DE2132871B2

DE2132871B2 - Abstimmbares Magnetron und seine Anwendung

Info

Publication number: DE2132871B2
Application number: DE2132871A
Authority: DE
Inventors: Alan Hugh Chelmsford Essex Pickering (Grossbritannien)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1970-07-01
Filing date: 1971-07-01
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2097110B1; US3729646A; DE2132871A1; GB1292172A; NL7108484A; DE2132871C3; FR2097110A1; SE365341B

Description

»5 Die Erfindung betrifft ein abstimmbares Magnetron mit einer Mehrzahl von Abstimmeinrichtungen. In d<°,r Radartechnik ist es für bestimmte Anwendungen erforderlich, die gesendete Frequenz rasch über einen weiten Frequenzbereich zu verändern.

Dies kann beispielsweise notwendig sein, um die Interferenz zu vermindern oder um verbesserte reflektierte Echos von einem Ziel zu erhalten, das zwar aufgefunden ist, jedoch nur schwache Echos gibt, wenn . eine bestimmte Sendefrequenz verwendet wird, jedoch bessere Echos liefert, wenn eine andere Frequenz gesendet wird. Die erwähnte Anforderung tritt auch bei solchen Einrichtungen auf, in welchen ein Wechsel der Senderichtung, z. B. zur Abtastung des Raumes im Azimut oder in der Elevation, elektrisch durch Veränderung der Frequenz erreicht wird, welche einem stationären Antennensystem zugeführt wird, anstatt das Antennensystem mechanisch um seine Achse rotieren oder schwingen zu lassen.
Veränderlich abstimmbare Magnetrons, in welchen die Frequenz durch eine kontinuierliche Veränderung der Stellung eines beweglichen Abstimmelementes veränderbar ist, beispielsweise durch Bewegung eines Metall-Abstimmelementes, welches in Beziehung auf das Magnetron-Anodensystem beweglich ist und von einer deformierbaren Membran oder einem Balg getragen wird, sind bekannt. Solche bekannten kontinuierlich abstimmbaren Magnetrons lassen jedoch im Hinblick auf die Erfüllung der obengenannten Forderungen zu wünschen übrig. Unter ihren Nachteilen sind in diesem Zusammenhang zu nennen, daß sie mechanisch kompliziert sind und daß wegen der Art der mechanischen Bewegung, welche dem Abstimmelement erteilt werden muß, und wegen der Trägheit dieses Elementes und der für seine Bewegung vorgesehenen Einrichtung die Geschwindigkeit, mit welcher eine Veränderung der Frequenz über einen weiten Bereich erreicht werden kann, einschneidend begrenzt ist. In der Tat besteht bei bekannten kontinuierlich abstimmbaren Magnetrons eine große Schwierigkeit, um überhaupt einen wünschswert großen Frequenzänderungsbereich zu erreichen. Darüber hinaus muß bei einem Radarsystem die Empfängerabstimmung stets mit der Senderabstimmung in Übereinstimmung ge-

halten werden, wobei die Empfängerabstimmung normalerweise durch einen kontinuierlich abstimmbaren frequenzverändernden Überlagerungsoszillator bewirkt wird. Die Einhaltung dieser Forderung stellt ein ernsthaftes Problem dar, wenn bekannte kontinuierlich abstimmbare Magnetrons verwendet werden, da die Abstimmcharakteristik solcher Magnetrons nicht linear ist und sehr schwierig mit der Abstimmcharaktsristik des Empfängers in der erforderlichen Weise in Übereinstimmung zu bringen ist.

