DE2461616A1

DE2461616A1 - Hf-elektronenroehre mit hohlraumresonatoren und elektronischer frequenzabstimmung

Info

Publication number: DE2461616A1
Application number: DE19742461616
Authority: DE
Inventors: Paul Chavanat; Bernard Epsztein; George Mourier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2256528B1; GB1494829A; DE2461616B2; FR2256528A1; US3967155A; DE2461616C3

Description

THOMSON - CSF
173» Bl. Haussmann
75008 Paris, Frankreich

Unser Zeichen; T 1707

HF-Elektronenröhre mit Hohlraumresonatoren und elektronischer Frequenzabstimmung

Die Erfindung betrifft Elektronenröhren mit Hohlraumresonatoren, wie beispielsweise Magnetrons, bei welchen die Frequenz durch elektronische Abstimmsysteme abgestimmt werden kann, deren Steuerung einfach und schnell ausgeführt werden kann.

Solche Magnetrons sind beispielsweise in den Sendern von Radaranlagen sehr nützlich, bei welchen es im allgemeinen erforderlich ist, daß entweder Frequenzumschaltungen der ausgesandten Signale oder kontinuierliche Frequenzänderungen, beispielsweise bei dem Impulsverdichtungsverfahren, schnell gesteuert werden können.

Aufgrund der erforderlichen schnellen Steuerung können mechanische Abstimmsysteme praktisch nicht verwendet werden.

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Verschiedene elektronische Abstimmsysteine, die auf verschiedenen Prinzipien beruhen, sind bereits verwendet worden.

Eines von ihnen, welches in der FR-PS 72.15944 beschrieben ist, ermöglicht, daß ein Magnetron mit der einen oder anderen von zwei vorbestimmten Frequenzen schwingen kann, und zwar dank der Benutzung eines Effekts, der in dieser Patentschrift als "Entladung unter der Einwirkung von mehrfachem Aufprallen" bezeichnet ist und allgemeiner unter seiner englischen Bezeichnung "Multipactor"-Effekt bekannt ist. In dieser Patentschrift ist ein Hilfshohlraum, der sich außerhalb der Anode des Magnetrons befindet, mit einem der Hohlräume dieser Anode durch eine induktive Kopplungsschleife gekoppelt. In diesem Hilfshohlraum sind einander gegenüberliegend zwei ebene Elektroden angeordnet, von denen eine beheizt wird, so daß sie Elektronen aussendet, und die außerdem alle beide in der Lage sind, Sekundärelektronen mit einem Koeffizienten auszusenden, der größer als Eins ist. Diese Elektroden sind außerdem in dem Hilfshohlraum derart angeordnet, daß das in diesem Hohlraum durch die Kopplungsschleife erzeugte Hochfrequenzfeld normalerweise zwischen diesen Elektroden eine Entladung des "Multipactor"-Typs hervorruft. Das Vorhandensein dieser Entladung zwischen den beiden Elektroden bewirkt, daß der Hilfshohlraum praktisch kurzgeschlossen ist und daß die Frequenz des Magnetrons praktisch diejenige Frequenz ist, die allein durch ihre Haupthohlräume festgelegt ist.

Wenn man dagegen an diese beiden Elektroden eine vorbestimmte Gleichspannung anlegt, verschwindet der "Multipactor" -Effekt, der Hilfshohlraum ist nicht mehr kurzgeschlossen und kann die Resonanzfrequenz des Magnetrons verändern.

Je nach dem, ob man eine vorbestimmte Gleichspannung an

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die beiden Elektroden anlegt oder nicht, mit denen der Hilfshohlraum ausgerüstet ist, erhält man deshalb die eine oder die andere von zwei vorbestimmten Resonanzfrequenzen und das Magnetron schwingt mit der einen oder der anderen dieser beiden Frequenzen.

Ein Hauptnachteil dieser Systeme ist die Tatsache, daß die Frequenzänderung erzielt wird, indem der Anordnung der Haupthohlräume des Magnetrons ein Hilfshohlraum hinzugefügt wird, der mit einem der Haupthohlräume gekoppelt ist. Die Frequenzänderung, die man auf diese Weise erzielen kann, wird nämlich durch das Vorhandensein der Kopplungseinrichtung begrenzt, da die Frequenzverschiebung, die durch den Hilfshohlraum erreicht wird, wenn dieser nicht kurzgeschlossen ist, durch den Kopplungskoeffizienten dieser Kopplungseinrichtung begrenzt wird.

Eines der Ziele der Erfindung ist es, Elektronenröhren mit Hohlraumresonatoren, wie beispielsweise Magnetrons, zu schaffen, die durch die Anwendung des Multipactor-Effekts elektronisch abstimmbar sind und diesen Nachteil nicht aufweisen, ■ .

