DE2331908B2 - Magnetron mit einem abstimmbaren koaxialen hauptresonator - Google Patents

Description

eicht zuläßt.

Es ist daher vorteilhafter, einen abstimmbaren koaxialen Hauptresonator für ein Magnetron in der eingangs erwähnten Weise auszubilden, d. h. im Resonanzhohlraum in Umfangsrichtuiig beabstandete S Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke zu schaffen, die zur periodischen Änderung der Abstimmung von einem oder mehreren Abstimmgliedern durchlaufen werden. Hier brauchen die Abstimi:iglieder. um periodisch in Bereiche unterschiedlicher elektrischer ^!t> Feldstärke zu gelangen, nicht in radialer Richtung bewegt oder bezüglich der Radien des Resonators verschieden ausgerichtet zu wei den, sondern sie können auf einer mit der Resonatorachse konzentrischen Kreisbahn umlaufen, was in mechanischer Hinsichi '5 wesentlich einfacher ist und in Übereinstimmung mit der koaxialen Konstruktion des ganzen Magnetrons zu crinem wesentlich kompakteren Aufbau führt.

Bei einem aus der USA.-Patenu.:hrift 34 12 285 gekannten Magnetron dieser An werden die Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke durch feststehende Zylindersegmente au«; feldkon/entrierendem Material gebildet, die sich über diskrete Bogenstücke in l'mfangsrichtung etwa mitten /wischen der /ylindn sehen Außenwand und der zylindrischen Innenwand de*· ²S koaxialen Resonators erstrecken. Hie beweglicher Abstimmglierler in Form ähnlich ausgebildeter Segmeii te laufen bei ihrer Bewegung an den festen Segmenten vorbei, und ihr frequenzvermindernder Einfluß soll am niedrigsten sein, wenn sie winkelmaßig mit dcii festen Segmenten ausgerichtet sind. d. h. gerade an den lester. Segmenten vorbeilaufen. Wenn die beweglichen Glie der winkelmäßig versetzt zu den festen Segmenten lieeen. sollen sie die Resonalorfrequenz am meisten vermindern

Fs ist jedoch nicht anzunehmen, daß man mit einer derartigen Anordnung einen zufriedenstellenden Abstimmbetrieb erreicht. Wenn der bekannte koaxiale Resonator wie angegeben im Hon-Modus schwingt, erstrecken sich die festen feldkonzentrierenden Segmente längs der Ringzone maximaler elektrischer Feldstärke, was die Gefahr hoher Verluste mit sich bringt. Es ist auch zu bezweifeln, daß die festen feldkonzentrierenden Segmente am Ort einer an sich schon hohen Feldlinienkonzentration zu einer solchen Modifizierung· der elektrischen Feldstärke führen, die den frequenzvermindernden Einfluß der beweglichen Abstimmelemente in der Nachbarschaft der festen Segmente geringer sein läßt als zwischen den Segmenten. Vielmehr ist zu befürchten, daß durch die in der USA.-Patentschrift 34 12 285 beschriebene Ausbildung und Lage der feldkonzentrierenden Segmente die Anregung anderer Schwingungstypen gegenüber dem eigentlich gewünschten Hon-Modus begünstigt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht da'in, ein Magnetron mit einem abstimmbaren koaxialen Hauptresonator der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß er eine zuverlässige periodische Abstimmung ermöglicht, ohne daß hohe Verlustleistungen und die Gefahr ungewollter Schwingungstypen in Kauf genom- ff men werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelös¹.. daß die Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke durch einen oder mehren: leitende Radialvorsprünge areiner der zylindrischen Wandungen des Hauptresonn 'V tors gebildet sind, die sich über jeweils ein vorgegebenes Bogenstück und so weit in den Resonanzhohlraum hinein erstrecken, daß die zwischen den Resonatorwandungen hindurchlacfenden elektrischen Feldlinien einer elektromagnetischen Hohlraumresonanz durch den zwischen jedem Vorsprung und der gegenüberliegenden Resonatorwand gebildeten Engpaß treten, und daß das Abstimmelement aus einem dielektrischen Material besteht.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen die das elektrische Feld modifizierenden Elemente als Vorsprünge einer Resonalorwand nicht im Bereich maximaler elektrischer Feldstärke. Sie konzentrieren das elektrische Feld nicht in sieh sondern drängen es gleichsam in den zwischen ihnen und der gegenüberliegenden Resonatorwand gebildeten Engpaß. D. h., die elektrischen Feldlinien werden im Bereich der Vorsprünge von der einen Resonatorwand fort auf die andere Resonatorwand hin konzentriert, d. h. die Feldkonzentration findet im Medium des Hohlraums statt, welches am wenigsten verlustbehaftet ist. Die Gefahr einer Modenwandlung durch die Vorsprünge ist gering, da die Vorsprünge erfindungsgemäß nur so weit in den Hohlraum reichen, daß das Hindurchtreten der elektrischen Feldlinien durch den Engpaß gewährleistet ist. d. h. daß sich die Vorsprünge nicht mit einem Bereich hoher Feldstärke schneiden und dadurch elektrische Feldlinien auf ihnen enden können.

