DE2351390B2

DE2351390B2 - COAXIAL MAGNETRON

Info

Publication number: DE2351390B2
Application number: DE19732351390
Authority: DE
Inventors: Maurice Chelmsford; Brady Michael Barry Maldon; Essex Esterson (Großbritannien)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-10-12
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2351390A1; GB1465278A

Description

Die Erfindung betrifft ein Koaxialmagnetron, dessen den Anodenkörper koaxial umgebender Resonanzhohlraum eine durch einen elektrischen Strom beeinflußbare Abstimmanordnung aufweist.The invention relates to a coaxial magnetron, the resonance cavity of which coaxially surrounds the anode body has a tuning arrangement that can be influenced by an electric current.

Ein derartiges Koaxialmagnetron ist in der US-PS 33 148 beschrieben. Zur Veränderung der Eigenfrequenz sind dabei in dem den Anodenkörper umgebenden Resonanzhohlraum Abstimmeinrichtungen angeordnet, die aus einem Ferrit-Material bestehen. Durch einen außerhalb des Resonanzhohlraums angeordneten, ringförmigen Impulstransformator kann die Permeabilität des Ferritmaterials verändert werden, so daß eine Veränderung der Eigenfrequenz des Koaxialmagnetrons auftritt. Nachteilig ist hierbei, daß wegen der durch die Induktivität des Impulstransformators vorgegebenen Zeitkonsiante eine Frequenzänderung nur recht langsam erfolgen kann. Auch die elektrische Ansteuerung des Impulstransformators ist verhältnismäßig aufwendig. Da die Eigenfrequenz dieses bekannten Koaxialmagnetrons einerseits von der Permeabilität des Ferritmaterials und andererseits von der Beeinflussung dieser Permeabilität durch das Magnetfeld des Impulstransformators bestimmt ist, können an die Frequenzkonstanz und auch an die Genauigkeit einer Frequenzänderung keine großen Anforderungen gestellt werden.Such a coaxial magnetron is described in US-PS 33 148. To change the natural frequency tuning devices are arranged in the resonance cavity surrounding the anode body, which consist of a ferrite material. By a arranged outside of the resonance cavity, ring-shaped pulse transformer, the permeability of the ferrite material can be changed, so that a Change in the natural frequency of the coaxial magnetron occurs. The disadvantage here is that because of the The time constant given by the inductance of the pulse transformer only results in a change in frequency can be done quite slowly. The electrical control of the pulse transformer is also proportionate laborious. Because the natural frequency of this known coaxial magnetron depends on the one hand on the permeability of the ferrite material and, on the other hand, of the influence of this permeability by the magnetic field of the Pulse transformer is determined, can affect the frequency constancy and also the accuracy of a Frequency change no great demands are made.

Bei bestimmten Anwendungssystemen, τ. Β. bei Radargeräten, werden jedoch Sender benötigt, die sehr schnell, auch aperiodisch, zwischen ausgewählten Frequenzen umgeschaltet werden können, wobei an die Genauigkeit der Reproduzierung dieser Frequenzen höchste Ansprüche gestellt werden.In certain application systems, τ. Β. In the case of radar devices, however, transmitters are required which can be switched very quickly, even aperiodically, between selected frequencies, with the highest demands being made on the accuracy of the reproduction of these frequencies.

Aus der DT-OS 22 21 916 ist auch ein Magnetron-Oszillator bekannt, dessen Frequenz dadurch verändert werden kann, daß ein getrennter Resonanzhohlraum an die Anoden-Kathoden-Anordnung angekoppelt ist, und daß in diesem Resonanzhohlraum eine Multipactor-Fntladungseinrichtung angeordnet ist. Da dieser Resonanzhohlraum an das Magnetron angekoppelt ist, wird die Frequenz des Magnetrons auf eine vorgegebene, von der Eigenfrequenz des Magnetrons unterschiedliche Frequenz gezogen. Die Frequenzänderung erfolgt hierbei durch eine Veränderung des Energietransfers zwischen diesem Resonanzhohlraum und dem Anoden-Kathoden-Hohlraum des Magnetrons, wenn eine Multipactorentladung in dem getrennten Resonanzhohlraum gezündet wird oder erlischt. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß hierbei Energieverluste durch Auskoppelung und eine Beeinflussung der Resonanzfre-From DT-OS 22 21 916 there is also a magnetron oscillator known, the frequency of which can be changed by adding a separate resonance cavity the anode-cathode arrangement is coupled, and that in this resonance cavity a multipactor discharge device is arranged. Since this resonance cavity is coupled to the magnetron, the Frequency of the magnetron to a predetermined, different from the natural frequency of the magnetron Frequency pulled. The frequency change takes place here through a change in the energy transfer between this resonance cavity and the anode-cathode cavity of the magnetron, if a Multipactor discharge is ignited or extinguished in the separate resonance cavity. Is disadvantageous with this arrangement, that in this case energy losses through decoupling and an influence on the resonance frequency

