DE2656610A1 - Koaxiales magnetron - Google Patents

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

- C.

München, den 14.12.1976 P/3v - E 21o3

English Electric Valve Co., Ltd. Io6 Waterhouse Lane, Chelmsford, Essex, CMl 2QU, England

Koaxiales Magnetron

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Magnetron, d.h., ein Magnetron, bei dem ein Resonanzhohlraum eine Anodenstruktur koaxial umgibt.

Es sind verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen worden, durch welche die Resonanzfrequenz eines koaxialen Magnetrons abgestimmt werden kann. Bisher war es üblich, eine der möglichen Ausgestaltungen eines mechanischen Abstimmsystems vorzusehen, wie beispielsweise eines Mechanismus, um eine ringförmige End- bzw. Stirnplatte des koaxialen Hohlraums zu bewegen. In vielen Fällen ist jedoch die Verwendung eines mechanischen Systems unzweckmäßig; selbst wenn jedoch solche Systeme zu einer nutzbaren Größe der Frequenzänderung führen, ist es schwierig, ein solches System so anzuordnen, daß die Symmetrie um die Magnetronachse beibehalten wird· Bei einem koaxialen Magnetron hat jedoch die Symmetrie eine außerordent-

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DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD l7lQ P. -9 4 <7. vPcPr^. MKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 22 42 II. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25. TEL.(0711)56 72 61 POSTSCHECK= MÖNCHEN 77062 - SOS

lieh große Bedeutung; dies gilt insbesondere dann, wenn - wie es im allgemeinen der Fall ist - dämpfendes Material in die Resonanzstruktur eingeführt wird. Wenn die Symmetrie aufgehoben bzw. zerstört wird, kann die sich ergebende Störung des Feldmusters in dem koaxialen Hohlraum zu einer zu starken Kopplung von Hochfrequenzenergie in diese Dämpfungsglieder führen.

Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb ein verbessertes koaxiales Magnetron geschaffen werden, mit dem eine Änderung der Resonanzfrequenz erreicht werden kann, ohne daß ein mechanisches, bewegliches Abstimmteil erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung enthält ein koaxiales Magnetron wenigstens einen getrennten Resonator, in dem eineMultipaktor-Entladungseinrichtung für die Modifikation der Resonanz-Kennlinie des getrennten Resonators vorgesehen ist, und eine Einrichtung, um den oder die Resonator bzw» Resonatoren symmetrisch in den Hauptresonanzhohlraum des Magnetrons zu koppeln.

Es kann nur ein einziger getrennter Resonator, in dem eine Multipaktor-Entladungseinrichtung vorgesehen ist, verwendet werden; in diesem Fall weist der getrennte Resonator nach einer bevorzugten Ausführungsform einen Hohlraum auf, der einen Teil der äußeren Wand des koaxialen Haupthohlraums koaxial umgibt; an einem Ende dieses Hohlraums sind mehrere Koppel-Schleifen bzw. -Stifte bzw. Sonden vorgesehen, die sich über einen Endverschluß erstrecken und durch Öffnungen in dem Endverschluß verlaufen, um den getrennten Resönatorhohlraum mit dem koaxialen Haupthohlraum zu koppeln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Multipaktor-Entladungseinrichtung eine ringförmige Elektrode auf, die sich in den getrennten Resonator-

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Hohlraum und rund um die äußere Wand des koaxialen Haupthohlraums erstreckt. Die ringförmige Elektrode sollte durch mehrere Stangenelektroden isoliert gehaltert werden, die sich durch einen äußeren Wandteil des getrennten Resonatorhohlraums erstrecken, wodurch ein Vorspannungspotential für die ringförmige Elektrode über eine oder mehrere der Stangenelektroden angelegt werden kann· Die ringförmige Elektrode kann in mehrere Segmente unter-^ teilt werden, die jeweils durch v/enigstens eine Stangenelektrode gehaltert sind, wodurch das Vorspannungspotential unabhängig an jedes der Segmente angelegt werden kann.

