DE2221916A1 - Magnetron-Oszillator - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORF. DiPL.-FHY3. DP. MAN ITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

DlPL.-ING. FINSTERWALD DlPL.-ING. GRÄMKOW 2221916

PATENTANWÄLTE

München, den . ' *■ MAI M» We/Sv - E IO7O

ELECiCHIC ViLLVE GO. LTD. 106 Waterhouse Lane, Chelinsford, Essex CMI 2QÜ, England

Magnetron-Oszillator

IJi3 Erfindung betrifft Magnetron-Oszillatoren.

In "bestimmten Systemen wie in Radar sy steinen besteht ein Bedarf nach einem Magnetron-Oszillator, der eine Schwingungsfrequenz aufweist, die von einer bestimmten Frequenz rasch auf eine andere Frequenz veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Magnetron-Oszillator zu schaffen.

der Erfindung ist ein Magnetron mit einer Kathodenunu Anoden-Anordnung, welche eine Vielzahl von darin ausgebildeten Hohlräumen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein ge-

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(Jr Mullf-r fifjrf- Dr. Manitz - Dr. Deufel · Dipl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. Grämkow

3") Braunschweig. Arn ßurrjerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-Straße 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Marktstraße 3

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trennter fiesonanzhohlraum an einen der Hohlräume in o.er Kathoden- und der Anoden-Anordnung angekoppelt ist, ueu; weiterhin ein Paar von auf abstand zueinano.ei- angecrancten Elektroden voi-gesehen ist, deren Oberflächen eiriana.Gr zugewandt sind una aie aus einen haterial bt.&tehen, welches Sekundärelektronen emittiert, und da£ die Anordnung und Dimensionierung dieser Elektroden derart gev:ühlt ist, daß beim Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen αen Elektroden zwisehen denselben eine hultiplikatorentiadurii/; auftritt.

Eine MultiplJ-katorentladung tritt zwischen einem Paar von Elektroden mit Sekundärelektronen emittierenden Oberflächen auf, wenn zwischen denselben eine .Hochspannung angelegt wird und wenn ein Elektron «ine Elektrode verläßt und auf der anderen Elektrode nach einer halben Zykluszeit der Hochfrequenzspannung aufgrifft, aa_durch mehrere Elektronen aus der Elektrode herauslöst, eic ihrerseits zur einen Elektrode wandern und auf derselben aufschlagen, und zwar nach einer weiteren halben Zykluszeit der HGchfrequenz spannung und dort denselben Effekt auslösen wie das ercto Elektron. Die Anzahl der Elektronen, welche die Elektroden verlassen, steigt rasch an, bis in dem Zwischenraum zugehe den Elektroden eine gesättigte Entladung einreicht ist. Um aie Entladung abzuschalten oder zu verhindern, kann eine hinreichend große Gleichspannung zwischen die Elektroden angelegt werden, od-_r es kann in alternativer V-ise ein großes magnetisches Querfeld angelegt v/erden. Kit αώ Aucdruck Sekundärelektronen emittierendes h&terial ist ein haterial gemeint, aussen üeiCundä
Verhältnis größer ist als eins.

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BAD ORIGINAL

Beim Betrieb eines erfindungsgemäßen Magnetron-Oszillators wird Hochfrequenzenergie in den Resonanzhohlraum von der .kathoden- und Anoden-Hohlraum-Anordnung eingekoppelt', und dies führt zu dem Ergebnis, daß eine Hochfrequenzspannung zwischen den Elektroden aufgebaut wird. Vorzugsweise ist die Elektrodenanordnung derart getroffen, daß diese Hochfrequenz spannung der obengenannten geeigneten Spannung in der Weise entspricht, daß ohne eine störende große Gleichspannung oder ohne ein magnetisches Querfeld eine Multiplikatox^entladung auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, UiL eine Spannung an die Elektroden anzulegen, wodurch eine Gleichspannung während des Betriebes anlegbar ist, um die zwischen den Elektroden aufgebaute Hultiplikatorentladung zu unterdrücken oder abzuschalten.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der getrennte Hohlraum auf der Außenwand der Kathoden- und Anoden-Struktur des Magnetron-Oszillators ausgebildet ist.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Hohlraum mit einem der Hohlräume in der Kathoden-Anoden-Anordnung durch eine kopplungsschleife gekoppelt ist.