In einer vorteilhaften Ausführungslorm der Erfindung ist das drehbare Glied ein Zylinder aus Dielektrikum, dessen Umfang durch die Engpasse an den Vorsprüngen läuft, und ist jedes Abstimmelemeni ein Abschnitt in der Wand des Zylinders, der aus einem Material mn wesentlich höherer Dielektrizitätskonstante als der restliche Teil des Zvlinders besteht. Diese Ausbildung des Drehgliedes und der Abstimmelemcnte als kompakter Zylinder führt zu einem geringen Gasreibungswider stand, was besonders hohe Abstimmgeschwindigkeiten zuläßt. Bei ihrer Wanderung durch die Engpässe sind die Abstiinmelemente einer erhöhten Feldstärke ausgesetzt, so daß ihr frequenzmindernder Einfluß jeweils am stärksten ist (d. h. die Resonatorfrequenz am niedrigsten ist), wenn sie in einer mit den Vorsprüngen ausgerichteten Stellung sind.

Gemäß einer anderen Ausführungslorm der Erfindung kann man jeden Vorsprung mit einem in Unifangsrichtung des Hauptresonators verlaufenden Schlitz versehen und dabei jedes Abstimmelement am Drehglied so anordnen, daß es bei Drehung des Drehgliedes durch den Schlitz hindurchläuft. Da das elektrische Feld am Ort der Vorsprünge von der die Vorsprünge tragenden Resonatorwand fortgedrängt wird, treffen die Abslimmelemente in den Schlitzen praktisch auf einen feldfreicn Raum, während sie im Bereich zwischen den Vorsprüngen eine noch merkliehe elektrische Feldstärke vorfinden. Bei dieser Ausführungsform ist somit der frequenzmindernde Einfluß der Abstimmelemente am größten (d. h. die Resonatorircquenz am niedrigsten), wenn die Abstimnieleniente in einer nicht mit den Vorsprüngen ausgerichteten Stellung stehen.

Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das Drchglied vorzugsweise einen Flansch oder eine Scheibe bilden, die mit ihrem äußeren Bereich durch die Schlitze in den Vorsprüngen geht, wobei jedes Abstimmelement ein Abschnitt des Flansches oder der Scheibe ist. der aus einem Material mit wesentlich höherer Dielektrizitätskonstante als der restliche Teil besteht. Diese Ausbildung führt zu einem niedrigen Gasreibungswiderstand beim Drehen der Abslimmelemente.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen in zueinander senkrechten Schnittansichten eines Magnetrons mit koaxialem Hauptresonator den Verlauf der elektrischen und magnetischen Feldlinien und die Ströme für eine Hou-Rcsonatorschwingung, wobei Abslimmeinrichlungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind.

zeigen zwei zueinander senkrechte einer ersten Ausführungsform der

Fig. 3 und 4
Schnittansichten
Erfindung.

F i g. 5 und 6
Schnittansichten

zeigen zwei zueinander senkrechte einer zweiten Ausführungsform der einer 90" dazu versetzten Stellung, wo sie auf eine höhere Feldstärke in den Engpässen treffen. In der Stellung nach F i g. i ist somit der vermindernde Einfluß der Elemente auf die Resonanzfrequenz am niedrigsten, d. h. die Resonanzfrequenz ist hier am höchsten. Wenn sich das Drehglied um 90" gedreht hat und die Elemente 52 auf das stärkere Feld in den Engpässen ι reffen, dann ist ihr frequenzmindernder Einfluß am stai Ksten, d. h. die Resonatorfrequenz ist hier am niedrigsten.

Man kann die beweglichen Abstimmclementc 52 auch als einzelne oder getrennte Glieder ausbilden, d. h. die anderen Teile des Zylinders 5 können fortgelassen werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die voreilendcn und nacheilenden Kanten der Glieder 52 zuzuspitzen oder in anderer Weise so zu korturicren. daß sich bei ihrer Bewegung ein möglichst geringer Luftwiderstand ergibt.

