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Abstirnmbares Magnetron Diß Erfindung bezieht sich auf Magnetrons
mit einem koaxialen Resonanzhohlraum, der von dem evakuierten Zwischenwirkungsbereich
durch eine gasdichte Anordnung getrennt ist.
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Bei Magnetrons der herkömmlichen Art ist der koaxiale Resonanzhohlraum
mit Luft von Atmosphärendruck gefüllt und luftdicht von dem Zwischenwirkungsraum
getrennt. Hierbei ergibt sich das Problem, daß aufgrund der Ionisierung der Luft
bei auftretenden hohen feldern Lichtbogenbildungen und Koronaentladungen auftreten
können Dieses Problem tritt besonders in Erscheinung, wenn Abstimmvorrichtungen
im koaxialen Resonanzhohlraum vorgesehen sind. z.b. in Form von rotierenden dielektrischen
Fahnen.
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In diesen Fällen besteht die Gefahr, daß, Lichtbögen und Korona-Entladungen,
wie sie zwischen den dielektrischen Fahnen und den Hohlraumwandungen auftreten,
kaum vermieden werden können.
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Zicl vorliegender Erfindung ist es, bei Magnetrons der eingangs erläuterten
Art eine erheblich höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit zu erzielen und die
Gefahr einer Lichtbogenbildung und Koronaentladung auszuschalten, insbesondere,
wenn bewegliche, vorzugsweise schnell rotierende Abstimmvorrichtungen vorgesehen
sind, die zu Entladungen zwischen den dielektrischen Fahnen und den Hohlraumwandungen
Anlaß geben.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der koaxiale Resonanzhohlraum
ein gasdichtes Gehäuse mit einer Gasfüllung ist, wobei die Gaszusammensetzung und
der Gasdruck im koaxialen Resonanzhohlraum eine dielektrische Festigkeit der Gaszusammensetzung
innerhalb des Resonanzhohlraumes erzeugen, die wesentlich höher ist als der Wert
der dielektrischen Festigkeit von Luft bei Atmosphärendruck. Dabei enthält die Gaszusammensetzung
vorzugsweise wenigstens eines der folgenden Gase: Schwefelhexafluorid, Perfluorcyclobutan,
Octofluorpropan, Dichlordifluormethan, Hexafluoräthan, Monochlortrifluormethan,
Stickstoff, Kohlendioxyd und Luft.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Höhe
des Gasdruckes im koaxialen Resonanzhohlraum mindestens 2,5 kg/cm2 abs.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der toroidförmige Ausgangshohlraum,
der die Ano-denanordnung des Magnetrons konzentrisch umgibt, das gasdichte Gehäuse,
in welchem rotierende plattenförmige Abstimmelemente angebracht sind.
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Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung umgibt
das gasdichte, mit Gas gefüllte Gehause die Zonen, die einen Motor und einen Zahnradantriebsmechanismus
fü die Abstimmeolemento enthalten, zusätzlich zu dem Ausgangshohl raum.
Mit
dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß die Gefahr einer Lichtbogenbildung
zumindest erheblich verringert, wenn nicht ganz ausgeschaltet wird. Insbesondere
bei einem als Ausführungsbeispiel nach vorliegender Erfindung aufgebauten Magnetron
wird zwischen den dielektrischen Fahnen und einer Abstimmvorrichtung und den Hohlraumwandungen
erst eine wesentlich höhere elektrische Spannung eine Lichtbogenbildung bzw. eine
Koronaentladung bewirken.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand
eines speziellen Ausführungsbeispieles erläutert. Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine
schematische Querschnittsansicht eines abstimmbaren Koaxialmagnetrons gemäß der
Erfindung, Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht des koaxialen Hohlraumes
und der Fahnen des Magnetrons nach Fig. 1 in Aufsicht, und Fig. 3 schematisch den
Antriebsmechanismus des Magnetrons nach den Figuren 1 und 2.