Demgemäß sind gemäß der Erfindung steuerbare Multipaktoreffekt-Einrichtungen im Innern der Hohlraumresonatoren· der abzustimmenden Röhren selbst angeordnet, so daß sich die Resonanzfrequenz dieser Hohlraumresonatofen verändern läßt.

Die so ausgestalteten Röhren sind in ausreichend großen Frequenzbereichen elektronisch abstimmbar. Außerdem können solche Röhren nicht nur so gesteuert werden, daß zwischen zwei vorbestimmten Schwingungsfrequenzen umgeschaltet wird, sondern man kann ihre Frequenz auch in kontinuierlicher Weise zwischen diesen beiden vorbestimmten Frequenzen verändern.

Weitere Ziele, Merkmale und Ergebnisse der Erfindung erge-

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ben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische

Darstellung eines Teils der Anode eines Magnetrons mit Rippen, welches ein Abstiiransystem mit Multipactor-Elementen nach der Erfindung aufweist,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines mit seinen

Multipactor-Elementen versehenen Hohlraums,

Fig. 3 eine perspektivische schematische Dar

stellung einer Abwandlung der in Fig.1 dargestellten Ausfuhrungsform,

Fig. 4 eine perspektivische schematische Dar

stellung einer Abwandlung des Abstimmsysteras eines Magnetrons,

die Fig. 5 und 6 perspektivische schematische Darstellungen eines Teils der Anode von Magnetrons, bei welchen ein Abstimmsystem nach der Erfindung mit gekoppelten Hilfsleitungen kombiniert ist, die ihren Betrieb mit ττ-Modus begünstigen,

die Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen von Teilen

eines koaxialen Magnetrons, bei welchem ein Abstimmsystem nach der Erfindung verwendet wird, und

Fig. 9 eine perspektivische schematische Dar

stellung einer Abwandlung der Anode eines gemäß der Erfindung ausgestalteten koaxialen Magnetrons.

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Bevor ausführlicher verschiedene Ausfuhrungsformen von Höchstfrequenzröhren und insbesondere von gemäß der Erfindung ausgestalteten Magnetrons beschrieben werden, werden kurz der "Multipactor"-Effekt und die Art beschrieben, in welcher man ihn steuern kann.

Allgemein kann sich der "Multipactor"-Effekt zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden ergeben, die unter geringem Druck in einem Gehäuse angeordnet sind und in der Lage sind, Sekundärelektronen mit einem Sekundäremissionskoeffizienten zu emittieren, der größer als Eins ist, und die eine im folgenden als "Multipactor-Element" bezeichnete Anordnung bilden. Die charakteristische Entladung des "Multipactor"-Effekts kann erzeugt und aufrechterhalten werden, wenn zwischen den beiden Elektroden des Elements ein passendes elektrisches Hochfrequenzfeld vorhanden ist.

Falls nämlich, wenn ein Elektron eine der beiden Elektroden des Elements verläßt, das elektrische Feld so ist, daß es dieses Elektron zu der anderen Elektrode des Elements hin beschleunigt, so trifft dieses beschleunigte Elektron auf diese andere Elektrode auf und setzt Sekundärelektronen frei. Wenn in diesem Augenblick das elektrische Feld die Richtung ändert, was besagt, daß die Halbperiode T/2 dieses Feldes gleich der Laufzeit θ der Elektronen von einer Elektrode zu der anderen Elektrode ist, werden die auf diese Weise emittierten Sekundärelektronen ihrerseits zu der ersten Elektrode hin beschleunigt, wo sie selbst weitere Sekundärelektronen freisetzen, usw. _r wodurch zwischen den beiden Elektroden eine fortgesetzte Entladung erzeugt wird. In dem Fall, in welchem der Sekundärkoeffizient grosser als Eins ist, was dem hier betrachteten Fall entspricht, stabilisiert sich diese Entladung durch den Raumladungseffekt,

Diese Erscheinung wird hier nicht ausführlicher beschrieben, da sie an sich bekannt ist. Ebenso kann man das Verschwinden der Entladung steuern, indem eine der Stabilitäts-

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bedingungen der Erscheinung dadurch unterdrückt wird, daß entweder an die beiden Elektroden des Elements eine Gleichspannung angelegt wird, die künstlich die Laufzeit θ der Elektronen verändert und bewirkt, daß die weiter oben angegebene Synchronismusbedingung θ = T/2 nicht mehr gilt, oder daß ein transversales Magnetfeld angelegt wird, welches durch Verändern der Bahn der Elektronen ebenfalls ihre Laufzeit θ verändert.