Ein koaxiales Magnetron nach der vorliegenden Erfindung kann auch mehrere getrennte Resonatoren enthalten, von denen jeder eine Multipaktor-Entladungseinrichtung zur Modifizierung der Resonanzkennlinie des Resonators und eine Einrichtung aufweist, um jeden der getrennten Resonatoren im wesentlichen symmetrisch in den koaxialen Hauptresonanzhohlraum des Magnetrons zu koppeln. Die getrennten Resonatoren können durch einen Endverschluß und,6der Öffnungen in seiner äußeren koaxialen Wand in den koaxialen Resonanzhohlraum gekoppelt werden; nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die zuletzt erwähnte Lösung verwendet. Die Kopplung kann nur mit Hilfe der Öffnungen allein erfolgen; nach einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch für die Kopplung eine Kopplungsschleife verwendet, die durch eine Öffnung für jeden getrennten Resonator verläuft.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich eine Kopplungsschleife für jeden getrennten Resonator durch eine Öffnung in der äußeren koaxialen Wand des koaxialen Resonanzhohlraums, wobei die Kopplungsschleife den inneren eines Paars von koaxialen Zylindern haltert, welche die Multipaktor-Entladungseinrichtung bilden. Nach

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einer bevorzugten Ausführungsform ist der äußere der beiden Zylinder verlängert und an einem Ende verschlossen, so daß ein Resonanzkreis mit der Länge 3 4 entsteht; dabei ist X die Wellenlänge bei der mittleren Betriebsfrequenz des Magnetrons. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der äußere Zylinder mit der äußeren koaxialen Wand des koaxialen Resonanzhohlraums mittels einer Anordnung verbunden, die einen Isolator und eine ^- Hochfrequenz-Drosseleinrichtung enthält, wodurch das Vorspannungspotential an den äußeren Zylinder angelegt werden kann.

Im allgemeinen sind vier bis zwölf getrennte Resonatoren vorgesehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Multi-

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paktor-Entladungseinrichtung in den getrennten Resonatoren während des Betriebs durch Röntgenstrahlen bestrahlt werden; weist nun die Anodenstruktur des koaxialen Magne— trons einen ringförmigen Zylinder auf* der in seinem Innern mit Platten sowie in abwechselnden Hohlräumen zwischen den Platten mit Kopplungsschlitzen versehen ist, so sind nach einer bevorzugten Ausführungsform die Kopplungsschlitze so angeordnet, daß die beim Betrieb an den Spitzen der Platten durch Elektronenbeschuß erzeugten Röntgenstrahlen durch einen Kopplungsschlitz zu einer Multipaktor-Entladungseinrichtung in einem getrennten Resonator verlaufen können.

Beim Betrieb wirken sich die durch jede Multipaktor-Entladung in einem getrennten Resonator hervorgerufenen Frequenzänderungen kumulativ aus. Die Zahl der Multipaktor-Entladungseinrichtungen, die zur Entladung gebracht werden (oder abwechselnd an der Entladung gehindert werden) kann in Abhängigkeit von dem Ausmaß der erforderlichen

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Frequenzänderung ausgewählt werden_#1 in einem solchen Fall sollte jedoch sichergestellt werden, daß jede mögliche Kombination der dadurch beeinflußten Resonatoren so ausgelegt ist, daß eine ausreichende Symmetrie der Modulation des Feldmusters in dem koaxialen Resonanzhohlraum aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf ein durch eine Multipaktor-Entladung.sabgestimmtes koaxiales Magnetron nach der vorliegenden Erfindung, bei dem mehrere getrennte Resonatoren vorgesehen sind;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie AA von Fig. 1;

Fig. 3 im Schnitt eine Draufsicht auf ein weiteres, durch eine Multipaktor-Entladung abgestimmtes koaxiales Magnetron nach der vorliegenden Erfindung, bei dem mehrere getrennte Resonatoren vorgesehen sind;

Fig. 4 eine Ansicht des Magnetrons na.ch Fig. 3 in Richtung des Pfeils B, wobei dieses Magnetron zum Teil längs der Linie CC im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 5 einen Schnitt durch ein durch eine Multipaktor-Entladung abgestimmtes koaxiales Magnetron gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein ein-

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ziger, getrennter Resonator vorgesehen ist; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf das Magnetron nach Fig. 5, längs der Linie DD geschnitten.

