeordnet sind und von den entsprechenden Anodensegmenten des ersten Anodenteils einen gewissen Abstand haben. Innerhalb des inneren axial verlaufenden Raumes ist eine Kathode eingesetzt, die mit dem Anodenteil zusammenwirkt, so daß zwischen den Anodenteilen und der Kathode ein axial verlaufender ringförmiger Wechselwirkungsraum entsteht. Die Kathode weist eine elektronenemittierende Schicht auf, die innerhalb der Anodenteile angeordnet ist und neben dem inneren Teil des Wechselwirkungsraumes liegt. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um im äußeren axial verlaufenden Raum und im Wechselwirkungsraum ein axial verlaufendes magnetisches Gleichfeld hervorzurufen. Die beiden Enden der Anoden und die axial verlaufenden Räume sind verschlossen. Die Anoden, die die axial verlaufenden Räume enthalten,und der radial verlaufende Durchgang innerhalb der Anode begrenzen einen gefalteten Ilohlrau: ^sonator für die Mikrowellenröhre, der das frequenzbestinmende. Cj,ä ist.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Oszillatorschaltkreis mit einer Mikrowellenröhre nach der Erfindung.

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Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch den Oszillator aus Fig. 1 und zeigt, wie die Mikrowellenröhre mit gekreuzten Feldern nebst den magnetischen Feldspulen, den Kopplern und den Filtern in den Oszillator eingesetzt ist.

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Mikrowellenröhre, die im Oszillator nach Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Teil der Mikrowellenröhre aus Fig. 3 längs der Linie 4-4.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die Mikrowellenröhre nach Fig. 3 längs der Linie 5-5.

Fig. 6 zeigt perspektivisch, wie Teile der beiden Anoden in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.

Fig. 7 ist eine Endansicht auf eine der Anoden, die einen Teil der Mikrowellenröhre aus Fig. 3 bildet.

Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch die Anode nach Fig. 7 längs der Linie 8-8.

Fig. 9 zeigt schematisch und abgewickelt, wie die Anoden von innen aussehen.

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Fig. 10 ist ein Querschnitt durch die Mikrowellenröhre nach der Fig. 3 längs der Linie 10-10.

Fig. 11 bis Fig. 16 zeigen vergrößerte Ausschnitte eines Querschnitts durch die Mikrowellenröhre nach Fig. 3 längs der Linie 11-11 und dienen der Darstellung der verschiedenen elektrischen und magnetischen Felder innerhalb der Röhre.

Fig. 17 und Fig. 18 sind graphische Darstellungen und zeigen verschiedene Betriebskennlinien der Mikrowellenröhre nach den Fig. 3 bis 1o.

Fig. 19 zeigt schematisch einen Verstärker zur Verstärkung der Ausgangsgröße des Mikrowellenoszillators nach Fig. 2. In diesem Verstärker wird eine Mikrowellenröhre nach der Erfindung verwendet.

Fig. 20 ist ein Längsschnitt durch den Verstärker aus Fig. 19 und zeigt die Mikrowellenröhre und die Schaltverbindungen für die Mikrowellenröhre sowie die Magnetfeldspulen und die Verstärkereingangs- und -ausgangskreise.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Oszillatorschaltkreis 50 dargestellt, der die Merkmale der Erfindung aufweist. Der Oszillator 50 ist an ein Edison-Netz von 236 V angeschlossen >

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dessen Frequenz 60 Hz beträgt. Das Edison-Netz weist zwei stromführende Leitungen L1 und L 2 und einen Nulleiter N auf. Diese drei Leiter enden an einem zugeordneten Klemmbrett B. Der Oszillatorschaltkreis 50 weist eine Stromversorgung 51 mit zwei Eingängen 52 und 53 auf, mit denen die stromführenden Leitungen L1 und L2 des Netzes verbunden sind. An den beiden Ausgangsklemmen 54 und 55 der Stromversorgung wird ein gleichgerichteter und gefilterter Gleichstrom verhältnismäßig niedriger Spannung abgenommen, der der Mikrowellenröhre des Oszillatorschaltkreises 50 als Betriebsspannung zugeführt wird. An den Ausgängen 56 und 57 der Stromversorgung 51 wird ein Wechselstrom verhältnismäßig niedriger Spannung abgenommen, der als Heizstrom für die Mikrowellenröhre im Oszillatorschalt kreis 50 dient. Die Eingänge 52 und 53 der Stromversorgung 51 sind mit den Ausgangsklemmen 54 und 55 durch einen Konverter verbunden, der aus einer Kombination von Kondensatoren und Gleichrichtern besteht und eine Gleichspannung an den Ausgangs klemmen abgibt, wenn an den Eingangsklemmen eine niederfrequente Wechselspannung angelegt wird. Der Wert der Gleichspannung ist etwa doppelt so hoch wie der Spitzenwert der zugeführten WEchselspannung. Dieser Konverter arbeitet also als Gleichrichter mit Spannungsverdopplung, so daß die Gleichspannung am Ausgang zwischen den Klemmen 54 und 55 etwa 666 V beträgt, wenn die mittlere Wechselspannung zwischen den Leitungen L1 und L2 236 V beträgt. Diese 666 V Gleichspannung sind die Leerlaufspannung der Stromversorgung 51.

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Der Oszillatorschaltkreis SO weist ferner einen Oszillator mit einer Elektronenröhre 100 mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern nach der Erfindung auf. Der Oszillator 200 weist 2 Eingangsklemmen 201 und 202 auf, die mit den Ausgangsklemmen 54 und 55 der Stromversorgung 51, an denen der Gleichstrom abgenommen werden kann,durch Leitungen 60 und 61 verbunden sind. Der Eingang 202 ist außerdem noch durch die Leitung 61 mit der einen Ausgangsklemme 56 der Stromversorgung 51 für den Heizstrom verbunden. Der Oszillator 200 weist noch eine dritte Eingangsklemme 203 auf, die über eine Leitung 62 mit der anderen Ausgangsklemme 57 der Stromversorgung 51 für den Heizstrom verbunden ist. Alle Teile des Oszillators 200 sind von einem Metallgehäuse 205 umgeben, an dem bei 206 ein äußerer Rohrleiter 207 verbunden ist, in dem ein Innenleiter 167 angeordnet ist, der auch mit dem Eingang 202 verbunden ist. Die koaxial angeordneten Leiter 167 und 207 stellen zusammen die'Ausgangsleitung des Oszillators 200 dar. Die Ausgangsleitung des Oszillators ist mit einer Koaxialleitung 65 verbunden, die einen äußeren Rohrleiter 66 und einen Innenleiter 67 aufweist. Diese Verbindung wird über eine kapazitive Kopplung vermittelt, und zwar ist zwischen den Außenleiter 207 und den Außenleiter 66 ein Koppler 232 gesetzt, während der Innenleiter 167 und der Innenleiter 67 über den kapazitiven Koppler 242 miteinander verbunden sind. Das kapazitive Ankoppeln über die Koppler 232 und 242 ist aus Sicherheitsgründen günstig und notwendig, da der Außenleiter 66 der Koaxialleitung 65 geerdet sein sollte. Der Außenleiter

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66 kann jedoch nicht geerdet werden, wenn das Oszillatorgehäuse 205 Gleichspannung führt. Das Gehäuse 205 liegt jedoch gegenüber Erde auf einem Gleichspannungspotential, da dem Gehäuse 205 von der Stromversorgung 51 her Potentiale zugeführt werden. Es liegt in der Natur und der Wirkungsweise der Stromversorgung 51 begründet, daß weder die Leitung 60 noch die Leitung 61 geerdet werden können. Es ist daher notwendig und günstig, die Stromversorgung 51 und den Oszillator 200 durch ein geerdetes äußeres Gehäuse (nicht gezeigt) elektrisch abzuschirmen.

Die Energie, die der Oszillator 200 an die Koaxialleitung 65 abgibt, kann für jeden gewünschten Zweck verwendet werden. In der Fig. 1 sind zwei Anwendungsbeispiele für die Verwendung dieser Mikrowellenenergie dargestellt. Das erste Anwendungsbeispiel ist im rechten oberen Teil der Fig. 1 gezeigt, während das zweite Anwendungsbeispiel im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt ist. Im rechten oberen Teil der Fig. 1 ist gezeigt, wie die Mikrowellenenergie auf der Koaxialleitung 65 einer Antenne zugeführt werden kann, die eine gewöhnliche Radarantenne ist. Der Außenleiter 66 ist mit den äußeren Antennenelementen 68 verbunden, während «der Innenleiter 67 mit den inneren Antennenelementen 69 in Verbindung steht. Die Antennenelemente 68 und 69 dienen dazu, den Wellenwiderstand der Koaxialleitung 65 an den WEllenwiderstand des freien Raumes anzupassen. Im unteren Teil der Fig. 1 ist ein zweites Verwendungsbeispiel für die Mikrowellenenergie angegeben. Hier ist

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die Koaxialleitung 65 an ein elektronisches Heizgerät,wie beispielsweise an einen elektronischen Kochherd 70 für Haushaltszwecke angekoppelt. Der Kochherd 70 weist ein aufrechtstehendes kastenartiges Stahlgehäuse 71 auf, in dem ein weitere^ Metallgehäuse 72 angeordnet ist, das als Ofenröhre dient. Das zweite Metallgehäuse 72 kann ebenso aus Stahl hergestellt sein. Es ist ebenfalls kastenartig ausgebildet und weist eine obere und eine untere Wand, eine Rückwand und zwei Seitenwände auf. Das innere Stablgehäuse 72 weist daher vorne eine öffnung auf, durch die die Ofenröhre zugänglich ist. Das äußere Gehäuse 71 ist mit einer Vordertüre 73 ausgerüstet, die mit dem Innengehäuse 72 zusammenarbeitet. Diese Vordertüre 73 ist am unteren Ende mit Scharnieren 74 befestigt und am oberen Ende mit einem Handgriff 75 versehen, so daß die Vordertüre 73 geschlossen und geöffnet werden kann. Die Vordertüre 73 ist innen mit einem Metallblech ausgekleidet, das ein Stahlblech sein kann und mit dem Innengehäuse 72 zusammenwirkt, so daß die Ofenröhre vollständig geschlossen ist, wenn die Vordertüre 73 geschlossen ist» Aus Sicherheitsgründen ist das Innengehäuse 72 mit dem Außengehäuse 71 durch eine Leitung 76 verbunden. Das Außengehäuse 71 ist seinerseits über den Nullleiter N geerdet. Der Außenleiter 66 der Koaxialleitung 65 ist bei 78 mit dem Außengehäuse 71 und dem Innengehäuse 72 des Kochherdes 70 verbunden. Innerhalb des Herdes 70 ist an seiner Rückseite eine Koppelschleife 77 angeordnet, die bei

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79 mit dem Innenleiter 67 der Koaxialleitung 65 verbunden ist. Die Mikrowellenenergie aus der Koaxialleitung 65 wird daher in die Ofenröhre des Herdes 70 eingestrahlt, so daß den Nahrungsmitteln im Kochherd Energie zum Kochen zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des Kochherdes 70 sind die Stromversorgung 50 und der Oszillator 200 zuammen mit der Koaxialleitung 65 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das auch das Gehäuse 71 umschließt. Dieses gemeinsame Gehäuse ist ein Metallgehäuse, vorzugsweise aus Stahl und ist aus Sicherheitsgründen geerdet.

Nun soll in VErbindung mit den Fig. 2 bis 10 beschrieben werden, wie der Oszillator 200 und die in ihm vorhandene Mikrowellenröhre 100 im einzelnen aufgebaut sind. Die Mikrowellenröhre 100 weist eine Anode 101 auf, die aus einem Hohlzylinder 102 sowie 2 Anodenteilen 110 und 130 besteht. Weiterhin enthält die Mikrowellenröhre 100 eine Kathode 150, zwei Polschuhe 170, ein oberes Endstück 180 und ein unteres Endstück 190.

Die Anode 101 ist ringförmig ausgebildet und wird vom Inneren des HOhlzylinders 102 begrenzt (siehe Fig. 3, 4 und 5). Der Hohlzylinder 102 ist röhrenförmig ausgebildet und hat überall einen kreisförmigen Querschnitt. Die Außenfläche 103 des > Hohlzylinders ist zylindrisch. Die Innenfläche 104 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet. Sie ist am oberen und am unteren

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Ende jeweils mit einem Absatz versehen, so daß eine obere Endwandung 105 und eine untere Endwandung 106 gebildet werden. Die beiden Endwandungen 105 und 106 sind ringförmig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet und stehen außerdem senkrecht auf der Längsachse der Mikrowellenröhre 100. Etwa in der Mitte des HOhlzylinders 102 ist ein Pumpstutzen 107 vorgesehen, der mit dem Inneren der Mikrowellenröhre in Verbindung steht und nach auften herausragt. Der Pumpstutzen 107 wird dazu verwendet, die Mikrowellenröhre 100 zu evakuieren, da im Inneren der Mikrowellenröhre 100 ein Vakuum herrschen muß. Daher ist die Mikrowellenröhre völlig dicht zusammengesetzt, wie anschließend noch näher beschrieben wird. Auf der Außenfläche 103 des Hohlzylinders 102 sind weiterhin eine Anzahl von Kühlrippen 108 angeordnet. Jede Kühlrippe 108 ist mit einem ringförmigen Flansch 109 versehen, der um den Hohlzylinder 102 herumläuft und mit dem Hohlzylinder verlötet ist. Der HOhlzylinder 102 und die Kühlrippen 108 sind aus einem Metall hergestellt, daß eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Kupfer ist hierfür besonders geeignet. Dadurch wird die Wärme aus-der Röhre 100 nach außen in die Kühlrippen 108 hineingeleitet. Die Kühlrippen 108 sind rechteckig ausgebildet, so daß sie in das Gehäuse 205 hineinpassen. Das Gehäuse 205 ist vorzugsweise mit Mitteln versehen, durch die man ein Kühlmittel, wie beispielsweise einen Luftstrom durch das Gehäuse

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205 hindurchführen kann. Dadurch werden die Kühlrippen 108 wirksam gekühlt, so daß während des Betriebs der Mikrowellenröhre 100 die entstehende Wärme abgeleitet werden kann.

Innerhalb des Hohlzylinders 102 sind die beiden Anodenteile 110 und 130 angeordnet, die zur gesamten Anode 101 gehören. In den Figuren 3 und 6 bis 9 ist im einzelnen gezeigt, wie der Anodenteil 110 aufgebaut ist. Der Anodenteil 110 ist allgemein ringförmig ausgebildet und weist am einen Ende einen massiven Ringteil 111 auf, In der Fig. 3 ist dieses das obere Ende. Der Ringteil 111 weist eine äußere Stirnfläche 112 auf, an die sich eine zylindrische Seitenwand 113 anschließt. Der Außendurchmesser des Ringteils 111 ist nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des HOhlzylinders 102, so daß der Anodenteil 110 in den Hohlzylinder eingeschoben und zum Schluß innen mit ihm verlötet werden kann. DAs andere Ende des Ringteils 111 ist abgedreht worden, so daß sich eine kreisförmige Innenwand 114 ergibt, die um den Ringteil konzentrisch zur Seitenwand 113 herumläuft, jedoch einen merklich geringeren Durchmesser hat. Die beiden Wandteile und 114 sind über einen ringförmigen Wandteil 115 miteinander verbunden, der parallel zur äußeren Stirnwand 112 angeordnet ist und auf den Wandteilen 113 und 114 senkrecht steht. Das andere Ende des Wandteils 114 steht mit einer inneren Stirnfläche 116 in Verbindung, die das andere Ende des Ringteils

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111 begrenzt. Die innere Stirnfläche 116 verläuft parallel zu den Stirnflächen 112 und 115 und steht senkrecht auf den Wandungsteilen 113 und 114. Im Inneren des Anodenteils 110 sind eine Anzahl axial verlaufender Anodensegmente 117 angeordnet, die sich über die gesamte Länge des Ringteils 111 erstrecken und radial nach innen in den axial verlaufenden Raum innerhalb des Anodenteils 1TO hineinragt. Die Anodensegmente 117 teilen zwischen sich eine Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen ab. In den Figuren sind 15 Anodensegmente 117 und entsprechend 15 Anodenvertiefungen 122 dargestellt. Jedes Anodensegment 117 weist eine axial verlaufende innere Oberfläche 118 und zwei nach außen gerichtete Seitenwandungen 119 auf, die sich gegenüberstehen. Die Abmessungen der inneren Oberfläche 118 in Umfangsrichtung sind merklich kleiner als die Radialabmessungen der zugehörigen Seitenwandungen 119. Die äußeren Enden zweier nebeneinander liegender Seitenwandungen 119 sind durch eine Außenfläche 121 miteinander verbunden, so daß die Anodenvertiefungen 122 durch zwei Seitenwandungen 119 und die zugehörige Außenwand 121 definiert sind. Die beiden Seitenwandungen 119 jeder Vertiefung 122 sind nach innen konvergierend angeordnet, stehen jedoch senkrecht auf der zugehörigen Außenwand 121.