Die Abstimmsysteme von Röhren mit Hohlräumen nach der Erfindung bestehen darin, daß-in den ResonanzZwischenraum dieser Hohlräume "Multipactor"-Elemente eingebracht werden, die derart angeordnet sind, daß sie. dem elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt sind, welches in diesen Zwischenräumen vorhanden ist, und daß diese Elemente entweder durch eine Zweipunkt-Steuerung gesteuert werden, die sich durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensexn der "Multipactor" -Entladung ausdrückt, oder durch eine kontinuierliche Steuerung gesteuert werden, die eine Veränderung der Intensität dieser Entladung bewirkt. Die gemäß der Erfindung ausgestalteten Röhren können auf diese Weise in der Frequenz gesteuert werden, und zwar entweder in diskreter Weise oder in kontinuierlicher Weise, was nun unter Bezugnahme auf ein Magnetron beschrieben wird.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer mit Rippen versehenen Anode eines Magnetrons, dessen andere_f an sich herkömmlichan Teile nicht dargestellt sind.

Auf der zylindrischen Wand 1 der Anode sind die Rippen, wie etwa 2, 3 und 4 angeordnet, welche zwischen sich Resonanzhohlräume, wie etwa 5 und 6_f begrenzen.

Jeder der Hohlräume, wie etwa 5 und 6, ist einerseits durch die Rippen und andererseits durch die Wand 1 der Anode begrenzt, die hier durch einen Deckel oder Flansch verlängert ist. Das andere Ende des Magnetrons, welches

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nicht dargestellt ist, weist ebenfalls einen Flansch auf/ der die Unterseite der Hohlräume begrenzt.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform wirken "Multipactor"-Elemente mit zwei Elektroden direkt auf die Resonanzzwischenräume dieser Hohlräume ein.

Zu diesem Zweck hat der obere Teil jeder Rippe 2, 3 und 4, der dem Deckel 7 gegenüberliegt, eine Zone 8 bzw. 9 bzw. 10, die mit einem Material bedeckt ist, welches Sekundärelektronen mit einem Koeffizienten δ , der größer als Eins ist, emittieren können. Diese Zone kann beispielsweise aus einem Auftrag von Platin, von Aluminium, ..., bestehen, und bildet eine der beiden Elektroden des Multipactor"Elements, Sie kann auch durch eine Behandlung des die Rippe bildenden Materials, beispielsweise Kupfer, hergestellt sein, d.h. durch eine Behandlung, die ihr die Eigenschaft verleiht, daß sie einen Koeffizienten δ > 1 aufweist. ■

Die andere Elektrode dieses Elements besteht beispielsweise aus einem Plättchen 11 aus einem Material, welches unter denselben Bedingungen Sekundärelektronen emittieren kann. Es kann sich beispielsweise um ein Plättchen aus Aluminium, aus Aluminiumoxid, aus Berylliumkupfer usw. handeln.

Diese Plättchen, wie etwa das Plättchen 11, sind an dem Deckel 7 des Magnetrons derart befestigt, daß sie den entsprechenden Elektroden 8,'9, 10 gegenüberliegen, und derart, daß sie von diesem Deckel 7 elektrisch isoliert sind, welcher sich auf dem Gleichpotential der Anodenanordnung befindet, d.h. dem Bezugspotential, wie beispielsweise dem Massepotential.

Demgemäß sind sie beispielsweise an einem Isolierteil 12, 13, 14 befestigt, welches seinerseits hermetisch an dem

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Deckel 7 befestigt ist.

Ein Leiter 15, 16, 17 durchquert diese Isolierteile ohne Berührung mit dem Deckel 7 und ist mit der entsprechenden Elektrode, beispielsweise der Elektrode 11, elektrisch verbunden.

Wenn das Magnetron in Betrieb ist, legt die Höchstfrequenzschwingung, die sich in seiner Anode fortpflanzt, für eine gegebene Frequenz an dem Ende der Rippen 2, 3, 4, das von der zylindrischen Wand 1 abgewandt ist, elektrische Hochfrequenzspannungen fest, die in einem gegebenen Zeitpunkt von einer Rippe zur nächsten gleiche Amplituden und entgegengesetzte Polaritäten haben, was für die Schwingung einem Schwingungszustand mit einer Phasenverschiebung um einen Phasenwinkel von 180° oder π rad entspricht. Diese Ausbreitungsart, die als ττ-Modus bezeichnet wird, stellt den nutzbaren Modus für den normalen Betrieb des Magnetrons dar. Die in Fig. 1 an den Enden der Rippen 2, 3 und 4 angegebenen Vorzeichen + und - symbolisieren diese Spannungen in einem bestimmten Zeitpunkt, Diesen Spannungen entsprechen in den Hohlräumen elektrische Hochfrequenzfelder, wie etwa die in Fig. 1 dargestellten Felder E₁, deren Amplitude an den freien Enden der Rippen ein Maximum hat und in dem Maß, in welchem man sich der Wand 1 nähert, abnimmt. Diese Wand liegt ebenso wie der Deckel 7 auf einem Hochfrequenzpotential Null,

Es ist dann klar, daß zwischen den Elektroden der MuI-tipactor-Elemente, beispielsweise der Elemente 8, 11, elektrische Hochfrequenzfelder herrschen, die symbolisch durch die Pfeile E₂ dargestellt sind. Sofern sich die Elektrode 8, die dem freien Ende der Rippe 2 benachbart ist_f auf einem großen Hochfrequenzpotential befindet, befindet sich die Elektrode 11 auf einem Hochfrequenzpotential, das praktisch gleich Null ist. Das senkrecht

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zu den Ebenen der beiden Elektroden gerichtete Feld E^ ändert seine Richtung in dem Rythmus der durch das Magnetron erzeugten Hochfrequenzschwingungen.