In allen Figuren werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Wie sich aus den Figuren ergibt, besteht das Magnetron aus einem TE₀₁ Resonanzhohlraum 1, der zwischen einer äußeren Hohlraumwand 2 und einer zylindrischen, mit Platten versehenen Anodenstruktur 3 vorgesehen ist. Die Anodenstruktur 3 hat den herkömmlichen Aufbau und besteht aus einer äußeren zylindrischen Wand 4 mit inneren Platten 5, die innere Hohlräume 6 bilden. Die Kopplung zwischen den Hohlräumen 6 der Anodenstruktur 3 und dem koaxialen Resonanzhohlraum 1 erfolgt durch eine Reihe von Schlitzen 7, die in der Wand 4 an der Rückseite von jeweils abwechselnden Hohlräumen 6 vorgesehen sind. Eine Auslaßöffnung 8 mit einem Fenster 9 dient dazu, die Energie aus dem Resonanzhohlraum 1 auszukoppeln. Koaxial in der Anodenstruktur 3 ist eine Kathode 10 angeordnet, während zu der Anodenstruktur 3 koaxiale Polstücke 11 dazu dienen, das beim Betrieb erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.

Das bisher beschriebene koaxiale Magnetron hat den herkömmlichen Aufbau.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nun mehrere getrennte Resonatoren vorgesehen, die jeweils eine Multipaktor-Entladungseinrichtung enthalten, um die Resonanzfrequenz des Magnetrons zu beeinflussen! die getrennten Resonatoren sind im wesentlichen symmetrisch in den koaxialen

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Resonanzhohlraum des Magnetrons gekoppelt.

In Fig. 1 sind vier getrennte Resonatoren 12,13, 14 und 15 dargestellt, die jeweils de Form von zwei koaxialen Zylindern 16, 17 haben; der äußere Zylinder 16 ist verlängert und zu einem Hohlraum ausgebildet und hat in diesem Fall eine Länge von drei Viertel einer Wellenlänge. Der innere Zylinder 17 und der äußere Zylinder 16 schaffen auch eine Multipaktor-Entladungseinrichtung, die den kapazitiven Teil des Resonators bildet. Um ein Vorspannungspotential an den Zylinder 16 anlegen zu können, ist eine Einrichtung aus einem Isolator 18 und einer Viertelwellendrossel 19 vorgesehen.

Der innere Zylinder 17 ist an einem Ende einer Kopplungsschleife 20 angebracht, die sich durch ein Loch 21 in der äußeren Wand 2 des koaxialen Hauptresonanzhohlraums 1 erstreckt und an dem Ende ihres Schleifenbereichs mit dem Inneren der äußeren Wand 2 verbunden ist·

Die Kopplungen der getrennten Resonatoren 12 bis 15 sind symmetrisch rund um den koaxialen Hauptbohlraum 1 angeordnet, um eine Unterbrechung bzw. Störung des Feldmusters in dem Resonanzhohlraum 1 zu vermeiden.

Die aus den koaxialen Zylindern 16 und 17 bestehende Multipaktor-Entladungseinrichtung in jedem der getrennten Resonatoren 12 bis 15 ist so angeordnet, daß sie durch Röntgenstrahlen bestrahlt werden kann, um die Zündung der Multipaktor-Entladung zu unterstützen. In diesem Beispiel ist die Quelle für die Röntgenstrahlen in der Anodenstruktur 3 angeordnet. Die Kopplungsschlitze 7 sind in Bezug auf die getrennten Resonatoren 12 bis 15 so angeordnet, daß die beim Betrieb durch Elektronenbeschuß an den Spitzen der Platten 5 erzeugten Röntgenstrahlen

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sich zu den beiden Zylindern 16 und 17 fortpflanzen können.

