DE2928238A1

DE2928238A1 - Hoechstfrequenzgeraet vom magnetrontyp

Info

Publication number: DE2928238A1
Application number: DE19792928238
Authority: DE
Inventors: Jurij Ignatievitsch Dodonov
Original assignee: Dodonov J I
Current assignee: Dodonov J I
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1981-01-29
Also published as: FR2469795B1; GB2052142A; US4288721A; NL7905047A; FR2469795A1; GB2052142B

Description

Jury Ignatievich DODONOV Moskau, UdSSR

Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp

Die Erfindung "betrifft den Bau von Elektrovakuümgeräten für den Höchstfrequenzbereich, und sie bezieht sich insbesondere auf Höchstfrequenzgeräte vom Magnetrontyp.

Die Erfindung kann mit dem besten Erfolg für die Leistungselektronik im Höchstfrequenzbereich (im weiteren ITHP-Leistungselektronik genannt) und insbesondere bei Industrieöfen angewendet werden* Darüber hinaus kann die Erfindung zur Plasmaaufheizung und Durchführung einer thermonuklearen Synthese Anwendung finden, was von besonderer Tragweite im Zusammenhang mit dem Problem der Gewinnung eines neuen energetischen Brennstoffes ist.

Zur Zeit entwickelt sich die UHF-Leistungselektronik in Richtung auf eine maximale Erhöhung der Impuls- und einer

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ORIGINAL INSPECTED

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stetigen oder mittleren Ausgangsleistung sowie der Energie je Impuls. Die Ausgangsleistung der UHF-Geräte und speziell der UHF-Geräte vom Magnetrontyp wird durch die Eigenschaften von Werkstoffen für Kathode, Anode und eines dielektrischen Energieauskoppelfensters, durch deren Vermögen, den elektrischen und thermischen Belastungen standzuhalten und sie abzuführen, sowie durch den elektronischen Wirkungsgrad für die Energieumwandlung begrenzt.

Zur Zeit werden diese Begrenzungen durch folgende Maßnahmen angegangen: Erhöhung des Wirkungsgrades für die Energieumwandlung, Anwendung von Materialien mit erhöhter Emissionsfähigkeit für die Kathoden, von Materialien mit hoher elektrischer und Wärmeleitfähigkeit für Anoden und Kathoden, von Materialien mit hohen maximal zulässigen Wärmebelastungen für die Anoden und mit geringen dielektrischen Verlusten und hoher Durchlaßfähigkeit für die Energieauskoppelfenster für die UHF-Leistung usw.

Da aber die Eigenschaften der Materialien ganz bestimmten physikalischen Begrenzungen, was die Grenzwerte für die Wärme- und die elektrischen Belastungen betrifft, unterliegen, so ist eine weitere Leistungssteigerung für die Erzeugung der UHF-Energie lediglich auf dem Wege einer Erhöhung des Wirkungsgrades und der Dichte der Energieumwandlung sowie auf dem Wege einer Vergrößerung der Arbeitsflächen der Elektroden - Anode und Katode - möglich. Diese Möglichkeit der Leistungssteigerung wird durch eine Formel für eine maximale mittlere (oder stetige) Ausgangsleistung eines UHF-Geräts vom Magnetrontyp veranschaulicht :

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Je

wobei:

P - die maximale mittlere (oder stetige) UHF-Leistung;

q - den Wert der maximal zulässigen spezifischen Belastung der Anode;

S - die Arbeitsfläche der Anode;

und

Tv - den elektronischen Wirkungsgrad für die Umwandlung bezeichnen.

Da der elektronische Wirkungsgrad für die Energieumwandlung in den UHF-Geräten vom Magnetrontyp groß (90 % und mehr) sein kann, so sind beim maximal möglichen elektronischen Wirkungsgrad nur die Anodenfläche (und folglich auch die Katodenfläche) und die maximal zulässige spezifische Belastung der Anode diejenigen Parameter, die zur weiteren Erhöhung der UHF-Ausgangsleistung geändert werden können. Bei Erreichen der maximalen spezifischen Belastungen bleibt nur ein zu variierender Parameter, die Anodenoberfläche.

