DE2132871C3 - Abstimmbares Magnetron und seine Anwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein abstimmbares Magnetron mit einer Mehrzahl von Abstimmeinrichtungen.

In der 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 od^r 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-

hauen 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 Abstimmcharakteristik 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 rf<-m Zweck, eine kontinuierliche Steuerung durch Einstellung des Anoden-Kathoden- »5 stromes 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 ao 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 Frequenzanderungen nicht mehr »5 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 vorgegebenen 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 Abstimmeinrichtun- 5« gen 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 verändert werden soll, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die diese mechanische Bewegung bewirkende Einrichtung zwei stabile Zustände beim mechanischen Gleichgewicht besitzt. Die dabei vorgesehenen beiden stabilen Zustände gewährleisten eine vorteilhafte Unempfindlichkeit 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, 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 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 Hohlraumresonatoi 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 Radarsender 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 Hauptanodenblockzylindei 1 mit radialen Platten 2 und den üblichen »Drahtbügeln« 3. Neben,

oberhalb auf Absland angeordnet und sich teilweise zielte Empfängerabstimmung für die normalerweise über jede Platte erstreckend ist eine induktive Ab- vorgesehene automatische Frequenzsteuerung hinstimmeinheit vorgesehen, welche aus einer bei 4 dar- reichend genau ist, um die erforderliche genauere Abgestellten induktiven Metallsperre besteht. Es sind nur Stimmung zu erreichen.

zwei dieser Sperren dargestellt, normalerweise ist je- 5 Das in der F i g. 2 dargestellte Magnetron entspricht doch jeder Platte in ähnlicher Weise eine solche der in der Fig. 1 dargestellten Art, jedoch ist die Ab-Sperre zugeordnet. Jede Sperre 4 ist in bezug auf ihre Stimmung durch eine etwas unterschiedliche Anordzugeordnete Platte 2 bewegbar und wird von einem nungerreicht, welche jedoch ebenfalls piezoelektrisch piezoelektrischen Betätigungs- oder Steuerelement betätigt ist. Inder Fig. 2 ist nur eine Abstimmeinheil gehalten, welches schematisch bei 5 dargestellt ist. Je- »o dargestellt, in der Praxis wird jedoch eine ähnliche des piezoelektrische Betätigungselement ist so ange- Abstimmeinheit in jedem der Magnetronhohlräume ordnet, daß es eine Seitenbewegung seiner zugeord- verwendet. Diese sind natürlich jeweils zwischen zwei neten Sperre 4erzeugt, wie es durch den doppelköpfi- benachbarten Anodenplatten 2 angeordnet, gen Pfeil X dargestellt ist. Somit wird durch Erregung Die in der Fig. 2 dargestellte Abstimmeinheit ist einer beliebigen besonderen piezoelektrischen Beta- «5 im wesentlichen eine Einheit, welche dann, wenn sie tigungseinrichtung die dadurch betätigte Sperre in betätigt wird, den Hohlraum, in welchem sie angeordeine Extremstellung bewegt und kehrt in die andere net ist, teilweise kurzschließt. Sie besteht aus einem zurück, wenn ihre Betätigungseinrichtung entregt ist. Schalter, der aus den zwei Teilen 9 und 10 aufgebaut Wenn für die Betätigungseinrichtungen piezoelektri- ist, von weichen das eine an der einen und das andere sehe Kristalle verwendet werden, welche dazu in der «> an der anderen von zwei benachbarten Platten 2 an-Lage sind, bei Erregung eine ausreichende mechani- gebracht ist. Das Schaltteil 10 ist flexibel und berührt sehe Bewegung durchzuführen, kann eine geeignete in einer seiner Stellungen das Teil 9, um zwischen den erwünschte Frequenzänderung des Magnetrons sehr zwei Platten einen geschlossenen Kreis zu bilden, wo rasch erreicht werden, indem eine beliebige Betäti- bei die Enden der zwei Teile mit geeigneten zusam gungseinrichtung erregt oder entregt wird. Geeignete »5 menwirkenden Kontakten verbunden sind. Der so gepiezoelektrische Kristalle sind ferroelektrische Kri- bildete Schalter wird durch Biegung des Teils 10 stalle wie Bleizirkonat oder Bariumzirkonat. Durch mittels eines Isolierstiftes 12 geöffnet oder geschlosgeeignete Auslegung und Anordnung der Sperren und sen, welcher durch eine geeignete öffnung in dem ihrer Betätigungseinrichtungen ist es möglich (und im Anodenblockzylinder 1 hindurchgeht und stirnseitig allgemeinen bevorzugt), die Frequenzänderungen. 30 durch eine über das Zentrum geführte Blattfeder 11 welche durch Betätigung der verschiedenen Betäti- bewegbar ist, welche jeweils die eine von zwei stabilen gungseinrichtungen hervorgerufen werden so anzu- Stellungen einnehmen kann, von denen die eine in ordnen, daß sie verschieden und in einer binären Be- durchgezogener Linie und die andere in unterbrocheziehung zueinander sind ner Linie dargestellt ist. Der Streifen 11 ist an einem Eine selektive Erregung einer beliebigen oder einer 35 Ende in einer festen Verankerung 14 verankert und beliebig ausgewählten Vielzahl von piezoelektrischen ist am anderen Ende in einer piezoelektrischen Betä-Betatigungseinrichtungen wird unter der Steuerung tigungseinrichtunp 13 befestigt, welche so ausgebildet einer elektronischen Steuereinheit 6 durchgeführt, ist, daß sie dann, wenn sie erregt oder entregt ist. das welche von einer beliebigen bekannten angepaßten andere Ende des Streifens in die eine oder die andere Art sein kann, und zwar unter der Steuerung von digi- *o von zwei Richtungen bewegt, welche durch den doptalen oder anderen Steuersignalen, welche von einem pelköpfigen Pfeil A" angedeutet ist und somit den Rechner oder einer anderen (nicht dargestellten) Streifen 11 von der einen seiner Stellungen in die an-Ouelle eingespeist werden, und zwar über den Ein- dere überführt, um den Schalter 9 bis 10 zu öffnen gangskreis 7, um die Erregung der Betätigungsein- oder zu schließen.