<>o quenz über die Steuerung der Vorspannung der Multipactor-Entladungsvorrichtung auftreten können. Vor allem aber wirkt sich die Verzögerung der Frequenzumschaltung, die bedingt durch den nötigen Energie«ransfer zwischen dem Anoden-Kathoden-<> o sequence via the control of the preload of the Multipactor discharge device can occur. But most of all it affects the delay Frequency switching, which is due to the necessary energy transfer between the anode-cathode

"- Hohlraum und dem Resonanzhohlraum beim Löschen oder Zünden der Multipactorentladung auftritt, ungünstig auf die Höhe der möglichen Umschaltl'requenz aus. In der DT-PS 20 56 398 ist ein abstimmbarcs"- cavity and the resonance cavity when erasing or ignition of the multipactor discharge occurs, unfavorably to the level of the possible switching sequence. In the DT-PS 20 56 398 is a tunable

's's

Magnetron beschrieben, dessen Frequenz durch eine Vielzahl von im Resonanzhohlraum angeordneten, «ne-~hanisch bewegbaren Abstimmflügeln beeinflußbar st Diese Abstimmflügel sind über ein mechanisch kompliz'^ertes Zahnradgetriebe nach Art eines Planetengetriebes miteinander verbunden und gemeinsam ansteuerbar. Auch hierbei ist wegen der mechanischen Trägheit eine nur langsam verlaufende Frequenzänderung möglich. Die Reproduzierbarkeit verschiedener Frequenzen ist wegen der unvermeidbaren mechanischen Toleranzen gering.Magnetron described, the frequency of which is arranged by a plurality of resonant cavity influenced "NE ~ Hanisch movable Abstimmflügeln st Abstimmflügel These are interconnected via a mechanically kompliz ^'ertes gear transmission in the manner of a planetary gear and controlled together. Because of the mechanical inertia, a slow frequency change is also possible here. The reproducibility of different frequencies is low because of the unavoidable mechanical tolerances.

In der DT-OS 23 OO 753 ist bereits eine Multipactor-Entladungseinrichtung beschrieben, die aus drei im Abstand zueinander angeordneten Elektroden besteht, wobei zwei in Reihe geschaltete Multipactorentladungen auftreten. In DT-OS 23 00 753 a multipactor discharge device is already described, which consists of three electrodes arranged at a distance from one another, with two multipactor discharges connected in series occurring.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Koaxialmagnetron der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit zwischen diskreten Frequenzen umgeschaltet werden kann.The object on which the invention is based is to create a coaxial magnetron of the type mentioned at the beginning, which can be switched between discrete frequencies at high speed and with great accuracy.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Abstimmanordnung wenigstens eine Multipactor-Entladungseinrichtung vorgesehen ist, die so angeordnet ist. daß die Multipactor-Entladung in Richtung der elektrischen Feldkomponente der während di_> Betriebs im Resonanzhohlraum bestehenden elektromagnetischen Welle verläuft.According to the invention, this object is achieved in that at least one multipactor discharge device is provided as the tuning arrangement, which is arranged in this way. that the multipactor discharge runs in the direction of the electric field component of the electromagnetic wave existing in the resonance cavity during operation.