In den UHF-Geräten vom Magnetrontyp werden die Arbeitsflächen der Elektroden - Katode und Anode - durch Vergrößerung von deren radialen und axialen Abmessungen vergrößert, wenn der Anodenblock von zylindrischer Form ist. Gleichzeitig mit der Vergrößerung der Abmessungen der Arbeitsflächen nimmt auch die Masse zu. Die leistungsschwachen

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UHF-Geräte vom Magnetrontyp sind recht kompakt, und das Verhältnis der Masse M des Geräts zu seiner Leistung P ist niedrig genug (M/P <^ 0,5 bis 1 kg/kW) und genügt verschiedenen Arbeite- und Betriebsvorschriften wie der Forderung nach geringem Metallaufwand, nach Beständigkeit gegen mechanische Einwirkungen beim Herstellungsvorgang und im Betrieb der Geräte, nach geringem Kostenaufwand für die Geräte usw.

Für die leistungsstarken und besonders die höchstleistungsstarken UHF-Geräte vom Magnetrontyp wird das Problem von Masse und Abmessungen erstrangig und legt in einer Reihe von Fällen, wo ganz bestimmte physikalische Begrenzungen, beispielsweise bei einem Material mit einem keine Formbeständigkeit der Konstruktion bei einer großen Masse des Geräts gewährleistenden Flüssigkeitscharakter, vorliegen, maximale Möglichkeiten für den Bau des UHF-Geräts für den erforderlichen Pegel der Ausgangsleistung fest.

Ungeachtet dessen, daß das Verhältnis der Masse zur UHF-

M
-Ausgangsleistung =p bei derartigen Geräten ungefähr das gleiche wie auch bei den leistungsschwachen Geräten und in manchen Fällen sogar etwas niedriger ist, nimmt der Absolutwert der Masse proportional zur Vergrößerung der Arbeitsfläche des Anodenblocks zu.

Hierbei sind gleichzeitig mit der Vergrößerung von Abmessungen und Masse eines UHF-Geräts vom Magnetrontyp für den Pegelanstieg in der Ausgangsleistung Abmessungen und Masse der das Magnetfeld im Gerät aufbauenden Magnete zu vergrößern. All das erschwert die Erreichung von hohen Ausgangsleistungen für die Geräte.

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Das Problem wird bei einer Vergrößerung der Wellenlänge der erzeugten UHF-Schwingungen in vielerlei Hinsicht kompliziert. Einen großen Teil des Volumens der gesamten Konstruktion des Anodenblocks in UHF-Geräten vom Magnetrontyp mit einem Mehrresonator-Verzögerungssystem nehmen die Resonatoren ein, von deren Größe die Wellenlänge der erzeugten Schwingungen abhängt. Hierbei ist es zur Erzielung von Maximalwerten für den Wirkungsgrad 7) des Geräts im ganzen und den Kreiswirkungsgrad O]_n) der Resonatoren im einzelnen notwendig, einen möglichst großen Wert für die Eigengüte Q₀ der Resonatoren zu haben, was aus der nachstehenden Formel ersichtlich wird:

in der

•^ - den Wirkungsgrad eines UHF-Geräts vom Magnetrontyp,

γ - den elektronischen Wirkungsgrad für die Energieumwandlung,

^_n - den Kreiswirkungsgrad für die Resonatoren eines Verzögerungssystems des Geräts,

Q_n - den Gütewert des Verzögerungssystems des Geräts bei Belastung,

Q₀ - die Eigengüte der Resonatoren bei unbelastetem Verzögerungssystem

bezeichnet.

Da die Eigengüte Q₀ der Resonatoren ihrerseits in direkter

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Abhängigkeit vom Volumen des induktiven Teiles der Resonatoren steht, hängen Abmessungen und Masse des UHF-Geräts in vielerlei Hinsicht von der konstruktiven Ausführung des induktiven Teiles der Resonatoren ab.

Es ist hervorzuheben, daß vom Wert der Eigengüte der Resonatoren auch die anderen Kenndaten des UHF-Geräts, nämlich die Betriebsstabilität des Geräts, abhängen.

