DE2211461A1 - Magnetron - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-PHYS. DR. MANITZ dipl-CHEM. DR. DEUFEL

DlPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW 2211461 PATENTANWÄLTE

München, den j, MRZ. 1972 We/Obd - E 1067

ENGLISH ELECTRIC V₁ALVE COMPAWY LIMITED 106 Waterhouse Lane, Chelmsford, Essex

England

Magnetron

Die Erfindung betrifft Magnetrone und insbesondere Magnetrons derjenigen Art, bei welcher wenigstens ein Element vorgesehen ist;, das in einigen fällen aus Metall und in arideren aus einem dielektrischen Material besteht, wobei eine jSinrichtung vorhanden ist, um dasselbe in bezug auf den Anodenblock des Magnetrons zu bewegen, um die dadurch erzeugte Frequenz zu verändern. Es ist eine große Vielfalt von Magnetrons dieser Art bekannt, und ein Bewegun_eselement oder Elemente verschiedener formen sind be-

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Dr. Müller-Bore Dr. Manitz ■ Dr. Deufel · Dipl.-Ing. Finsterwald Dlpl.-Ing. Grämkow Braunschweig. Am Bürgerpark 8 B München 22, Robert-Koch-StraBe 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, MarktttraBe 3 Telefon (0531) 73887 Telefon (0811) 293645. Telex 5-22050 mbpat Telefon (0711) 587281 Bank: Zentralkast· Bayer.Volksbanken, München, Kto.-Nr.ge22 Postscheck: München »5495

reits vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist ein Bewegun^selement in der Form eines Metallringes bekannt, der im Bereich eines Jändes des Anodenblockes eines sogenannten Sonnenstrahl-Magnetrons angebracht ist und in Richtung auf den Block und von dem Block hinweg bewegbar is L, oder es sind ein oder meiarere Bewegungselemente in der Form von einem oder mehreren metallischen oder dielektrischen Rohrs Tücken bekannt, welche in eines oder mehrere der löoher eingesetzt und in bezug aui" dieselben auf den Anoaenblock zu und von dem Anodenblock weg bewegbar sind, und zwar bei einem sogenannten Schlitz- und Loch-Magnetron, bzw. einem Zylinderspaltmagnetron.

Es zeigen sich beachtliche Schwierigkeiten beim Entwurf von zufriedenstellenden Magnetrons der obengenannten Art, und es ist keinesfalls einfach, sämtliche praktischen Anforderungen zugleich zu erfüllen. Zu diesen Anforderungen gehört es, einen geeigneten Bereich der Frequenzveränderung zur Abstimmung oder für Frequenzmodulationszwecke zu ermöglichen, und dies erfordert, daß ein geeigneter Bewegungabereich des Abstimmelementes oder der Abstimmelemente möglich ist. Weiterhin müssen Störeffekte auf u-rund von mechanischen Resonanzen in dem mechanischen Bewegungssystem vermieden werden, welches das Bewegungaelement oder die Bewegungselemente umfaßt aowie dessen Antriebselemente, wobei eine derartige Vermeidung insbesondere dann schwierig zu erreichen ist, wenn die Bewegung der Antriebseinrichtung kleiner ist als die erforderliche Bewegung der Bewegungaelemente oder des Bewegungselementes. Weiterhin ist ein ausreichend rasches Ansprechen des Bewegung sei em ent es oder der Bewegungaelemente erforderlich, damit eine ausreichend rasche Veränderung der erzeugten Frequenz ermöglicht wird, wenn eine Steuerkraft angewandt wird, um die Antriebseinrichtung für daa Element oder die Elemente zu bewegen. Schließlich soll das geaamxe mechanische Bewegungssystem derart ausgebildet sein, daß keine teueren und mechanisch wenig zufriedenstellenden oder wenig wirksamen Teile erforderlich sind, wie beispielsweise magnetische Antriebsglieder, und es sollen Teile der