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Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist ein Koaxialmagnetron
auf, in welchem die Anordnung aus Fahnen, Anode und Kathode in einem Vakuum gehalten
wird, und in welchem der äußere koaxiale Hohlraum in einer isolierenden Gasatmosphäre
unter Druck gehalten wird. Der koaxiale Hohlraum ist elektromagnetisch mit abwechselnden
Anodenfahnen durch Schlitze in der Anode und durch eine die Anode umschließende
zylindrische keramische Hülse gekoppelt. Die keramische Hülse, die für Mikrowellenfrequenzenergie
durchlässig ist, hält das Vakuum aufrecht, in welchem die Kathoden- und anodenanordnung
getrennt von dem druckaufgeladenen Gas im llohlraumresonator gehalten wird, der
durch den koaxialen Hohlraum gebildet wird. Eine Vielzahl von dielektrischen
Fahnen
oder Schaufeln stellt die Abstimmelemente dar. Diese Elemente sind symmetrisch versetzt
um den toroidförmigen Ausgangshohlraum angeordnet. Jedes element ist drehbar mit
einem dielektrischen Schaft oder einer Welle durch eine ringförmige Hohiraumwandung
befestigt. Die Fahnenwellen sind mit einem gemeinsam£n Antriebsmechanismus zur synchronen
Drehung über entsprechende Zahnräder gekoppelt, die hinter der Hohlraumwandung und
in der isolierenden Gasatmosphäre angeordnet sind.
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Da das Koaxialmagnetron ein bekannter Generator für elektromagnetische
Energie im ultrahohen Frequenzbereich ist, geben die schematischen Ansichten in
den Zeichnungen nur die wesentlichen Elemente wieder. So ist in Fig. 1 ein oberes
Polstück 2, ein unteres Polstück 4, das in einem vorbestimmten Abstand vom Polstück
2 angeordnet ist, und eine zylindrische Metallhülse 6, die die Polstückenden umgibt
und die Anode des Magnetrons bildet, gezeigt. Die Anode enthält: elne Vielzahl von
nach innen vorstehenden Fahnen 8, von denen nur zwei in Fig. 1 sichtbar sind. Üblicherweise
sind diese Fahnen in gleichem Abstand um die innere Oberfläche der Anodenhülse versetzt
angeordnet und jede der Fahnen steht von dort in einem vorbestimmten Abstand von
der Kathode 10 vor, die mit einem Träger Ii befestigt ist.
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Koaxial um die Anode 6 ist eine zylindrische Hülse 12 aus dielektrischem
Material, vorzugsweise Keramik, wie z.B. Aluminiumoxyd befestigt. Die Aluminiumoxydhülse
ist nicht für Gas durchlässig, ist jedoch für Mikrowellenenergie in den koaxialen
Hohlraum 16, der die Anode 6 umgibt, durchlässig und ermöglicht somit den Durchtritt
von Mikrowellenenergie. Die Anode 6 weist eine Vielzahl von Durchlaßkanälen in Form
von Schlitzen 14 auf, die in ihrer Zahl gleich der Hälfte der Anzahl von Fahnen
8 ist; in Fig. 1 ist nur ein einziger derartiger Kanal 14 gezeigt. Diese Schlitze
sind in der Anode nur zwischen
abwechselnden Paaren von Fahnen 8
ausgebildet. Somit ist in herkömmlicher Weise nur die halbe Anzahl von Anodenresonatoren,
die in dem Raum zwischen benachbarten Fahnen ausgebildet sind, elektromagnetisch
über die Kanäle oder Schlitze 14 mit dem umgebenden äußeren koaxialen toroidförmigen
Hohlraum 16 gekoppelt.
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Die Anode 6 ist zur Abstützung am einen Ende mit dem oberen Polstück
2 und am anderen Ende mit dem unteren Polstück 4 befestigt. Diese Elemente sind
vorzugsweise miteinander verklebt.