Es gibt auch ein technologisches und technisch-ökonomisches Problem bei der Herstellung von UHF-Geräten vom Magnetrontyp. Dieses Problem besteht darin, daß es zur Fertigung eines eine UHF-Leistung mit vorgegebener Frequenz erzeugenden Geräts jedesmal erforderlich ist, ein recht kompliziertes Arbeitswerkzeug, beispielsweise einen Stanzstempel, zur Formgebung für die Resonatoren des Verzögerungssystems entsprechend der vorgegebenen Frequenz herzustellen. Es erschwert und verteuert beträchtlich den Herstellungsprozeß für neue Geräte, insbesondere wenn eine erhöhte Arbeitsgenauigkeit des Geräts bei einer streng bestimmten Resonanzfrequenz oder in einem Frequenzband oder eine Überstreichung eines großen Frequenzbandes durch viele beinahe gleiche Geräte (Geräte einer Einheitsbauart) gefordert werden.

Es ist ein Hochstfrequenzgerat vom Magnetrontyp bekannt (US-PS 2 953 715)j das einen Anodenblock mit einem Resonatoren mit z-förmigen Lamellen und Koppelbügel aufweisenden Resonator-Verzögerungssystem bekannt. Die Koppelbügel sind elektrisch mit entsprechenden Lamellen gleicher Polarität bei einem IT-Modus der erzeugten Schwingungen verbunden. Bei diesem bekannten UHF-Gerät gestattet die z-Form der

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Resonatorlamellen es nicht, die Axialmaße des Anodenblocks zur Erhöhung der Ausgangsleistung erheblich zu vergrößern, weil die Abmessungen der Resonatorlamellen nach der Hohe des Anodenblocks die Axialraaße des Anodenblocks selbst in dessen Arbeitsteil überschreiten. Bei der bekannten Konstruktion führt also eine Verringerung der Abmessungen des zylindrischen Anodenblocks im Durchmesser zu einer entsprechenden Vergrößerung seiner Abmessungen in der Höhe ohne Vergrößerung der Anodenfläche und folglich der erzeugten Leistung. Deshalb ergibt sich kein Gewinn für die Verringerung der Abmessungen und der Masse im ganzen. Darüber hinaus ist es bei dem bekannten UHF-Gerät vom Magnetrontyp unmöglich, den Anodenblock und sein Verzögerungssystem insbesondere bei großen Abmessungen des Anodenblocks fest und formbeständig genug auszuführen. Dies hängt damit zusammen, daß die Befestigungsstelle der Basis der Lamelle am Anodenblock in einem verhältnismäßig großen Abstand vom Schwerpunkt der Lamelle liegt und ohne zusätzliche Stützen ein Durchhang der Lamellen gegenüber der einzunehmenden Stellung möglich ist.

Weiter ist ein Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp bekannt (US-PS 2 649 556), das einen in Form eines einen durch die Wände der Lamellen an deren Basis gebildeten induktiven Teil aufweisende Resonatoren mit den Lamellen und Koppelbügel einschließenden mehretagigen zweidimensionalperiodischen Verzögerungssystems ausgeführten Anodenblock enthält. Die Koppelbügel liegen in jeder Etage des Verzögerungssystems und werden durch Fenster in den Lamellen hindurchgeführt. Das Gerät besitzt auch eine in einem Abstand von den Stirnseiten der Lamellen angeordnete Katode.

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Bei diesem UHF-Gerät hat der Anodenblock die Form eines Zylinders, dessen Höhe größer als 1/4· der erzeugten Wellenlänge X ist, während der Abstand zwischen den benachbarten Etagen des Verzogerungssystems, d. h. der Abstand zwischen den benachbarten Doppel-Koppelbügeln, unterhalb von i/6 liegt, was eine Möglichkeit zur Pegelerhöhung für die erzeugte Leistung zuläßt.