Aus der USA.-Patentschrift 2742570 ist bereits ein abstimmbares Magnetron bekannt, bei dem eine zusätzliche Kathode an- und abgeschaltet werden kann, und zwar zu dem Zweck, eine kontinuierliche Steuerung durch Einstellung des Anoden-Kathodenstromes zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein abstimmbares Magnetron zu schaffen, das bei einfachem Aufbau die Einstellung einer Vielzahl verschiedener, gegeneinander vorbestimmte Abstände aufweisender und sich über einen weiten Frequenzbereich erstreckender Frequenzen ermöglicht, wobei die jeweils gewünschten Frequenzen stets schnell und genau einstellbar sein sollen und der Übergang von einer Frequenz zur anderen bei großen Frequenzänderungen nicht mehr Zeit erfqrdern soll als bei kleinen Frequenzänderungen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Abstimmeinrichtung nur zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist und der Übergang vom einen zum anderen Zustand einer votgegebenen Frequenzänderung entspricht, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, um die Abstimmeinrichtungen unabhängig voneinander oder in vorgegebenen Kombinationen von dem einen Zustand zum anderen oder umgekehrt zu schalten.

Der angestrebte einfache Aufbau wird dadurch erreicht, daß im Gegensatz zu den bekannten, über einen größeren Frequenzbereich abstimmbaren Magnetrons keine mechanische kontinuierliche Einstellung vorgesehen ist und damit auch die Gefahr beseitigt wird, daß beim Einstellen einer bestimmten Frequenz ein mehrmaliges Nachstellen der richtigen Einstellposition erforderlich wird. Der schnelle Übergang von einer Frequenz zur anderen, selbst wenn die beiden Frequenzen sehr weit auseinanderliegen, wird dadurch ermöglicht, daß die zwischen zwei Zuständen umschaltbaren Abstimmeinrichtungen praktisch gleichzeitig betätigt werden können, so daß es unerheblich wird, ob eine große oder kleine Frequenzänderung vorgenommen werden soll. Durch diese Maßnahmen wird auch ein perfekter Synchronismus zwischen dem Magnetron und einem Empfänger auf Grund der vorhandenen Abstimmöglichkeiten ermöglicht.

Die Abstimmeinrichtungen bestehen vorteilhafterweise aus bewegbaren Metallelementen oder aus beweglichen dielektrischen Elementen.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Abstimmeinrichtungen aus leitenden Schleifen, von denen jede in einem Bereich eines Magnetron-Hochfrequenzfeldes angeordnet ist und mit einer Schalteinrichtung zum öffnen und Schließen der Schleife ausgestattet ist.

Die Abstimmeinrichtung kann nach einer weiteren Ausgestaltung aus einer eine Gas- oder Elektronenentladung erzeugenden Einrichtung bestehen, welche die Hochfrequenzfelder in dem Magnetron durch Einschalten oder Ausschalten der Entladung beeinflußt.

In den Fällen, in denen die Abstimmeinrichtung durch eine mechanische Bewegung in ihrer Lage ver-

ändert werden soll, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die diese mechanische Bewegung bewirkende Einrichtung zwei stabile Zustände beim mechanischen Gleichgewicht besitzt. Die dabei vorgesehenen neiden stabilen Zustände gewährleisten eine vorteilhafte Un-

empfindlichkeit gegen eine zufällige Frequenzveränderung auf Grund eines mechanischen Stoßes oder einer mechanischen Schwingung.

Vorzugsweise stehen die Veränderungen der Frequenz, welche durch Veränderung der Zustände der

verschiedenen Abstimmeinrichtungen herbeigeführt werden, zueinander in binärer Beziehung und sind voneinander verschieden. Wenn demgemäß der Zustand der Abstimmeinrichtung so verändert wird, daß daraus eine Frequenzänderung von χ MHz resultiert,

ao so ist eine andere Einrichtung derart angeordnet, daß sie eine Veränderung von 2x MHz bewirkt und eine dritte Anordnung ist so ausgebildet, daß sie eine Veränderung von 4x MHz bewirkt, usw. Auf diese Weise kann durch Veränderung der Zustände einer oder

as mehrerer Abstimmeinrichtungen eine beliebige Frequenz einer Vielzahl verschiedener Frequenzen eingestellt werden, welche sich voneinander um χ MHz unterscheiden und sich über einen weiten Bereich erstrecken.

Erwähnt werden muß auch, daß die Frequenzsteuerung gemäß der Erfindung besonders gut geeignet ist für eine Steuerung durch digitale Signale, welche beispielsweise von einem Rechner abgeleitet sein können.