Der Anodenteil 110 ist weiterhin mit 15 Stäben oder Fahnen 125 versehen, die zusammen mit den ANodensegmenten 117 aus einem Stück hergestellt sind und von ihnen ausgehen. Die innere

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Oberfläche 118 eines jeden Anodensegmentes 117 setzt sich nach vorne über die innere Stirnfläche 116 hinaus fort und verläuft parallel zur Achse des Anodenteiles 110. Diese Innenfläche bildet die innere Oberfläche der zugehörigen Fahne 125. Ein TEiI der SEitenwandung 119 der Anodensegmente 117 setzt sich ebenfalls über die innere STirnwand 116 hinaus fort. Diese Teile der Seitenwandungen 119 bilden die radial verlaufenden Seitenflächen der zugehörigen Fahne 125. Die Innenfläche 118 und die Seitenwandung 119 enden an einer Endfläche 126 die senkrecht auf der Achse des Anodensteils 110 steht. Die Außenfläche einer jeden Anodenfahne ist mit 127 bezeichnet. Diese Außenfläche 127 verläuft von der inneren Stirnfläche 116 nach außen bis zur Endfläche 126. Das innere Ende der Außenfläche 127 stößt an die innere Stirnfläche 126 bei einem Punkte an, der gegenüber der danebenliegenden Außenwandung 121 radial nach innen versetzt ist (siehe Fig. 7 und 8). Dann läuft die Außenfläche 127 konisch nach innen weiter und endet am Ende der Fahne 126.

Der Anodenteil 130 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und weist einen Ringteil 131 auf, der am einen Ende des Anodenteils 130 angeordnet ist. Dieses ist das untere Ende in Fig. 3. Die äußere Stirnfläche des Ringteils 113 ist mit 132 bezeichnet. An diese Stirnfläche schließt sich eine zylindrische Außenwand 133 an, deren Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohlzylinders 102

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ist. Dadurch kann der Anodenteil 130 in den Hohlzylinder 102 hineingeschoben und mit ihm verlötet werden. Das andere Ende des Ringteils 131 ist abgedreht, so daß sich eine ringförmige Innenwand 134 ergibt, die konzentrisch zur ringförmigen Außenwandung 133 um den Ringteil 131 herumläuft, jedoch einen merklich geringeren Durchmesser aufweist. Die Wandungsteile 133 und 134 sind durch einen ringförmigen Wandteil 135 miteinander verbunden, der parallel zuijäußeren Stirnfläche 132 angeordnet ist und auf den Wandteilen 133 und 134 senkrecht steht. DAs andere Ende des inneren Wandteils 134 stößt an eine innere Stirnfläche 136 an, die das andere Ende des Ringteils 133 begrenzt. Die innere Stirnfläche 136 verläuft parallel zu den Stirnflächen 132 und 135 und steht auf den Wandungsteilen 133 und 134 senkrecht.

Im Inneren des Anodenteiles 130 sind eine Anzahl axial verlaufender Anodensegmente 137 angeordnet, die sich den ganzen Ringteil 131 entlang erstreckt. Die Segmente 137 ragen radial in den axial verlaufenden Raum innerhalb des Anodenteils 130 hinein und begrenzen zwischen sich eine entsprechende Anzahl axial verlaufender Anodenvertiefungen 142. Es sind 15 Anodensegmente 137 und 15 Anodenvertiefungen 142 im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Jedes Anodensegment 137 weist eine axial verlaufende Innenfläche 138 und zwei nach außen gerichtete Seitenflächen 139 auf, die sich gegenüberstehen.

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Die Abmessung der Innenfläche 138 in Umfangsrichtung ist merklich kleiner als die Radialabmessung der zugehörigen Seitenwandungen 139. Die äußeren Enden der Seitenwandungen 139 sind durch eine Außenfläche 141 miteinander verbunden. Daher sind die Vertiefungen 142 durch die zugehörigen Seitenwandungen 139 und die zugehörige Außenfläche 141 begrenzt. Die Seitenwandungen 139 einer jeden Vertiefung 142 sind nach innen konvergierend angeordnet und stehen auf der zugehörigen Außenfläche 141 senkrecht.

Der Anodenteil 130 ist weiterhin mit 15 Stäben oder Fahnen 145 versehen, diejmit ihm zusammen aus einem Stück hergestellt sind. Die Anodenfahnen 145 verlaufen in Längsrichtung und gehen von den Anodensegmenten 137 aus. Die Innenfläche 138 eines jeden Anodensegmentes 137 veläuft nach vorne noch über die innere Stirnfläche 136 hinaus und ist parallel zur Achse des Anodenteils 130 angeordnet. Diese Fläche 138 bildet die Innenfläche der zugehörigen Anodenfahne 145. Ein Teil der Seitenflächen 139 der Anodensegmente 137 verläuft nach vorne über die innere Endfläche 136 hinaus. Dieser Teil der Seitenflächen 139 bildet die radial verlaufenden Seiten der Anodenfahnen 145. Die Innenfläche 138 und die Seitenwandungen 139 schließen am Ende 146 ab,das senkrecht auf der Achse des Anodenteils 130 steht. Die Außenflächen der Anodenfahnen sind mit 147 bezeichnet. Die Außenflächen 147 gehen von der

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inneren STirnfläche 136 aus und verlaufen nach außen bis zum Ende 146 der Anodenfahne. Genauer gesagt, stößt das innere Ende der Außenflächen 147 an die innere Stirnfläche 136 an einem Punkte an, der von der daneben liegenden Außenfläche 141 radial nach innen versetzt ist. Daraufhin verläuft die Außenfläche 147 konisch nach innen von der inneren Stirnfläche 136 aus auf das Ende 146 der Anodenfahne zu.

Die Anoden 110 und 130 sind aus einem Metall hergestellt, das eine gute thermische Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besonders günstig ist Kupfer. Der Hohlzylinder 102 und die Anodenteile 110 und 130 müssen auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Ein solches Material mit einer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ist Kupfer. Die Geometrie der Anodenteile 110 und 130 ist so gewählt, daß die Außenflächen 112, 113, 114, 115, 116, 126 und 127 des Anodenteils 110 und die Flächen 132, 133, 134, 135, 136, 146 und 147 des Anodenteils 130 durch Bearbeitung eines Kupferblocks hergestellt werden können. Alle inneren Flächen der Anodenteile 110 und 130, also die Flächen 118, 119, 121, 138, 139 und 141 können herausgedrückt werden. Daher können die Anodenteile 110 und 130 aus einem Stück aus Kupferblöcken hergestellt werden. Dadurch ist bei der Fertigung der Anodenteile eine größere Genauigkeit gegeben, als wenn man die einzelnen Segmente der Anodenteile 110 und 130 getrennt herstellen und anschließend verlöten würde. Wie in der Fig. 3 dargestellt ist, ist der

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110 mit nach oben zeigendem Ringteil 111 in den oberen Teil des HOhIZylinders 102 angeordnet, so daß die Anodenfahnen 125 nach unten ragen. Der Anodenteil 130 ist mit nach unten weisendem Ringteil 131 im unteren Teil des Hohlzylinders eingesetzt, so daß die Anodenfahnen 145 nach oben ragen. Wie aus den Fig. 6 und 9 hervorgeht, sind die Anodenteile 110 und 130 etwas gegeneinander verdreht, so daß die Anodenfahnen 125 des Anodenteils 110 in der Mitte der Vertiefung des Anodenteils 130 liegen. Umgekehrt sind die Anodenfahnen 145 des Anodenteils 130 in der Mitte der Vertiefungen 122 des anderen Anodenteils 110 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist somit in jeder Anodenvertiefung 142 eine Anodenfahne 125 angeordnet, die von den beiden daneben liegenden Anodensegmenten 137 gleich weit entfernt ist. In jeder Anodenvertiefung 122 ist dagegen eine Anodenfahne 145 angeordnet, die von den daneben liegenden Anodensegmenten 117 gleich weit entfernt ist. Das ist in den Figuren 5, 6 und dargestellt. Der Hohlzylinder 102 und die beiden Anodenteile 110 und 130 begrenzen gemeinsam· einen axial verlaufenden äußeren Raum 120. Der Raum 120 ist kreisringförmig ausgebildet und wird außen von der Innenwand 104 des Hohlzylinders 102 und innen von den Innenflächen 114 und 134 begrenzt. Oben und unten ist der Raum 120 durch die Stirnflächen 115 und 135 verschlossen. Das Innere der Anodenteile 110 und 130 bildet einen zweiten oder inneren axial verlaufenden Raum, in dem die Kathode 150 angeordnet ist. Der Raum zwischen der äußeren Oberfläche der Kathode 150 und den gegenüberliegenden Oberflächen

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118 und 138 begrenzen einen kreisringförmigen axial verlaufenden WEchselwirkungsraum 160. Die inneren Stirnflächen 116 und 136 sind weiterhin in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet, so daß sich zwischen d iss en beiden Flächen ein radial verlaufender kreisringförmiger Durchgang 140 ergibt, der die Mitte des äußeren Raumes 120 mit der Mitte des inneren axial verlaufenden Raumes sowie mit der Mitte des Wechselwirkungsraumes 160 verbindet.

Die Kathode 150 ist in den axial verlaufenden Raum eingesetzt, der von den beiden Anodenteilen 110 und 130 begrenzt wird. Die Kathode 150 weist einen Metallzylinder 151 auf (Fig. 3 und 5), dessen Achse mit der Achse der Mikrowellenröhre 100 zusammenfällt. Der Metallzylinder 151 ist aus einem elektrisch leitenden Metall, wie Nickel, hergestellt, das eine hohe Warmfestigkeit besitzt. An den beiden Enden des Metallzylinders 151 ist ein Kathodenverschlußstücl: 152 montiert. Die Kathodenverschlußstücke 152 sind praktisch identisch aufgebaut, weswegen für die beiden Kathodenverschlußstücke 152 die gleichen Bezugs ziffern verwendet sind. Das obere Kathodenverschlußstück 152 weist eine flache kreisförmige Mittelplatte 153 auf, an deren äußerer Kante ein axial verlaufender innerer Ringflansch 154 angeordnet ist. Dieser innere Flansch 154 trägt an seinem inneren Ende einen nach außen ragenden flachen Flansch 155, an dessen äußerem Umfang ein Halterungsflansch 156 sitzt. Dieser Halterungsflansch 156 verläuft nach

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außen und ist in das Ende des Metallzylinders 151 eingsetzt und dort verschweißt. Die Außenkante 156 ist noch mit einem radialen nach außen ragenden Abschirmungsflansch 157 versehen, der radial noch über die Wandung 151 herausragt und über dem entsprechenden Ende des Wechselwirkungsraumes 160 sitzt. Jede Mittelplatte 153 ist in ihrer Mitte mit einer öffnung 158 versehen. Das untere Verschlußstück 152 ist mit einem Mittelflansch 159 versehen, der an der Kante der öffnung 158 entlangläuft und diese öffnung umgibt. Die Verschlußstücke 152 sind ebenfalls mit Vorzug aus Nickel hergestellt. Das obere Kathodenende 152 ist mechanisch und elektrisch mit einem Kathodenbolzen 167 verbyunden. Der Kathodenbolzen 167 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der untere Teil des Kathodenbolzens 167 weist einen geringeren Durchmesser auf (dieser Teil ist mit 168 bezeichnet), der durch die öffnung 158 im Verschlußstück 152 hindurchgeht und mit dem Kathodenverschlußstück mittels zweier nach außen ragender Flansche 169 starr verbunden ist. Das obere Ende der Kathode 150 ist somit mechanisch und elektrisch mit den Kathodenbolzen 167 verbunden.

Der Kathodenzylinder 151 ist mit einem gesinterten porösen Überzug 161 versehen, der mit einem elektronenemittierenden Oxyd-Material imprägniert ist. Wenn man dann die Kathode 150 aufheizt, werden von der äußeren Oberfläche des Oberzugs 161 Elektronen emittiert. Wie im besonderen aus der Fig. 5 hervor-

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geht, ist der Oberzug 161 mit einer Anzahl von Vorsprüngen Versehen, deren Seitenwände konvergierend angeordnet sind. Die beiden Seitenwände sind durch eine dem Umfang folgende Außenfläche 163 verbunden. Zwischen zwei Vorsprüngen 162 befindet sich ein Zwischenraum 164. Die Abmessung der Außenfläche 163 in Umfangsrichtung ist etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Vorsprüngen 162. Die Abmessungen der Oberflächen 163 in Umfangsrichtung werden etwa zu 25 I bis zu 60 I des Abstandes zwischen den Mitten zweier Vorsprünge 162 gewählt. Die Anzahl der Vorsprünge 162 mit denen der Oberzug 161 versehen ist, ist gleich der Summe aus der Zahl der Anodensegmente 117 und der Anzahl der Anodenfahnen 145 oder auch gleich der Summe aus der Anzahl der Anodensegmente 137 und der Anzahl der Anodenfahnen 125. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Oberzug 161 demzufolge mit 30 Vorsprüngen 162 versehen. Die äußeren Oberflächen des Oberzugs 161 begrenzen zusammen mit den Innenflächen 118 und 138 der Anodenteile und 130 den Wechselwirkungsraum 160, in den die Elektroden vom Oberzug 161 her emittiert werden und dort mit den elektrischen und magnetischen Feldern in Wechselwirkung treten, die zwischen der Anode 101 und der Kathode 140 herrschen. Wie noch anschließend näher beschrieben wird, bewirken die Vorsprünge 162 zusammen mit den Anodensegmenten 117 und 137 sowie mit den Anodenfahnen 125 und 145, daß sich im WEchselvdLrkungsraum 160 der Mikrowellenröhre 100 eine besonders günstige Verteilung der verschiedenen Felder einstellt, aus der besonders

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günstige Betriebseigenschaften der Mikrowellenröhre resultieren. Ein besonderes günstiges Ergebnis, das aus der besonderen Formgebung des Überzugs 161 resultiert, besteht in einer außerordentlich geringen Rückheizung der Kathode 150, da die Elektronen, auf die es bein Betrieb der Röhre ankommt, von den Vorsprüngen 162 emittiert werden, während die störenden Elektronen aus den Zwischenräumen 164 herkommen. Dadurch wird die Emission von Elektronen von den richtigen Stellen der Kathode begünstigt und die Emission von störenden Elektronen unterdrückt .

Wie man weiterhin der Figur 5 entnimmt, sind die Mittellinien der Vorsprünge 172 gegenüber den Hittellinien der entsprechenden Anodensegmente 117 und 137 bzw. der entsprechenden Anodenfahnen 125 bzw. 145 in Umfangsrichtung etwas versetzt. So ist beispielsweise die Mittellini3 der Vorsprünge 162 im Uhrzeigersinn herum längs des Umfangs um eine Strecke versetzt, die etwa 40% des Abstandes in Umfangsrichtung zwischen den Mittellinien eines Anodensegmentes 117 und einer danebenliegenden Anodenfahne 115 beträgt. (Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Drehung 5° oder eines 41,8% dieses eben erwähnten Abstandes). Die Vorsprünge 162 werden in Umfangsrichtung gegenüber den entsprechenden Anodensegmenten oder Anodenfahnen um einen Bereich versetzt, der zwischen 0% und etwa 45% des Abstandes zwischen nebeneinanderliegenden Anodensegmenten und Anodenfahnen beträgt. Günstiger ist ein Bereich zwischen 25% und 45% während man in einem Bereich zwischen

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35 und 45% des Abstandes zwischen einem Anodensegment und einer danebenliegenden Anodenfahne die günstigsten Ergebnisse erhält. Darüber hinaus wird die Kathode in der Richtung verdreht, die die Elektronen, die von den Vorsprüngen 172 emittiert werden, zu Beginn einschlagen. Weiterhin sieht man, daß der elektronenemittierende Überzug 161 bis zu den äußeren Endwandungen 112 und 132 der Anodenteile 110 und 130 reicht, und daß die Kathode 150 sorgfältig gegenüber den Anodenteilen 110 und 130 zentriert ist, so daß jeder Kathodenvorsprung 162 parallel zur Achse der Mikrowellenröhre 100 axial verlauft und von den äußeren Stirnflächen 112 bis zur Stirnfläche 132 reicht.

Die radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 ändern sich von dem einen Ende der Kathode 150 zum anderen. Neben den beiden Enden der Kathode 150 betragen die radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 vorzugsweise mehr als 20% des Abstandes zwischen den Anodenflächen 118 und 138 einerseits und dem Überzug 161 auf der Kathode 150 andererseits. In der Mitte des emittierenden Überzuges 161 ist ein Gebiet 166 vorgesehen, dessen radiale Abmessungen wesentlich kleiner sind, und es gibt FaIIe₁ in denen der Überzug 161 in dem Mittelgebiet 166 völlig entfernt ist. Dieses Mittelgebiet liegt dem ringförmigen Durchgang 140 zwischen den beiden Anodenteilen 110 und 130 gegenüber. Zwischen dem Mittelgebiet 166 und den beiden Endgebieten der Kathode 150 befinden sich weitere Gebiete 165, in denen die radialen Abmessungen etwa noch die Hälfte der radialen Abmessungen der Vorsprünge 162 neben den äußeren

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Enden der Kathode 150 betragen. Die Abmessungen in Längsrichtung der Gebiete 165 und 166 des Überzuges 161 sowie der Gebiete an den Enden des Überzuges 161, in denen die Vorsprünge 162 ihre volle Höhe haben, sind etwa gleich. Der Dickenunterschied zwischen den einzelnen Gebieten des emittierenden Überzuges 161 kann Jeweils etwa 0,12 mm betragen.