Dabei nehmen aber beträchtlich nicht nur die Maße des Geräts, sondern auch seine Masse zu. In erster Linie hängt die Vergrößerung von Abmessungen und Masse des Geräts mit der Notwendigkeit zusammen, in diesem Fall nicht nur die Axialabmessungen für den zylindrischen Anodenblock, sondern auch seinen Durchmesser zu vergrößern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit der Vergrößerung der Axialmaße des Anodenblocks, d. h. seiner Höhe, die Ausdehnung der Resonatoren anwächst, was eine Verminderung des Wertes ihrer Induktivität L infolge der umgekehrt proportionalen Abhängigkeit der Induktivität von der Höhe des Anodenblocks zur Folge hat.

Das Vorhandensein der Koppelbügel, die Vergrößerung ihrer Anzahl und der Gesamtkapazität mit dem Anwachsen der Höhe des Anodenblocks bewirken eine Vergrößerung der Wellenlänge X der erzeugten Schwingungen, hierbei sinkt aber der Wirkungsgrad des Geräts wegen der Verringerung der Eigengüte Q₀ des Verzogerungssystems ab.

Dieser Umstand zwingt zur Vergrößerung der Induktivität der Resonatoren und zur Verminderung der Gesamtkapazität bei konstantem Wert der Wellenlänge des Verzögerungssystems des Anodenblocks durch Vergrößerung des

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Resonatorvolumens im induktiven Teil. Meistenteils ist es möglich, dies im zylindrischen Anodenblock durch eine Vergrößerung der Querabmessungen der Resonatoren zu verwirklichen, was ein Anwachsen des Durchmessers des Anodenblocks im ganzen nach sich zieht. Analog verhält es sich auch bei einer Vergrößerung der Wellenlänge X der erzeugten UHF-Sehwingungen, wenn es dazu notwendig ist, entweder die Anzahl der Koppelbügel und die Höhe des Anodenblocks oder die Eadialmaße der Resonatoren und des Anodenblocks oder beides zugleich zu vergrößern. Die beschriebene Konstruktion für ein UHF-Gerät vom Magnetrontyp erlaubt es also nicht, Masse und Abmessungen des Geräts auch bei einer Vergrößerung der Arbeitsfläche des Anodenblocks zur Vergrößerung der erzeugten UHF-Ausgangsleistung des Geräts und bei einer Vergrößerung der Wellenlänge zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten dieser UHF-Geräte im Langwel— lenbereich des UHF-Bandes zu reduzieren. Darüber hinaus gestattet die beschriebene Konstruktion für ein UHF-Gerät vom Magnetrontyp es nicht, nach der Bestimmung gleiche Geräte in einem weiten UHF-Frequenzband zu vereinheitlichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp zu schaffen, bei dem die konstruktive Ausführung eines mehretagigen zweidimensionalperiodischen Verzögerungssystems es gestattet, Masse und Abmessungen des UHF-Geräts bei einer Vergrößerung der Wellenlänge der erzeugten UHF-Schwingungen zu verringern.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp mit einem Anodenblock, der in Form eines·mehretagigen zweidimensional-periDdisehen

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Verzögerungssystems ausgebildet ist, das einen durch Wände von Lamellen an deren Basis gebildeten konzentrierten induktiven Teil aufweisende Resonatoren mit den Lamellen und in jeder Etage angeordnete und durch Fenster in den Lamellen hindurchgeführte Kopperbügel einschließt, und mit einer in einem Abstand von den Stirnseiten der Lamellen liegenden Katode, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im induktiven Teil der Resonatoren des Verzögerungssystems mindestens ein Kanal unter Erfüllung nachstehender Beziehungen ausgeführt ist:

d₁ > d₂ > d₃ (3)

(5)

in denen

d/, - den Abstand der Stirnseiten der Lamellen von der Außenfläche des Anodenblocks,

dp - den Abstand der Stirnseiten der Lamellen bis zu einer an der Außenfläche des Anodenblocks anliegenden Wand des Kanals,

d, - den Abstand der Stirnseiten der Lamellen von der von den Stirnseiten der Lamellen am weitesten entfernten Wand des induktiven Teils der Resonatoren,

d^ - den Abstand der Stirnseiten der Lamellen von einer gegenüberliegenden Wand des Kanals,