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evakuierten Hülle des Magnetrons als flexible Konstruktion ausgebildet sein (wie es vorgeschlagen ist), um einen mechanischen Antrieb von Antriebseinrichtungen außerhalb der Hülle auf ein Bewegungselement oder Bewegungselemente im Inneren zu übertragen. Es ist auch bereits eine Vielfalt von elektromechanischen Übertragern vorgeschlagen worden, um eine Steuerspannung in eine mechanische Bewegung einer Antriebseinrichtung zu übertragen. Zu derartigen Übertragern gehören elektromagnetische Übertrager wie Solenoide und piezoelektrische Übertrager. Piezoelektrische Übertrager haben die Vorteile eines hohen Wirkungsgrades, geringer Verluste und die Fähigkeit, starke mechanische Antriebskräfte zu liefern. Sie besitzen jedoch den wesentlichen Nachteil, daß die von denselben erreichbaren mechanischen Bewegungen eine geringe Amplitude besitzen. Y/enn zur Überwindung dieses Nachteils ein mechanischer Antrieb mit einem großen mechanischen ü-ewinn verwendet wird, um von einem piezoelektrischen Antriebsübertrager eine mechanische Bewegung von geeignetem Ausmaß von einem dadurch angetriebenen Element oder von Elementen zu erreichen, treten die oben bereits erwähnten Schwierigkeiten der Störung durch Resonanzeffekte und der Begrenzung der Geschwindigkeit des Ansprechens auf. Darüber hinaus hat die Anbringung eines piezoelektrischen Übertragers innerhalb der evakuierten Hülle eines Magnetrons den Nachteil, daß seine Arbeitsweise durch Metallzerstäubung auf dem Kristall zwischen seinen Elektroden und/oder durch Aufheiζeffekte beeinträchtigt werden kann, da der Ourie-Punkt von gegenwärtig erhältlichen piezoelektrischen Kristallen verhältnismäßig niedrig liegt, da er etwa bei 300⁰O liegt. Wenn der Kristall außerhalb der evakuierten Hülle angeordnet wird, besteht das Problem, einen geeigneten mechanischen Antrieb durch die Hülle zu führen.

Die Erfindung hat zum Ziel, die oben angeführten Probleme zu lösen.

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Nach dem Grundgedanken der Erfindung zeichnet sioxi ein Magnetron ,der obengenannten Art daduron aas, daß wenigstens eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Kammer vorhanden ist, um das Volumen der Kammer zu verändern, daß weiterhin eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Leitungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit der .flüssigkeit in der Kammer in Verbindung steht, daß weiterhin ein Bewegungselement oder Bewegungselemente vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, daß sie bei ihrer Bewegung die jrrequenz des Magnetrons verändern und daß sie hydrauliscn durcn die Leitung bewegt werden, und daß die gesamte Anordnung derart dimensioniert ist, um in Reaktion auf eine vorgegebene Bewegung der piezoelektrischen Einrichtung eine Bewegung des Elementes oder der Elemente hervorzurufen, welcne durcn mechanischen Gewinn verstärkt wird, der hydrauliscn erreicnt ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß zwei Kammern vorgesehen sind, daß weiterhin zwei piezoelektrisch üinricntungen vorhanaen sind, und zwar eine für jede Kammer, daß weiterhin zwei Leitungen mit verhältnismäßig kleinen Bohrungen vorgesehen sind, von denen eine von jeder Kammer zu einer hydrauliscnen Einrichtung führt, um das Bewegungseiement oder die Elemente anzutreiben und daß die piezoelektrische Hinrichtung derart angeordnet ist, daß sie gegenphasig betätigt wird, so daß das -Element oder die Elemente in der einen Richtung durch einleitung und in der anderen durch die andere geführt sind.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesenen, daß ein Teil der Wand der Kammer oder jeder Kammer aus einem Körper eines piezoelektrischen Kristalls besteht, so daß die Kammer und die piezoelektrische Einrichtung eine Einheit bilden, um eine Kammer zu schaffen, deren Volumen durch mechanische Bewegungen des Kristallkörpers verändert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der jirfincmng ist vorgesehen, daß jede Kammer aus einem zylindrischen piezoelektri-

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sehen JiLement bestehu und daß eine !iinricih vung vorgesehen ist, um gleichzeitig gleiche und entgegengesetzte Steuersignale anzulegen, und zwar eine3 an jeden Zylinder, wodurch der eine sich axial zusammenzieht, während sicn der andere axial ausdehnt.

.Sine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die hydraulische Einrichtung zur Steuerung, der bewegung des Elementes oder der Elemente durch eine weitere mit einer kleinen Bohrung versehene Leitung gebildet ist, welche zwischen die zwei Leitungen eingeschaltet ist und. derart angeordnet ist, daß sie sich innerhalb der evakuierten Hülle des Magnetrons durch einen darin gebildeten Abstimmhohlraum erstreckt.

In diesem tfalle ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Abstimmelement ein aus einem dielektrischen Material oder aus Metall bestehendes Rohrstück ist, welches in der weiteren mit einer kleinen Bohrung versehenen Leitung angeordnet ist.

Zur Erreichung einer maximalen Abstimmwirkung ist es vorteilhaft, ein Abstimmelement für jeden Hohlraum vorzusehen. Wenn jedoch ein Magnetron mit einem externen Hohlraum vorgesehen ist, ist es ausreichend, ein Abstimmelement für diesen Hohlraum vorzusehen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnungbeschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 einen schematischen Teilschnitt einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 einen schema ti sch en iPeilschnitt einer gegenüber der Figur 1 abgewandelten Ausführungaform der Erfindung,

Figur 3.einen schematischen Schnitt einer bevorzugten Auaführungsform der Erfindung und

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Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Anodenblockes, welcher zur Erläuterung eines 'Jeils der erfindungsgemäßen Ausführungsform und deren Arbeitsweise teilweise weggebrochen ist.