Vorzugsweise sind die Abstimmeinrichtungen einzeln in verschiedene Hohlräume des Magnetrons eingepaßt, wenn es sich um ein Magnetron mit einer Mehrzahl von Hohlraumresonatoren handelt.
Bei einem Magnetron mit einem koaxialen Hohiraumresonator sind die Abstimmeinrichtungen bevorzugt an verschiedenen Punkten in dem koaxialen Hohlraumresonator des Magnetrons angeordnet.

Eine vorteilhafte Anwendung eines abstimmbaren Magnetrons bei einem Radarsystem mit einem Ra-

darbender zeichnet sich dadurch aus, daß ein Empfänger vorgesehen ist, dessen Abstimmung mit dem Sender übereinstimmt, daß die Übereinstimmung der Abstimmung des Empfängers durch eine Einrichtung erreicht ist, welche eine stufenweise Steuerung der

Frequenz des die Frequenz verändernden Überlagerungsoszillators des Empfängers bewirkt, und daß die Einrichtung in bezug auf die Abstimmsteuereinrichtung des Magnetrons kalibriert und mit dieser zumindest teilweise abgestimmt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben, in dieser sind in schematischer Darstellung zwei der verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, in welcher die Erfindung verkörpert sein kann. In diesen beiden Formen

ist ein Magnetron bekannter Art dargestellt, welches ein Anodensystem mit radialen Platten aufweist. Es sind nur solche Teile des Magnetrons dargestellt, welche zu einem Verständnis der Erfindung erforderlich sind.

Gemäß der Darstellung der Fig. 1 umfaßt das Anodensystem des dort dargestellten Magnetrons einen Hauptanodenblockzylinder 1 mit radialen Platten 2 und den üblichen »Drahtbügeln« 3. Neben,

oberhalb auf Abstand angeordnet und sich teilweise über jede Platte erstreckend ist eine induktive Abstimmeinheit vorgesehen, welche aus einer bei 4 dargestellten induktiven Metallsperre besteht. Es sind nur zwei dieser Sperren dargestellt, normalerweise ist jedoch jeder Platte in ähnlicher Weise eine solche Sperre zugeordnet. Jede Sperre 4 ist in bezug auf ihre zugeordnete Platte 2 bewegbar und wird von einem piezoelektrischen Betätigungs- oder Steuerelement gehalten, welches schematisch bei 5 dargestellt ist/Jedes piezoelektrische Betätigungselement ist so angeordnet, daß es eine Seitenbewegung seiner zugeordneten Sperre 4 erzeugt, wie es durch den doppelköpf igen Pfeil X dargestellt ist. Somit wird durch Erregung einer beliebigen besonderen piezoelektrischen Betätigungseinrichtung die dadurch betätigte Sperre in eine Extremstellung bewegt und kehrt in die andere zurück, wenn ihre Betätigungseinrichtung entregt ist. Wenn für die Betätigungseinrichtungen piezoelektrische Kristalle verwendet werden, welche dazu in der Lage sind, bei Erregung eine ausreichende mechanische Bewegung durchzuführen, kann eine geeignete erwünschte Frequenzänderung des Magnetrons sehr rasch erreicht werden, indem eine beliebige Betätigungseinrichtung erregt oder entregt wird. Geeignete piezoelektrische Kristalle sind ferroelektrische Kristalle wie Bleizirkonat oder Bariumzirkonat. Durch geeignete Auslegung und Anordnung der Sperren und ihrer Betätigungseinrichtungen ist es möglich (und im allgemeinen bevorzugt), die Frequenzänderungen, welche durch Betätigung der verschiedenen Betätigungseinrichtungen hervorgerufen werden so anzuordnen, daß sie verschieden und in einer binären Beziehung zueinander sind.