Dieser abgestufte Aufbau der emittierenden Schicht 161, das heißt, die Verminderungen der Schichtdicke in den Gebieten 165 und 166 dient dazu, die Impedanz des Wechselwirkungsraumes 160 an die Impedanz des nachgeschalteten Verbrauchers anzupassen, der an den Ausgang der lfikrowellenröhre 100 angekoppelt ist. Dadurch sollen der Wirkungsgrad und der Leistungsbereich der Mikrowellenröhre 100 gesteigert werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß sich die in den Wechselwirkungsraum 160 hineintransformierte Lastimpedanz in axialer Richtung ändert. Diese in den Wechselwirkungsraum hineintransformierte Lastimpedanz ist an den Enden des Wechselwirkungsraumes 160 niedrig und steigt bis auf einen Maximalwert an, der in Längsrichtung in der Mitte des Wechselwirkungsraumes liegt. Nun gibt es für eine vorgegebene Kombination von Betriebsspannung, Magnetfeld und Röhrenstrom nur einen einzigen Wert von Hf-Ausgangsspannung und Lastimpedanz, bei dem der maximale Wirkungsgrad der Mikrowellenröhre erreicht wird. Wenn sich nun die transformierte Lastimpedanz axial innerhalb der Mikrowellenröhre 100 ändert, gibt es nur einen einzigen Punkt im Wechselwirkungsraum 160, an dem der Wechselwirkungsgrad

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einen Maximalwert erreichen kann. Daher sind erfindungsgemäß die verschiedenen Kathodengebiete verschieden dick ausgeführt worden, so daß sich der Abstand zwischen der Anode und der Kathode auf solche Weise ändert, daß die Impedanz in jedem Gebiet des Wechselwirkungsraumes 160 der Lastimpedanz angepaßt ist. Der Wirkungsgrad einer Mikrowellenröhre nach der Erfindung würde beispielsweise mit konstantem Kathodenradius etwa 40% betragen. Wenn man dagegen die Kathode 150 in der Mikrowellenröhre 100 erfindungsgemäß mit abgestuften Durchmessern versieht, kann man den Wirkungsgrad unter optimalen Verhältnissen auf 45 bis 50% steigern.

Die Kathode 150 ist indirekt geheizt. Hierfür ist in den Kathodenzylinder 151 ein Heizelement 176 eingesetzt worden, das als Drahtwendel ausgebildet ist und in einem geringen Abstand von der inneren Oberfläche des Zylinders 151 den ganzen Zylinder entlang läuft. Das Heizelement 176 weist oben (Figur 3) einen Anschluß 177 auf, der nach oben in eine Öffnung im unteren Ende des Kathodenbolzens 167 hineinragt, und zwar durch eine Öffnung im Bolzenteil 168 mit kleinerem Durchmesser hindurch. Der Heizelementsnschluß 177 ist mechanisch und elektrisch mit dem Kathodenbolzen 167 verbunden, so daß das Heizelement 176 und die Kathode 150 beide mechanisch und elektrisch mit dem Kathodenbolzen verbunden sind. Das Heizelement 176 weist unten einen Anschlußdraht 178 auf, der in eine Öffnung im oberen Ende eines Leiters 197 hineinragt und dort elektrisch und mechanisch befestigt ist. Der Leiter 197 ist mit Vorzug aus Kupfer hergestellt und in ein Verbindungsstück 196 einge-

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schraubt. Wie man sieht, berührt der Anschlußdraht 178 das untere Kathodenende nicht und ist daher gegenüber der Kathode 150 elektrisch isoliert.

An den äußeren Enden des Anodenzylinders 102 sind Polstücke 170 montiert, die die Stirnwände der Röhre 100 bilden. Die Polstücke 170 sind identisch konstruiert, so daß für die beiden Polstücke

170 die gleichen Bezugsziffern verwendet sind. Die PolstUcke sind au» einem Material hergestellt, dessen magnetische Permeabilität hoch ist. Ein geeignetes Material ist ein Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, das mit Kupfer plattiert ist, um die Überflächenleitfähigkeit für die Mikrowellen zu erhöhen. Jedes Polstück 170 weist eine zylindrische Gestalt auf und ist mit einer flachen inneren Platte 171 versehen, die in der Mitte des PoI-stückes angeordnet ist und in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Längsachse der Röhre 100 steht. Außerdem ist die Platte

171 gegenüber dem Wechselwirkungsraum 160 justiert. Um den Umfang der inneren Platte 171 herum ist ein Flansch 172 angeordnet, der mit der inneren Platte 171 zusammen aus einem Stück hergestellt ist. Der ringförmige Flansch 172 läuft von der Platte 171 nach außen. Am äußeren Ende des Flansches 172 ist eine nach außen gerichtete äußere Platte 173 angeordnet, die ebenfalls flach ausgebildet ist und in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 liegt. Die äußere Platte 173 ist mit dem daneben liegenden Ende des äußeren axial verlaufenden Raumes 120 justiert. Der äußere Rand der äußeren Platte 173 trägt einen ringförmigen und nach außen ragenden Flansch 174, dessen Außendurchmesser etwas

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kleiner als der Innendurchmesser des abgestuften Endes des Anodensylinders 102 ist, so daß er in das Ende des Anodenzylinders eingesetzt und dort verlötet oder verschweißt werden kann. Die Innenplatten 171 sind jeweils noch in ihrer Mitte mit einer kreisförmigen Öffnung 175 versehen, die gegenüber de« daneben liegenden Ende der Kathode 150 justiert sind. Durch die Öffnung

175 gehen die Anschlüsse für die Kathode 150 und ihr Heizelement

176 hindurch.Es ist günstig, wenn nan die Polstücke 170 aus einem einzigen Stück Blech herausdrückt, das aus weichem Eisen besteht. Auf diese Art und Weise können die Polstücke 170 billig und doch genau hergestellt werden.

Das in Figur 3 obere Ende der Röhre 100 ist mit einem oberen Endstück 180 verschlossen, während am unteren Ende der Röhre 100 an de· der Heizstrom zugeführt wird, ein Endstück 190 angeordnet ist. Die beiden Endstücke 180 und 190 dienen dazu, die zugehörigen Poletücke 170 und die zugehörigen Verbindungen zu der Kathode und/oder dem Heizelement 176 zu bewerkstelligen. Das obere Endstück 180 weist ein kurzes Rohr 181 auf, dessen unteres Ende in der Öffnung 175 des oberen Polstückes 170 sitzt und dort verlötet oder verschweißt ist. Dieses kurze Rohr 181 verläuft nach oben und ist konzentrisch zur Achse der Röhre 110 und konzentrisch zum Kathodenbolzen 167 angeordnet. Auf dem oberen Ende des Rohres 181 sitzt das untere Ende «Ines Ringisolators 182, der aus einer elektrisch gut isolierenden Keramik hergestellt sein kann. Das Rohr 181 und der Isolator 182 sind vakuumdicht miteinander ver-

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lötet. Um den unteren, abgesetzten Teil 168 des Kathodenbolzens 167 ist ein Ring 183 herumgelegt, der in einer Vertiefung am unteren Ende des Isolators 182 sitzt. Um das obere Ende des Isolators 182 und um den daneben liegenden Teil des Kathodenbolzens 167 ist eine Kappe 185 herumgelegt. Die Kappe 185 hat etwa kreisförmige Gestalt und weist einen ringförmigen Flansch

186 auf, der das obere Ende des Isolators 182 von außen umgibt und mit dem Isolator vakuumdicht verlötet ist. An der oberen Kante des Flansches 186 ist ein nach innen gerichteter Flansch

187 angeordnet, an dessen innerer Kante wieder ein nach außen gerichteter ringförmiger Innenflansch 188 vorgesehen ist, der um den Kathodenbolzen 167 herumläuft und mit ihm vakuumdicht verlötet ist. Es sei bemerkt, daß das Rohr 181 und die Kappe 185 beide aus einem Material hergestellt sind, das sowohl mit Metall als auch mit keramischem Material leicht verbunden werden kann. Ein solches Material ist beispielsweise eine Fernico-Legierung, die aus 54% Eisen, 28% Nickel und 18% Kobalt bestehen kann. Das obere Endstück stellt daher eine gute Vakuumdichtung dar und isoliert außerdem das obere Polstück 170 und den Ausgangsleiter, der durch den Kathodenbolzen 167 gebildet ist, voneinander. Außerdem sorgt das Endstück 180 dafür, daß die Kathode 150 innerhalb der Anode 101 mechanisch gehaltert werden kann. Im unteren Endstück 190 ist ein keramischer Isolator 191 vorgesehen, der einen ringförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser aufweist, der nur wenig kleiner als der Durchmesser, der Öffnung 175 im unteren Polstück 170 ist. Der Innendurchmesser des Isolators 191 ist nur wenig größer als der Außendurchmesser

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der Zentrierflansches 159 am unteren Kathodenende 152, Dadurch is«, der Isolator 191 in der Lage, das untere Ende der Kathode

150 gegenüber dem unteren Polstück 170 zu zentrieren. Der Isolator

151 ragt nach außen über das untere Polstück 170 hinaus und ist mit einer Dichtung 192 versehen, die ringförmig ausgebildet ist und den Isolator 191 umgibt. Die Dichtung 192 weist einen Flansch 193 auf, der an der äußeren Oberfläche der Innenplatte 191 des unteren Polstückes 170 angelötet ist. An den Flansch 193 schließt sich eine zylindrische Wand 194 an, die einen äußeren Flansch trägt. Der äußere Flansch 195 verläuft nach innen, umgibt den Isolator 191 und ist mit der Außenwand des Isolators 191 verlötet. Das äußere Ende des Isolators 191 ist mit einem weiteren Dichtungsstück 198 versehen, das über dem äußeren Isolatorende liegt und mit dem Leiter 196 verlötet ist. Die Dichtung 198 weist einen ringförmigen Flansch 199 auf, der um das äußere Ende des Isolators 191 angeordnet und dort vakuumdicht verlötet ist. Die Dichtung 198 ist aus dem gleichen Material wie die Dichtung 192 hergestellt, und sowohl mit dem Isolator 191 als auch mit dem Leiter 196 vakuumdicht verlötet. Das untere Ende der Röhre 100 ist daher durch das untere Endstück 190 vakuumdicht verschlossen. Außerdem isoliert das untere Endstück 190 das untere Ende der Kathode 150 und das zugehörige Polstück 170 sowie das Heizelement 176 voneinander. Gleichzeitig sind das untere Ende der Kathode 150 und das untere Ende des Heizelementes 176 vom Endstück 190 mechanisch gehaltert.

Wenn die Röhre 100 als Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern verwendet wird, werden die Polstücke

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an den beiden Enden der Anode 101 dazu verwendet, ein magnetisches Gleichfeld hervorzurufen, das in axialer Richtung durch die verschiedenen Räume der Anode hindurchgeht. Insbesondere herrscht dieses axial verlaufende magnetische Gleichfeld im Raum 120, im Wechselwirkungsraum 160, im ringförmigen Durchgang 140 und in den verschiedenen Zwischenräumen zwischen den Anodenteilen 110 und 130. IM diese Magnetfeld hervorrufen zu können, sind am oberen Ende (siehe Figur 2) eine Magnetspule und am unteren Ende der Röhre ein Magnetspule 215 angeordnet. Die Magnetspulen 210 und 215 sind als Torusspulen ausgebildet und aus einem elektrisch leitenden Draht gewickelt. Die beiden Magnetspulen sind um MagnetJoche 211 und 216 herumgelegt, die als Zylinder ausgebildet und in der Öffnung der zugehörigen Magnetspule angeordnet sind, um die äußeren Enden der Magnetjoche 211 und 216 sind nach außen ragende Flansche 212 und herumgelegt. Zwischen den Flanschen 212 und 217 ist ein Gehäuse 205 angeordnet, das die beiden Flansche 212 und 217 sowohl mechanisch als auch magnetisch miteinander verbindet. Die PolstUcke 170, die Magnetjoche 211 und 216, die Flansche 212 und 217 sowie das Gehäuse 205 sind alle aus einem magnetisch hochpermeablen Material, wie beispielsweise aus weichem Eisen oder aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, hergestellt. Wenn man die Magnetspulen 210 und 215 erregt, baut sich innerhalb der Röhre 100 zwischen den Polstücken 170 ein starkes und homogenes magne-, tisches Gleichfeld auf, das sich in axialer Richtung durch die Zwischenräume in der Röhre und im besonderen durch den äußeren axial verlaufenden Raum 120 und durch den Wechselwirkungsraum erstreckt.

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In den Figuren 1 und 2 kann man den Stromkreis für das Erregen der Spulen 210 und 215 verfolgen. Dieser Stromkreis beginnt am Gleichspannungsausgang 54 der Stromversorgung 51 und verläuft dann über die Leitung 60 zum Eingang 201 des Oszillators 200, an dem ein Anschluß der oberen Magnetspule 210 angeschlossen ist. Das andere Ende der oberen Magnetspule 210 fet mit einer Leitung 213 mit einem Anschluß der unteren Magnetspule 215 verbunden. Der andere Anschluß der unteren Magnetspule 216 ist mit einem Leiter 218 bei219 an eine der Kühlrippen 108 gelegt, so daß der Oszillatoreingang 201 über die obere Magnetspule 210, die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung 218 und durch

eine Kühlrippe 108 mit dem Anodenzylinder 102 der Röhre 100 verspulen bunden ist. Der Strom in den Hagnet- / 210 und 215 ruft in den verschieden Räumen innerhalb der Röhre 100 und im besonderen im äußeren Raum 210 und im Wechselwirkungsraum 160 das magnetische Gleichfeld hervor.

Nun soll anhand der Figur 2 im einzelnen beschrieben werden, wie die Mikrowellenröhre 100 in den Oszillator 200 eingebaut werden kann. I_n dem oberen Magnetjoch 211 ist ein Rohrleiter 207 aus einem elektrisch gut leitenden Material angeordnet, der teleskopartig in den Flansch 172 des oberen Polstückes eingeschoben und dort mit dem oberen Polstück elektrisch verbunden ist. Dieser Rohrleiter 207 ragt nach oben noch über das obere Magnetjoch 211 hinaus. Vie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, endet der Kathodenbolzen 167 am oberen Ende der Mikrowellenröhre 100 noch unter

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dem oberen Ende des zugehörigen Hagnetjoches 211. Der Kathodenbolzen 167 und der Rohrleiter 207 bilden zusammen eine Koaxialleitung, die die Hochfrequenzausgänge des Oszillators 200 darstellt, zwischen denen die Ausgangsschwingungen des Oszillators 200 abgenommen werden können. Zusätzlich ist an den Rohrleiter 207 das Potential B+ angelegt, das von der Leitung 60 stammt, die über den Oszillatoreingang 201, die obere Magnetspule 210, die Leitung 213_; die untere Magnetspule 215, die Leitung 218, eine Kühlrippe 103, den Anodenzylinder 102 und das obere Polstück 170 mit dem unteren Ende des Rohrleiters 207 verbunden ist. Der Außenleiter 107 dient daher nicht nur als einer der Hochfrequenzanschlüsse der Röhre 100, sondern führt auch das Potential B+, das fim Ancdenzylinder 102 anliegt. Auch am Kathodenbolzen 107 liegt nicht nur die Hochfrequenz an, sondern auch das Potential B-für die Kathoce 150 und die niedrige Wechselspannung für das Heizelement 176.