Damit die Multipactor-Elemente, wie etwa das Element 8, 11, Multipactor-Entladungen stattfinden lassen, genügt es, sie derart zu positionieren und zu dimensionieren, daß die weiter oben mit Bezug auf den Multipactor-Effekt angegebenen Bedingungen erfüllt sind. Man kann insbesondere die Amplitude des Feldes E₂ regulieren, indem man die Position der Multipactor-Elemente längs des oberen Teils der Rippen sich ändern läßt.Mankann die Laufzeit θ der Elektronen von. einer Elektrode zu anderen durch Wahl des Abstandes zwischen den beiden Elektroden der Multipactor-Elemente der Halbperiode T/2 der Hochfrequenzschwingungen anpassen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der hier beschriebenen Ausführungsform das elektrische Feld E₂, welches den Multipactor-Effekt hervorruft, zu dem Magnetfeld parallel ist, welches dem Magnetron zugeordnet ist. Unter diesen Bedingungen ist die Multipactor-Entladung am stärksten, da die Elektronen, welche an dieser Entladung beteiligt sind, wenig von der Bahn abgelenkt werden, die sie von einer Elektrode zur anderen führt.

Wenn an die Elektroden 8 und 11 der Multipactor-Elemente keine Gleichspannung angelegt ist, d.h. wenn die Leiter, wie etwa der Leiter 15, sich auf dem Bezugsgleichpotential der Anodenanordnung befinden, treten die Multipactor-Entladungen auf. Die Kapazitäten _f die durch die oberen Stirnflächen der Rippen (die die Elektroden 8, 9, 10 aufweisen) und die ihnen gegenüberliegenden Teile des Deckels 7 begrenzt sind, sind dann aufgrund der Entladung durch eine induktive-ohmische Impedanz überbrückt.

Wenn man an den Leiter 15 beispielsweise eine Steuergleich-

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spannung anlegt, die in bezug auf das Bezugsgleichpotential ausreichend groß ist, überlagert sich dem Feld Ej ein zu diesem paralleles elektrisches Gleichfeld und die Laufzeit der Elektronen zwischen den Elektroden wird verändert. Wenn diese Spannung so ausreichend groß ist, daß die Erscheinung instabil wird, werden die Entladung und die induktive-ohmische Impedanz unterdrückt.

Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild eines Hohlraums, wie etwa des Hohlraums 5, dessen beide Rippen 2 und 3 mit MuItipactor-Elementen 8, 11 und 9 versehen sind.

Der Schwingkreis Ro stellt in herkömmlicher Weise den Resonanzhohlraum selbst dar, während die Kondensatoren C die weiter oben genannten Kapazitäten darstellen und die veränderlichen Impedanzen Zm die Impedanzen darstellen, die die Kapazitäten C überbrücken, wenn die.Entladungen stattfinden.

Es ist klar, daß bei NichtVorhandensein von Multipactor-Entladungen der Hohlraum, der eine bestimmte Impedanz (Schwingkreis Ro + Kapazitäten C) hat, mit einer bestimmten Frequenz in Resonanz schwingt, wohingegen bei Vorhandensein dieser Entladungen die Impedanz des Hohlraums durch die Impedanzen Zm verändert wird; der Hohlraum schwingt dann mit einer anderen Frequenz,

Je nach dem, ob man eine von Null verschiedene Gleichspannung an die Leiter, etwa die Leiter 15, 16 und 17, anlegt oder nicht, sind die Hohlräume des Magnetrons mit der einen oder der anderen von zwei vorbestimmten Frequenzen in Resonanz,

Wenn dieselbe Steuergleichspannung an sämtliche Leiter angelegt wird, welche die jeder Rippe zugeordneten Multipactor-Elemente steuern, wobei die Gesamtheit dieser Leiter beispielsweise durch einen leitenden Ring verbunden ist, wird das Magnetron nur mit der einen oder der anderen

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von zwei vorbestimmten Frequenzen wirksam schwingen.

Wenn dagegen diese Steuergleichspannung nicht gleichzeitig an sämtliche Leiter angelegt wird, kann das Magnetron mit den einen oder anderen von mehreren vorbestimmten diskreten Frequenzen schwingen.