Weiterhin ist schließlich vorzugsweise vorgesehen, daß eine der Elektroden mit einer Heizeinrichtung ausgestattet ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher die einzige Figur einen schematischen !eilschnitt eines erfindungsgemäßen MagBtronoszillators darstellt.

Der in der Zeichnung dargestellte Magnetronoszillator besitzt eine Kathode 1 und eine hohle zylindrische Anode 2 mit Fahnen 3, welche sich radial nach innen zur Kathode 1 erstrecken. Auf der Anode 2 sind magnetische Polstücke 4- und 5 befestigt. Die Zwischenräume zwischen jeweils einem Paar von benachbarten Fahnen 3 bilden einen Resonanzhohlraum, und die spezielle Anordnung von Fahnen und Resonanzhohlräumen, welche verwendbar ist, kann eine an sich bekannte Anordnung sein, wie sie beispielsweise in einem Sonnenstrahl-Magnetron vorliegt.

Die Kathode 1 des Magnetron-Oszillators ist an einem isolierten, vakuumdichten !Träger 6 angebracht, der mit dem Polstück 4-verbunden ist. Die Anode 2 des Magnetrons weist eine Austrittsöffnung 27 auf, an welche ein Wellenleiter angeschlossen sein kann. Die Austrittsöffnung 27 weist ein Glas-"Fenster" 28 auf. welches eine vakuumdichte Abdichtung darstellt und welches für das Ausgangssignal des Magnetron-Oszillators durchlässig ist.

Auf der äußeren Wand 7 der Anode 2 ist ein weiterer Resonanzhohlraum 8 ausgebildet, der mit zwei Elektroden 9 und 10 ausgestattet ist. Die Elektrode 9 ist eine hohle zylindrische Elektrode, welche eine Endplatte T. aufweist, die aus einem Material hergestellt ist, welches sowohl Thermionen als auch Sekundärelektronen emittiert. Die Elektrode 9 stellt einen elektrischen Kontakt mit der Wand 12 des Resonanzhohlraumes 6 her. Eine Heizeinrichtung 13 ist innerhalb der Elektrode 9 angeordnet, und der Heizeinrichtung I3 wird ein Strom über eine Leitung 14 zugeführt, welche in die Elektrode durch eine End-

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kappe 15 eingeführt ist, die gegenüber der restlichen Elektrode durch einen Isolierring 16 isoliert ist. Die Elektrode 10 ist eine zylindrische Elektrode, und sie ist mit einer Endplatte 17 ausgestattet welche aus einem Material besteht, das Sekundärelektronen emittiert. Die Elektrode 10 ist durch eine öffnung 18 in der Wand 19 des Resonanzhohlraumes 8 hindurchgeführt und ist durch einen vakuumdichten isolierenden Träger 20 gehalten. Innerhalb des Hohlraumes 8 neben der Wand 19 ist eine mit einer Öffnung versehene Platte 21 vorgesehen, welche derart positioniert ist, daß die Elektrode 10 durch die öffnung hindurchragt. Diese Platte trägt einen Zylinder 22, welcher die Elektrode 10 umgibt und als eine Hochfrequenzdrossel wirkt. Die Elektrode 10 ist mit einer Verbindungsleitung 23 ausgestattet, und der Hohlraum ist außerdem mit einer Verbindungsleitung 24 ausgerüstet, wodurch eine Spannung zwischen die Elektroden 9 und 10 angelegt werdoa kann.

Der Rösonanzhohlraum 8 ist induktiv mit dem einen der Hohlräume des Magnetron-Oszillators durch eine Induktionskopplungsschleife 25 gekoppelt, welche durch eine öffnung 26 in der Wand 7 der Anode 2 hindurchgeht. Die Schleife 25 ist allgemein S-förmig ausgebildet, jedoch liegt eine der Schleifen, welche das S bilden, in einer Ebene, die gegenüber der anderen das S bildenden Schleife um 90° geschwenkt ist.

Im Betrieb des Magnetrons wird der Hohlraum stark durch Energie erregt, welche von dem Hohlraum in der Anode des Magnetrons durch die Kopplungsschleife 25 eingekoppelt wird, und wenn keine Elektronen_entladung stattfindet, werden einige 10 kV an Hochfrequenzspannung zwischen den Elektroden 9 und 10 entwickelt, und die frequenz der Magnetronschwingung wird durch den Hohlraum 8 auf eine vorgegebene Frequenz "gezogen".