Die Veränderung der Eigenfrequenz wird bei dieser Anordnung dadurch erreicht, daß die Dielektrizitätskonstante im Bereich der Multipactorentladung so verändert wird, daß die elektrischen Feldlinien lokal quasi kurzgeschlossen werden und sich somit die Resonanzfrequenz des umgebenden Resonanzhohlraums verändert. Der Aufbau und das Erlöschen der Multipactorentladung und damit das Umschalten zwischen diskreten Festfrequenzen erfolgt mit sehr hoher Geschwindigkeit und kann über eine Gleichsiromvorspannung einfach und zeitlich beliebiger Folge gesteuert werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Festfrequenzen praktisch nur vom Resonanzhohlraum selbst und von der Geometrie der mechanisch starren Anordnung der Multipactor-Entladungseinrichtungen abhängig ist. Der mechanische Aufbau ist einfach, da mechanisch bewegbare Teile nicht erforderlich sind.The change in the natural frequency is achieved in this arrangement by increasing the dielectric constant is changed in the area of the multipactor discharge so that the electric field lines locally are quasi short-circuited and thus the resonance frequency of the surrounding resonance cavity changes. The build-up and extinction of the multipactor discharge and thus the switching between discrete fixed frequencies takes place at a very high speed and can be via a DC bias can be controlled easily and in any time sequence. It proves to be particularly advantageous that the fixed frequencies practically only from Resonance cavity itself and the geometry of the mechanically rigid arrangement of the Multipactor discharge devices is dependent. The mechanical structure is simple, since there are no mechanically movable parts required are.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemal.len Koaxialmagnetrons sind in den Unt-.-ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments of the invention Coaxial magnetrons are in the sub-claims marked.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausiuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert, es zeigtThe invention is based on Ausiuhrungsbeispielen with reference to the Drawing explained in more detail, it shows

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Koaxialmagnetrons.Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive Coaxial magnetrons.

Fig 2 eine Schniltansicht entlang der Lime A-A derFig. 2 is a sectional view along line AA of

Fig. !.und
Fi g. 3 eine Teilschnittansichi einer weiteren Ausiunrungsforrn. Fig.!. And
Fi g. 3 is a partial sectional view of a further embodiment.

Das in F i g. 1 und 2 dargestellte Koaxialmagnetron besitzt einen Anodenkörper 1. der von einer äußeren Wand 2 umgeben ist. Zwischen dem Anodenkörper und der äußeren Wand 2 befindet sich ein koaxialer Rcs-.Hianzhohlraum 3, der im Bereich Wellen von /V₀- Modus unterhält. Der Resonanzhohlraum 5 und der Anodenkörper 1 sind von einer oberen Wand 4 und einer unteren Wand 5 eingeschlossen, von denen die letztere mit der äußeren Wand 2 aus einem Stuck hesteht. Ein Koaxialmagnetron der vorangehen beschriebenen Art ist an sich bekannt, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt. 5m Betrieb verläuft das elektrische Feld innerhalb des Resonanzhohlraums 3 in der Richtung der in der F i g. 1 dargestellten Pfeile 6. The in Fig. The coaxial magnetron shown in FIGS. 1 and 2 has an anode body 1 which is surrounded by an outer wall 2. Between the anode body and the outer wall 2 there is a coaxial Rcs .Hianzhohlraum 3, which maintains _{waves of / V 0 mode in the area.} The resonance cavity 5 and the anode body 1 are enclosed by an upper wall 4 and a lower wall 5, the latter of which is made of one piece with the outer wall 2. A coaxial magnetron of the type described above is known per se, so that a more detailed description is unnecessary. In operation, the electric field within the resonance cavity 3 runs in the direction of that shown in FIG. 1 shown arrows 6.

Innerhalb des Resonanzhohlraums 3 ist in der Bahn des im Betrieb auftretenden elektrischen Feldes 6 eine Multipacior-Entladungseimrichtung 7 vorgesehen. Diese Multipactor-Entladungseinrichtung hat die Aufgabe, eine Multipactorentladung in Reihe mit dem elektrischen Feld 6 herbeizuführen. Die Multipactor-Entladungseinrichtung 7 weist zwei als Flügel 8 und 9 ausgebildete Elektroden auf, die sich radial über einen Ttil der Breite des Resonanzhohlraums 3 erstrecken. Die beiden im Abstand zueinander angeordneten Flügel sind aus einem Material mit hohem Sekundärelektro nen-Emissionskoeffizienten hergestellt. Einer der Flügel, im vorliegenden Falle der Flügel 8, ist von der unteren Wand 5 durch einen Isolator 10 isoliert und weist einen elektrischen Anschluß 11 auf, über den eine ο die Multipactorentladung unterdrückende Gleichstromvorspannung angelegt werden kann; durch Abschaltung der Vorspannung wird die Multipactorentladung zwischen den Flügeln 8 und 9 eingeleitet. Within the resonance cavity 3, in the path of the electric field 6 occurring during operation, a multipacior discharge device 7 is provided. This multipactor discharge device has the task of bringing about a multipactor discharge in series with the electric field 6. The multipactor discharge device 7 has two electrodes designed as wings 8 and 9, which extend radially over a part of the width of the resonance cavity 3. The two spaced apart wings are made of a material with a high secondary electron emission coefficient. One of the wings, in the present case the wing 8, is insulated from the lower wall 5 by an insulator 10 and has an electrical connection 11, via which a direct current bias voltage, which suppresses the multipactor discharge, can be applied; by switching off the bias voltage, the multipactor discharge between the blades 8 and 9 is initiated.