Ebenso kann man Magnetrons herstellen, in welchen sämtliche Rippen nicht mit Multipactor'-Elementen versehen sind.

Außerdem sei angemerkt, daß, wenn man an die Leiter, wie etwa die Leiter 15, 16 und 17, Steuergleichspannungen anlegt, die zum Verändern der Intensität der Entladung zwar ausreichend groß sind, jedoch zum Unterdrücken derselben nicht ausreichen, kann man die Impedanz der Hohlräume und die Schwingungsfrequenz des Magnetrons in kontinuierlicher Weise verändern.

Wenn man nämlich diese Steuerspannung der Multipactor-Elemente in fortschreitender Weise sich ändern läßt, wird die Laufzeit der Elektronen, die an der Entladung beteiligt sind, künstlich verändert. Diese Veränderung drückt sich in Änderungen der relativen Phase der ausgesandten Elektronen und der Hochfrequenzschwingung aus, da die weiter oben angegebenen Bedingungen nicht mehr für sämtliche Elektronen der Entladung erfüllt sind. Daraus ergibt sich eine fortschreitende Änderung der Impedanz Zm, eine fortschreitende Änderung der Resonanzfrequenz des entsprechenden Hohlraums oder der entsprechenden Hohl*- räume und somit eine fortschreitende Änderung der Frequenz des Magnetrons.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil einer Magnetronanode, die in ihrem Gesamtaufbau gleich der Anode von Fig. 1 ist und sich von dieser nur durch die Steuereinrichtungen der Multipactor-Elemente unterscheidet. Hier wird nämlich, statt die Entladung zu unterdrücken oder zu verändern, indem ein elektrisches Hilfsgleichfeld an die Elektroden

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eines Elements angelegt wird, welches aus.dem Anlegen einer Steuerspannung an die beiden Elektroden resultiert, die Entladung unterdrückt oder verändert., indem an die Elektroden ein Magnetfeld angelegt wird, welches eine zu den Ebenen der Elektroden parallele Komponente und eine veränderliche Intensität hat.

Demgemäß sind die Leiter 15, 16 und 17 von Fig. 1 durch Spulen 20, 21 und 22 ersetzt worden, welche mit Gleichstrom über nicht dargestellte Verbindungsleitungen gespeist sind, die Isolierteile 12, 13 und 14 umschließen und in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden der Multipactor-Elemente Magnetfelder h erzeugen, die für das Element 8, 11 durch gestrichelte Pfeile dargestellt sind. Diese veränderlichen Magnetfelder verändern die Bahnen der Elektronen, die an der Entladung beteiligt sind, und bewirken so eine Veränderung der Impedanz Zm der Multipactor-Elemente.

Die hier beschriebenen und dargestellten Magnetrons sind Magnetrons mit Rippen. Selbstverständlich kann die Erfindung ebensogut bei anderen Arten von Magnetrons angewendet werden, wie beispielsweise Magnetrons mit Löchern oder Schlitzen. In sämtlichen Fällen sind die Multipactor-Elemente oberhalb der die Hohlräume trennenden vollen Teile angeordnet.

Fig. 4 zeigt sehr schematisch eine weitere Ausführungsform einer Anode eines Magnetrons, deren Hohlräume mit MuItipactor-Elementen versehen sind.

Bei dieser Abwandlung sind die Multipactor-Elemente zu. den Hohlräumen, beispielsweise den Hohlräumen 5 und 6, parallel geschaltet. Ihre Elektroden befinden sich direkt auf den (in Fig. 4 vertikalen) Seitenflächen der Hohlräume,

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Eine erste Elektrode, beispielsweise die Elektrode 24, jedes Elements ist auf einem Ansatz gebildet, welcher an einem Ende einer Rippe 3 angeordnet ist.

Die zweite Elektrode, hier die Elektrode 23, besteht aus einem leitenden Teil 23, welches ah"der Rippe 2 derart befestigt ist, daß es der Elektrode 24 gegenüberliegt. Diese Befestigung erfolgt mit Hilfe eines Isolierteils 27.

Die Multipactor-Elemente sind hier einem elektrischen Hochfrequenzfeld E_ ausgesetzt, welches zu dem in den Hohlräumen herrschenden Feld E- parallel ist. Der Nachteil dieser Abwandlung besteht mit Bezug auf die vorher beschriebenen Ausführungsformen darin, daß, da das Magnetfeld des Magnetrons senkrecht zu.dem den Multipactor-Effekt hervorrufenden elektrischen Feld E- ist, die Entladung nicht mehr ebenso stark sein kann und daß das Frequenzband, in welchem das Magnetron schwingen kann, schmaler ist.