Eine selektive Erregung einer beliebigen oder einer beliebig ausgewählten Vielzahl von piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen wird unter der Steuerung einer elektronischen Steuereinheit 6 durchgeführt, welche von tuner beliebigen bekannten angepaßten Art sein kann, und zwar unter der Steuerung von digitalen oder anderen Steuersignalen, welche von einem Rechner oder einer anderen (nicht dargestellten) Quelle eingespeist werden, und zwar über den Eingangskreis 7, um die Erregung der Betätigungseinrichtung oder der Kombination von Betätigungseinrichtungen auszuwählen, welche ausgewählt werden müssen, um die gewünschte der selektierbaren Oszillationsfrequenzen zu erreichen, zu welchen das abstimmbare Magnetron in der Lage ist. In der Fig. 1 ist angenommen, daß das Magnetron die gesendete Frequenz eines Radarsystems liefern soll. Demgemäß ist die elektronische Steuereinheit 6 so ausgebildet, daß sie über einen Ausgangskreis 8 digitale oder andere Steuersignale liefern kann, um stufenweise die Abstimmung des normalerweise vorgesehenen Überlagerungsoszillators des (nicht dargestellten) Radarempfängers derart zu steuern, daß dann, wenn das Magnetron abgestimmt ist, eine bestimmte Frequenz zu liefern, der Überlagerungsoszillator auf eine solche Frequenz abgestimmt ist, daß der Empfänger wenigstens annähernd auf die übertragene Frequenz abgestimmt ist. Es ist nicht erforderlich, daß die durch die Einheit 6 bewirkte Empfängerabstimmung präzise mit der übertragenen Frequenz übereinstimmt, es ist vielmehr ausreichend, wenn die auf diese Weise erzielte Empfängerabstimmung für die normalerweise vorgesehene automatische Frequenzsteuerung hinreichend genau ist, um die erforderliche genauere Abstimmung zu erreichen.

Das in der F i g. 2 dargestellte Magnetron entspricht der in der Fi g. 1 dargestellten Art, jedoch ist die Abstimmung durch eine etwas unterschiedliche Anordnungerreicht, welche jedoch ebenfalls piezoelektrisch betätigt ist. In der Fi g. 2 ist nur eine Abstimmeinheit

ίο dargestellt, in der Praxis wird jedoch eine ähnliche Abstimmeinheit in jedem der Magnetronhohlräume verwendet. Diese sind natürlich jeweils zwischen zwei benachbarten Anodenplatten 2 angeordnet.

Die in der Fig. 2 dargestellte Abstimmeinheit ist im wesentlichen eine Einheit, welche dann, wenn sie betätigt wird, den Hohlraum, in welchem sie angeordnet ist, teilweise kurzschließt. Sie besteht aus einem Schalter, der aus den zwei Teilen 9 und 10 aufgebaut ist, von welchen das eine an der einen und das andere

»o an der anderen von zwei benachbarten Platten 2 angebracht ist. Das Schaltteil 10 ist flexibel und berührt in einer seiner Stellungen das Teil 9, um zwischen den zwei Platten einen geschlossenen Kreis zu bilden, wobei die Enden der zwei Teile mit geeigneten zusam-

»5 menwtrkenden Kontakten verbunden sind. Der so gebildete Schalter wird durch Biegung des Teils 10 mittels eines Isolierstiftes 12 geöffnet oder geschlossen, welcher durch eine geeignete öffnung in dem Anodenblockzylinder 1 hindurchgeht und stirnseitig durch eine über das Zentrum geführte Blattfeder 11 bewegbar ist, welche jeweils die eine von zwei stabilen Stellungen einnehmen kann, von denen die eine in durchgezogener Linie und die andere in unterbrochener Linie dargestellt ist. Der Streifen 11 ist an einem Ende in einer festen Verankerung 14 verankert und ist am anderen Ende in einer piezoelektrischen Betätigungseinrichtung 13 befestigt, welche so ausgebildet ist, daß sie dann, wenn sie erregt oder entregt ist, das andere Ende des Streifens in die eine oder die andere von zwei Richtungen bewegt, welche durch den doppelköpfigen Pfeil X angedeutet ist und somit den Streifen 11 von der einen seiner Stellungen in die andere überführt, um den Schalter 9 bis 10 zu öffnen oder zu schließen.