Da sich die Flügel 8 und 9 radial durch den Resonanzhohlraum 3 erstrecken und da das elektrische Feld 6 im Betrieb keine axiale und keine radiale Komponente hat, wird über die Flügel keine Energie aus dem Koaxialmagnetron ausgekoppelt. Die Flügel haben daher nur geringen oder gar keinen Einfluß auf die 3c> Eigenfrequenz des Koaxialmagnetrons, solange nicht eine Multipactorentladung zwischen den Flügeln durch Abschaltung der Gleichstromvorspannung eingeleitet wird. Wenn die Multipactorentladung zwischen den Flügeln 8 und 9 ausgelöst ist, tritt eine Frequenzänderung auf, die von den Abmessungen der Flügel und ihrem Abstand voneinander abhängt.Since the wings 8 and 9 extend radially through the resonance cavity 3 and as the electrical Field 6 has no axial and no radial components during operation, no energy is extracted from the blades decoupled from the coaxial magnetron. The wings therefore have little or no influence on the 3c> natural frequency of the coaxial magnetron, as long as not a multipactor discharge is initiated between the blades by switching off the direct current bias will. When the multipactor discharge between the blades 8 and 9 is triggered, a frequency change occurs on, which depends on the dimensions of the wings and their distance from each other.

Die Multipactor-Entladungseinrichtung 7 kann von dem axialen, während des Betriebs bestehenden Gleichstrommagnetfeld abgeschirmt werden. Wenn sie jedoch nicht abgeschirmt ist, kann der Abstand zwischen den Flügeln 8 und 9 so gewählt werden, daß dieses axiale, zum Bei neb des Koaxialmagnetrons notwendige Gleichstrornmagnetfeld die Multipactorentladung unterstützt. Die Unterstützung der Multipactorentladung in Gegenwart des axialen Gleichstrommagnetfeldes entsteht dadurch, daß wegen des Feldes die emittierten Sekundärelektronen auf die Flächen der Flügel 8 und 9 in einem Winkel auftrelfen, so daß die Ausbeute an Sekundarelektronen erhöh; wird. Der Abstand der beiden Flügel 8 und 9 darf dabei nur nicht zu groß sein, daß die Sekundarelektronen unter der Wirkung des axialen Gleichstrommagnetfeldes zur Ausgangsflache zurückkehren, bevor sie auf ihre Zielfläche auftreffen.The multipactor discharge device 7 can be different from the axial, existing during operation DC magnetic field must be shielded. However, if it is not shielded, the distance can between the wings 8 and 9 are chosen so that this is axial, for the case of the coaxial magnetron necessary direct current magnetic field supports the multipactor discharge. The support of multipactor unloading in the presence of the axial DC magnetic field arises because of the field the emitted secondary electrons strike the surfaces of the wings 8 and 9 at an angle so that the Yield of secondary electrons increase; will. The distance between the two wings 8 and 9 is just not allowed to be too large that the secondary electrons under the Effect of the axial direct current magnetic field return to the starting surface before they hit their Hit the target area.

Bei der bescl.riebenen Ausführungsform ist. wie in F 1 g. 1 dargestellt, eine weitere ähnliche Multipactor-'intladungseinrichiung 12 radial gegenüber der Multipactor-Entladungseinrichtung 7 vorgesehen. Die Aufgabe dieser weiteren Multipactor-Entiadungseinnchtung 12 besteht erstens darin, eine zusätzliche Veränderung der Eigenfrequenz des Koaxialmagnetron?! dadurch zu erzielen, daß eine zusätzliche Multipactorentladung in Reihe mit dem elektrischen Feld innerhalb des Resonanzhohlraums 3 auftritt und zweitens darin, daß die durch die Multipactorentladung verursachten Störungen so verteilt sind, daß Verluste herabgesetzt werden, die bei einer asymmetrischen Anordnung auftreten konnten.In the embodiment described is. as in F 1 g. 1, a further similar Multipactor-'intladungseinrichiung 12 radially opposite the Multipactor discharge device 7 provided. The task of this further Multipactor discharge device First of all, there is an additional change in the natural frequency of the coaxial magnetron ?! thereby to achieve that an additional multipactor discharge in series with the electric field within the Resonance cavity 3 occurs and secondly in that caused by the multipactor discharge Disturbances are distributed in such a way that losses are reduced, which in an asymmetrical arrangement could occur.