In den F i g. 3 und 4 sind nur zwei einwärts gerichtete Vorsprünge 41 und nur zwei dielektrische Absiimmele-

Erfindung.

In den Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile jeweils mit den denselben Bezugszahlen bezeichnet.

Gemäß den F i g. 1 und 2 hat ein koaxiales Magnetron eine axiale Kathode 1. eine innere Anode 2, die den

Koppelraum umgibt, radiale Flügel 3, die von der Anode 20 mente dargestellt. Die Anzahl der Vorsprünge und/ oder 2 zu der Kathode nach innen vorspringen, sowie eine der dielektrischen Abstimmclementc kann jedoch äußere koaxiale Wand 4, die mit der Anode 2 einen erhöht werden mit der Folge, daß die Anzahl der koaxialen ringförmigen Resonanzhohlraum (Hauptre- zyklischen Abstimmungsänderungen bei einer Lmurcsonator) umschließt. Die Richtung des elektrischen hung des Drchgliedes zunimmt. Allerdings kann hierbei Feldes im Resonanzhohlraum ist durch den gestrichcl- 25 die Variationsbreite der Resonatorfrequenz kleiner ten Pfeil Ein Fig. 1 dargestellt; die Richtung des werden, weil bei einer erhöhten Anzahl von Vorsprun-Magnetfeldcs ist durch den gestrichelten Pfeil B in
F i g. 2 dargestellt: und die Richtungen der Ströme in der
Anode 2 und der Außenwand 4 des Haupthohlraums
sind durch die gestrichelten Pfeile / dargestellt. Das 30
elektrische Feld hat eine maximale Intensität etwa in
der Mitte zwischen der Anode 2 und der Außenwand 4.
Wie aus der Darstellung hervorgeht, haben weder die
elektrischen Feldlinien noch die Stromflußlinien irgendwelche axiale Komponenten. 35

Die F i g. 1 und 2 zeigen das Magnetron ohne Abstimmeinrichtung für den Resonator, d. h. die elektrische Feldstärke verteilt sich gleichmäßig um den Umfang.

Um nun im Resonanzhohlraum in Umfangsrichtung beabstandete Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke zu schaffen, sind gemäß den F i g. 3 und 4 an der Außenwand 4 des Haupthohlraums zwei gleiche entgegengesetzt angeordnete und nach innen gerichtete Vorsprünge 41 vorgesehen, so daß die innere Oberfläehe der Außenwand 4 nach innen abgestuft ist. An den Stellen dieser Vorsprünge 41 ist der den elektrischen Feldlinien dargebotene Querschnitt reduziert, d. h. zwischen den Vorsprüngen 41 und der gegenüberliegenden inneren Resonatorwand 2 ist ein Engpaß für die elektrischen Feldlinien gebildet. In diesem Engpaß sind die elektrischen Feldlinien dichter, so daß dort eine erhöhte Feldstärke vorhanden ist.

Im Resonanzhohlraum ist ein Drehglied in Form eines Zylinders 5 aus dielektrischem Material angeordnet, der 55 und 4 können mehr als zwei Vorsprünge und/oder auf einer Stirnscheibe 51 angeordnet ist oder dieser dielektrische Abstimmelemente vorgesehen sein. Für angeformt ist. Der Zylinder 5 hat diametral gegenüber- einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb können irgendwelliegende Abschnitte 52 aus einem Material, welches die ehe geeignete Mittel vorgesehen werden, beispielsweise wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der Verstärkungsringe, um eine Bewegung der dielektriübrige Teil des Zylinders aufweist Der Zylinder 5 ist 60 sehen Abstimmelemente nach außen unter Einwirkung koaxial mit den Resonatorwänden 2 und 4 so der Zentrifugalkraft zu verhindern, falls die dielektriangeordnet daß sein Umfang durch die Engpässe sehen Abstimmelemente getrennte Körper darsteilen, zwischen den Vorsprüngen 41 und der inneren Die sich über ein bestimmtes Bogenstück des

Resonatorwand 2 läuft. Resonatorumfangs erstreckenden leitenden Vorsprün-

Die Abschnitte 52 höherer Dielektrizitätskonstante 65 ge 41 seien vorzugsweise wie vorstehend beschrieben bilden die beweglichen Abstimmelemente für den an der zylindrischen Außenwand des Resonators Resonator. In der in F i g. 3 gezeigten Stellung liegen die angeordnet. Sie können sich jedoch auch an der Elemente 52 in Bereichen geringerer Feldstärke als in Innenwand des Resonators befinden.

gen die Unterschiede zwischen minimaler und ma>dnia ler Feldstärke in der Bahn der Abstimmelemente mein mehr so ausgeprägt sind.