α,- - den Abstand der Stirnseiten der Lamellen von der

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ihnen nächsten Wand eines Fensters in den Lamellen,

h^ - die Höhe des Kanals in der Richtung von einer Etage des Verzögerungs systems zur anderen

und

ho - den Abstand zwischen benachbarten Etagen des Verzögerungssystem s

bezeichnet»

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp sind Masse und Abmessungen des Anodenblocks bei einer Vergrößerung der Wellenlänge der erzeugten UHF-Schwingungen und das Verhältnis der Masse des Geräts zu dessen Ausgangsleistung unter Beibehaltung der Abmessungen der Arbeitsfläche des Anodenblocks

{M/P > 0,5 kg/kW)
verkleinert.

Hierbei ist die Eigengüte des Verzögerungssystems erhöht, was eine Vergrößerung des Wirkungsgrades des Geräts bewirkt und eine wirtschaftliche Herstellung von Anodenblökken einer Reihe von Geräten einer Einheitsbauart in einem weiten Frequenzband, besonders im Langwellenbereich des UHF-Bandes ermöglicht. Die Erleichterung der Konstruktion des UHF-Geräts vom Mägnetrontyp erlaubt es also, die Grenzen der Vergrößerung der Arbeitsfläche des Anodenblocks mit einem mehretagigen zweidimensional-periodischen

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Verzögerungssystem zu erweitern und die Ausgangsleistung für die erzeugten UHF-Schwingungen zu erhöhen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen gemäß der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 ein UHF-Gerät vom Magnetrontyp mit zwischen den Etagen eines Verzögerungssystems ausgeführten ringförmigen Kanälen,

Fig. 2 das UHF-Gerät von Fig. 1 in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein UHF-Gerät vom Magnetrontyp mit in den Etagen des Verzögerungssystems ausgeführten ringförmigen Kanälen,

Fig. 4 das UHF-Gerät von Fig. 3 in einem Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit einer relativen Vergrößerung der Resonanzwellenlänge der UHF-Schwingungen von einer relativen Änderung der Höhe der Kanäle für die Geräte nach Fig. 1 bis 4.

Bas Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp wird am Beispiel eines Magnetrongenerators, im weiteren ein Magnetron genannt, geschildert.

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Das Magnetron enthält einen in Form eines aus einer Reihenschaltung von Resonatoren 2 (Fig. 2) (in der geschilderten Ausführungsform vom Sektortyp) mit Lamellen 3 bestehenden mehretagigen zweidimensional-periodischen Verzögerungssystems vakuumdicht ausgeführten zylindrischen Anodenblock 1 (Fig. 1). Die Resonatoren 2 weisen einen durch Wände 5 der Lamellen 3 an deren Basis gebildeten induktiven Teil 4 auf. Das Verzögerungssystem schließt auch in jeder Etage des Verzögerungssystems liegende und durch Fenster 7 in den Lamellen 3 hindurchgeführte Doppel-Koppelbügel 6 (Fig. 1) ein. Im induktiven Teil 4 der Resonatoren 2 des Verzögerungssystems sind Kanäle 8 (Fig. 1) entsprechend den folgenden Beziehungen ausgeführt:

L₁ > a.

in denen

- den Abstand der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von der Außenfläche des Anodenblocks 1,

- den Abstand der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von einer an der Außenfläche des Anodenblocks Ϊ anliegenden Wand 10 des Kanals 8,

- den Abstand der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von der von den Stirnseiten 9 der Lamellen 3 am weitesten entfernten Wand 11 des induktiven Teils 4 der Resonatoren 2,

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cL - den Abstand der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von einer gegenüberliegenden Wand 12 des Kanals 8,

dj- - den Abstand der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von der ihnen nächsten Wand 13 eines Fensters 7 in den Lamellen 3i

h.* - die Höhe des Kanals 8 in der Richtung von einer Etage des Verzögerungssystems zur anderen

und

h~ - den Abstand zwischen benachbarten Etagen des Verzögerungssystems

bezeichnet.