Normalerweise werden daher die Multipactor-Entladungseinrichtungen 7 und 12 gemeinsam betrieben, doch können sie auch voneinander unabhängig betrieben werden.Usually, therefore, the multipactor discharge devices 7 and 12 operated together, but they can also be operated independently of each other will.

Für weitere zusätzliche Veränderungen der Eigenfrequenz des Koaxialmagnetrons können weitere Multipactor-Entladungseinrichtungen der bei 7 und 12 dargestellten Art im Resonanzhohlraum 3 verteilt angeordnet werden. Die Multipactor-Entladungseinrichtungen werden wiederum vorzugsweise so betrieben, daß die Symmetrie aufrechterhalten bleibt.For additional changes in the natural frequency of the coaxial magnetron, additional multipactor discharge devices can be used of the type shown at 7 and 12 are arranged distributed in the resonance cavity 3. The Multipactor unloading devices are again preferably operated in such a way that symmetry is maintained.

Bei der in der Fig.3 dargestellten Ausführungsform besteht jede Multipactor-Entladungseinrichtung aus 3 Flügeln 13, 14 und 15 aus einem Sekundärelektronen emittierenden Material, so daß zwei Multipactorentladungen in Reihe auftreten. In diesem besonderen Falle sind die äußeren Flügel 13 und 15 mit der unteren Wane 5 des Koaxialmagnetrons verbunden, während dei innere Flügel 14 von dieser isoliert und mit einen getrennten Anschluß versehen ist, wie es für den Flüge 8 in der F i g. 2 im einzelnen dargestellt ist.In the embodiment shown in Figure 3 Each Multipactor discharge device consists of 3 Wings 13, 14 and 15 made of a secondary electron-emitting material, so that two multipactor discharges occur in series. In this particular case the outer wings 13 and 15 are with the lower wall 5 of the coaxial magnetron connected, while the inner wing 14 isolated from this and with a separate connection is provided, as is the case for flights 8 in FIG. 2 is shown in detail.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

4 claims:

1. Coaxial magnetron, the anode body of which coaxially surrounding the resonance cavity through a has a tuning arrangement which can be influenced by an electric current, characterized in that that at least one multipactor discharge device (7, 12) is provided as a tuning arrangement is. which is arranged so that the multipactor ι ο discharge in the direction of the electrical field component (6) the electromagnetic present in the resonance cavity (3) during operation Wave runs

2. Coaxial magnetron according to claim 1, characterized in that in the resonance cavity (3) at least two Multipactor discharge devices (7, 12) are arranged distributed in such a way that their multipactor discharges are symmetrical to one another get lost.

3. Coaxial magnetron according to one of claims 1 or 2, characterized in that each multipactor discharge device has two metallic wings (8, 9) which extend radially inside the resonance cavity (3).

4. coaxial magnetron according to claim 3, characterized in that the wings (it, 9) consist of one Material with a high secondary electron emission coefficient exist.

5. coaxial magnetron according to claim 3, characterized in that on the wings (8, 9) a Material having a high secondary electron emission coefficient is appropriate or that whose surfaces are coated with this material.

6. Coaxial magnetron according to one of Claims 3

to 5, characterized in that one (9) of the metallic hills (8, 9) of each Multipactor discharge device is electrically connected to the walls (2) of the resonance cavity (3), during the other wing (8) is provided with a separate electrical connection to the suppression a bias voltage can be applied to the multipactor discharge

7. coaxial magnetron according to one of claims 1 or 2, characterized in that each multipactor discharge device has three metallic wings (13,14,15).

8. coaxial magnetron according to claim 7, characterized in that the two outer wings (13, 15) and the inner wing (14) made of a material with a high secondary electron emission coefficient exist.

9. coaxial magnetron according to claim 7, characterized in that on the wings (13, 14, 15) a Material with a high secondary electron emission coefficient is attached or that the inner Wing (14) facing surfaces of the outer wings (13, 15) and the outer wings facing surfaces of the inner wing (14) are coated with this material.

10. Coaxial magnetron according to one of claims 7 to 9, characterized in that the two outer wings (13, 15) of each Multipactor discharge device with the walls (2) of the resonance cavity (3) are electrically connected, while the inner wing (14) with a separate one electrical connection is provided.