Bei der in den F i g. 5 und b dargestellten Ausiülv rungsform ist die Außenwand des Haupihohirjunis wiederum mit nach innen gerichteten Vorsprüngen 41 versehen, die jedoch in Umfangsrichtung veriauicnue Radialvcriiefungen oder Schlitze 42 autweisen. Das Drehglied hat hier die Form eines Flansci.es 6, dessen vorspringender Rand segmeniförmige Maschnine öl aufweist, die eine wesentlich höhere Diciekiri/.iia^kuiistantc als der übrige Teil des Flansches haben unu .tu! diese Weise die dielektrischen Abslimmelemente bilden. Der Flansch sitzt derart an einem Trag/>linder t>2 aiii einer Stirnscheibe 63, daß der vorspringende Rand mn den Abslimmelemcntcn 61 durch die Schlitze 42 lauti. Man kann die Teile des Flansches -/-wischen den dielektrischen Abstimmelementen 61 auch fonlassen. Wenn sich die dielektrischen Abstinimelemcnie bl innerhalb der Schlitze 42 befinden, dann haben sie den geringsten Effekt auf die Resonanzfrequenz des Hohlraums, da hier praktisch kein elektrisches leid vorhanden ist. Wenn sich jedoch das Drehgüed um ^O aus der in F i g. 5 gezeigten Stellung gedreht nat. befinden sich die Abstimmelemente 61 in Bereichen elektrischer Feldstärke, so daß hier ihr Einfluß auf die Resonanzfrequenz am höchsten ist.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach den F ι g.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetron mit einem koaxialen Hauptresonator, dessen Resonanzhohlraum in Umfangsrichtung beabstandete Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke aufweist und mindestens ein Abstimmelement enthält, welches derart an einem drehbaren Glied angeordnet ist, daß es bei Drehung des Gliedes nacheinander die beabstandeien Bereiche des Resonanzhohlraums durchläuft, um die Abstimmung des Resonators periodisch zu ändern, d a -durch gekennzeichnet, daß die Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke durch einen oder mehrere leitende Radialvorsprünge (41) an einer der zylindrischen Wandungen (z. B. 4) des Hauptresonators gebildet sind, die sich über jeweils ein vorgegebenes Bogenstück und so weit in den Resonanzhohlraum hinein erstrecken, daß die zwischen den Resonatorwandungen (4, 2) hindurch- *° laufenden elektrischen Feldlinien einer elektromagnetischen Hohlraumresonanz durch den zwischen jedem Vorsprung und der gegenüberliegenden Resonatorwand (z. B. 2) gebildeten Engpaß treien. und daß das Abstimmelement (52 oder 61) aus einem *5 dielektrischen Material besteht.

2. Magnetron nach Anspruch 1. dadurch gekenn zeichnet, daß das drehbare Glied (5) ein Zylinder aus Dielektrikum ist, dessen Umfang durch die Engpässe zwischen den Vorsprüngen (41) läuft, und daß jedes Abstimmelement ein Abschnitt (52) der Wand de-Zylinders ist, der aus einem Material mit wesentlich höherer Dielektrizitätskonstante als der restliche Teil des Zylinders besteht (F i g. 3 und 4).

3. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Vorsprung (41) einen in Umfangsrichtung des Hauptresonators verlaufenden Schlitz (42) aufweist und daß jedes Abstiinmele ment (61) am Drehglied (62) so angeordnet ist. daß es bei Drehung des Drehgliedes durch den Schlitz hindurchläuft.

4. Magnetron nach Anspruch 3. dadurch gekenn zeichnet, daß das Drehglied (62) einen Flansch oder eine Scheibe bildet, die mit ihrem äußeren Bereich durch die Schlitze (42) in den Vorsprüngen (41) geht und daß jedes Abstimmelement ein Abschnitt (61) des Flansches oder der Scheibe ist, der aus einem Material mit wesentlich höherer Dielektrizitätskon stantc als der restliche Teil besteht.

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Die Erfindung betrifft ein Magnetron mit einem koaxialen Hauptresonator, dessen Resonanzhohlraum in Umfangsrichtung beabstandete Bereiche modifizierter elektrischer Feldstärke aufweist und mindestens ein Abstimmelement enthält, welches derart an einem drehbaren Glied angeordnet ist, daß es bei Drehung des Gliedes nacheinander die beabstandetcn Bereiche des Kcsonanzhohlraums durchläuft, um die Abstimmung des Resonators periodisch zu ändern.