Die Betriebsweise ist die gleiche wie vorher. Wenn keine Steuergleichspannung an die beiden Elektroden der Multipactor-Elemente angelegt ist, verändert das Vorhandensein der Entladungen die Impedanz der Hohlräume, die mit einer " Frequenz in Resonanz schwingen, welche von derjenigen Frequenz verschieden ist, mit welcher sie schwingen, wenn keine Multipactor-Entladungen vorhanden sind, d.h. wenn über nicht dargestellte Leiter eine Steuergleichspannung an die Elektroden 23, 25 ,.. angelegt ist, Wenn diese Steuergleichspannung sich fortschreitend ändert, gilt dasselbe für die Schwingungsfrequenz des Magnetrons,

Fig. 5 zeigt eine Anode 1 mit Rippen 2, 3 und 4 eines Magnetrons, in welcher Multipactor-Elemente, die nahezu wie die von Fig, 1 arbeiten, welche weiter oben beschrieben ist, mit einer Hilfsleitung 30 vereinigt sind, welche

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mit der Rippenanode gekoppelt ist. Diese Hilfsleitung 30, die übrigens in der FR-PS 70.46248· beschrieben ist, hat an sich die Aufgabe, den Betrieb des Magnetrons mit dem π-Modus zu erleichtern.

Sie kann, wie es hier beschrieben ist, zur Abstützung der zweiten Elektroden der Multipactor-Elemente dienen, deren erste Elektroden 8, 9 und 10, wie in den vorher beschriebenen Figuren 1 und 3, auf den oberen Teilen der

Rippen 2, 3, 4 ... angeordnet sind. Diese zweiten Elektroden sind unter den Enden, der Platten 31 gegenüber den Elektrodne 8, 9, 10 angeordnet. Sie sind alle elektrisch miteinander verbunden, da die Platten 31 durch die Arme 32 mit demselben Ring 30 vereinigt sind. In diesem Fall ist allein eine" Globalsteuerung der Multipactor-Elemente möglich, da die Steuerspannung an der Ger samtheit der Leitung 30 anliegt.

Fig, 6 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 5, bei welcher die Hilfsleitung 30, die zum Abstützen der Multipactor-Elemente dient, durch die Hilfsleitung 40 ersetzt ist, die ebenfalls in der oben genannten FR-PS 70.46248 beschrieben ist.

Die Multipactor-Elemente sind hier im Innern der Fenster , 43 angeordnet, die in den Rippen ausgespart sind,* Da die Multipactor-Entladung, wie bereits gesagt, stärker ist, wenn das Hochfrequenzfeld, das sie hervorruft, parallel zu dem Magnetfeld des Magnetrons ist, sind die Flächen, die als Elektroden für die Multipactor-Elemente dienen, vorzugsweise die Flächen der Fenster 43 und die Flächen der ihnen gegenüberliegenden Stäbe 41, die zu dem Magnetfeld des Magnetrons senkrecht sind. Auf diese Weise kann jedes Fenster 43, in welchem zwei Enden von Stäben 41 zu liegen kommen, vier kleine Multipactor-Elemente aufweisen, nämlich zwei an jedem Stabende.

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Hier sind außerdem die Stäbe 41 sämtlich mit demselben Ring 40 durch die Stege 42 verbunden und die Frequenzsteuerung der Hohlräume erfolgt global.

Die Fig. 7 und 8 einerseits und die Fig. 9 andererseits zeigen zwei mögliche Arten der Anwendung der Abstimmsysteme nach der Erfindung bei einem koaxialen Magnetron.

In Fig. 7 ist in Draufsicht eine Anode eines koaxialen Magnetrons dargestellt, welches ein Frequenzabstimmsystem mit Multipactor-Elementen aufweist. Fig. 8 ist eine Schnittansicht auf der Linie X-X eines Teils dieser Anode und insbesondere eines Multipactor-Elements.

Die Anode des koaxialen Magnetrons hat in an sich bekannter Weise eine zylindrische Wand 50, welche die Rippen 51, 52, 53, 54 trägt, die die inneren Hohlräume 55, 56, begrenzen. Diese zylindrische Wand hat öffnungen 49 in dem zweiten Hohlraum,, d.h. in den Hohlräumen, in welchen die Hochfrequenzschwingung mit dem TT-Modus in Phase ist. Diese öffnungen 49 haben die Aufgabe, die Hohlräume, in welchen sie gebildet sind, mit dem äußeren Hohlraum 58 des koaxialen Magnetrons zu verbinden. Dieser äußere Hohlraum wird von dem Zwischenraum gebildet, der zwischen der zylindrischen. Wand 50 und einer zweiten zylindrischen Wand 59 liegt, die zu der ersten koaxial ist. In diesem äußeren Hohlraum 58 wird die Hochfrequenzenergie gesammelt, die in dem Magnetron erzeugt wird.