Um nun trotz der Anwesenheit der verschiedenen Betriebspotentiale an den Ausgangsanschlüssen 167 und 207 (Uv Röhre die Hochfrequenz der Übertragungsleitung 65 zuführen zu können, und um zu veiweiden, daß die Betriebspotentiale B+ und B- zur Ausgangsübertragungsleitung 65 gelangen, ist ein Koppler und ein Filter vorgesehen, die zusammen mit der Bezugsz iffer 230 bezeichnet sind. In der Figur 2 sieht man, daß der Koppler und Filter 230 einen Hochirequenzausgang enthält, der als rohrförmiger Außenleiter !!31 ausgebildet und über einen Koppler232 kapazitiv mit dem Hohlleiter

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207 gekoppelt ist. Der Koppler 232 weist eine Muffe 233 aus einem elektrisch isolierenden dielektrischen Material auf. Die Muffe 233 ist vorzugsweise aus einem organischen Kunststoff hergestellt, insbesondere aus einem Polytetrafluoräthylen. Die Isoliermuffe 233 ist um das äußere Ende des Rohrleiters 207 herum angeordnet, liegt dicht von außen an diesem Rohrleiter an und ragt noch über das Ende des Rohrleiters heraus. Das untere Ende des Außenleiters 231 ist seinerseits teleskopartig über die Muffe 233 herübergeschoben und überlappt auch das untere Ende des Rohrleiters 207 für eine Strecke, die einem Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Dadurch wird ein Filter für Schwingungen gebildet, die zur Gruppe der zweiten Harmonischen gehören. Das wird noch im einzelnen beschrieben. In der Seitenwand des Rohrleiters 207 ist etwa am oberen Ende des Oszillators 200 eine Öffnung vorgesehen, die von einem zweiten Rohrleiter 234 umgeben ist, der vom Rohrleiter 207 abgeht und mit dem Rohrleiter 207 verlötet oder verschweißt ist. Der Rohrleiter 234 geht in Figur 2 in waagrechter Richtung nach rechts vom Rohrleiter 207 ab, so daß die Längsachsender Rohrleiter 207 und 234 senkrecht aufeinander stehen. In der Nähe der Verbindungstelle zwischen den beiden Rohrleitern 207 und 234 sind innerhalb des Rohrleiters 207 zwei ringförmige Isolatoren 235 und 236 angeordnet, die einen kleinen Abstand voneinander haben und den Rohrleiter 207 ausfüllen. Die Isolatoren 235 und 236 sind aus einem elektrisch isolierenden dielektrischen Material hergestellt. Mit Vorzug wird ein organischer Kunststoff wie ^cIytetrafluoräthylen hierzu verwendet. Der untere Isolator 235 ist

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mit einer Mittelöffnung versehen, in die ein Teil eines Klipps 237 hineinragt, der am unteren Ende eine Anzahl von Federn 237a aufweist, die am oberen Ende des Kathodenbolzens 267 angreifen, so daß eine gute elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Klipp und dem Kathodenbolzen entsteht. Der Klipp 237 weist fernerhin noch einen quer verlaufenden Flansch 237b auf, der unterhalb des Isolators 235 angeordnet ist und diesen Isolator trägt.

k Durch eine Mittelöffnung im Klipp 237 ragt ein Stab 238 nach oben, der aus einem elektrisch gut leitenden Material wie Kupfer hergestellt ist. Der Stab 238 geht durch eine Öffnung in der Mitte des Isolators 236 hindurch und ragt noch über den Isolator 236 hinaus. Der Isolator 236 ist mit einem senkrecht stehenden Flansch 236a versehen, der den Stab 238 umgibt. Am unteren Ende des Stabes 238 ist eine Schraube 239 vorgesehen, deren Kopf über der unteren Oberfläche des Klipps 237 liegt und die in eine Gewindeöffnung innerhalb des Stabes 238 eingeschraubt ist. Über das obere Ende des Stabes 238 ist ein innerer Rohrleiter 240 teleskopartig herübergeschoben worden, dessen unteres Ende auf dem Isolator 236 aufliegt und den senkrecht stehenden Flansch 236a umgibt. Das Gebiet 240a am oberen Ende des inneren Rohrleiters ist mit einem vergrößerten Querschnitt versehen worden. Dieses Gebiet 240a ragt nach oben noch über den Stab hinaus. In das obere Ende des inneren Rohrleiters 240 ist ein zweiter innerer Rohrleiter 241 teleskopartig eingesetzt, der als Hochfrequenzausgang

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für den Koppler und Filter 230 dient, so daß die Hochfrequenz vom Koppler und Filter 230 zwischen den Rohrleitern 231 und 241 abgenommen werden kann. Der Stab 238 und die Rohrleiter 240 und 241 sind über einen Koppler 242 kapazitiv miteinander gekoppelt» Dieser Koppler 242 weist eine kreisförmige Unterlegscheibe 243 aus einem elektrischen Isoliermaterial auf. Die Unterlegscheibe wird überlicherweise aus einem organischen Kunststoff wie PoIytetrafluoräthylen hergestellt. Die Unterlegscheibe 243 ist um das obere Ende des Stabes 238 herum angeordnet und sitzt im Gebiet 24Oa am oberen Ende des Rohrleiters 240, das einen vergrößerten Querschnitt aufweist* Die Unterlegscheibe 243 sorgt dafür, daß das obere Ende des Stabes 238 gegenüber den Rohrleitern und 240 die richtige Lage aufweist. In eine Gewindebohrung im oberen Ende des Stabes 238 ist der Schaft einer Schraube 233 eingeschraubt, deren Kopf an der oberen Oberfläche der Unterlegscheibe 243 angreift. Die beiden sich gegenüber*«?* «Bonden Sehrauben 239 halten daher die Isolatoren 235 und 236, den Klapp 234_t den inneren Rohrleiter 240 und die isolierende Unterlegscheibe 243 zusammen.

Das Potential B- und die Wechselspannung zur Heizung der Röhre 100 werden dem Stab 238 und damit der Röhre 100 durch Verbindungen im Rohrleiter 234 zugeführt, und zwar durch einen Leiter 244, der konzentrisch innerhalb des Außenleiters 234 angeordnet ist. Am linken Ende nach Figur 2 ist der Leiter 244 mit einem VerUbdungsstttck 244a versehen, der eine Öffnung aufweist, in der der Stab 238 sitzt, so daß der Stab 238 und das Verbindungsstück 244a elektrisch miteinander verbunden sind. Um den Leiter 244 herum ist

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ein Ringisolator 245 angeordnet, der zwischen dem Außenleiter 234 und dem Innenleiter 244 sitzt. Der Ringisolator 245 ist aus einem organischen Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen hergestellt. Links vom Isolator 245 ist der Leiter 244 mit einem Flansch 244b versehen, während rechts vom Isolator 245 eine zylindrische Drossel 246 angeordnet ist, die als Rohrleiter ausgebildet ist. Duch die Drossel 246 geht der Leiter 244 konzentrisch hindurch, uer Isolator 245 weist einen querverlaufenden Flansch 245 a auf, der den Leiter 244 umgibt und in das linke Ende der Drossel 246 hineinragt, um das linke Ende der Drossel gegenüber dem Leiter 244 zu fixieren. Auf das rechte Ende des Leiters 244 ist eine elektrisch leitende Mutter 247 aufgeschraubt, die einen Flansch 247a aufweist, der in das rechte Ende der Drossel 246 hineinragt. Durch die Mutter 247 sind die nebeneinander liegenden Enden des Leiters 244 und der Drossel 246 gegenseitig fixiert. Das rechte Ende des Leiters 244 ist bei 244c mit einem Gewhde versehen, auf das die Mutter 247 aufgeschraubt wird, um den Isolator 245 und die Drossel 246 gegen den Flansch 244b anzudrücken. Dasmit dem Gewinde versehene Ende 244c ist mit dem Eingangsanschluß 202 verbunden, der aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt ist. Das linke Ende 249 des Anschlusses 202 ist größer ausgeführt und weist eine Gewindeöffnung auf, so daä der Anschluß 202 auf das Ende 244c des Leiters 244 aufgeschraubt werden kann. Der AnscHuß 202 ragt nach rechts noch über den Außenleiter 234 hinaus und ist über die Leitung 61 mit der Stromversorgung 51 verbunden. Zwischen dem Außenleiter 234 und dem inneren

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Anschluß 202 1st ein Filterkondensator 248 angeordnet, der als ' Durchführungskondensator ausgebildet ist. Dieser Durchführungskondensator kann als Wickelkondensator ausgebildet sein, dessen einer Anschluß mit den Außenleiter 234 und dessen anderer Anschluß mit dem Anschluß 207 verbunden ist.

Wie bereits erläutert wurde, überlappen sich der innere Rohrleiter 207 und der äußerer Rohrleiter 231 über eine Strecke, die einer Viertel-Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Zusätzlich sind auch der Stab 238, der innere Rohrleiter 240 und die Drossel 246 so aufgebaut, daß ihre elektrische Länge einer Viertel-Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Während des Betriebes wird das Potential B+ an die Außenleiter 207/234 des Kopplers und Filters 230 angelegt. Hierfür ist der Rohrleiter 207 direkt mit dem Leiter 218 verbunden, durch den das Potential B+ an den Anodenzylinder 102 angelegt ist. Der Anschluß 202 dient als Eingang für das Potential B-. Der Anschluß 202 ist über den Leiter 244, den Stab 248, den Klipp 237 und den Kathodenbolzen 167 mit der Kathode 150 verbunden, so daß auch die Kathode 150 das Potential B- annimmt. Außerdem wird über den Anschluß 202 die niederfrequente Heizspannung den Röhren zugeführt, da der Anschluß 202 über den Leiter 244, den Stab 238, den Klipp 23 7 und den Kathodenbolzen mit dem oberen Ende des Heizelementes 176 verbunden ist.

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Das Verbindungsstück 196 an unteren Ende der Röhre 101 (siehe Figur 3) ist mit einen Filterkondensator verbunden, der als Durchführungskondensator ausgeführt ist. Insbesondere ist das Verbindungsstück 196 mit der Ausgangsklemme 203 verbunden, deren eines Ende mit einer Gewindebohrung versehen ist, die auf das äußere Ende des Anschlußstückes 196 aufgeschraubt ist. Es ist ein Bohrleiter 221 aus elektrisch leitendem Metall vorgesehen, dessen oberes Ende teleskopartig in den Flansch 172 des unteren Polstückes eingeschoben und dort nit dem unteren Polstück elektrisch verbunden ist. Der Bohrleiter 221 ist innerhalb des unteren Hagnetblockes 216 angeordnet und ragt nach unten aus diesem Magnetjoch heraus. Am unteren Ende des Rohrleiters 221 ist eine Abdeckhaube 222 aus einem elektrisch leitenden Metall vorgesehen, die ein Flansch 224 aufweist, der teleskopartig über das untere Ende des Bohrleiters 221 herübergeschoben und mechanisch und elektrisch mit dem Bohrleiter 221 verbunden ist. Zwischen dem Anschluß 203 und der Abdeckhaube 222 ist ein Filterkondensator 226 vorgesehen, der genauso wie der bereits beschriebene Filterkondensator 248 aufgebaut ist. Das eine Ende des Filterkondensators

226 ist mit der Abdeckhaube 222 verbunden, während der andere Anschluß des Filterkondensators direkt mit dem Anschluß 203 verbunden ist. Der Filterkondensator 226 ist außen mit einem Flansch

227 versehen, der über der Abdeckhaube 222 liegt. Der Filterkondensator 226 leitet Hochfrequenzschwingungen vom Anschluß 203 über die Abdeckhaube 222 hinweg zum äußeren Bohrleiter 221 ab, so daß keine Hochfrequenzenergie über die Leitung 62 zur Stromversorgung 51 hin gelangen kann.

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Nimmt man die Mikrowellenröhre 100 mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern im Oszillator 200 in Betrieb, so bilden der Anodenzylinder 103 und die Anodenteile 110 und 130 geneLnsam innerhalb der Röhre 100 eine Koaxialleitung. In dieser Koaxialleitung können axial verlaufende Hochfrequenzscliwiagimgen angefacht werden, deren Frequenz von der Eigenresonanz des gefalteten Hohlraumresonators für die Röhre 100 und den Oszillator 200 abhängt. Diese Koaxialleitung enthält im besonderen eine äußere Koaxialleitung, die durch die Innenfläche 104 des Anodenzylinders 102 begrenzt ist, die durch die inneren Stirnflächen 115 und 135 der Antfdenteile 110 und 130 sowie" durch die Innenflächen 114 und 134 der Anodenteile 110 und 130 definiert ist. Die Fläche 104 stellt dabei den Außenleiter dieser Koaxialleitung dar, während die Innenwandungnll4 und 134 zusammen die Innenleiter für die äußere Koaxialleitung bilden. Der axial venaufende Raum 120 stimmt »it dem Inneren der äußeren Koaxialleitung ti berlin, die oben durch den Wandteil 115 und unten durch den Wandteil 135 kurzgeschlossen ist. Die Anodensegmente 117 des Anodenteils 110 und die Fahnen des anderen Anodenteils 130 bilden gemeinsam einen Teil einer inneren Koaxialleitung, in der sich axial verlaufende Hochfrequenzwellen anfachen lassen. Das obere Ende dieser inneren Koaxialleitung ist offen, und das untere Endeist durch den Durchgang 140 mit der Mitte der äußeren Koaxialleitung 120 verbunden. Auf gleiche Wiese bilden die Anodensegmente 137 des Anodenteils 130 und die Fahnen 125 des ersten Anodenteils 110 einen zweiten Teil einer inneren Koaxialleitung, in der sich axial verlaufende Hoch-

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frequenzwellen anfachen lassen. Das untere Ende dieses zweiten Koaxialleitungsteiles ist offen, und das obere Ende ist durch den Durchgang 140 mit der Mitte der äußeren Koaxialleitung 120 verbunden.

Im Betrieb der Röhre 100 wirken der obere Teil der äußeren Koaxialleitung 120. -Lh. der Teil, der zwischen der Stirnwand 115 und dem Durchgp^ ν 140 liegt, mit dem oberen Teil der inneren Übertragungsieit ng zusammen, so daß sich ein Hohlraumresonator ergibt, Csr mit einer Frequenz schwingen kann, deren Wellenlänge der νi?ilachen Länge dieses Resonators äquivalent ist. Die Re*- sonatorlange ist hierbei die Entfernung von der Stirni ;lnhe 115 nach un" η durch den Durchgang 140 hindurch und nach oben die

Stäbe 145 entlang bis zum oberen Ende der Stäbe. In diesem ~*

kann

raum hafc eine axial verlaufende Welle angefacht werden, die einmal an der innere:, Stirnwand 115 an einem Ende und zum anderen am offenen Ende der Übertragungsleitung reflektiert wird, so daß sich eine stehende w«-17. <? bildet. Das untere ^nde derjäußeren Übertragungs leitung 125 - das ist der Teil der Übertragungsleitung zwischen der inneren Stirnfläche 135 und dem Durchgang 140 - wirkt mit dem zielten oder unteren.Teil der inneren Übertragungsleitung zusammen, so daß ein Hohlraumresonator entsteht, in dem ebenfalls ^chwir gungen angefacht werden können, deren Wellenlänge das Vierfache der Länge des Hohlraumresonators beträgt. Die Länge des Eohlraumresonators ist die Entfernung zwischen der inneren Stirnfläche nach oben durch den Durchgang 140 hindurch und nach unten die Fah-

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nen 125 entlang bis zu dem unteren Ende dieser Fahnen gleich. Dadurch kann in dem Hohlraumresonator eine axial verlaufende Welle angefacht werden , die auf der einen Seite an der Stirnwand 135 und an der anderen Seite am offenen Ende der Übertragungsleitung reflektiert wird, so daß eine stehende Hochfrequenzwelle entsteht. Diese beiden Übertragungsleitungen wirken beim Betrieb der Röhre 100 zusammen, und zwar wird eine axial verlaufende Hochfrequenzwelle, die in der inneren Übertragungsleitung angefacht wird, durch den Durchgang 140 hindurch in die äußere Koaxialleitung 120 geleitet, und dort wird sie an den inneren Stirnflächen 115 und 135 reflektiert. Die reflektierte Welle läuft dann nach unten auf den Durchgang 140 zu und durch den Durchgang 140 hindurch und gelangt dann zu den beiden Enden der inneren Koaxialleitungen. Wenn die Hochfrequenzwelle an den offenen Enden der inneren Leitung angekommen ist, wird sie erneut reflektiert, so daß eine stehende Welle entsteht, deren elektrische und magnetische Felder in den Wechselwirkungsraum 160 hineinreichen. Man sieht daher, daß die Röhre 100 einen gefalteten Hohlraumresonator aufweist, der einem Halbwellenresonator äquivalent ist, aber in einem Raum für eine Viertelwelle untergebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, eine Mikrowellenröhre aufzubauen, die im Vergleich zur Wellenlänge, die erzeugt werden soll, kleine Abmessungen aufweist. IM den Oszillator 200 in Betrieb zu nehmen, ist es notwendig, innerhalb der Mikrowellenröhre 100 elektrische und magnetische Felder hervorzurufen, die eine bestimmte Verteilung aufweisen. Wie die elektrischen und

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magnetischen Felder innerhalb der Röhre 100 aussehen, wenn die Röhre 100 als Oszillator arbeiten soll, und wie diese Felder hervorgerufen werden können, wird noch beschrieben. Die Betriebspotentiale für die Röhre 100 werden von der Stromversorgung 51 abgenommen, die bereits beschrieben ist. Die Heizspannung wird an den Ausgängen 56 und 57 der Stromversorgung abgenommen. Hierfür wird der Ausgang 56 durch die Leitung 61 mit dem Anschluß 202 verbunden, der seinerseits über den Leiter 244, den Stab und den Kathodenbolzen 267 mit dem einen Ende des Heizelementes 176 verbunden ist. Der Ausgang 57 der Stromversorgung 51 ist über die Leitung 62 mit dem Anschluß 203 verbunden, der seinerseits über das Verbindungsstück 196 und den Leiter 197 mit dem anderen Ende des Heizelementes verbunden ist. Die Gleichspannung wird von den Ausgängen 54 und 55 der Stromversorgung 51 abgenommen. Hierfür ist der Ausgang 54 der Stromversorgung 51 mit dem Eingangsanschluß 201 verbunden, so daß dem äußeren Anodenzylinder 102 über die obere Magnetspule 210, die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung 218 und die Kühlrippe 108 das Potential B+ zugeführt werden kann. Vom Ausgang 55 der Stromversorgung 51 führt die Leitung 61 zum Eingangsanschluß 202, der seinerseits über die Leitung 244 , den Stab 238, den Kathodenbolzen 167 mit der Kathode 150 in Verbindung steht, so daß an der Kathode 150 B- anliegt.

Wenn man an den äußeren Anodenzylinder 102 und an die Kathode 150 die Potentiale B+ und B- anlegt, so baut sich ein elekti-

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sches Gleichfeld 250 auf, (siehe Figur 11) das von den Anodensegmenten 117 zu den Kathodenvorsprüngen 162 und von den Anodenfahnen 145 zu den Kathodenvorsprüngen 162 verläuft. Man sieht, daß von jeden Kathodenvorsprung 192 Feldlinien des elektrischen Gleichfeldes ausgehen, die an einem gegenüberliegenden Anodensegment 117 bzw. an einer gegenüberliegenden Anodenfahne 145 enden. Das Feld zwischen den Anodensegmenten 117 und den zugehörigen Kathodenvorsprüngen 162 ist mit der Bezugsziffer 251 bezeichnet worden, während der Feldanteil zwischen den Anodenfahnen 145 und den zugehörigen Kathodenvorsprüngen 162 die Bezugsziffer 252 trägt. Die Feldlinien des elektrischen Fe.ldes 250 verlaufen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der beiden Anodenteile 110 und und treten auch in die Flächen 118 sowie in die Oberflächen 138 der Anodenfahnen 145 sowie in die Oberflächen 163 der Kathode senkrecht ein. Die dabei entstehende Verteilung des Feldes 250 ist in der Figur 11 dargestellt. Zwischen der Kathode 150 und den Anodensegmenten 137 sowie die Anodenfahnen 125 im unteren Teil der Röhre 100 wird ein elektrisches Gleichfeld der gleichen Gestalt hervorgerufen.