Das In den Figuren 3 und 4 dargestellte koaxiale Magnetron hat einen ähnlichen Aufbau wie das in Fig. 1 und 2 gezeigte und unterscheidet sich nur dadurch von diesem Magnetron, daß die vier getrennten Resonatoren 12, 13, 14 und 15 symmetrisch In den Hohlraum 1 mit Hilfe von Sonden bzw. Kopplungsstiften 20 durch Löcher 21 gekoppelt sind, die In einem Endverschluß 22 vorgesehen sind. In diesem Falle sind die schlelfenförmigen Enden der Sonden 2OmIt der Inneren Oberfläche des Endverschlusses verbunden.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist statt mehrerer getrennter Resonatoren ein einziger getrennter Resonator 23 vorgesehen. Dieser einzige getrennte Resonator 23 wird durch ein kurzes, zylindrisches Wandteil 24 gebildet, das einen oberen (gemäß der Darstellung) Bereich der äußeren Wand 2 umgibt. Ein Basiswandteil 25 erstreckt sich zwischen den Boden des Wandteils 24 und die äußere Wand 2. Das Wandteil 24 erstreckt sich über die äußere Wand 2, während sich ein oberes Wandteil 26 über den Hohlraumendverschluß 22 erstreckt, so daß einlfohl— raum ^bildet wird, der sich rund um das obere Ende des Wandteils 24 und über den Endverschluß 22 erstreckt.

Zwischen dem Wandteil 24 und einer äußeren Wand 2 ist eine ringförmige Elektrode 27 vorgesehen. Die Elektrode 27 wird durch drei Stangenelektroden 28, 29 und 30 gehaltert, die sich Isoliert durch den Wandteil 24 erstrek— ken. Die ringförmige Elektrode 27 und der obere Bereich der äußeren Wand 2 bilden eine Multipaktor—Entladungsanordnung. Das Vorspannungspotential zur Steuerung der Entladung kann parallel an alle Stangenelektroden 28, 29 und 30 angelegt werden, die symmetrisch rund um die Achse des

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Magnetrons verteilt sind.

Der getrennte Resonator 23 ist symmetrisch in den koaxialen Haupthohlraum 1 an mehreren Punkten (in diesem Falle acht) j die symmetrisch rund urn die Achse des Magnetrons angeordnet sind, mit Hilfe von Sonden bzw. Stiften 31 gekoppelt, die sich durch Löcher 32 in einem Endverschluß 22 erstrecken. Die Sonden bzw. Stifte 31 sind an ihren Enden in dem Hohlraum wieder schleifenförmig umgelegt und an der unteren Oberfläche des Endverschlusses 22 in dem Hohlraum 1 angebracht.

Die ringförmige Elektrode 27 kann in mehrere Segmente unterteilt werden, die jeweils durch wenigstens eine Stangenelektrode, wie beispielsweise die Stangenelektro— de 28, gehaltert werden, so daß in dem einzigen getrennten Resonatorhohlraum eine Reihe von unabhängig steuerbaren Multipaktor—Entladungselektroden vorgesehen ist· Diese Ausführungsform ist jedoch nicht dargestellt.

- Batentansprüche —

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Claims (17)

1. P atentans prüche

   \) Koaxiales Magnetron, gekennzeichnet durch wenigstens einen getrennten Resonator (12, 13,14,15; 23) mit einer Multipaktor-Entladungseinrichtung (16,17;27) zur Modifizierung der Resonanzkennlinie des getrennten Resonators (12,13,14,15;23) und mit einer Einrichtung zur Koppelung des Resonators oder der Resonatoren (12,13,14,15;23) symmetrisch in den Hauptresonanzhohlraum (1) des Magnetrons.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger getrennter Resonator (23) mit einer Multipaktor—Entladungseinrichtung (27) vorgesehen ist.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getrennte Resonator (23) einen Hohlraum aufweist, der einen Teil der äußeren Wand des koaxialen Haupthohlraums an seinem Ende koaxial umgibt und sich über einen Endverschluß (22) erstreckt, wobei mehrere Kopplungssonden (31) vorgesehen sind, die sich durch Öffnungen (32) in den Endverschluß (22) erstrecken, um den getrennten Resonatorhohlraum (23) mit dem koaxialen Haupthohlraum (1) zu koppeln.
4. 4. Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipaktor-Entladungseinrichtung eine ring-