Eine Anordnung, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, ist normalerweise für jeden der Magnetronhohlräume vorgesehen. Durch geeignete Ausbildung und Anordnung der verschiedenen Partial-Kurzschluß-Einrichtungen in den verschiedenen Hohlräumen ist es möglich, die Frequenzveränderungen, welche durch Betätigung der verschiedenen Einrichtungen hervorgerufen werden, verschieden und in binärer Beziehung zueinander auszubilden.

Die piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen in der Fig. 2 können in einer Art gesteuert sein, wie sie bereits in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieber wurde, und zwar mittels einer elektronischen Steuereinheit, welche auch dazu dienen kann, wie es ebenfalls in Verbindung mit der F i g. 1 bereits beschrieber wurde, um eine digitale oder ähnliche Steuerung de; Abstimmung des Überlagerungsoszillators eine: Radarempfängers zu bewirken, um den Empfänge: in Übereinstimmung mit dem Sender abzustimmen dessen Oszillator das abstimmbare Magnetron gemäi der Darstellung in der Fig. 2 ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abstimmbares Magnetron mit einer Mehrzahl von Abstimmeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstimmeinrichtung (4,9,10) nur zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist und der Übergang vom einen zum anderen Zustand einer vorgegebenen Frequenzänderung entspricht, und daß Steuereinrichtungen (5, 6,11, 13) vorgesehen sind, um die Abstimmeinrichtungen (4, 9, 10) unabhängig voneinander oder in vorgegebenen Kombinationen von dem einen Zustand zum anderen oder umgekehrt zu schalten.

2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtungen (4, 9,10) aus bewegbaren Metallelementen bestehen.

3. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtungen (4, 9,10) aus beweglichen dielektrischen Elementen bestehen.

4. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtungen (4, 9,10) aus leitenden Schleifen bestehen, von denen jede in einem Bereich eines Magnetron-Hochfrequenzfeldes angeordnet ist und mit einer Schalteinrichtung zum öffnen und Schließen der Schleife ausgestattet ist.

5. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung (4, 9, 10) aus einer eine Gas- oder Elektronen-Entladung erzeugenden Einrichtung besteht, welche die Hochfrequenzfelder in dem Magnetron durch Einschalten oder Ausschalten der Entladung beeinflußt.

6. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Zustandes einer Abstimmeinrichtung (4, 9, 10) eine mechanische Verschiebung der Einrichtung oder eines dieser zugeordneten Elemente vorgesehen ist, und daß diese Einrichtung oder dieses Element zwei stabile Zustände bei mechanischem Gleichgewicht besitzt.

7. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes bewegbare Element von der einen vorgegebenen Stellung in die andere durch eine Steuereinrichtung bewegbar ist, welche zu diesem Zweck so angeordnet ist, daß sie den einen oder den anderen von zwei Antriebskraftswerten ausübt.

8. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Veränderung der Zustände der Abstimmeinrichtung (4, 9, 10) eine piezoelektrische Einrichtung (S) ist.

9. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen der Frequenz, welche durch Veränderung der Zustände der verschiedenen Abstimmeinrichtungen herbeigeführt werden, verschieden sind und zueinander in binärer Beziehung stehen.

10. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Mehrzahl von Hohlraumresonatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtungen einzeln in verschiedene Hohlräume des Magnetrons eingepaßt sind.

11. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis

9 mit einem koaxialen Hohlraumresonator, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtungen an verschiedenen Punkten in dem koaxialen Hohlraumresonator des Magnetrons angeordnet sind.

12. Anwendung eines abstimmbaren Magnetrons nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Radarsystem mit einem Radarsender, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfänger vorgesehen ist, dessen Abstimmung mit dem Sender übereinstimmt, daß die Übereinstimmung der Abstimmung des Empfängers durch eine Einrichtung erreicht ist, welche eine stufenweise Steuerung der Frequenz des die Frequenz verändernden Überlagerungsoszillators des Empfängers bewirkt, und daß die Einrichtung in bezug auf die Abstimmsteuereinrichtung des Magnetrons kalibriert und mit dieser zumindest teilweise abgestimmt ist.