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Somit kann die keramische Hülse 12 am Ende mit einem hülsenförmigen
Bauteil 20 verlötet werden, der seinerseits mit dem unteren Polstück 4 verlötet
wird, damit eine luftdichte Abdichtung erreicht wird. Am anderen Ende ist die keramische
Hülse 12 zwischen einem zylindrischen Bauteil 18 und dem oberen Polstück 2 verlötet,
so daß sie an diesem Ende eine luftdichte Abdichtung ausbildet. Ein ringförmiger
Körper 22 aus verlustbehaftetem @@@@ al ist in herkömmlicher Weise eigeschlossen,
wie dies @ Zeichnung dargestellt ist.
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Der von der keramischen Hülse 12 umgebene Bereich, nämlich der Zw
schenwirkungsbereich zwischen der Kathode und der Anode und benachbart den Polstückenden
ist in herkömmlicher Weise evakuist und aLgedichtet. Die keramische Hülse 12 bildet
eine Begrenzung, die das Vakuum innerhalb dieses Bereiches aufrechternält, während
der Durchtritt von Mikrowellenenergie durch die Schlitze 14 in die Zone außerhalb
des Hochvakuumbereiches ermögliche wird. Der äußere toroidförmige koaxiale Hohlraum
16 ist ein Element, das für die geeignete Betriebsweise eines Koaxialmagnetrons
erforderlich ist. Der koaxiale Hohlraum 16, der auch als Ausgangshohlraum bezeichnet
wird, ist elektromagnetisch zwischen einer ersten beilagenförmigen oder ringsförmigen
Wandung 24 und einer zweiten beilagenförmigen oder ringsförmigen Wandung a0, einer
zylindrischen Wandung 28 und der äußeren Wandung der A@@@@ 6 definiert.
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Der auf diese Weise definierte Ausgangshohlraum 16 ist räumlich durch
die keramische dielektrische Hülse 12 in zwei Teile geteilt, die eine kleine, ringförmige
Kammer zwischen der Hülse 12 und der einen Teil des ohvakuumbereiches bildenden
Anode 6, und der wesentlich größere Bereich, der eine zweite Kammer außerhalb des.
flochvakuumbereiches bildet, sind. Andererseits kann die. keramische Hülse 12 direkt
mit der äußeren Wandfläche der Anode 6 verlötet sein, so daß der gesamte Ausgangshohlraum
außerhalb des Hochvakuumbereiches liegt und somit sich sowohl räumlich als auch
elektromagnetisch gleich weit erstreckt. Es kann ein kleiner Raum 27 zwischen der
ringförmigen Wandung 26 und der Hülse 12-an einer Ecke gebildet werden, wie in Fig.
1 sichtbar ist. Da das elektrische Feld vom TEn11-Modus eine geringe Intensität
an dieser Stelle aufweist, ist das Abfließen von Mikrowellenenergie in dieser Ecke
gering und deshalb vernachlässigbar.
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Mit der zylindrischen Wandung 28 ist eine Ausgangskopplung.29 zur
Kopplung von Mikrowellenenergie aus dem Hohlraum 16 in die äußere Einrichtung befestigt.
Diese Ausgangskopplung -weist einen Schlitz 30 in einer Wandung 28, einen Wellenleiter
31 und ein keramisches Fenster 32 innerhalb eines Kopplungsflansches 34 auf. Das
Fenster besteht aus Aluminiumoxyd und ist so verlötet, daß es eine gasdichte Abdichtung
ergibt.
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Nach der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind eine Vielzahl
von dielektrischen, plattenförmigen Abstimmelementen in Form von Fahnen 36 vorgesehen,
deren jede drehbar in dem koaxialen Hohlraum 16 befestigt ist. Jede Fahne besteht
aus einem dünnen, rechteckförmigen, streifenartigen, plattenähnlichen Element 36,
das mit der längeren Achse etwa senkrecht zur Achse der Anode und der benachbarten
Wandung 26 befestigt ist. Ein dielektrischer Stößel teil 38 ist einstückig mit dem
Mittelpunkt einer langen Kante einer Fahne 36 ausgbildet und erstreckt sich von
dieser Kante aus. Jeder der Stößel 38 erstreckt sich durch eie einer Vielzahl von
Örfnunytr
in der Hohlraumwandung 26 und das Ende, das aus der Wandung
26 nach außen vorsteht, ist in die Mitte eines kleinen Zahnrades 44 eingesetzt,
däs seinerseits in einem Lager 45 befestigt ist.