Um das erforderliche magnetische Gleichfeld hervorrufen zu können, das senkrecht auf dem elektrischen Feld 250 steht, werden die Magnetspulen 210 und 215 durch einen Gleichstrom erregt. Hierzu fließen die Elektronen von der Anode 101 aus durch die Leitung 218, die untere Hagnetspule 215, die Leitung 213, die obere Magnetspule 210 und durch die Leitung 60 zum Aus-

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gang 54 der Stromversorgung 51. Diese Elektronen in den Hagnetspulen 210 und 215 rufen einen starken magnetischen Fluß hervor, der einen geschlossenen Kreis bildet. Dieser Kreis weist den oberen Flansch 212, das obere Magnetjoch 211 und das obere Polstück 170 auf (siehe Figur 3), geht dann durch den Raum 120 und den Wechselwirkungwraura 160 hinduch und setzt sich dann durch das untere Polstück 170, das untere Hagnetjoch 216 und den unteren Flansch 217 fort. Der Kreis für den magnetischen Fluß wird dann durch das Gehäuse 105 hindurch geschlossen. In der Figur 12 sind die Feldlinien des magnetischen Gleichfeldes, die in axialer Richtung durch den äußeren Hohlraum 120 und durch den Wechselwirkungsraum 160 hindurchlaufen, durch die Bezugsziffer 260 bezeichnet. Das magnetische Feld geht durch die Räume 120 und 160 in einer Richtung hindurch, die senkrecht auf der Ebene der Fig. 12 steht. Die Polstücke 170 und die anderen Elemente des magnetischen Kreises, die eine hohe magnetische Permeabilität haben, bewirken, daß die Verteilung des magnetischen Gleichfeldes 260 innerhalb des Raumes 120 sowie innerhalb c*-»r Vertiefungen 122 um die Anodenfahnen 145 herum sowie innerhalb der äußeren Oberfläche des elektronen-emittierenden Überzuges 161 sehr gleichförmig ist. Weiterhin sei bemerkt, daß die Feldlinien des magnetischen Gleichfeldes 260 senkrecht auf dem elektrischen Gleichfeld 250 stehen, das in Figur 11 dargestellt ist, so daß das elektrische Gleichfeld 250 und das magnetische Gleichfeld 260 wirklich gekreuzte Felder sind, die zum Betrieb der Mikrowellenröhre 100 erforderlich sind. Die Verteilung des magnetischen Feldes 260 zwischen dem

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Anodenzylinder 102, dem Anodenteil 130, den Anodenfahnen 125 und der Kathode 150 am unteren Ende der Röhre 100 ist die gleiche.

Wie bereits bemerkt, bilden der axial verlaufende Raum 120, der Durchgang 140 sowie die Anodensegmente und die Anodenfahnen einen gefalteten Hohlraumresonator, der einen inneren und einen äußeren Abschnitt aufweist. Diese beiden Hohlraumresonatorabschnitte sind in der Röhre 100 in axialer Richtung angeordnet, und der äußere Resonatorabschnitt ist am oberen und am unteren Ende der Röhre durch die inneren Stirnflächen 115 und 135 kurzgeschlossen. Diese kurzgeschlossene gefaltete Übertragungsleitung ist daher ein abgestimmter Hohlraumresonator für den Oszillator 200, in dem leicht Schwingungen eiier Frequenz angefacht werden können, deren Wellenlänge dem vierfachen Abstand zwischen der Endwand 115 nach unten durch den Durchgang 140 hindurch bis zu den oberen Enden der Anodenfahnen 145 äquivalent ist. Wenn der so gebildete abgestimmte Hohlraumresonator durch das Hervorrufen des elektrischen Gleichfeldes SSO aus Eigur 11 und des magnetischen Gleichfeldes 260 aus Figur 12 erregt wird, so schwingt der Hohlraumresonator mit einer Frequenz, deren Länge diesem Abstand äquivalent ist, d.h., innerhalb des abgestimmten Hohlraumresonators wird eine stehende Hochfrequenzwelle hervorgerufen, die durch den äußeren Raum 120 und dem Wechselwirkungsraum 160 hindurch axial zur Röhre 100 und axial zum Hohlraumre-

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sonator angeordnet ist. Die Wellenlänge der so angefachten stehenden Hochfrequenzwelle ist nun in Wirklichkeit merklich größer als der vierfache Abstand zwischen der inneren Stirnfläche 115 bis zu den oberen Enden der Anodenfahnen 145, gemessen durch den Durchgang 150 hindurch, da zwischen den Anodenteilen und den Anodenfahnen eine hohe Kapazität herrscht. Diese Kapazität liegt in dem abgestimmten Schwingkreis selbst und erlaubt es, in der Mikrowellenröhre 100 Hochfrequenzwellen anzufachen, deren Wellenlänge merklich größer als' das Vierfache des oben erwähnten Abstandes ist.

Mit der so hervorgerufenen stehenden Hochfrequenzwelle ist vermutlich ein elektrischer Hochfrequenzteil gekoppelt, der senkrecht zur Achse der Röhre 100 verläuft. Dieser elektrische HochfrequenzanfeLl ist schematisch in der Figur 13 dargestellt. Wie man der Figur 13 entnehmen kann, sind die Hochfrequenzpolaritäten der Anodensegmente 117 und der Anodenfahnen 145 zu jedem beliebigen Zeitpunkt entgegengesetzt gerichtet, so daß verhältnismäßig starke elektrische Hochfrequenzfelder zwischen dem Anodenteil und den Anodenfahnen 145 herrschen, während die elektrischen Hochfrequenzfelder zwischen dem Anodenteil 110 und der Kathode 150 sowie zwischen den Anodenfahnen 145 und der Kathode 150 schwach sind. Die Hochfrequenzpolarität des Anodenzylinders 102 ist der Hochfrequenzpolarität des Anodenteils 110 ebenfalls entgegengesetzt, so daß sie auch zwischen dem Anodenzylinder 102 und dem

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Anodenteil 110 ein elektrisches Hochfrequenzfeld aufweist. In Figur 13 ist das augenblickliche elektrische Hochfrequenzfeld nit der Bezugsziffer 270 bezeichnet. Die Gebiete mit stärkeren FeldanfeLlen zwischen dem Anodenteil 110 und den Anoden fahnen 145 sind mit 271 bezeichnet worden. Die Kraftlinien die ses Feldes stehen senkrecht auf den Oberflächen, zwischen denen das Feld hervorgerufen worden ist, d.h., senkrecht auf den Seitenflächen 119 und den Außenflächen 121 der Anodenvertiefungen sowie senkrecht auf den Oberflächen der Anodenfahnen 145. Die Gebiete des elektrischen Hochfrequenzfeldes zwischen dem Anodenteil 110 und" der Kathode 150 weisen eine geringere Feldstärke auf, Diese Feldgebiete sind durch die Bezugsziffern 272 bezeichnet worden. Die Feldlinien, durch die das Feldgebiet 273 dargestellt ist, stehen senkrecht auf den inneren Oberflächen 118 der Anodensegmente 117 sowie senkrecht auf den äußeren Oberflächen 163 der Kathodenvorsprünge 162. Zwischen den Anodenfahnen 145 und der Kathode 145 befindet sich ein Gebiet des elektrischen Hochfrequenzfeldes 270, in dem die Feldstärken noch geringer sind. Dieses Gebiet ist mit der Bezugsziffer 273 versehen. Die Feldlinien, durch die dieses Feldgebiet 273 dargestellt ist, stehen senkrecht auf den Oberflächen, zwischen denen dieses Feldgebiet angeordnet ist, und zwar senkrecht auf den äußeren Oberflächen der Anodenfahnen 145 sowie senkrecht auf den Außenflächen 173 der zugehörigen Kathodenvorsprünge 162. Schließlich ist auch der Raum 120 zwischen dem Anodenzylinder 102 und dem Anodenteil von einem Teil des elektrischen Hochfrequenzfeldes 270 ausgefüllt.

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Dieser Feldanteil ist mit der Bezugsziffer 274 versehen. Die Linien, die dieses Feldgebiet 274 darstellen, stehen senkrecht auf der Innenfläche 104 des Anodenzylinders 102 sowie senkrecht auf der Fläche 114 des Anodenteiles 110. Es sei bemerkt, daß auch zwischen dem Anodenzylinder 102, dem Anodenteil 130, den Anodenfahnen 125 und der Kathode 150 im unteren Ende der Röhre 100 ein elektrisches Hochfrequenzfeld herrscht, dessen Verteilung genauso aussieht.

Mit dem elektrischen Hochfrequenzfeld 270 der stehenden Hochfdquenzwelle ist ein magnetisches Hochfrequenzfeld 280 verknüpft, dessen vermutlicher Verlauf in der Figur 14 dargestellt ist. Das magnetische Hochfrequenzfeld 280 verläuft ebenfalls senkrecht zur Achse der Röhre 100 und ist um die Anodenfahnen 145, die Kathode 150 und den Anodenteil 110 herum konzentriert. Der Feldanteil des magnetischen Hochfrequenzfeldes 280, in dem die größten Feldstärken herrschen, ist innerhalb der Anodenvertiefungen 122 angeordnet. Dieser Feldanteil trägt die Bezugsziffer 281. Ein Teil des magnetischen Hochfrequenzfeldes 280 läuft jedoch auch um die Kathode 150 herum und trägt die Bezugsziffer 282. Ein weiterer Anteil des magnetischen Hochfrequenzfeldes 280, das sich im äußeren Raum 120 zwischen dem Anodenzylinder 102 und dem Anodenteil 110 befindet ist mit "283^H bezeichnet worden. Im unteren Teil der Röhre 100 herrscht innerhalb des Anodenzylinders 102 ebenfalls ein magnetisches Hochfrequenzfeld 280, das zwischen dem Anodenteil 130, dem Anodenzylinder 102, den

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Anodenfahnen 125 und um die Kathode 150 herum verläuft und den gleichen Verlauf wie das magnetische Hochfrequenzfeld im oberen Teil der Röhre 100 aufweist.

Wenn die Arbeitspotentiale an die Röhre 100 angelegt worden fcind, und wenn die Kathode 150 vom Heizelement 176 auf ihre Betriebstemperatur gebracht worden ist, werden Bektronen vom Überzug 161 in den Wechselwirkungsraum 160 emittiert, in dem sie mit den Gleichfeldern und den dort herrschenden Hochfrequenzfeldern in Wechselwirkung treten. In der Figur 15 sind schematisch einige Elektronenbahnen dargestellt, die diejenigen Elektronen beschreiben, die von den Kathodenvorsprüngen 162 emittiert werden. Diese Elektronenbahnen tragen die Bezugsziffer 290. Die Elektronenbahnen sind spiralförmig und sind direkt an der Kathode im Uhrzeigersinn gekrümmt. Dieses liegt am Einfluß des magnetischen Gleichfeldes 260. Die Elektronen gelangen auf den spiralförmigen Bahnen 290 entweder zum Anodenteil 110 oder zu den Anodenfahnen 145, wodurch der Weg des elektrischen Stromes durch die Röhre 100 hindurch geschlossen wird. Wenn die Elektronen auf den spiralförmigen Bahnen 290 entlang laufen, geben sie einen Teil ihrer Energie an die stehende Hochfrequenzwelle innerhalb der Röhre 100 ab, so daß der Hochfrequenzwelle Leistung zugeführt und die Hochfrequenzwelle somit verstärkt wird. Die Elektronenbahnen 290 im unteren Teil der Röhre 100, also zwischen der Kathode 150 und dem Anodenteil 130 sowie den Anodenfahnen 125, sehen genauso aus.

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In der Figur 6 sind nun alle die Felder überlagert dargestellt, die in der Röhre 100, und insbesondere im äußeren Raum 120 und im Wechselwirkungsraum 160 herrschen, wenn die Röhre 100 als Teil des Oszillators 200 betrieben wird. Wie man sieht, treten die Elektronen auf den Bahnen 290 mit den Gleichfeldern und den Hochfrequenzfeldern im Wechselwirkungsraum 160 im Wechselwirkung, so daß ein Teil der Energie der Elektronen an die Hochfrequenzfelder im Wechselwirkungsraum 160 abgegeben wird. Wenn im besonderen im inneren Teil der Übertragungsleitung eine axiale Hochfrequenzwelle angefacht wird, also in dem Teil der Übertragungsleitung zwischen den inneren Flächen der Anodenteile 110 und 130 und den Anodenfahnen 145 und 125, fird diese axial verlaufende Welle in den äußeren Teil der übertragungsleitung übertragen, also in den Teil der Übertragungsleitung, der mit 120 bezeichnet wird. Dort wird die axial verlaufende Welle an den inneren Stirnflächen 115 und 135 reflektiert. Auf diese Weise baut sich zwischen den Anodenteilen 110 und 130 sowie den Stäben 145 und 125 ein elektrisches Hochfrequenzfeld auf. Dieses elektrische Hochfrequenzfeld ragt in den Wechselwirkungsraum 160 hinein und bündelt die Elektronen, die unter dem Einfluß des elektrischen Gleichfeldes 250 und des magnetischen Gleichfeldes 260 um die Kathode 150 herumlaufen. Diese Elektronen rotieren synchron mit einer langsamen Komponente der axial verlaufenden Welle, entziehen den Gleichfeldern Energie und geben diese Energie an die Hochfrequenzfelder ab. Auf diese ' Weise wird die stehende Hochfrequenzwelle innerhalb der Röhre 100 aufrecht-erhalten, und während des Betriebes des Oszillators 200 wird die Energie der stehenden Welle erhöht bzw. ergänzt.

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Wie aus den Figuren 3 und 16 hervorgeht, ist die Kathode 150 an die stehende Hochfrequenzwelle innerhalb des Wechselwirkungsraumes 160 gekoppelt und kann daher als Sonde dienen, mit der ein Teil der Hochfrequenzenergie aus dem abgestimmten Hohlraumresonator abgeführt und über den Koppler und Filter 230 anschließend der Ausgangsleitung 65 zugeführt «erden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kathodenbolzen 167 direkt mit der Kathode 150 verbunden, während der Außenleiter 207 direkt Kit dem oberen Polstück 170 verbunden ist. Dadurch erscheint zwischen diesen beiden Bauteilen ein Hochfrequenzpotential. Der Koppler und Filter 230 dient dazu, die zwischen dem Kathodenbolzen 167 und den Außenleiter 207 auftretende Hochfrequenzenergie an die Ausgangsleitung 65 weiterzugeben, und außerdem werden durch den Koppler und Filter 230 über den Stab 238 und den Anschluß 202 der Kathode 150 das Arbeitspotential B" sowie die Heizspannung zugeführt, die auf der Leitung 61 liegt, die mit der Stromversorgung 51 verbunden ist. Dieses geschieht, ohne da· an den Innen- und den Außenleiter 66 und 67 der übertragungsleitung 65 Gleichspannungen angelegt werden, und ohne daß Hochfrequenzenergie über die Leitung 61 zur Stromversorgung 51 gelangen kann*

Nun soll in Verbindung mit Figur 2 weiter beschrieben werden, wie der Koppler und Filter 230 arbeitet. Die Ausgangsanschlüsse, die den Kathodenbolzen 167 und den Rohrleiter 207 beinhalten, die mit der Kathode 150 bzw. mit dem oberen Polstück 170 der Röhre 100 verbunden sind, sind gleichzeitig die Hochfrequenzeingänge des

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Kopplers und Filters 230, so daß der Oszillator 200 mit den Hochfrequenzeingängen des Koppler und Filters 230 verbunden ist. Die Hochfrequenzeingänge 207 und 167 sind kapazitiv an zwei Ausgänge des Kopplers 230 angekoppelt, die durch den Außenleiter 231 and den inneren Leiter 241 dargestellt sind. Dadurch ist sichergestellt, daß die auf dem Rohrleiter 207 und dem Kathodenbolzen 167 anliegenden Gleichspannungspotentiale B und B~ nicht an den Hochfrequenzausgängen 231 und 241 erscheinen können. Durch den kapazitiven Koppler 232, der als Isoliermuffe 233 ausgebildet ist, ist die hochfrequenzmäßige Kopplung zwischen dem Rohrleiter 207 und dem Rohrleiter 231 sehr gut, während eine galvanische Verbindung zwischen diesen beiden Rohrleitern nicht besteht. Der Kathodenbolzen 167, der mit dem Stab 238 verbunden ist, ist durch den Koppler 242 an den Ausgangsleiter 241 kapazitiv angekoppelt. Hierbei dient die isolierende Unterlegscheibe 243 dazu, den Stab 238 und den teleskopartig darüber geschobenen Leiter 240 in einem gewissen Abstand voneinander zu fixieren.

Wie bereits oben erläutert wurde, sind die beiden Rohrleiter 207 und 231 teleskopartig übereinander geschoben und überlappen sich über eine Strecke , die einer Viertel-Wellenlänge bei der Betriebs-

frequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Ebenso sind der Stab 238 und die zugehörigen Rohrleiter 240-241 teleskopartig übereinander geschoben und überlappen sich ebenfalls über eine Strecke, die einer Viertel-Wellenlänge bei der Betriebsfrequena des Oszillators 200 äquivalent ist. Wenn man diese Einzelteile so anordnet,

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koppeln die kapazitiven Koppler 232 und 242 nicht nur die Hochfrequenzenergie an die Rohrleiter 231 und 241 an, sondern wirken auch als Filter für die zweiten und höheren Harmonischen, die der Oszillator 200 möglicherweise erzeugt. Dadurch werden die zwM.ten und höheren Harmonischen, die an die Hochfrequenzausgänge, also an die koaxialen Leiter 231 und 241 angekoppeLt werden,stark gedämpft.