Bei der dargestellten Ausführungsform eines Magnetrons sind die Kanäle 8 (Fig. 1) zwischen allen Etagen des Verzögerungssystems ausgeführt. Die Kanäle 8 können im Längsschnitt des Magnetrons verschiedene (hier rechteckige) Formen aufweisen und in einer beliebigen erforderlichen Kombination zwischen zwei, mehreren oder sämtlichen Etagen des Verzögerungssystems in Abhängigkeit von konkreten Anforderungen, speziell von der Notwendigkeit einer Vergrößerung oder Verringerung der Wellenlänge der erzeugten UHF-Schwingungen, angeordnet werden.

In einem gewissen Abstand von den Stirnseiten 9 (Fig. 2) der eine Anodenöffnung 14 bildenden Lamellen 3 im Anodenblock 1 liegt gleichachsig zur Öffnung 14 eine Katode I5 mit einem Heizkörper 16. Bei der dargestellten Ausführungsform stellen die Katode I5 mit dem Heizkörper 16 koaxiale Metallrohre dar, die am Anodenblock 1 mittels evakuierter Klemmen 18, 19 zum Anschluß des Geräts an

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elektrische Speisequellen V₁, V_ - für einen Heizstrom des Heizkörpers 16 der Katode 15 bzw. für eine Anodenspannung - aufweisende metallkeramische Isolatoren 17 (Fig. 1) (Katodenfüße) befestigt werden. Hierbei ist der auf einem positiven Potential V_ liegende Körper des Anodenblocks 1 geerdet.

Die Energieauskoppelvorrichtung 20 (Pig. 1) ist bei der dargestellten Ausführungsform des Geräts in Form einer mit Hilfe eines konduktiven Kopplungselementes 22 mit einem der Koppelbügel 6 des mehretagigen zweidimensional-periodischen Verzögerungssystems elektrisch verbundenen Koaxialleitung 21 ausgeführt und weist ein dielektrisches Koppelfenster 23 auf.

In Pig. 3 ist eine Ausführungsform des Magnetrons dargestellt, bei der Kanäle 24 in den Etagen des Verzögerungssystems (hier in jeder Etage) in der Weise ausgeführt sind, daß der Abstand d^ der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von einer gegenüberliegenden Wand 12 des Kanals 24 größer ist als der Abstand dg der Stirnseiten 9 der Lamellen 3 von der der Außenfläche des Anodenblocks 1 nächsten Wand 25 der Fenster 7 in den Lamellen 3· Die Kanäle 24 können bei dieser Ausführungsform des Magnetrons auch in verschiedener Form ausgeführt und im Anodenblock 1 in einer beliebigen erforderlichen Kombination angeordnet werden.

Fig. 4 erläutert die gegenseitige Anordnung der Koppelfenster 6 und der Kanäle 24 in einer der Etagen des Verzögerungssystems und die elektrische Verbindung der Koppelbügel 6 mit den Lamellen 3 gleicher Polarität beim TT-Schwingungsmodus.

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Die obengenannten Kanäle können auch im induktiven Teil der Resonatoren eines flachen, ein offenes mehretagiges zweidimensional-periodisches Verzögerungssystem darstellenden Anodenblocks ausgeführt werden. Diese Ausführungsform des Magnetrons ist aber weniger bevorzugt.

Das Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp arbeitet wie folgt.

Die im Mittelpunkt der Anodenöffnung 14 des evakuierten Anodenblocks 1 befindliche Katode 15 (Fig. 1, 3) wird auf die erforderliche Temperatur mit Hilfe des elektrischen Heizkörpers 16 von einer Wechselstrom- oder Gleichstromheizquelle V erwärmt. Die durch die Katode 15 in einen durch die die Anode bildenden Stirnseiten 9 (Fig. 2, 4) der Lamellen 3 und die Katode 15 gebildeten Wechselwirkungsraum emittierten Elektronen werden durch ein durch die Speisequelle V_ mit konstanter Anodenspannung zwischen