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Venn die Stärke und die Frequenz der Hochfrequenzspr-nnung. welche zwischen den Elektroden entwickelt wird, in der Weise nit dein Abstand zwischen den Elektroden 9 una "'.0 in ik; Ziehung gesetzt sind, daß ein von einer überfläche ausgehendes Elektron eine Zeit benötigt, welche gleich der halben Zykluszeit ist, um den Zwischenraum zu überwinden, tritt eine Hultiplikatorentladung zwischen den Elektroden auf. Um die Auslösung der Entladung in der veranschaulichten Ausführungsform zu unterstützen, wird ein Heizstrom durch das Heizelement ί3 über die Leitungen Ί4 und 24- geführt.

Eine Multiplikatorentladung tritt auf, wenn ein Elektron eine Elektrode zu einem geeigneten Zeitpunkt in einem Zyklus verläßt und auf der anderen Elektrode eine halbe Zykluszeit später auftrifft, so daß dadurch das Auslösen von mehreren Elektronen von dieser Elektrode verursacht wird, die ihrerseits in der entgegengesetzten Eichtung wandern und von denen jedes einzelne auf der einen Elektrode dieselbe Wirkung auslöst. Die Anzahl der abgehenden Elektronen steigt rasch an, bis eine Sättigungsentladung in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden besteht. Während die Multiplikatorentladung auftritt, fällt die Spannung an den Elektroden 9 und ,0 auf etwa 250-5Ü0 Volt ab, und der Hohlraum b ist effektiv kurzgeschlossen, so daß dadurch die Schwingungsfrequenz des Magnetrons in die Nähe der Resonanzfrequenz ihres Anoden-Kathoden-Resonators gelangt.

Die Multiplikatorentladung kann dadurch unterbunden werden, daß eine geeignete Gleichspannung an die Elektroden 9 und angelegt wird, wodurch insgesamt die Wirkung erzielt wird, daß die Magnetronfrequenz der Schwingung zwischen zwei verschiedenen Werten umgeschaltet werden kann, indem eine geeignete Vorspannung an die Elektroden über die Leitungen 23 und 24- angeschaltet oder abgeschaltet wird. In alternativer

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Weise kann eine transversale Abschaltung der Multiplikatorentladung dadurch "bewirkt werden, daß ein geeignetes Magnetfeld an den Zwischenraum zwischen den Elektroden angelegt wird. Wenn die Entladung unterbunden ist, wird die Frequenz der Schwingung des Oszillators wiederum durch den Hohlraum auf eine vorgegebene Frequenz "gezogen".

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Magnetron beschrieben wurde, welches einen weiteren Eesonanzhohlraum 8 aufweist, ist es jedoch auch möglich, derartige Magnetrons herzustellen, welche eine Vielzahl .von solchen zusätzlichen Hohlräumen aufweisen.

- Patentansprüche -

2ü 9 8/»8/07 4 S

Claims (4)

1. Patentansprüche

   Magnetron mit einer Kathoden- und Anoden-Anordnung, welche eine Vielzahl von dann ausgebildeten Hohlräumen aufweist, dadurch gekennz ei chnet, daß ein getrennter Resonanzhohlraum (8) an einen der Hohlräume (bei 25) in. der Kathoden-(1) und der Anoden-(2)Anordnung angekoppelt ist, daß weiterhin ein Paar von auf Abstand zueinander angeordneten Elektroden (9, 10) vorgesehen ist, deren Oberflächen (11, 17) einander zugewandt sind und die aus einem Material bestehen, welches Sekundärelektronen emittiert, und daß die Anordnung und Dimensionierung dieser Elektroden (9,10) derart gewählt ist, daß beim Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen den Elektroden (9, 10) zwischen denselben eine Multiplikatorentladung auftritt.
2. 2. Magnetron-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Spannung an die Elektroden anzulegen, wodurch eine Gleichspannung während des Betriebes anlegbar ist, um die zwischen den Elektroden aufgebaute Multiplikatorentladung zu unterdrücken oder abzuschalten.
3. 5. Magnetron-Oszillator nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß der getrennte Hohlraum auf der Außenwand der Kathoden- und Anoden-Struktur des Magnetron-Oezillators ausgebildet ist«
4. 4. Magnetron-Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der Hohlraum mit einem der Hohlräume in der Kathoden-Anoden-Anordnung durch eine Kopplungsschleife gekoppelt ist.

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   Magnetron-Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß eine der Elektroden mit einer Heizeinrichtung ausgestattet ist.

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