Das Gleichspannungspotential B"" auf der Leitung 41 wird über die Leitung 244, den Stab 238, den Klipp 237 und den Kathodenbolzen 167 direkt der Kathode 150 zugeführt. Über die gleiche Verbindung wird auch dem oberen Ende des Heizelementes 176 die Heizspannung zugeführt, um nun zu verhindern, daß Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 über den Stab 238 und den Leiter

244 zur Leitung 61 gelangt, ist die Drossel 246 vorgesehen, deren Länge einer Viertel-Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Oszillators äquivalent ist. Die Drossel 246 ist durch die elektrisch leitende Mutter 247 am äußeren Ende kurzgeschlossen. Die Drossel 246 wirkt mit dem Außenleiter 234 und dem kapazitiven Isolator

245 auf solche Weise zusammen, daß eine Ausbreitung von Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 längs des Leiters 244 zum Anschluß 202 und zur Leitung 61 nicht mehr möglich ist. Durch die eben beschriebene Anordnung und Dimensionierung aller Einzelteile ist ein Parallelresonanzkreis entstanden, der bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 eine hohe Impedanz besitzt, so daß die Ausbreitung der Hochfrequenzenergie den Leiter 244 entlang

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Pt

nicht mehr möglich ist. Zusätzlich sind der Außenleiter 234, der das Potential B führt, und der Anschluß 202, der das Potential B~ führt, durch den Filterkondensator 248 von großer Kapazität miteinander verbunden. Dieser Filterkondensator 248 dient als Kurzschluß für Frequenzen, die gleich oder höher als die Betriebsfrequenzen des Oszillators 200 sind. Durch diesen Hochfrequenznebenschluß kann keine Hochfrequenz mehr über die Leitung 61 zur Stromversorgung 51 gelangen.

Es sei noch einmal folgendes wiederholt: Die Hochfrequenzeingänge 207 und 167 des Kopplers und Filters 230 sind kapazitiv an seine Hochfrequenzausgänge 231 und 241 angekoppelt, so daß die Hochfrequenzenergie aus dem Oszillator 200 an die Ausgänge 231 und 241 gelangen kann. Zwischen den Hochfrequenzeingängen 267/207 und den Hochfrequenzausgängen 231/241 ist ein Filter fütt die zweiten und höheren Harmonischen vorgesehen, und dieser Filter ist durch das teleskopartige Überlappen der Leiter 207/231 und der Leiter 238/240 über eine Strecke gebildet worden , die einer Viertel-Wellenlänge der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 äquivalent ist. Die Schwingung mit der Gkmdfrequenz des Oszillators 200 kann sich nicht über die Leitung aus den beiden Rohrleitern 234 und 244 ausbreiten, da in dieser Leitung die Drossel 246 angeordnet ist. Diese Drossel 246 wirkt bei der Grundfrequenz des Oszillators 200 als Parallelresonanzkreis und weist ' daher eine hohe Impedanz auf, die die Ausbreitung der Hahfrequenz-

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⁰⁴⁰

energie auf der Übertragungsleitung 234/244 behindert. Die beiden Leiter 234 und 244 sind zusätzlich durch den Durchführungskondensator 248 von hoher Kapeität miteinander verbunden,(der somit zwischen die Anschlüsse für das Potential B⁺ und das Potential B~ des Kopplers und Filters 230 gelegt ist). Dieser Kondensator 248 weist für die Hochfrequenzenergie und im besonderen gegenüber den zweiten und höheren Harmonischen aus dem Oszillator 200 eine nur niedrige Impedanz auf, so daß im Zusammenwirken mit der Drossel 246 keine Hochfrequenzenergie über den Leiter 254 zum Gleichspannungsanschluß 202 und weiter über die Leitung 61 zur Stromversorgung 51 gelangen kann. Trotzdem wird der Heizstrom den oberen Ende des Heizelementes 176 direkt zugeführt, und zwar von der Leitung 61 her über den Anschluß 202 mit dem Leiter 244, den Stab 238, den Kipp 237, den Kathodenbolzen 167 und zur Kathode 150.

Der Kondensator 226, der eine hohe Kapazität aufweist, wirkt für dte Hochfrequenzenergie zwischen dem unteren Ende des Heizelementes 176 und dem Leiter 221 (der auf den Potential B⁺ liegt) als NebenschlußkondeSator, so daß die Hochfrequenzenergie nicht mehr vom Anschluß 203 über die Leitung 62 zur Stromversorgung 51 gelangen kann. Da das Heizelement 176 als Wendel ausgebildet ist, ist sein induktiver Widerstand für die Hochfrequenzen sehr hoch, so daß auch über diesen Weg nur sehr wenig Hochfrequenzenergie abfließen kann. Daher können die Filter kleiner gewählt werden, die notwendig sind, Hochfrequenzenergie von der Stromversorgung 51 fernzuhalten.

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BAD ORIGINAL

Wie bereits oben erörtert wurde, verläuft die Hochfrequenzwelle innerhalb des Oszillators 200 in axialer Richtung durch die Röhre 100 hindurch, und es treten in der Röhre 100 keine radialen Schwingungsanteile auf, d.h. keine Hochfrequenzwellen, die senkrecht zur Achse der Röhre 100 verlaufen. Darüber hinaus ist der raäale Abstand zwischen der Außenfläche der Kathode 150 und den Außenwänden 121 und 141 der Anodenvertiefungen 122 und 142 so klein, daß stehende Radialwellen bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 nicht mehr angefacht werden können. Auch der Abstand zwischen den koaxial angeordneten Oberflächen des Anodenzylinders 102 und der Anodenteile 110 und 130, die die äußere übertragungsleitung

die definieren, ist so gering gewählt, daß zum Anfachen stehenden Radialwellen bei der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 nicht ausreichen.

In den Figuren 17 und 18 sind graphische Darstellungen gezeigt,

röhre durch die das Betriebsverhalten der Mikrowellen/100 dargestellt ist. In der Figur 17 ist ein übliches Rieke-Diagramm dargestellt, das einem Smith-Diagramm überlagert ist. Die Heßwerte, auf denen die Figur 17 beruht, wurden in einer Serienschaltung für die Uikrowellenröhre gewonnen, d.h., die Magnetspulen 210 und 215 waren hintereinander geschaltet und in Serie zur Anoden 101 gelegt. Das Potential B⁺ betrag hierbei 580 V. Es wurde eine Schar von Leistungskurven 80 aufgenommen, und in der Figur 17 sind die einzelnen Kurven für 300, 400, 500, und 600 Watt dargestellt. In der Figur 17 ist außerdem noch eine Kurvenschar 81 dargestellt,

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5%

die die Betriebsfrequenz und den Frequenzmitzieheffekt zeigt, Wie man sieht, ist ein instabiles Gebiet vorhanden, das mit

en bezeichnet ist. Es Sei besonders bemerkt, daß es ein/sehr großen Impedanzbereich gibt, innerhalb dessen die Ausgangsleistung verhältnismäßig konstant ist, In der graphischen Darstellung nach Figur 18 ist die Anodenspannung auf der Ordinate und der Anodenstrom auf der Abszisse aufgetragen. Im unteren Teil der Figur ist eine Kurve 83 eingezeichnet, die gilt, wenn die Röhre 100 ohne Magnetfeld betrieben wird. Die Kurve 83 stellt daher ein Maß für die Emission der Kathode 150 dar. Die Kurve 84 gilt,

101

wenn die Magnetspulen 210 und 215 in Serie mit der Anode/geschaltet sind. Die Kurvenschar 85 zeigt den Anodenstrom für eine angelegte Anodenspannung, wenn das Magnetfeld für die Röhre 100 getrennt erregt wird. Als Parameter sind Ströme für die Magnetspulen von 1,5 , 2,0 , 2,5, 3,0 und 4,0 A gewählt. Die Kurvenschar 86, die durch ausgezogene Linien dargestellt ist, zeigt Linien konstanter Ausgangsleistung. In der Kurvenschar. 86 sind 12 Kurven dargestellt, die für verschiedene Ausgangsleistungen zwischen 50 Watt und 1100 Watt gelten. Die gestrichelt dargestellte Kurvenschar 87 zeigt Linien konstanten Wirkungsgrades. Es sind zwei Kurven dieser Kurvenschar 87 dargestellt, und zwar für einen Wirkungsgrad von 30% und 40%.

Es wurde eine Mikrowellenröhre mit gekreuzten u»ä elektrischen und magnetischen Feldern aufgebaut, deren verschiedene Einzel-

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BAD ORiGSMAL

si

teile die folgenden Abmessungen hatten. Der Anodenzylinder 102 war 6,67 cm lang und wies einen Außendurchmesser von 4,29 cm auf. Der Außendurchmesser der Anodenteile 110 und 130 betrug in Höhe der Seitenflächen 113 und 133 3,98 cm. Die gesamte Länge der Anodenteile 110 und 130, gemessen zwischen den äußeren Stirnflächen 112 und 132 und den Fahnenenden 126 und 146 betrug 3,175 cm. Der Abstand zwischen der Längsachse und den Flächen 118 und 138 betrug 9,41 mm. Die Entfernung zwischen der Längsachse und den Flächen 121 und 141 betrug 1,425 cm. Die Abmessungen der Vertiefungen 122 und 142 in radialer Richtung betrugen 4,58 mm. Die Abmessungen der Vertiefungen 122 und 142 betrugen in ümfangsrichtung 3,91 mm und die Abmessungen der Flächen 118 und 138 betrugen in ümfangsrichtung 1,27 mm. In axialer Richtung waren die ringförmigen Außenflächen 113 und 133 7,97 mm lang. Die Längsabmessung der ringförmigen Innenflächen 114 und 134 betrug 7,3 mm, und der Außendurchmesser in Höhe der inneren Flächen 114 und 134 betrug 3,34 cm. Die Fahnen 125 und 145 waren 1,648 cm lang, hatten an ihrer Basis eine Radialabmessung von 3,175 mm und an ihrem äußeren Ende ein Abmessung von 1,4 mm. Die Länge des emittierenden Überzugs 161 der Kathode 150 betrug 3,1 cm. Der Durchmesser des emittierenden Überzugs 161 betrug an den beiden Enden der Kathode 1,605 cm und diese Gebiete an den beiden Enden der Kathode maßen in axialer Richtung jeweils 5,96 mm. Der Durchmesser des emittierenden Überzugs 161 in den daran nach innen anschließenden Gebieten ' betrug 1,58 cm, während in axialer Richtung diese Gebiete 165 jeweils 6,25 mm maßen. Das Gebiet 166 des Überzugs 161, das in der

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Mitte des Überzugs angeordnet ist und den geringsten Außendurchmesser aufweist, hatte einen Durchmesser von 1,554 cm und war 6,25 mm lang. Die Vorsprünge 162 neben den äußeren Enden des emittierenden Überzugs 161 ragten in radialer Richtung 0,787 mm hervor. Die Vorsprünge 162, die sich in den Gebieten 165 von geringerer Schichtdicke befanden^ragten in radialer Richtung um 3,81 mm hervor, während das Schichtgebiet 166 mit keinen Vorsprüngen versehen war. Die Außenfläche 163 auf den Vorsprüngen 162 an den äußeren Enden des emittierenden Überzugs 161 waren in Umfangsrichtung 0,787 mm lang, und die Zwischenräume 164 zwischen den Vorsprüngen maßen in -Umfangsrichtung 0,787 mm. Die Mittellinien der Kathodenvorsprü nge 162 waren gegenüber den Mittellinien der gegenüberliegenden Anodensegmente 117 oder 137 beziehungsweise gegenüber den Mittellinien der gegenüberliegenden Anodenfahnen 125 ader 145 um 5° versetzt. Der Außendurchmesser der Polstücke 170 betrug in Höhe des Flansches 174 4,285 cm. JiK Flansch 172 der Polstücke 170 betrug der Innendurchmesser 2,74 cm. Der Flansch 174 und der Flansch waren beide 6,25 mm lang. Eine Mikrowellenröhre 100, deren Einzelteile mit den eben angegebenen Abmessungen versehen waren,arbeitet in einem Frequenzbereich zwischen 900 und 980 MHz.

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Aus der bisherigen Beschreibung und im besonderen aus den angeführten Abmessungen der Mikrowellenröhre 100 geht hervor, daß die räumlichen Abmessungen der Röhre verglichen mit der Wellenlänge der von der Röhre 100 erzeugten Schwingungen sehr klein sind. Die thermischen Eigenschaften der Mikrowellenröhre 100 sind außerordnetlich gut, da die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung der Einzelteile sehr klein sind. Dadurch auch die thermische Stabilität sehr hoch. Anstelle der Kühlrippen 108, die in den Figuren dargestellt sind, kann man zur äußeren Kühlung auch einen Strahlungskühler oder eine Kühlspule verwenden. Die Anodenteile 110 und 130 sind beide aus einem gut wärmeleitenden Material konstruiert, und die dicken, radial verlaufenden Teile haben einen sehr geringen thermischen Widerstand, so daß die Mikrowellenröhre 100 auch bei hohen Leistungen betrieben werden kann. Auch die einseitige Halterung der Anodenfahnen 125 und 145 trägt zur thermischen Stabilität der Röhre 100 bei, da die Hauptabmessungen der Anodenfahnen axial zur Röhre verlaufen. Daher wird durch eine thermische Ausdehnung Bw4sefee» der Anodenfahnen 125 und 145 der Abstand zwischen den Anodenfahnen einerseits und dem Inneren der Anodenteile 110 und 130 sowie der Kathode 150 nicht wesentlich beeinflußt.

In der erfindungsgemäßen Mikrowellenröhre 100 ist der Frequenzabstand zwischen den verschiedenen Schwingungsformen in der Röhre sehr hoch, da in einem einzigen Hohlraumresonator derart, wie er vorgesehen ist, die Hauptschwingungsformen, wie beispiels-

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weise die 1/4, 3/4, 5/4J\^ Schwingungsmodi große Frequenzabstände haben. Radialwellen, die in üblichen Magnettons vorhanden sind werden in der Mikrowellenröhre 100 stark gedämpft. Das Fehlen solcher Radialwellen ist sehr wünschenswert, da die in üblichen Magnetions enthaltenen Radialwellenanteile auf eine große Anzahl von Schwingungen führen, die selbst dann, wenn man das Magneton stark mit Drahtbügeln beschwert, nicht ausreichend

gut getrennt werden können. Daher ergeben sich bei üblichen Magen

netons Schwierigkeiten in der Trennung der verschieden/Schwingungsformen. Andererseits ist in der Mikrowellenröhre 100 das Verhältnis der Streckenlängen für Hochfrequenzwellen den Inneddurchmesser des Anodenzylinders 102 entlang (das ist der Durchmesser der Fläche 104) zur Streckenlänge für Hochfrequenzwellen die Innenflächen der Anodenteile 110 und 130 entlang (das ist die Strecke die Flächen 118, 119 und 121 oder 138, 139 und 141 entlang) sehr klein, so daß für rotierende Wellen ein sehr kurzer Weg von niedriger Impedanz geschaffen ist. Im besonderen stellen die elektrisch leitenden Flächen 104 und 114/134 für rotierende Hochfrequenzwellen eine Übertragungsleitung von sehr niedriger Impedanz dar, während im Gegensatz hierzu der Weg für rotierende Wellen im inneren Umfang der Anodenteile 110 und 130 sehr verwickelt

für und sehr lang ist, was auch für den Wegjrotierende Wellen die Oberfläche der Kathode 150 entlang gilt. Dadurch können die Trennung der verschiedenen Schwingungsformen und die Stabilität der Röhre 100 verbessert werden. Darüber hinaus stellen auch die

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sich gegenüberstehenden Flächen 116 und 136 der Anodenteile 110 und 130 für rotierende Hochfrequenzwellen einen kurzen Weg niedriger Impedanz dar, so daß auch dadurch die Trennung der Schwingungsformen und die Stabilität in der Röhre 100 verbessert wird. Auch die konische Form der Anodenfahnen 125 und 145 trägt zur Erhöhung der Schwingungsstabilität der Röhre bei, da diese Formgebung der Fahnen 125 und 145 die Kapazität zwischen den Fahnen und den daneben liegenden Anodensegmenten 117 und 137 verkleinert. Dadurch ergibt sich zwischen den Anodenfahnen und den danebenliegenden Anodensegmenten 117 und 137 eine Kapazität, die gegenüber der Kapazität der äußeren Übertragungsleitung 120 vermindert ist.

Die Keilform der Fahnen 125 und 145 sowie die geringere Kapazität zwischen den Fahnen und den daneben liegenden Anodenteilen und Anodensegmenten führen auf niedrigere Kreisströme und demzufolge auf einen höheren Wirkungsgrad. Diese Keilform der Stäbe 125 und 145 führt ebenfalls auf eine kleinere Phasenverschiebung für die Hochfrequenzspannung an den äußeren Enden der Fahnen im Verhältnis zu den Phasenwinkeln an den Stellen, an denen die Fahnen an den Anodenteilen 110 und 130 angeordnet sind. Dadurch wird die Bündelung der Elektronen bzw. die Phasenfokussierung der Elektronen besser, so daß auch dadurch der elektronische Wirkungsgrad der Röhre 100 höher werden kann. Gegenüber Anodenfahnen, die von einen zum anderen Ende einen konstanten Querschnitt haben, kann durch die Keilform der Anodenfahnen 145 und 125 die Ausgangsleistung um 20% und die maximale Strombelastung um 15% erhöht werden.