el

der Katode 15 und der Anode des Geräts erzeugtes elektrisches Feld beschleunigt. Die Anodenspannung V₀ von der Speisequelle wird in einer Schaltung mit geerdeter Anode geliefert. Bei Anlegen eines in Fig. 1, 3 durch einen Pfeil angedeuteten, in der Achsrichtung des Anodenblocks gerichteten Magnetfeldes H erregen die Elektronen bei einem bestimmten Wert der Anodenspannung V_& Hochfrequenzschwingungen im Verzögerungssystem des Geräts über Spalte zwischen den Stirnseiten 9 der benachbarten Lamellen 3. Das in diesen Spalten entstehende Hochfrequenzfeld gruppiert die Elektronen zu Bündeln, die sich unter der Wirkung der angelegten Anodenspannung V₀ und des Magnetfeldes H entlang der Anodenoberfläche synchron zur erregten verzögerten Welle der Hochfrequenzschwingungen in deren

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Bremsphase bewegen und die Energie der Speisequelle V an ein höchstfrequentes Elektromagnetfeld abgeben. Auf solche Weise wird die Energie der Speisequelle V_Q für die Anodenspännung in Energie der Hochstfrequenzsehwingungen umgewandelt. Diese wird in den Resonatoren 2 (Fig. 2, 4) des Verzögerungssystems des UHF-Geräts gespeichert. Das mehretagige zweidimensional-periodische Verzögerungssystem des Anodenblocks 1 befindet sich dabei in einem Resonanzzustand bei derjenigen Schwingungsart, deren Frequenz der Bedingung für einen Synchronismus der Bewegung entlang der Anodenoberfläche eines mit einer elektromagnetischen Welle nur dieser Schwingungsart zusammenwirkenden Elektronenstroms entspricht. Das UHF-Gerät vom Magnetrontyp, wie es in der Beschreibung dargestellt ist, arbeitet in Generatorbetrieb (Selbsterregungsbetrieb) und meist im langwelligsten TT-Schwingungsmodus. Das Gerät kann auch in Verstärkerb etrieb mit einem äußeren, die Hochfrequenzschwinguhgen im Verzögerungssystem synchronisierenden Steuersignal arbeiten. Die Resonanzwellenlänge der durch das UHF-Gerät erzeugten Schwingungen wird in einer äquivalenten Darstellung durch ein mehretagiges zweidimensional-periodisches Verzögerungssystem im langwelligsten TT^-Schwingungsmodus im wesentlichen durch eine gesamte Kapazität und Induktivität eines Einheitsresonators 2 (Fig. 2, 4) des Verzögerungssystems, d. h. durch

^= 2 7Τι/Γ70^ (3)

festgelegt, worin:

C und L - eine Ersatzkapazität bzw. -induktivität des entsprechenden Einheitsresonators 2 des

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Verzögerungssystems bedeuten.

Da die Induktivität der Resonatoren 2 des Verzögerungssystems hauptsächlich im induktiven Teil 4 konzentriert ist, speichern die in den Spalten zwischen den Stirnseiten 9 der Lamellen 3 der Resonatoren 2 durch den Elektronenstrom induzierten Hochfrequenzströme beinahe die gesamte Hochfrequenzenergie in diesen konzentrierten induktiven Teilen 4 der Resonatoren 2.

Die Ausführung der ringförmigen Kanäle 8, 24 (Fig. 2, 4) im induktiven Teil 4 der Resonatoren 2 bei dem dargestellten UHF-Gerät vom Magnetrontyp führt dazu, daß ein Teil der Oberfläche der stromführenden Wände außerhalb der Resonatoren 2 zu liegen kommt. Hierbei fließen die Hochfrequenzströme über die restlichen stromführenden Wände der induktiven Teile 4 der Resonatoren 2, und fast die gesamte Hochfrequenzenergie wird im Gebiet der induktiven Teile 4 der Resonatoren 2 mit den restlichen stromführenden Wänden und zum Teil in einem Randgebiet der Hohlräume der Kanäle 8, 24 (in den gestreuten magnetischen Gegeninduktionsflüssen) gespeichert. Die Anordnung der Kanäle 8, 24 (Fig. 1, 3) zwischen den Etagen oder in den Etagen des Verzögerungssystems ist in einer äquivalenten Darstellung analog zur Verringerung der Höhe h des induktiven Teils 4 der Resonatoren 2 und folglich zur Erhöhung ihrer Induktivität L, da L^ "V^n· Hierbei kann die Masse des Anodenblocks 1, falls die Kanäle zwischen den Etagen im induktiven Teil 4 (Fig. 1, 2) der Resonatoren 2 des Verzögerungssystems liegen, noch wirksamer verringert werden. Dabei tritt die Möglichkeit einer Verschiebung der Resonanzwellenlänge der erzeugten Schwingungen nicht nur in den Langwellenbereich