richtung oder der Kombination von Betätigungsein- 45 Eine Anordnung, wie sie in der F i g. 2 dargestellt richtungen auszuwählen, welche ausgewählt werden ist, ist normalerweise für jeden der Magnetronhohl müssen, um die gewünschte der selektierbaren Oszil- räume vorgesehen. Durch geeignete Ausbildung und lationsfrequenzen zu erreichen, zu welchen das ab- Anordnung der verschiedenen Partial-Kurzschlußstimmbare Magnetron in der Lage ist. In der Fig. 1 Einrichtungen in den verschiedenen Hohlräumen ist ist angenommen, daß das Magnetron die gesendete 50 es möglich, die Frequenzveränderungen, weiche durch Frequenz eines Radarsystems liefern soll. Demgemäß Betätigung der verschiedenen Einrichtungen hervorist die elektronische Steuereinheit 6 so ausgebildet, gerufen werden, verschieden und in binärer Beziedaß sie über einen Ausgangskreis 8 digitale oder an- hung zueinander auszubilden, dere Steuersignale liefern kann, um stufenweise die Die piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen in Abstimmung des normalerweise vorgesehenen Über- 55 der Fig. 2 können in einer Art gesteuert sein, wie lagerungsoszillators des (nicht dargestellten) Radar- sie bereits in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben empfangen derart zu steuern, daß dann, wenn das wurde, und zwar mittels einer elektronischen Steuer-Magnetron abgestimmt ist, eine bestimmte Frequenz einheit, welche auch dazu dienen kann, wie es ebenzu liefern, der Überlagerungsoszillator auf eine solche falls in Verbindung mit der F i g. 1 bereits beschrieben Frequenz abgestimmt ist, daß der Empfänger wenig- 60 wurde, um eine digitale oder ähnliche Steuerung der stens annähernd auf die übertragene Frequenz abge- Abstimmung des Überlagerungsoszillators eines stimmt ist. Es ist nicht erforderlich, daß die durch die Radarempfängers zu bewirken, um den Empfänger Einheit 6 bewirkte Empfängerabstimmung präzise in Übereinstimmung mit dem Sender abzustimmen, mit der übertragenen Frequenz übereinstimmt, es ist dessen Oszillator das abstimmbare Magne'ron gemäß vielmehr ausreichend, wenn die auf diese Weise er- 65 der Darstellung in der Fig. 2 ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Pate ntansprüche:

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 »o 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-Hochfre- »5 quenzfeldes 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-Entladungerzeugenden 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 (5) 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. . · u \λ

12. Anwendung eines abstimmbaren Magnetrons nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Radarsystem mit einem Radarsender, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfanger 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 abge stimmt ist.