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Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die eben beschriebene Kathodenkopplung eine sehr enge Kopplung ist, eo daß der Hohlraumresonator innerhalb der Röhre 100 stark belastet werden kann. Dadurch ist ein Betrieb mit großer Bandbreite und.niedrigem Q-Wert möglich, der eine äußere Abstimmung über einen Frequenzbereich von etwa über 10% erlaubt. Darüber hinaus wird durch die Kathode die Hochfrequenzenergie in der Röhre 100 gleichförmig aus dem Wechselwirkungsraum 160 ausgekoppelt, so daß Störungen der Feldverteilung aufgrund der Belastung der Röhre vermieden werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad größer und der Betrieb stabiler. Weiterhin sei bemerkt, daß die Hochfrequenzfelder, die im Gebiet des ringförmigen Durchgangs 140 in den Wechselwirkungsraum 160 hineinragen, gestört werden können, was auf einen niedrigeren Wikungsgrad in diesem Gebiet führt.

Dieses wird jedoch dadurch vermieden, daß man den emittierenden

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Überzug der Kathode 150 mit dünneren Gebieten 165 und 166 versieht, so daß die Elektronenemission in diesem Gebiet geringer ist. Insbesondere sind die Feldstärken des elektrischen Gleichfeldes in diesem Gebiet geringer, da der Abstand zwischen den Anodenteilen 110 und 130 gegenüber dem emittierenden Oberzug 161 geringer ist. .Bektronen, die an einer solchen Stelle emittiert werden, von der aas sie den Röhrenbetrieb beeinträchtigen können, werden vom Magnetfeld gesperrt und können daher die Anodenteile 110 und 130 nicht erreichen. Dadurch ist die Wechselwirkung zwi-

feLdern

sehen solchen störenden Elektronen und den Hochfrequenz-Am Wechselwirkungsraum 160 nur gering.

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In Verbindung mit dem Auskoppeln der Hochfrequenzenergie aus der Mikrowellenröhre 100 sei bemerkt, daß die Gebiete zwischen den Enden der Anodenteile 110 und 180 und den Polstücken 170 eine Induktivität von vorgegebener Größe aufweist. Diese Induktivität ist dem Volumen der Räume direkt proportional, die sich zwischen den Anodenteilen 110 bzw. 130 und den Polstücken 170 befinden. Wenn man die Volumina dieser Endgebiete einstellt, kann der Kopplungsgrad für das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie auf den gewünschten Wert eingestellt werden. In den Zeichnungen ist eine feste Kopplung dargestellt. Wenn man den Abstand zwischen den Anodenteilen 110 bzw. 130 und den Polstücken 170 erhöht und damit dieses Volumen vergrößert, wird die Kopplung geringer. Vermindert man dagegen diese Volumen durch Verminderung des Abstandes zwischen den Anodenteilen 110 und 130 und den Polstücken 170, so wird die Kopplung fester.

Wenn man die verschiedenen Einzelteile der Mikrowellenröhre 100 so aufbaut, wie es beschrieben ist, ist es möglich, die ganze Röhre zusammenzusetzen, bevor die Einzelteile miteinander verlötet werden. Die Kathode kann daher während des Verlötens umgewandelt werden bzw. formiert werden. Dadurch ist es möglich, die Kathode schneller auszuheizen, und auch das Evakuieren der Röhre 100 benötigt nur eine'kürzere Zeit. Ein anderer Vorteil, der dadurch bedingt ist, besteht darin, daß die Einzeltelle während des Verlötens durch Wasserstoff gereinigt werden können und in späteren Verarbeitungsschritten somit nicht mehr Luft

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oder anderen Verunreinigungen ausgesetzt zu werden brauchen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Innenflächen an den äißeren Enden des Anodenzylinders 102, an die die Flansche 174 der Polstücke 170 anstoßen, silberplattiert sind, so daß sie ohne zusätzliche innere Halterungen miteinander verlötet werden können. Und dadurch können sämtliche Einzelteile der Röhre vor dem Zusammenlöten zusammengesetzt werden.

In der Figur 19 ist schematisch dargestellt, wie man den Ausgang des Oszillators 50 mit dem Eingang eines Verstärkers 300 verbinder kann, in dem bestimmte zusätzliche Merkmale der Erfindung verkörpert sind. In dem Umfang, in dem der Aufbau und der Betrieb der Stromversorgung 51 und des Oszillators 200 im Schaltkreis nach Figur 19 mit den bereits beschriebenen Komponenten identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern verwendet worden. Auch in der nachfolgenden weiteren Beschreibung werden diese Bezugsziffern wiederholt. Der AHSgang des Oszillators 200 wird einer Koaxialleitung 310 zugeführt, deren Außenleiter 311 mit einem kapazitiven Koppler 232 verbunden ist. Der Außenleiter 311 ist außerdem über einen kapazitiven Koppler 325 mit einem Hohlraumresonator verbunden, der mit einem Ende einer Mikrowellenröhre 100 in Verbindung steht, die so aufgebaut ist und arbeitet, wie es bereits beschrieben wurde. Die Übertragungsleitung 310 weist einen Innenleiter 312 auf, der in einer Koppelschleife 313 endet. Diese Koppe!schleife strahlt Mikrowellenenergie in einen Hohl-

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raumresonator eih, der von einer Koaxialleitung 320 gebildet und mit dem unteren Ende der Röhre 100 verbunden ist. (Siehe hierzu auch Figur 20). Der Verstärker 300 weist zwei Eingänge 301 und 302 auf, die mit den Geichspannungsausgängen 54 und der Stromversorgung 51 über die beiden Leitungen 60 und 61 verbunden sind. Der Eingang 302 ist außerdem über die Leitung 61 mit dem einen Ausgang 56 der Stromversorgung 51 für die Heizspannung verbunden. Der Verstärker 300 weist noch einen dritten Eingang 303 auf, der über die Leitung 62 mit dem anderen Ausgang 57 der Stromversorgung 51 für die Heizspannung in Verbindung steht.

Der Ausgang des Verstärkers 200 wird einem Hohlraumresonator zugeführt, der einen Außenleiter 347 aufweist, der über einen Koppler 345 kapazitiv mit der Ausgangsübertragungsleitung 340 in Verbindung steht. Die Ausgangsleitung 340 stellt die Verbindung mit der Übertragungsleitung 65 her. Im besonderen ist der Außenleiter der Übertragungsleitung 340 direkt mit den Außenleiter 66 der Übertragungsleitung 65 verbunden. Innerhalb der Übertragungsleitung 340 ist eine Schleife 352 vorgesehen, die mit dem Innenleiter 67 der Ausgangsübertragungsleitung 65 verbunden ist. Die kapazitive Kopplung, die durch den Koppler 345 bewirkt wird, ist deswegen günstig und wünschenswert, da der Ausgangsanschluß 347 auf einem verhältnismäßig hohen Gleichspannungspotential liegt. Es ist daher notwendig, den Ausgangs- > anschluß 347 vom Außenleiter 66 elektrisch zu tennen, wenn man den Außenleiter 66 erden will. Wie bereits bemerkt wurde, liegt

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es am Aufbau und an der Wirkungsweise der Stromversorgung 51, die eine Gleichrichterschaltung mit Spannungsverdopplung enthält, daß weder die Leitung 60 noch die Leitung 61 geerdet werden können, so daß es ebenfalls nicht möglich ist, den Ausgang 347 des Verstärkers 300 zu erden. Daher ist es weiterhin günstig und wünschenswert, den Verstärker 300 durch ein geerdetes äußeres Gehäuse elektrisch abzuschirmen (nicht gezeigt), das um den Verstärker 300 herum angeordnet ist, um zu verhindern, daß Benutzer in Berührung mit den verhältnismäßig hohen Gleichspannungen im Verstärker 300 kommen können.

Die Mikrowellenenergie, die vom Verstärker 300 an die Übertragungsleitung 65 abgegeben wird, kann für jeden beliebigen Zweck verwendet werden. Zwei typische Anwendungsbeispiele für die Mikrowellenenergie sind in der Figur 19 dargestellt. Das erste Anwendungsbeispiel ist im rechten oberen Teil der Figur 19 gezeigt, während sich das zweite Anwendungsbeispiel im unteren rechten Ende der Figur 19 befindet. Im oberen rechten Teil der Figur 1st gezeigt, wie die Übertragungsleitung 65 an eine Antenne angekoppelt ist, wie sie üblicherweise für Radargeräte verwendet wird. Der Außenleiter ist mit den äußeren Antennenelementen 68 verbunden, während der Innenleiter 67 mit den inneren Antennenelementen 69 verbunden ist. Die Antennenelemente 68 und 69 dienen dazu, den Wellenwiderstand der übertragungsleitung 65 an den Wellenwiderstand des freien Raumes anzupassen. Im zweiten Anwendungsbeispiel, das in der unteren rechten Hälfte der Figur

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dargestellt ist, ist die Übertragungsleitung 65 mit einem elektronischen Heizgerät, wie beispielsweise mit einem elektronischen Kochherd 70 verbunden, der ftir Haushaltszwecke ausgelegt ist. Der elektronische Kochherd 70 in Figur 19 ist mit dem elektronischen Kochherd 70 identisch, der in Verbindung mit Figur 1 bereits beschrieben wurde. Demzufolge sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden. Die Mikrowellenenergie, die sich auf der Übertragungsleitung 65 ausbreitet, wird in den Innenraum des Kochherdes 70 eingestrahlt, um die dort angeordneten Nahrungsmittel erwärmen zu können. Ferner sei bemerkt, daß in einer bevorzugten Ausführungsform des Kochherdes 70 die Stromversorgung 51, der Oszillator 200, der Verstärker und die Übertragungsleitung 65 alle in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das auch das Gehäuse 71 umschließt. Dieses gemeinsame Gehäuse wird mit Vorzug aus einem elektrisch leitenden Metall Bit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt und aus Sicherheitsgründen geerdet.

Nun sollen in Verbindung mit Figur 20 weitere Einzelheiten des Verstärkers 300 beschrieben werden, und ebenso, wie die Mikrowellenröhre 100 in den Verstärke!; eingesetzt werden kann. Die Mikrowellenröhre. 100 im Verstärker 300 der Figur 20 ist identisch mit der Mikrowellenröhre 100, die in dem Oszillator 200 verwendet wird, und in Verbindung mit den TSguren 3 bis 10 im einzelnen beschrieben wurde. Daher sind für die übereinstimmenden Einzelteile, insbesondere für dje Magnetspulen 210 und 215, die Magnet-

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Joche 211 und 216 und die zugeordneten mechanischen und elektrischen Verbindungen die gleichen Bezugsziffern benutzt worden. Die Eingangsleitung 310, die eine Koaxialleitung ist, weist einen Außenleiter 311 auf, in dem der Innenleiter 312 angeordnet ist. Das linke Ende des Außenleiters 311 steht mit dem Außenleiter der Übertragungsleitung 320 in Verbindung, die mit dem unteren Ende der Röhre 100 verbunden ist. Im besonderen weist die Koaxialleitung 320 einen äußeren Rohrleiter 321 auf, in den ein Innenleiter 322 angeordnet ist, Die äußeren Enden von Außenleiter und Innenleiter sind unten miteinander verbunden, und der Raum zwischen diesen beiden Leitern ist durch eine Stirnwand 323 verschlossen« Neben dem unteren Ende des Außenleiters ist eine öffnung vorgesehen, die vom Außenleiter 311 umgeben wird. An dieser Stelle ist der Außenleiter 311 mit dem Außenleiter 321 elektrisch und mechanisch verbunden. Der Außen- und der Innenleiter der Eingangsleitung 310 sind durch eine Koppelschleife 313 miteinander verbunden, die Mikrowellenenergie, die sich auf der Übertragungsleitung 310 ausbreitet, in die Koaxialleitung 820 einstrahlt. Der Außenleiter 312 verläuft nach oben auf das untere Polstück 170 hin und ist dort über den Koppler 325 kapazitiv angekoppelt. Im besonderen ist ein äußerer Rohrleiter 327 mechanisch und elektrisch mit dem unteren Polstück 170 verbunden, der nach unten zug unteren Ende des MagnetJoches 260 verläuft und den daneben biegenden Teil des Außenleiters umgibt. Zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Leitern 321 und 327 ist eine dielektrische Isoliermuffe 326 angeordnet,

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BAD QFdGiNAL

die den Ringraum zwischen den beiden konzentrischen Leitern

321 und 327 ausfüllt. Die Isoliermuffe 326 ist aus einem organischen Kunststoff, wie beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt. Der Innenleiter 322 verläuft nach oben auf das untere Ende der Kathode 150 zu und ist mittels eines Kopplers 330 kapazitiv mn die Kathode angekoppelt. Insbesondere ist ein äußeres. Anschlußstück 303 mit seinem oberen Ende auf das Verbindungsstück 196 aufgeschraubt, das seinerseits über das Heizelement 176 mit der Kathode 150 verbunden und außerdem am unteren Ende kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt ist. Das Anschlußstück 303 ragt nach Unten noch über die Stirnwand 323 heraus. Außerdem ist das Anschlußstück 303 innerhalb des Innenleiters

322 angeordnet, so daß der Innenleiter 322 dieses Anschlußstück umgibt. Zwischen dem Anschlußstück 303 und dem Innenleiter 322 ist eine dielektrische Isoliermuffe 333 eingesetzt, die den Ringraum zwischen dem Anschlußstück 303 und dem Leiter 322 ausfüllt. Die Isoliermuffe 332 ist aus einem organischen Kunststoff wie beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt.

Der Verstärkerausgang 300 wird vom oberen Ende der Röhre 100 abgenommen. Hierzu dient die Koaxialleitung 340, die mit dem oberen Ende der Mikrowellenröhre 100 verbunden ist. Die Koaxialleitung 340 wist einen äußeren Rohrleiter 241 auf, in dem ein innerer Rohrleiter 342 angeordnet ist. Die oberen Enden dieser beiden ' Rohrleiter sind über die Stirnwand 343 miteinander verbunden, die den Raum zwischen diesen beiden Leitern ausfüllt. Neben dem

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oberen Ende des äußeren Rohrleiters 341 ist eine Öffnung vorgesehen, und der Außenleiter 66 der Ausgangsleitung 65 ist mechanisch und elektrisch derart mit dem Außenleiter 341 verbunden, so daß er diese öffnung umgibt. Der Innen- und der Außenleiter 66 und 67 der Ausgangsleitung 65 sind durch eine Koppelschleife 352 miteinander verbunden, die die Mikrowellenenergie in der Koaxialleitung 340 aufnimmt und sie an die Ausgangsleitung 65 weitergibt. Der Außenleiter 341 verläuft nach unten auf das obere Polstück 170 zu und ist kapazitiv durch den Koppler 345 an dieses Polstück angekoppelt. Hierfür ist mit dem oberen Polstück 170 ein äußerer Rohrleiter 247 mechanisch und elektrisch verbunden, der nach oben zum oberen Ende des MagnetJoches 211 verläuft und den unteren Teil des Außenleiters 341 umgibt. Der Raum zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Rohrleitern 341 und 347 wird von einer dielektrischen Isoliermuffe 346 ausgefüllt, die aus einem organischen Kunststoff, wie beispielsweise einem Polytetraftuoräthylen hergestellt ist. Der Innenleiter 242 verläuft nach unten zum oberen Ende der Kathode 150 hin und ist Über einen Koppler 350 kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt. Hierzu ist ein Ausgangsanschluß 302 vorgesehen, dessen unteres Ende auf den Kathodenbolzen 167 aufgeschraubt ist, der xllYekt mit dem oberen Ende der Kathode 150 in Verbindung

V u^{nd von} dort nach oben noch über die Stirnwand 343 hinaus . Der Innenleiter 342 ist dabei um das Anschlußstück 9Θ2

^BAD

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302 herum angeordnet, und der Ringraum zwischen dem Anschlußstück 302 und dem Innenleiter 342 ist durch eine dielektrische Isoliermuffe 351 ausgefüllt. Die Isoliermuffe 351 ist aus einem organischen Kunststoff wie beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen hergestellt.

Die Leitung 60, die auf der einen Seite mit dem Ausgang 54 der Stromversorgung 51 für das Potential B⁺ verbunden ist, ist auf der anderen Seite bei 301 mit dem einen Ende der obeen Magnetspule 210 verbunden. Dadurch liegt auch der Anodenzylinder 102 auf dem Potential B , und zwar über einen Weg, der von der oberen Magnetspule 210 aus über die Leitung 213, die untere Magnetspule 215, die Leitung 218 zur Kühlrippe 10 verläuft, die elektrisch mit dem Anodenzylinder 102 verbunden ist. Die Leitung 61, die sowohl mit dem Ausgang 55 der Stromversorgung 51 für das Potential B" als auch mit dem einen Anschluß 56 für die Heizspanne verbunden ist, die dem Heizelement 151 zugeführt werden muß, steht mit dem Anschluß 302 in Verbindung, der seinerseits direkte Verbindung zur Kathode 150 über den Kathodenbolzen 167 hat. Schließlich ist noch der andere Ausgang 57 der Stromversorgung 51, der .der andere Heizspannungsausgang für das Heizelement 176 ist,über die Leitung 62 mit dem Anschlußstück 303 verbunden, das seinerseits direkt mit dem anderen Ende des Heizelementes 176 in Verbindung steht.