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   förmige Elektrode (27) aufweist, die sich in den getrennten Resonatorhohlraum und rund um die äußere Wand des koaxialen Haupthohlraums (1) erstreckt.
5. 5. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Elektrode (27) isoliert durch mehrere Stangenelektroden (28,29,30) gehaltert ist, die sich durch einen äußeren Wandteil des getrennten Resonatorhohlraums erstrecken, wodurch ein Vorspannung spotential für die ringförmige Elektrode (27) über eine oder mehrere der Stangenelektroden (28,29, 30) angelegt v/erden kann.
6. 6. Magnetron nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Elektrode (27) in mehrere Segmente aufgeteilt ist, die jeweils durch wenigstens eine Stangenelektrode (28,29,30) gehaltert sind, wodurch das Vorspannungspotential unabhängig an jedes der Segmente angelegt werden kann.
7. 7. Magnetron nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Resonatoren (12,13,14,15) von denen jeder eine Multipaktor-Entladungseinrichtung (16,17) zur Modifizierung, der Resonanzkennlinie des Resonators und eine Einrichtung enthält, um jeden der getrennten Resonatoren im wesentlichen symmetrisch in den koaxialen Haupthohlraum des Magnetrons zu koppeln.

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8. 8. Magnetron nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Resonatoren (12,13,14,15) in den koaxialen Resonanzhohlraum (1) durch einen Endverschluß (22) gekoppelt sind,
9. 9. Magnetron nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Resonatoren (12,13,14,15) in den koaxialen Resonanzhohlraum (1) durch Öffnungen in seiner koaxialen Außenwand gekoppelt sind.
10. 10. Magnetron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung nur mit Hilfe der öffnungen erfolgt.
11. 11. Magnetron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung unter Verwendung von einer Kopplungsschleife (20) erfolgt, die durch eine öffnung (21) für jeden getrennten Resonator (12,13,14,15) verläuft.
12. 12. Magnetron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich für jeden getrennten Resonator (12,13,14,15) eine Kopplungsschleife (20) durch eine öffnung (21) in der äußeren koaxialen Wand (2) des koaxialen Resonanzhohlraums erstreckt, wobei die Kopplungsschleiie (2o) den inneren eines Paars von koaxialen Zylindern (16,17) haltert, welche die Multipaktor-Entladungseinrichtung bilden.

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13. 13. Magnetron nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere (16) der beiden Zylinder (16,17) verlängert und an einem Ende verschlossen ist, um einen Resonanzkreis mit einer Länge von 3 j zu bilden,"wobei X die Wellenlänge bei der mittleren Betriebsfrequenz des Magnetrons ist.
14. 14. Magnetron nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (16) mit der äußeren koaxialen Wand des koaxialen Resonanzhohlraums (12) mittels einer Einrichtung verbunden ist, die einen Isolator (18) und eine j Hochfrequenz-Drosselan— Ordnung enthält, wodurch ein Vorspannungspotential an den äußeren Zylinder (16) angelegt werden kann.
15. 15. Magnetron nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß vier bis zwölf getrennte Resonatoren (12,13,14,15) vorgesehen sind.
16. 16. Magnetron nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipaktor-Entladungseinrichtungen in den getrennten Resonatoren (12,13,14,15) während des Betriebs durch Röntgenstrahlen bestrahlt werden können.
17. 17. Magnetron nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstruktur (3) des koaxialen Magnetrons

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    einen ringförmigen Zylinder (4) aufweist, der in seinem Innern mit Platten (5) sowie in abwechselnden
    Hohlräumen (6) zwischen den Platten (5) mit Kopplungsschlitzen (7) versehen ist, die so angeordnet sind,
    daß die v/ährend des Betriebs an den Spitzen der Platten (5) durch Elektronenbeschuß erzeugten Röntgenstrahlen durch einen Kopplungsschlitz (7) zu einer Multipaktor-Entladungseinrichtung in einem getrennten Resonator (12,13,14,15) verlaufen können.

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