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Jeder Stößel 38 bildet somit eine Welle für die spezielle Fahne und
kann ein einstückiges Teil davon darstellen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform
sind.acht solche Fahnen, Stößel, Lager und Zahnräder symmetrisch um die Bodenwandung
26 des koaxialen Hohiraumes 16 angeordnet, wie aus den Figuren 2 und 3 ersehen werden
kann.
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Nach den Figuren 2 und 3 ist ein Ringzahnrad46 in einer Nute in einer
Befestigungsplatte 48 angeordnet. Es sind Kugellager vorgesehen, um die Reibung
zu verringern und ein Drehen des Ringzahnrades zu erleichtern. flieses Ringzahnrad
46, das am besten der Fig. 3 entnommen wird, weist die Form eines kreisförmigen
Ringes auf, die Zähne sind längs des inneren Umfanges angeordnet und kämmen mit
den Zahnrädern 44, die mit den Wellen 38 der Fahnen 36 befestigt sind. Das Ringzahnrad
46 koppelt somit alle Fahnen 36 für eine synchronisierte Drehbewegung miteinander.
Wie schematisch in Fig. 3 gezeigt, sind ein Motor 60 und eine Nachlaufvorrichtung
in Form eines Generatqrs 62 in einem Gehäuse 5 angebracht, das gasdicht gegen die
äußere Atmosphäre abgedichtet ist. Leitungspaare 51 und 52 verlaufen in das Gehäuse
50 über eine gasdichte Abdichtung. Die Leitungen 51 sind mit einer Stromquelle zur
Erregung des Motors 60 verbunden, die Leitungen 52 koppeln Ausgangsspannungen von
der eingeschlossenen Nachlaufvorrichtung, die der vom Motor 60 angetriebene Generator
62 sein kann, zu einer äußeren Einrichtung. Die Motorwelle 58 ist mit einem Zahnrad
56 über ein Zahnrad 53 und der Zwischenschaltung von Zahnrädern 54 und 55 gekoppeit,
die beide auf einer gemeinsamen Welle sitzen, wobei das Zahnrad 55 mit dem Zahnrad
56 zusammenwirkt. Das Zahnrad 56 seinerseits ist mit einem der Fahnenzahnräder 44
verbunden. Somit ergibt die Drehung des Zahnrades 53 durch die Motorwelle 58 eine
Drehung der ZaHnräder 54, 55 und 56, das seinerseits das Zahnrad 44 in Drehung
versetzt,
und - da alle Zahnräder 44 mit dem Ringzahnrad 46 in Eingriff kommen, dreht das
gemeinsame Antriebsringzahnrad 46 alle anderen Fahnenzahnräder 44, mit denen es
gekoppelt ist. Infolgedessen werden alle Fahnen 36 in Gleichlauf in Drehung versetzt.
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Die vorbeschriebene Anordnung, die zur Drehung der Fahnen 36 in Gleichlauf
verwendet wird, ist deutlicher in Fig. 3 dargestellt, in der jeder der dielektrischen
Stößelteile, z. B.
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der Wellen 38 im Querschnitt und mit einem entsprechenden Zahnrad
44 dargestellt ist. Die Zahnräder 44 sind alle mit dem Ringzahnrad 46 gekoppelt,
das längs der inneren Kante mit Zähnen versehen ist. Die Fahnenzahnräder 44 sind
sowohl mit dem Ringzahnrad als auch mit dem Zwischenantriebszahnrad 56 gekoppelt.
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Das Zahnrad 56 wiederum ist über die Zwischenzahnräder 55 und 54 mit
dem Zahnrad 53 auf der Motorwelle 58 gekoppelt.