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Die Mikrowellenenergie, die im Verstärker 300 verstärkt werden soll, wird dem Verstärker durch die Eingangsleitung 310 zugeführt. Die Koppelschleife 313 strahlt die Mikrowellenenergie in die Koaxialleitung 320 ein, die sowohl mit der Anode 101 als auch mit der Kathode 150 kapazitiv gekoppelt ist. Dadurch wird die Mikrowellenenergie zwischen die Anode 101 und die Kathode 150 angelegt. Um den Wellenwiderstand der Koaxialleitung 310 und die Impedanz des Verstärkers 300 aneinander anzupassen, ist die Länge der Koaxialleitung 320 so gewählt, daß sie 3/4 der Wellenlänge der zu verstärkenden Energie äquivalent ist. Diese Länge ist hier der Abstand zwischen der Innenfläche der Stirnwand 323 und einer Ebene, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 steht und an einer Stelle angeordnet ist, die in der Mitte zwischen den beiden Enden der Anode 101 liegt. Es ist genauso gut möglich, die Übertragungsleitung 310 an einer Stelle an die Übertragungsleitung 320 anzuschließen, die von der Mittelebene der Röhre 100 um eine Strecke entfernt liegt, die einem Viertel der Wellenlänge der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent ist. Für die meisten zu verstärkenden Frequenzen ist es Jedoch nicht möglich, die erforderlichen elektrischen Verbindungen an dieser Stelle herzustellen, wie es aus Figur 20 hervorgeht.

Um den Wellenwiderstand der Ausgangsübertragungsleitung 65 an die Impedanz des Verstärkers 300 anzupassen, ist die Länge der Übertragungsleitung 340 3/4 der Wellenlänge der zu verstärkenden

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Mikrowellenenergie äquivalent gewählt. Die Länge der übertragungsleitung 340 ist hier der Abstand zwischen den Innenflächen der Stirnwand 340 und einer Ebene, die senkrecht auf der Achse der Röhre 100 steht und in der Mitte zwischen den Enden der Anode 101 angeordnet ist. Es ist zwar auch möglich, die Übertragungsleitung 65 an einer Stelle anzuschließen, die von der. Mittelebene der Röhre 100 um eine Viertel-Wellenlänge der zu verstärkenden Energie entfernt liegt. Jedoch ist es für die meisten Frequenzen aus räumlichen Gründen nicht möglich, die erforderlichen elektrischen Verbindungen an einem solchen Punkt herzustellen, wie es ebenfalls aus Figur 20 hervorgeht.

Die Mikrowellenenergie, die auf diese Weise in das untere Ende des Verstärkers 300 eingestehlt wird, taeitet sich in die Mikrowellenröhre 100 hinein aus, und zwar im besonderen die Koaxialleitung entlang, die durch das Zusammenwirken zwischen der Kathode 150 als Innenleiter und den Anodenteilen 110 und 130 sowie den Anodenfahnen 125 und 145 als Außenleiter entsteht. Wenn die Mikrowellenenergie durch die Röhre 100 hindurchläuft, werden die zugehörigen Hochfrequenzfelder durch die Wechselwirkung mit den Elektronen verstärkt, die von der Kathode 150 ausgehen und zu den Anodenteilen 110 und 130 sowie zu den Anodenfahnen 125 und 145 laufen. Man nimmt an, daß der Verstärker 300 nach dem Rückwärtswellenprinzip arbeitet (M-type fast wave interaction '' principle). Dadurch tritt die Mikrowellenenergie beim Durchlaufen des Wechselwirkungsraumes 160 mit den dort vorhandenen

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Feldern in Wechselwirkung, so daß die Mikrowellenenergie ergänzt und verstärkt wird. Daher kann zwischen der Anode 101 und der Kathode 150 am anderen Ende der Röhre 100 Mikrowellenenergie abnehmen, die die gleiche Frequenz wie die durch die Eingangsleitung 310 zugeführte Mikrowellenenergie aufweist, in der jedoch die Amplitudenquadrate der Feldstärken wesentlich größer sind. Man kann beispielsweise «ine Leistungsverstärkung zwischen 6 und 10 erreichen. Es hat sich herausgestellt, daß zum Erzielen einer solchen Leistungsverstärkung ein einziger Wechselwirkungsraum 160 ausreicht, obwohl die Länge dieses Wechseiwirkungsraumes größenordnungsmäßig nur 1/10 der Wellenlänge der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent ist. Bei den bisher bekannten Mikrowellenröhren mußte dagegen die Länge des Wechselwirkungsraumes vielen Wellenlängen der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent sein, das heißt, bisher waren Wechselwirkungsräume notwendig, deren Längen bis zu 20 Wellenlängen der zu verstärkenden Mikrowellenenergie äquivalent war.

Die verstärkte Mikrowellenenergie erscheint zwischen den beiden Rohrleitern 361 und 362. Der Rohrleiter 361 ist über den Koppler 345 kapazitiv an das obere Polstück 170 angekoppelt, während der Rohrleiter 342 über den Koppler 350 kapazitiv an die Kathode 150 angekoppelt ist. Die Mikrowellenenergie in der Koaxialleitung 340, die VQn den beiden konzentrischen Leitern 341 und 342 gebildet

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wird, wird von der Koppelschleife 352 aufgenommen und der Ausgangsleitung 65 zugeführt, so daß sich diese verstärkte Mikrowellenenergie zwischen dem Außenleiter 66 und dem Innenleiter 67 ausbreitet.

Es sei beeerkt, daß es für den Verstärker 300 keine Grenzfrequenz gibt, da die Röhre 100 im wesentlichen aus einer offenen Übertragungsleitung besteht, die durch das Zusammenwirken der Kathode 150 als Innenleiter und der Anodenteile 110 und 130 sowie der Anodenfahnen 125 und 145 als Außenleiter gebildet ist. Dadurch kann Mikrowellenenergie innerhalb einer großen Bandbreite mit dem Verstärker 300 verstärkt werden. Die Leistungsverstärkung ist jedoch eine Funktion der Bandbreite des ganzen Systems, die vom Q-Wert des Hohlraumresonators abhängt, der durch das Zusammenwirken der Eingangsleitung 320 und der Röhre 100 gegeben ist. Eine große Bandbreite, die einen niedrigen Q-Wert erfordert, führt auf eine niedrige Leistungsverstärkung, während umgekehrt eine geringe Bandbreite einen hohen Q-Wert erfordert und daher auf eine hohe Leistungsverstärkung führt. Die Leistungsverstärkung hängt außerdem von der Länge des Wechselwirkungsraumes 160 der Röhre 100 ab. Ist die Länge des Wechselwirkungsraumes 160 größer, so erhält man eine größere Leistungsverstärkung und ist sie kleiner, so erhält man einer geringere Leistungsverstärkung.

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Uta weiteren Eigenschaften des Verstärkers 300 zeigen zu können, ist in der Figur 20 dargestellt, wie die Eingangsleitung 310 und die Ausgangsleitung 65 mit Prüf- und Testgeräten verbunden werden können. Der Ausgang des Oszillators 200 ist in Figur 20 über eine Übertragungsleitung 370 mit dem Eingang eines Däiqfungsgliedes 372 verbunden. Außerdem ist auch ein Wellenmesser 371 mit der Übertragungsleitung 370 verbunden, so daß die Frequenz der Mikrowellenenergie überwacht werden kann, die der Übertragungsleitung 370 zugeführt wird. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 372 wird über eine Übertragungsleitung 373 dem Eingang eines Tuners 374 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang der Übertragungsleitung 310 verbunden ist. Die Ausgangsübertragungsleitung 65 ist mit dem Eingang eines Ausgangstuners 375 verbunden, der seinerseits über eine Übertragungsleitung 376 mit einer Last 378 in Verbindung steht, in der die Leistung gemessen werden kann, die vom Verstärker 300 abgegeben wird. Hit der Übertragungsleitung 376 ist noch ein Wellenmesser 377 verbunden, mit dem die Frequenz der Mikrowellenenergie in der Übertragungsleitung überwacht werden kann.

Es wurde mit dem Verstärker 300 ein Versuch durchgeführt,

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bei dem die Betriebsspannung/vom Verstärker 300 abgeschaltet waren, das sind die Spannungen, die über die Leitungen 61, 62 zugeführt werden. Der Eingangs- und der Ausgangstuner 374 und 375 wurden so eingestellt, daß die maximale Leistung vom Os-

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zillator 200 in die Last 378 abgegeben werden konnte. Wenn nun an den Verstärker 300 über die Leitungen 60, 61 und 62 die Betriebsspannungen wieder angelegt werden, wächst die Größe der Mikrowellenenergie, die der Last 378 zugeführt wird, proportional mit der Eingangsleistung an. Der Wirkungsgrad lag dabei in der gleichen Größenordnung wie der Wirkungsgrad der Röhre 100 als Oszillator, was bereits in Verbindung mit Figur beschrieben wurde.

Nun wurde mit dem Wellenmesser 377 die Wellenlänge der Mikrowellenenergie gemessen, die der Last 378 zugeführt wurde. Es zeigte sich, daß die Mikrowellenenergie in der Übertragungsleitung 376 nur eine einzige Frequenz aufwies, die mit der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 übereinstimmte, die mit dem Wellenmesser 371 gemessen wurde. Nun wurde die Betriebsfrequenz des Oszillators 200 geändert um zu bestimmen, ob die Frequenz am Verstärkerausgang durch die Abstimmung der verschiedenen Kreise im Verstärker 300 bedingt sei. Es zeigte sich, daß sich die Frequenz am Ausgang des Verstärkers 300 direkt mit der Betriebsfrequenz des Oszillators 200 ändert, die mit dem Wellenmesser 371 bestimmt wurde. Hieraus kann man schließen, daß im Verstärker 300 elektronische Abstimmeffekte keine Rolle spielen, um weiterhin sicherzustellen, daß der Verstärker 300 wirklich ' als Verstärker und nicht als Oszillator arbeitet, wurden die Betriebsspannungen vom Oszillator 200 weggenommen, so daß der

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Oszillator keine Ausgangsgröße mehr abgab, was mit dem Wellenmesser 371 bestimmt wurde. Dabei fiel die Ausgangsleistung des Verstärkers 300 unmittelbar auf Null zurück, woraus man schließen kann, daß Ih Verstärker 300 keine Eigenschwingungen auftreten. Durch diesen Versuch ist sichergestellt, daß der Verstärker wirklich ein Verstärker und kein Oszillator ist.

Schließlich wurde noch die Eingangsleistung für den Verstärker 300 mit Hilfe des Dämpfungsgiiedes 372 zwischen einem Watt und 100 Watt variiert. Es zeigte sich, daß der Verstärker 300 im gesamten- Bereich dieser Eingangsleistungen stabil arbeitet, und es zeigte sich, daß die Ausgangsleistung des Verstärkers 300, die in der Last 378 gemessen wurde, der Eingangsleistung direkt proportional war, die dem Verstärker 300 über die Eingangsleitung 310 zugeführt wurde.

In der Figur 20 sind noch zusätzliche Verbindungen dargestellt, über die an den Verstärker 300 Modulationssignale angelegt werden können. Hierfür ist ein Widerstand 380 vorgesehen, der mit seinem einen Ende über eine Leitung 381 mit dan Rohrleiter 327 verbunden ist, der mit dem oberen Polstück 170 und damit mit der Anode der Röhre 100 in Verbindung steht. Die Leitung 381 führt außerdem noch zu einem Anschluß 382. Das andere Ende des Widerstandes 280 ist über die Leitung 62 mit dem Anschluß 303 verbunden, das direkt mit der Kathode 150 in Verbindung steht. Die Leitung 62

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führt außerdem noch zu einen Anschluß 383. Man sieht somit, daß der Anschluß 382 mit der Kathode 101und der Anschluß 383 mit der Kathode 150 der Rohe 100 verbunden sind. Zwischen die Anschlüsse 382 und 383 kann man ein Modulationssignal anlegen und dadurch die Amplitude der Mikrowellenenergie modulieren, die vom Verstärker 300 an die Ausgangsübertragungsleitung 65 abgegeben wird.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Mikrowellenröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, die eine ringförmige Anode aufweist, durch die zumindest teilweise ein axial verlaufender Raum begrenzt ist, in den eine Kathode eingesetzt ist, so daß der Raum zwischen der Anode und der Kathode den Wechselwirkungsraum der Röhre darstellt, in dem ein axial verlaufendes magnetisches Gleichfeld hervorrufbar ist, sowie mit einem Hohlraumresonator, der das frequenzbestimmende Glied der Mikrowellenröhre ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode mindestens einen Anodenteil aufweist, der zumindest teilweise einen inneren und einen äußeren Hohlraum begrenzt, die am Ende dieses Anodenteils durch einen radial verlaufenden Durchgang miteinander verbunden sind, und daß der innere Hohlraum, der äußere Hohlraum und der radial verlaufende Durchgang zusammen den Hohlraumresonator bilden, der das frequenzbestimmende Glie d der Mikrowellenröhre ist.

2. Mikrowellenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Hohlraum ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind, und daß der radial verlaufende Durchgang zwischen den beiden Hohlräumen ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.

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3. Mikrowellenröhre nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch gekennzeichnet,, daß die Länge des HOhlraumresonators einer Viertel Wellenlänge der Betriebsfrequenz der Mikrowellenröhre oder einem ganzzahligen Vielfachen davon äquivalent ist.

4. Mikrowellenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r ch gekennze ichnet, daß der erste Anodenteil innen mit einer Anzahl axial verlaufender Segmente versehen ist, die auf einem Kreis angeordnet sind und eine Anzahl von Anodenvertiefungen begrenzen, un d daß mit dem ersten Anodenteil ein zweiter Anodenteil elektrisch verbunden ist, der mit einer Anzahl axial herausragender Anodenfahnen versehen ist, die ebenfalls auf einem Ring angeordnet sind und in die Anodenvertiefungen im ersten Anodenteil hineinragen.

5. Mikrowellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anodenfahnen an dem zweiten Anodenteil nur an einem Ende gehaltert sind.

6. Mikrowellenröhre nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß der radiale Abstand zwischen der äußeren Kathodenfläche und dem Boden einer der Anodenvertiefungen sowie der radiale Abstand zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche des äußeren Hohlraums kleiner als der Abstand ist, der zum Anfachen von stehenden Radialwellen bei der Betriebsfrequenz des Mikrowellenoszillators in dem Hohlraumresonator erforderlich ist.

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7. Mikrowellenröhre nach Anspruch 4, dadurch g e kennze i chne t , daß der zweite Anodenteil innen mit einer Anzahl axial verlaufender Vorsprünge versehen ist, die auf einem Kreis angeordnet sind und zwischen sich Anodenvertiefungen begrenzen, und daß der erste Anodenteil mit einer Anzahl axial verlaufender Anodenfahnen versehen ist, die kreisförmig angeordnet sind und in die Anodenvertiefungen im zweiten Anodenteil hineinragen.

8. Mikrowellenröhre nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den beiden Anodenteilen aufgebaute Anode symmetrisch zu einer Ebene aufgebaut ist, die in der Mitte der Anode senkrecht durch die Längsachse der Anode hindurchgeht.

9. Mikrowellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anodenteile gleichartig aufgebaut sind.

10. Mikro\*ellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen Anodenzylinder und zwei ringförmige Anodenteile aufweist, die in den Anodenzy-

linder derart eingesetzt sind, daß die Anodenfahnen des einen Anodenteils neben der Innenfläche des anderen Anodenteils angeordnet sind, daß der Anodenzylinder und die beiden Anodenteile an den äußeren Zylinderenden elektrisch miteinander verbunden sind, daß die Anodenfahnen mit ihren äußeren Enden an den Anoden-

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teilen befestigt sind, so daß der Anodenzylinder und die beiden Anodenteile einen axial verlaufenden Hohlraum und die beiden Anodenteile zusammen einen zweiten axial verlaufenden Raum begrenzen, daß die beiden Anodenteile einen solchen Axialabstand voneinander aufweisen, daß ein quer verlaufender Durchgang vorhanden ist, durch den die beiden axial verlaufenden Räume miteinander verbunden sind, daß die beiden ringförmigen Anodenteile innen mit einer Anzahl axial verlaufender nach innen in den zweiten axial verlaufenden Raum hineinragender Vorsprünge versehen sind, durch die eine Anzahl von axial verlaufender Anodenvertiefungen abgegrenzt sind, in denen ohne Berührung die Fahnen angeordnet sind, die vom jeweiligen anderen Anodenteil ausgehen, daß in den zweiten axial verlaufenden Raum eine Kathode eingesetzt ist, durch die zusammen mit den beiden Anodenteilen ein ringförmiger, axial verlaufender Wechselwirkungsraum begrenzt ist, daß die Kathode außen mit einem elektronenemittierenden Überzug versehen ist, durch den der V,^:echselwirkungsraum von innen begrenzt ist, daß die beiden Enden der Anode und damit die axial verlaufenden Räume verschlossen sind, und daß der Anodenzylinder, die beiden Anodenteile und die Anodenfahnen zusammen einen gefalteten Hohlraumresonator darstellen, der das frequenzbestimmende Glie d der Mikrowellenröhre ist.

11. Mikrowellenröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenfahnen von den Stellen aus, an denen sie an den Anodenteilen befestigt sind, nach außen auf ihr Ende hin keilförmig abgeschrägt sind.

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