Die übrigen i'eile des Magnetrons sind Standardteile und sind deshalo nicht dargestellt. üleicheBezugszeichen bezeichnen gleiche xeile in den jjlguren.

Figur 1 zeigt eine jj'luidkammer 1 mit einem zylindrischen Körperteil 2 aus piezoelektrischem Material und. seitlichen Dichtungen 3 und 4. Die seitliche Dichtung 4 besitzt eine zentrale öffnung, in welcher ein jgnde einer Leitung 5 mi τ einer kleinen Bohrung angebracht ist. Das andere J£nde der leitung 5 is u mit einer mit einer ähnlichen Öffnung versehenen seitlichen Dichtung b eines flexiblen Balges 7 verbunden, der eine weitere seitliche Dichtung 8 aufweist, mit welcher ein Abstimmelement 9 verbunden ist.

Im Betrieb werden (durch nicht dargestellte Mittel) Steuersignale an den piezoelektrischen Zylinder 2 geführt, um den Zylinder dadzu zu bringen, daß er sicn in axialer Kichi/ung ausdennt und zusammenzieht, um auf diese Weise das duron die Kammer 1 umschlossene Volumen auszudennen und zusammenzuziehen. Dadurch wird Fluid aus der Kammer 1 entlang der leitung 5 geführt und daa Abstimmelement 9 wird über den flexiblen Balg 7 bewegt.

Gemäß Figur 2 sind zwei Fluidkarmnern 10 und 11 vorhanden, die über zwei Leitungen 12 und 13 mit Jeweils gegenüberliegenden Enden 14 und 15 eines flexiblen Doppelbalgea 16 verbunden sind. Der Balg 16 umfaßt eine mit einer Öffnung versehene Platte 17, welche fest an einem Stab 18 angebracht iat. Das eine der Saden des Stabes 18 iat in der Leitung 12 und das andere in der Leitung 13 im tfleitsitz angeordnet. Die mit einer öffnung versehene Platte 17 hat eine Lasche 19» die sich vom Balg 16 nacn außen erstreckt und ein Abstimmelement 20 trägt.

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Beim Betrieb wird ü'luid aus jeder der Kammern 10 oder 11 (aie arbeiten gegenphasig, d.h., während die eine, sion aasdehnt, zieh υ sich die andere zusammen) jeweils entlang den Leitungen 12 oder 15 gepreßt, um den Stab 18 zu bewegen. Da dieser starr an der Platte 16 befestigt ist, wird die Platte 1b somit dazu gebracht, (,wie es durch den Doppelpfeil dargestellt ist) sich in axialer Kichtung zu bewegen, wodurch wiederum das Ab3timm-. element bewegt wird.

Die ülgur 3 zeigt zwei Ji'luidkammern 21 und 22, die jeweils piezoelektrische Zylinder 23 und 24 aufweisen, die mit ihren Rückwänden mit einer gemeinsamen Wand 25 verbunden sind. Die Kammern 21 und 22 haben Seitenwände 26 und 27» welche jeweils abgedichtet sind und in welcne Metalleitungen 2ö und 29 mit einer kleinen Bohrung jeweils eingesetzt sind. Diese Leitungen 28 und 29 sind mit ihren freien junden mit einer weiteren mi ο einer kleinen Bohrung versehenen Leitung J>kj aus keramiscnem Material verbunden, in welcher ein Metallabstimmrohrstück 31 eingesetzt ist. Die piezoelektriscnen Zylinder 23 und 24 sind jeweils mit inneren una äußeren Schichten aus einem Metall M überzogen, an welche Steuersignale von einer signalquelle S über Leitungen L angelegt werden können. Die Leitungen sind derart geschaltet, daß gleicne und entgegengesetzte Signale an die zylinder geführt werden, jrür das jxohrstüok 31 könnte anstatt Metall auexi ein dielektriscnes material verwendet werden.

nenn im Betrieb geeignete Steuersignale von der Quelle S an die piezoelektrischen Zylinder 23 und 24 geführt werden, wird die eine der Kammern, beispielsweise die Jiammer 21 sich ausdehnen, und die andere Kammer, die Kammer 22, wird sich gleichzeitig zusammenziehen, so daß jj'luid aus der Kammer 22 entlang der Leitung 29 über die Leitung 30 zur Leitung 28 und somit in die Kammer 21 gelangt. Diese üluidbewegung wird das Metallrohrs oück 31 zur Leitung 28 hin bewegen.