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Sowohl das Gehäuse 50 als auch die Zahnradträgerbfestigungsplatte
48 sind mit den Polstücken oder anderen Elementen des Magnetrons verlötet oder in
anderer Weise verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, damit eine gasdichte, vollständig
abgedichtete Zone entsteht. Der Bereich der Röhre, der von der keramischen Hülse
12 umgeben ist, einschließlich der Anode ist in herkömmlicher Weise evakuiert, beispielsweise
unter Verwendung eines Pinch-off-Rohres. Andererseits umschließt die gasdichte,
vollständig abgedichtete Zone den koaxialen Hohlraum 16, und das innere Volumen,
das durch die Platte 48 und das Motorgehäuse 50 festgelegt wird, nimmt ein druckaufgeladenes
Isoliergas auf.
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In der Praxis wird die Luft aus dieser Zone evakuiert, und eine vorbestimmte
Menge eines Isoliergases, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, wird in den koaxialen
Hohlraum und die anderen Bereiche des abgedichteten Gehäuses eingeführt, damit eine
druckaufgeladene, isolierende Atmosphäre von etwa 2,5 kg abs. oder
etwa
1,5 kg/cm² über Atmosphärendruck erhalten wird.
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Die schematische Querschnittsaufsicht nach Fig. 2 zeigt deutlicher
die Vielzahl von Fahnen 36 und ihre Stellung auf der ringförmigen Wandung 26 im
koaxialen Hohlraum 16. Die Fig. 2 zeigt die Anodenfahnen 8, von denen vierundzwanzig
vorgesehen sind, die zylindrische Anode 6, die zwölf schlitzförmigen Kanäle 14,
die abwechselnde Anodenresonatoren mit dem toroidförmigen koaxialen Hohlraum 16
koppeln, die zylindrische Keramikhülse 12, den Ausgangsschlitz 30 und den zylindrischen
wandförmigen Teil 28 des koaxialen Hohlraumes 16. Die dielektrischen Fahnen 36 sind
als verhältnismäßig dünne Platten dargestellt, die gleichmäßig um die Bodenwandung
26 des koaxialen Hohlraumes im gleichen radialen Abstand r von der Achse "a" des
toroidförmigen Hohlraumes 16 angeordnet sind. Jeder der Stößeilteile. z.B. Wellen
38 nach Fig. 1 (in Fig. 2 nicht sichtbar) reicht durch eine der Öffnungen in der
Wandung 26 zu den darunterliegenden Zahnrädern.
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Zusätzlich ist jede der dielektrischen Fahnen 36 lagemäßig in Phase
mit allen anderen Fahnen. Dies bedeutet, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
alle dielektrischen Fahnen den gleichen Impedanz- oder Kapazitätseffekt auf die
elektrischen Felder im koaxialen Hohlraum 16 an einer beliebigen Stelle, die alle
Fhnn zu einem bestimmten Zeitpunkt- annehmen, ergeben.
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in geometrische Definition dieser Lageausrichtung der dielektrischen
Fahnen kann wi folgt gegeben werden: Jede der dielektrischen Fahnen besitzt ein
größere Achse, die den gleichen Winkel a in bezug auf eine zylindrische Oberfläche
s bildet, wobei dieSf- Oberfläche aus de Ort aller Punkte besteht, die einen gleichen
Abstand r von der Achse 'a" des toroidförmigen Hohlraumes besitzen. In Fig. 2 verläuft
die Achse "a" senkrecht zur Ebene der Zeichnung. Dieser Ort ist eine zylindrische
Oberfläche s umbegrenzter Länge, die senkrecht zu der Zeichenebene verläuft, unu
seine Schnittstelle mit der Zeichenbene wird durch die strichpunktierte Linie s
dargestellt, die einen Kreis um den
Mittelpunkt des koaxialen Hohlraumes
16 bildet. Somit ist der Winkel a, der zwischen den zwei zueinander parallelen Oberflächen
einer der Fahnen-36 und der Oberfläche s gebildet wird-, zu jedem beliebigen Zeitpunkt
gleich. Dies ist die Bedeutung der Angabe, daß die Fahnen lagemäßig in Phase sind.