Eine Frequenzabstimmung durch Multipactor-Elemente, die in diesem äußeren Hohlraum angeordnet sind, kann auf sehr wirksame Weise folgendermaßen erreicht werden.

Leitende parallele Stäbe 60 und 61 sind zwischen den beiden Flanschen 63 und 64 befestigt, welche die Anode, des Magnetrons abschließen, und tragen jeweils eine leitende

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Platte oder einen leitenden Steg 65 bzw. 66. Diese Platten sind zu den Flanschen 63 und 64 parallel, liegen einander gegenüber und sind kürzer als der Abstand zwischen den beiden Stäben 60 und 61. Auf ihren einander gegenüberliegenden Seiten sind zwei Elektroden 67 und 68 angeordnet, die die beiden Elektroden eines Multipactor-Elements bilden.

Einer der beiden Stäbe, beispielsweise der Stab 61, ist mit den Flanschen 63 und 64 elektrisch verbunden, wobei die Teile 69 und 70, die ihre Befestigung sicherstellen, leitend sind. Der andere Stab 60 ist von den Flanschen elektrisch isoliert, da die Teile 71 und 72 isolierend sind. Außerdem ist durch das Teil 72 ein Leiter 73 hindurchgeführt, welcher von dem Flansch 63 elektrisch isoliert, aber mit dem Stab 60 verbunden ist.

Ein bestimmte Anzahl von Anordnungen der soeben beschriebenen Art ist in dem äußeren Hohlraum 58 des Magnetrons angeordnet, wie in Fig. 7 gezeigt.

Das elektrische Hochfrequenzfeld ist in diesem Hohlraum so gerichtet, wie es die Pfeile E in den Fig. 7 und 8 zeigen, während das Magnetfeld H des Magnetrons so gerichtet ist, wie es die Pfeile H zeigen.

Aufgrund der Anordnung aus leitenden Stäben und leitenden Platten, auf welcher die Multipactor-Elemente montiert sind., wird die Richtung des elektrischen Feldes E zwischen den Elektroden 67 und 68 eines Multipactor-Elements abgelenkt und das elektrische Hochfrequenzfeld E₂ zwischen diesen Elektroden ist zu dem Magnetfeld H parallel, was, wie oben gesagt, die besten Bedingungen für die Erzeugung einer intensiven Multipactor-Entladung schafft.

Zum Verändern der Schwingungsfrequenz des Magnetrons genügt es, eine Steuergleichspannung an einen Steuerleiter/mehrere

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Steuerleiter, wie etwa den Leiter 73, anzulegen. Die Impedanzänderungen, die sich daraus für das betreffende Multipactor-Element/die betreffenden Multipactor-Elemente ergeben, verändern die Impedanz des äußeren Hohlraums 58 und somit die Resonanzfrequenz,

Fig, 9 zeigt eine Abwandlung einer Anode eines koaxialen Magnetrons, dessen äußerer Hohlraum 58 steuerbare Multipactor-Elemente 80, 81; 82, 83; 84, 85 aufweist.

Diese Multipactor-Elemente sind auf der zylindrischen Wand 59 außerhalb des Magnetrons angeordnet.

Schlitze 86 sind in dieser Wand längs derselben gebildet und öffnen sich in den Hohlraum 58 durch einen schmalen Schlitz, dessen Lippen die Elektroden 80 bis 85 der MuI-tipactor-Elemente bilden. Eine Elektrode 81 , 83, 85 jedes Elements ist von der Wand 59 durch ein Isolierteil 87, 88, 89 elektrisch isoliert. Die Steuerspannungen werden an diese Elektroden angelegt.

Bei dieser Ausführungsform ist das elektrische Hochfrequenzfeld f welches zu den Multipactor-^Entladungen führt, senkrecht zu dem Magnetfeld des Magnetrons, da aber die Länge der Multipactor-Elemente (Abstand zwischen den beiden Flanschen des Magnetrons) hier groß ist, können die Entladungen trotzdem intensiv sein.

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Claims

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Patentansprüche :