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In ähnlicher Weise wird dann, wenn, das steuersignal umgekehrt ist und die Kammer 21 sich axial zusammenzieht, während sich die Kammer 22 axial ausdeiint, iluid in der umgekehrten Richtung gefördert, so daß das RohrstücK 31 mit dein iluid mitgeführt wird.

Die tfigur 4 zeigt einen AnodenblocK 32 eines sogenannten Schlitz- und Loch-Magnetrons, welches auch als Zylinderspaltmagne tr on "bezeichnet wird, wobei der Anodenblock/teilweise weggebrochen ist, so daß noch fünf löcher H übrig sind.

Diese Darstellung zeigt, in welcher Weise die Anordnung gemäß !figur 3 auf ein herkömmliches Magnetron anwendbar ist. In diesem jj'alle erstrecken sich die Leitungen 28 und 29 außerhalb der (nicht dargestellten) Magnetronhülle, und die Leitung 30 erstreckt sich innerhalb der Hülle durch das Loch H. Es ist ereichtlioh, daß das ttohrleitungsstück 31 auf diese Weise derart steuerbar ist, daß es sich im Loch H aufwärts und abwärts bewegt, wobei das Auemaß der Bewegung duroii den Doppelpfeil dargestellt ist. Auf diese Weise iet es möglich, die Abstimmung auf -einfache Art mit den piezoelektrischen Kxistallelementen 23 und 24 außerhalb der Magnetronhülle vorzunehmen.

- Patentansprüche -

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Claims (8)

1. Paten tans'prüohe

   Schlitz- und Loch-Magnetron, bzw. Zylinderspaltmagnetron, dadurch gekennzeichnet , daß ,wenigstens eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Kammer (1) vorhanden ist, daß weiterhin eine piezoelektrische Einrichtung (2) vorgesehen ist, um das Volumen der Kammer (1) zu verändern, daß weiterhin eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Leitungseinrichtung (5) vorgesehen ist, welche mit der Flüssigkeit in der Kammer (i) in Verbindung steht, daß weiterhin ein Bewegungselement (9) oder Bewegungselemente vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, daß sie bei ihrer Bewegung die Frequenz des Magnetrons verändern und daß sie hydraulisch durch die Leitung (5) bewegt werden, und daß die gesamte Anordnung derart dimensioniert ist, um in Reaktion auf eine vorgegebene Bewegung der piezoelektrischen Einrichtung (2) eine Bewegung des Elementes (9) oder der Elemente hervorzurufen, welche durch mechanischen Gewinn verstärkt'wird, der hydraulisch erreicht ist.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kammern vorgesehen sind, daß weiterhin zwei piezoelektrische Einrichtungen vorhanden sind, und zwar eine für jede Kammer, daß weiterhin zwei Leitungen mit verhältnismäßig kleinen Bohrungen vorgesehen sind, von denen eine von jeder Kammer zu einer hydraulischen Einrichtung führt, um das Bewegungselement oder die Elemente anzutreiben und daß die piezoelektrische Einrichtung derart angeordnet ist, daß sie gegenphasig betätigt wird, so daß das Element oder die Elemente in der einen Richtung durch eineLeitung und in der anderen durch die ändere geführt sind.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wand der Kammer oder jeder •Kammer aus einem Körper eines piezoelektrischen Kristalls be-

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   steht, ao daß die Kammer und die piezoelektrische Einrichtung ■ eine Einheit bilden, um eine Kammer zu schaffen, deren Volumen durch mechanische Bewegungen des Kristallkörpers verändert wird.
4. 4. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer aus einem zylindrischen piezoelektrischen Element besteht und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um gleichzeitig gleiche und entgegengesetzte Steuersignale anzulegen, und zwar eines an jeden Zylinder, wodurch der eine sich axial zusammenzieht, während sich der andere axial ausdehnt.
5. 5. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die hydraulische Einrichtung zur Steuerung der Bewegung des Elementes oder der Elemente durch eine weitere mit einer kleinen Bohrung versehene Leitung gebildet ist, welche zwischen die zwei Leitungen eingeschaltet ist und derart angeordnet ist, daß sie sioh innerhalb der evakuierten Hülle des Magnetrons durch einen darin gebildeten Abstimmhohlraum erstreckt.
6. 6. Magnetron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Abstimmelement ein aus einem dielektrischen Material oder aus Metall bestehendes Rohrstück ist, welches in der weiteren mit einer kleinen Bohrung versehenen Leitung angeordnet ist.
7. 7. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Abstimmelement für jeden Hohlraum vorgesehen ist.
8. 8. Magnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und mit einem externen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet , daß ein Abstimmelement für den externen Hohlraum vorgesehen ist.

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