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Eine weitere Möglichkeit, diese Lagephasenbedingung auszudrücken ist
die, daß währendder Drehung alle Fahnen gleichzeitig durch Orientierungen in einer
Ebene verlaufen, die die Achse "as' enthält. Aufgrund der dargestellten und beschriebenen
Anordnung rotieren die Schaufeln 36 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
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Wie vorstehend ausgeführt, ist die Zahnradbefestigungsplatte 48 für
die Zahnradanordnung mit zusammengehörigen Teilen der Magnetronarmaturen abgedichtet
und in gleicher Weise mit dem Motorgehäuse abgedichtet, damit ein luftdichtes Gehäuse
entsteht.
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Infolgedessen erstrecken sich nur die beiden Energieeingangsleitungen
51 für den Motor und die beiden Äusgangsleitungen 52 aus der Nachlaufvorrichtung
62 innerhalb des Gehäuses 50 durch eine Abdichtung aus der druckaufgeladenen Gasatmosphäre,
und es führen keine beweglichen Teile durch ein Druckdifferential.
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Die Zone, die das Motorgehäuse 50 einschließt, von welchem die Zahnradbefestigungsplatte
48 seine Fortsetzung bildet und den größten Teil, wenn nicht den ganzen toroidförmigen,
koaxialen Hohlraum 16 einschließt, weist eine druckaufgeladene Isoliergasatmosphäre
auf. In diesem Zusammenhang wird bei Isoliergasen Bezug auf Substanzen genommen,
die bei Betriebsbedingungen des Magnetrons den gasförmigen Zustand einnehmen und
im wesentlichen nichtleitend sind. Der Druck beträgt etwa 2,5 kg cm2 abs., d.h.
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etwas mehr als zwei Atmosphären, im Gegensatz zum Hochvakuumbereich,
in welchem die Kathode und die Anode untergebracht
sind. Bei der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Isoliergas fast ausschließlich
oder ganz Schwefelhexafluorid SF6. Schwefelhexafluorid ist nur ein Gas aus einer
Gruppe von Gasen, das als Füllgas in der beschriebenen Zone verwendet werden kann,
um eine Lichtbogenbildung oder Koronaentladung zu unterbinden, die sonst zwischen'den
dielektrischen Fahnen und den Hohlraumwandungen aufgrund der Vonisierung von atmosphärischen
Gasen bei Atmosphärendruck in einem Bereich hoher elektrischer Felder auftreten
wurde. Die Anordnung der dielektrischen Fahnen 36 ist in der Praxis mit der Verwendung
des Isoliergases gekoppelt. Für die Auswahl eines geeigneten Isoliergases sind mehrere
Faktoren zu berücksichtigen. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn das Gas eine
hohe dielektrische Festigkeit und einen niedrigen Siedepunkt besitzt. Vorzugsweise
ist das Gasverhältnis relativ inert, was bedeutet, daß es eine geringe oder garkeine
chemische Affinität zu den Materialien zeigt, mit denen es in Berührung kommt. Ferner
ist erwünscht, daß das Gas eine gute thermische Stabilität besitzt, nicht-explosiv,
nicht giftig und nicht brennbar ist, und daß kein Kohlenstoff oder andere stromleitende
Partikel entstehen, falls eine elektrische Lichtbogenentladung auftreten sollte.
Insbesondere sollte, wenn Do die dielektrische Festigkeit von Luft bei normalem
Atmosphärendruck ist, das gewählte Gas eine dielektrische Festigkeit gleich oder
größer D besitzen. Selbst Luft, die in der Röhre mit einer oder zwei 0 Atmosphären
über Atmosphärendruck abgedichtet ist, erfüllt diese Forderung. Einige andere isolierende
Gase, die anstelle von Schwefelhexafluorid verwendet werden können, sind Perfluorcyclobutan,
Octofluorpropan, Dichlordifluormethan, Hexafuoräthan, Monochlortrifluormethan, Stickstoff
und Kohlendioxyd.