1 J Hochfrequenz-Elektronenröhre mit Resonanzhohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in dem Resonanz-.Zwischenraum mindestens eines dieser Resonanzhohlräume angeordnetes Multipactor-Element aufweist, welches aus zwei parallelen Elektroden besteht, die Sekundärelektronen mit einem Koeffizienten δ größer als Eins emittieren können,wobei dieses.Element derart dimensioniert und derart in dem ResonanzZwischenraum angeordnet ist, daß die elektrische Hochfrequenzschwingung der Röhre zwischen den Elektroden ein elektrisches Hochfrequenzfeld entwickelt, welches senkrecht zu den Elektroden ist und dort eine regulierbare Multipactor-Entladung auftreten läßt.
2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Multipactor-Entladung eines Multipactor-Elements durch das Anliegen einer regulierbaren Steuergleichspannung an den Elektroden des Multipactor-Elements erzielt ist.
3. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Multipactor-Entladung eines Multipactor-Elements durch das Anliegen eines regulierbaren Magnetfeldes an den Elektroden des Multipactor-Elements erzielt ist, welches mindestens eine zu den Elektroden parallele Komponente hat.
4. Magnetron, dessen Frequenz abstimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Hohlräume seiner Anode mindestens ein Multipactor-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
5. Magnetron nach Anspruch 4, dessen Anode aus Resonanzhohlräumen gebildet ist, die nebeneinander innerhalb einer zylindrischen Wand angeordnet sind, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die leitenden Teile (2, 3, 4) der Anode, welche die benachbarten Hohlräume (5, 6) voneinander trennen, eine Höhe haben, die kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden das Magnetron abschließenden Flanschen (7), wohingegen die zylindrische Wand (1) eine Höhe hat, die gleich diesem Abstand ist, so daß an mindestens einem der beiden Enden des Magnetrons die leitenden Teile (2, 3, 4) der Anode von dem entsprechenden Flansch (7) getrennt sind, und daß die Multipactor-Elemente (8, 11; 9, 10) zwischen dem Flansch und den Stirnflächen der leitenden Teile angeordnet sind, die diesem Flansch gegenüberliegen.
6. Magnetron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (8, 9, 10) jedes Multipactor-Elements auf der Stirnfläche der leitenden Teile (2, 3, 4) der Anode angeordnet ist und dabei mit ihr elektrisch in Kontakt ist, wohingegen die zweite Elektrode (11) auf dem Flansch (7), der der ersten Elektrode gegenüberliegt, befestigt und dabei elektrisch von dem Flansch isoliert ist,
7. Magnetron nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (11) jedes Multi*- pactor-Elements an dem Flansch (7) mittels eines Isolierteils (12, 13, 14) befestigt sind, durch welches ein Leiter (15, 16, 17.) hindurchgeführt ist, der das Anlegen der Steuerspannungen an die zweiten Elektroden gestattet.
8. Magnetron nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch "gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (11) jedes Multipactor-Elements an dem Flansch (7) mittels eines Isolierteils (12, 13, 14) befestigt sind, welches von einer isolierten Spule (20, 21, 22) umgeben ist, die zwischen

den Elektroden der MuItipactor-Elemente das Magnetfeld entstehen lassen kann.

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9. Magnetron nach den Ansprüchen 2 und 4, dessen Anode aus Resonanzhohlräumen gebildet ist, die nebeneinander innerhalb einer zylindrischen Wand angeordnet und durch Rippen getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (23, 24) jedes Multipactor-Elements auf den einander gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei einen Hohlraum (5) bildenden Rippen (2 bzw. 3) angeordnet sind, wobei eine erste Elektrode (24) dieser beiden Elektroden mit der Rippe (3), auf der sie angeordnet ist, in elektrischem Kontakt ist, während die zweite Elektrode (23) auf ihrer Rippe (2) mittels eines Isolierteils (27) befestigt ist und die Steuerspannung empfängt (Fig. 4).
10. Magnetron nach den Ansprüchen 2 und 4, dessen Anode aus Resonanzhohlräumen gebildet ist, die nebeneinander innerhalb einer zylindrischen Wand angeordnet und durch die Rippen getrennt sind, und die mit einer Hilfsleitung versehen ist, welche ihrerseits die Rippen (31, 32; 41, 42) trägt, die an einem Ring (30, 40) befestigt sind, wobei die Leitung benachbarte Hohlräume paarweise koppelt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden der Multipactor-E lernen te auf Teilen der Rippen der Anode bzw. der Hilfsleitung angeordnet sind, die sich einander gegenüberliegen, und daß die Steuerspannung an die Hilfsleitung angelegt ist (Fig. 5 und 6) .
11. Magnetron nach den Ansprüchen 2 und 4, dessen Anode Resonanzhohlräume, die nebeneinander innerhalb einer zylindrischen Wand angeordnet sind, und einen äußeren Hohlraum aufweist, welcher zwischen der Wand und einer zu dieser konzentrischen zweiten Wand liegt, die diese inneren Hohlräume umschließt, mit welchen sie in einer koaxialen Anordnung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipactor-Elemente in dem äußeren Hohlraum angeordnet sind.

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12. Magnetron nach den Ansprüchen 2 und 4, dessen Anode Resonanzhohlräume, die nebeneinander innerhalb einer zylindrischen Wand angeordnet sind, und einen äußeren Hohlraum aufweist, welcher zwischen der Wand und einer zu dieser konzentrischen zweiten Wand liegt, die diese inneren Hohlräume umschließt, mit welchen sie in einer koaxialen" Anordnung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipactor-Elemente in der zweiten Wand angeordnet sind.

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