Auf manchen technischen Gebieten wie z. B. beim sogenannten irequenzbewegüchen Radar sind Magnetrons mit einem Hauptresonator erwünscht, dessen Resonanzfrequenz sich periodisch und schnell ändern läßt. Es sind verschiedene Möglichkeiten bekann!, eine periodische Verstimmung des Resonators durch Veränderung der Lage oder Orientierung irgendwelcher Ahstimmelemente im oder am Resonanzhohlraum herbeizuführen. So kann man beispielsweise eine Stirnwand des koaxialen Hohlraums in einer Richtung parallel zu der Achse des Magnetrons vor und zurück beweeen um die Hohlraumabstimmung zu varneren. Bei anderen Methoden wird die Tatsache ausgenutzt, daß ein in den Resonanzhohlraum eingebrachter Körper aus dielektrischem Material die Resonanzfre quenz um so stärker herabsetzt, je mehr er von elektrischen Feldlinien durcndrungen wird. Da beim H₀₁ rSchwingungsmodus eines koaxialen Hohlraumre sonators die Verteilung der elektrischen Feldstärke normalerweise rotationssymmetrisch ist und das elektri sche Feld somit nur an Orten unterschiedlicher Radien verschieden stark sein kann, gehen viele bekannte Abstimmechanismen dahin, die dielektrischen Korper in einem solchen Feld in radialer Richtung zu bewegen:

Aus der USA.-Patenischrift 34 35 284 ist es beispielsweise bekannt, stabförmige dielektrische Körper aus dem Bereich niedriger elektrischer Feldstärke in der Nähe der zylindrischen Resonalorwand in den Bereich höherer elektrischer Feldstärke mitten zwischen den Resonatorwänden ^u bringen, indem man sie entweder mittels eines Gelenkhebelwerks von der Wand her m den Resonanzraum hineinschwenkt oder auf einer bezüglich der Resonatorachse exzentrischen Kreisbahn bewegt. Ein anderer, in der Deutschen Auslegeschrih ->0 56 ^98 beschriebener Vorschlag gehl dahin, inner halb des koaxialen Hohlraums eine Vielzahl von Flugein aus dielektrischem Material vorzusehen, die um Achsen parallel zur Resonatorachse gedreht werden können, so daß sie periodisch einmal quer und einmal längs zu den elektrischen Feldlinien ausgerichtet sind. Die einzelnen Drehachsen lieeen ;iuf einem imaginären Kreis in der Mitte zwischen'der äußeren und der inneren Hohlraumwand, wo die Feldstärke maximal ist. In ihrer Längsstellung liegen die Flügel praktisch vollständig im Bereich hoher Feldstärke, während in der Querstellung nur ein kleiner Teil iedes Flügels in diesem Bereich liegt. In der Längsstellung der Flügel wird daher die Frequenz des Hohlraums stärker reduziert als in der Querstellung. Somit wird bei Drehung der Flügel die Hohlraumfrequenz periodisch varriert. wobei ein maximaler Frequenzhub erhalten wird, wenn alle Flügel synchron gedreht werden.

Die vorstehenden Ausführungsformen haben jedoch verschiedene Nachteile. Das periodische Hin- und Herbewegen einer Stirnwand des Resonators oder das periodische Verschwenken von Abstimmgliedern stößt bei schnellen Abstimmgeschwindigkeiten von z. B. mehr als 200 Perioden je Sekunde auf Schwierigkeiten, weil sich hier sehr hohe Beschleunigungen ergeben, die zu starken mechanischen Beanspruchungen der sich bewegenden Teile führen. Auch sind hier ebenso wie bei einer exzentrischen Drehung von Abstimmgliedcrn oder bei einer Bewegung von vielen Flügeln im Resonanzhohlraum relativ komplizierte Antriebsmittel und Getriebe notwendig. Auch erfordern die beschriebenen Vorrichtungen mechanische Durchführungen an den Resonaiorwänden. die schwer abzudichten sind, um ein Austreten von Störstrahlung oder Gasdruck zu verhindern. Insbesondere bei Hochleistungsmagnetrons ist es nämlich häufig erforderlich, das Innere des Hauptresonators unter Druck zu setzen. Ein solcher Druck kann unter Umständen auch den bewegten Abstimmgliedern einen beträchtlichen Gasreibungswiderstand entgegensetzen, der insbesondere bei der oben beschriebenen flügelartigen Ausbildung der Abstimmclemente schnelle Abstimmgeschwindigkeiten