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Die vorstehend beschriebene Gasfüllung ist wenigstens im koaxialen
Hohlraum 16 vorhanden, und die Kombination der dielektrischen Eigenschaften der
gewählten Gaszusammensetzung mit dem in dieser, Zone herrschenden Druck ergeben
das gewünschte Resultat wenigstens einer Verringerung der Lichtbogenbildung. Wenn
das Gas selbst
eine verhältnismäßig niedrige Dielektrizitätskonstante
besitzt, wie z.B Luft, werden höhere Drücke gewählt, z.B. ein oder zwei Atmosphären
über Atmosphärendruck. Wenn andererseits ein Gas mit einer erhältnismäßig hohen
Dielektrizitätskonstante verwendet werden soll, z.B. Schwefelhexafluorid, ist die
Bereitstellung eines Druckes innerhalb der geschlossenen Zone, der den Atmosphärendruck
übersteiegnn würde, nicht unbedingt notwendig, obgleich die Druckaufladung des Gases
zu bevorzugen wäre.
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Die Arbeitsweise eines Koaxialmagnetrons, das Anlegen geeigneter Spannungen
und Ströme und dgl. ist in der Technik bekannt und wird deshalb hier nicht weiter
erörtert, soweit dies nicht für das Verständnis der Erfindung notwendig ist. Bei
einem Koaxialmagnetron ist innerhalb des toroidförmigen Hohlraumes die elektrische
Feldausbildung vorgenommen, die als kreiselelektrischer TEoll-Modus bezeichnet wird.
Die Feldausbildung ist so gewählt, daß sie bei einer Kopplung mit abwechselnden
Anodenresonatoren das Magnetron bei einer konstanten Frequenz verriegelt hält, ohne
Änderungen des Modus und ohne die Anordnung von Drahtbügeln, die abwechselnde Fahnen
miteinander verbinden würden, wie dies bei anderen konventionellen Magnetrons der
Fall ist. Der koaxiale Hohlraum gewährleistet somit einen Betrieb des Magnetrons
im II-Modus.
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Die Größe des Ausgangshohlraumes 16 bestimmt seine Resonanzfrequenz.
Da der Ausgangshohlraum im Vergleich zur Größe der Anodenresonatoren sehr groß ist,
überwiegt die Resonanzfrequenz des toroidförmigen Hohlraumes. Bisher wurde diese
Erscheinung zur Abstimmung des koaxialen Hohlraumes mit Hilfe eines beilagenförmigen
beweglichen Kolbens ausgenutzt, der bei einer Verschiebung die Dimensionen dieses
Hohlraumes verändert hat. Wie bekannt, kann ein Resonanzhohlraum in seiner Frequenz
dadurch verähdert werden, daß die anderen elektrischen Eigenschaften auf andere
Weise als durch die mechanische Verschiebung einer Wandung verändert werden. Dies
ist bereits vorgeschlagen worden, .B. durch
Änderung der Kapazität
eines Resonanzhohlraumes durch Verwendung eines dielektrischen Materiales, das seine
Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von einer Steuerspannung ändert (US-Patentschrift
2.752.495). Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Ferritmaterial zu verwenden,
das das magnetische Feld zur Änderung der Induktivität eines Hohlraumes in Abhängigkeit
von der Zuführung geeigneter Steuerströme verändert, wie dies in der US-Patentschrift
3.333,143 beschrieben ist. Auf diese Weise werden die elektrischen Eigenschaften
des Hohlraumes so verändert, daß die Resonanzfrequenz verändert wird, ohne daß eine
räumliche Bewegung eines Bauelementes vorgenommen wird.
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Im Falle vorliegender Erfindung wird ein dielektrisches Material verwendet,
das eine konstante Dielektrizitätskonstante besitzt und das eine längliche Gestalt
aufweist. Durch Drehen des dielektrischen Abstimmelementes, z.B. der Fahne oder
Fahnen 36 ändert sich die Menge des dielektrischen Material es, das den elektrischen
Feldlinien 2 (dargestellt durch den großen Pfeil in Fig. 2) ausgesetzt wird. Berücksichtigt
man die Orientierung der elektrischen Feldlinien 2 die in Kreisform um den Hohlraum
16 verlaufen, ergibt sich, daß dann, wenn die Fahnen 36 die in Fig. 2 gezeigte Stellung
einnehmen, das diesem Feld ausgesetzte dielektrischs Material lediglich der Dicke
einer Fahne entspricht.
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Wird die Fahne um 900 gedreht, ist die Menge an dielektrischem Material,
daF einer elektrischen Feldlinse E ausgesetzt wird, gleich der gesamten Länge der
Fahne, Und diese Bedingung ergibt einen tohen kapazitiven effekt. Wenn somit die
Fahnen gedreht werden, wird die Menge an dielektrischem Material wesentlich verändert.
Dies verändert die Frequenz des Magnetrons im wesentlichen sinusE6rmig. Dementsprechend
ergibt der Generator 62, der im Gehäuse 50 angeordnet ist, einfach einen sinusförmigen
Ausgang als Punktion der Stellung der Motorwelle 58. Praktisch kann ein Zittern
des Magnetrons gemäß vorliegender Erfindung mit Geschwindigkeiten von 400 Hz und
darUber und bei Bandbreiten, d.h. über einen Frequenzbereich von wenigstens 260
MHz erzielt werden.
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Die vorbeschriebenen Anordnungen sind lediglich Ausführungsbeispiele
der Erfindung und beschränken den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise, da
zahlreiche andere Anordnungen und äqzivalente Ausgestaltungen im Rahmen vorliegender
Erfindung möglich sind.
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Beispielsweise ist, wie vorstehend-erwähnt und in Fig. 1 gezeigt,
in elektromagnetischem Sinne der koaxiale Hohlraum durch die keramische, dielektrische
Hülse 12 in zwei Teile oder Kammern geteilt, d.h. in die verhältnismäßig ,,kleine
ringförmige Kammer zwischen der dielektrischen Hülse 12 und der äußeren Wandung
der Anode, somit im evakuierten Bereich, und eine verhältnismäßig größere Kammer
außerhalb des Vakuumbereiches, die mit isolierendem Gas gefüllt ist. Die keramische
Hülse trennt somit im wesentlichen den koaxialen Ausgangshohlraum von dem Vakuumbereich.
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Mit anderen Worten heißt dies, daß der elektromagnetische Ausgangshohlraum
nahezu die gleiche Erstreckung wie die größere Kammer aufweist und diese mit einschließt.
Wie sich aus dem Prinzip nach vorliegender Erfindung ergibt, braucht diese Unterteilung
des Hohlraumes in zwei räumlich getrennte Hohlraumkammern nicht zu bestehen. Die
dielektrische Hülse 12 kann mit einem kleineren Innendurchmesser hergestellt werden,
so daß sie in direktem Oberflä.chenkontakt bSindigXmit der äußeren Oberfläche der
Anode 6 liegt. in diesem Falle würde die Hülse wiederum etwa den gesamten gasgefüllten,
in geeigneter Weise druckaufgeladenen, koaxialen Ausgang.shohlraum von dem Vakuumbereich
trennen. Dann wUrde der Hohlraum praktisch vollständig aus dem Bereich bestehen,
der außerhalb des evakuierten Bereiches liegt, mit Ausnahme der Dicke der keramischen
Hülse.
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Eine weitere Altrnative, die die Verwendung einer hUlsenformige-Ausbildung
vermeidet, besteht darin, das dielektrische keramische Material direkt in die Anodenkanäle
oder Schlitze 14 zu versiegeln oder ZU verkleben, um jeden Schlitz vollständig zu
füllen. In diesem Falle werden die gleichen Funktionen erzielt.
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Das dielektrische Material trennt nämlich räumlich etwa den gesamten
Ausgangshohlraum, d.h. den koaxialen Hohlraum, von dem Vakuumbereich, der die Kathode
10 und die Anode 6 enthält, während der Durchgang von Mikrowellenenergie zwischen
dem Hohlr.aum 16 und abwechselnden Anodenresonatoren möglich wird. Mit einer derartigen
Konstruktion hat der koaxiale Ausgangshohlraum völlig die-gleiche Erstreckung wie
die Kammer außerhalb des Vakuumbereiches.