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des UHF-Bandes, sondern auch in Richtung von Kurzwellen in Erscheinung, weil "bei einer Reduzierung der Abmessung d^, auf einen sich an den Wert ä,- maximal annähernden Wert die Kapazität zwischen den Lamellen 3 der Resonatoren 2 abnimmt . ..■.__--.-.■

Die Ausführung der Kanäle 8, 24- im Anodenblock 1 erlaubt es nicht nur,Masse und Abmessungen des Geräts zu reduzieren, sondern gibt auch die Möglichkeit, die Ausgangsleistung des UHF-Geräts zu vergrößern sowie den Langwellenbereich des UHF-Bandes verfügbar zu machen.

Mit einer Verringerung der äquivalenten Höhe h_ des induktiven Teiles 4- (Fig. 2, 4-) der Resonatoren 2 des Verzögerungssystems des Anodenblocks 1 insbesondere bei einem Verhältnis h^/ho der Kanalhöhe hx, zum Abstand ho zwischen benachbarten Etagen des Verzögerungssystems von etwa Eins, steigt die Resonanzwellenlänge ^ steil an, was durch eine in Fig. 5 für die in Fig. 1 bis 4- wiedergegebenen Magnetrons gezeigte graphische Darstellung veranschaulicht wird. Auf der Abszissenachse ist das Verhältnis der Kanal·*· höhe h,| zum Abstand ho zwischen den benachbarten Etagen und auf der Ordinatenachse ein prozentuales Verhältnis der Resonanzwellenlänge \* mit den Kanälen 8, 24- zur Resonanzwellenlänge Jl₀ ohne die Kanäle 8, 24- aufgetragen.

In dem Extremfall, daß hy|/hp = 1 ist, entartet das mehretagige zweidimensional-periodische Resonator-Verzögerungssystem zu einem Nichtresonatorsystem, d. h. zu einem mit den Koppelbügeln periodisch belasteten Mehrleiter.

Darüber hinaus ist zu betonen, daß die Eigengüte Q₀ der

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Resonatoren 2 des Verzögerungssystems zunimmt, was eine Erhöhung des Wirkungsgrades ·τ\ des Geräts und der Stabilität bei der Schwingungserzeugung im wirksamen fT^-Schwingungsmodus zur Folge hat.

Die erzeugte Leistung der Hochfrequenzschwingungen mit der Resonanzwellenlänge wird aus dem Verzögerungssystem des Anodenblocks 1 (Fig. 1, 3) über eine an einen der Koppelbügel 6 des Verzögerungssystems angeschlossene konduktive Auskoppelvorrichtung 22 ausgekoppelt. Im weiteren wird die erzeugte Leistung über die Koaxialleitung 21 und das dielektrische Koppelfenster 23 der Energieauskoppelvorrichtung 20 zu einer in der Zeichnung nicht gezeigten hochfrequenten Nutzlast geleitet.

Die konstruktiven Besonderheiten und Vervollkommnungen des Höchstfrequenzgerätes vom Magnetrontyp ermöglichen den Bau eines neuen mehretagigen zweidimensional-periodischen Verzögerungssystems mit modifizierten Resonatoren, in deren induktivem Teil die Induktivität der Resonatoren ohne eine Vergrößerung von deren Abmessungen und die des Anodenblocks erhöhende Kanäle ausgeführt sind.

Bei dem dargestellten Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp sind also Masse und Abmessungen des Anodenblocks bei einer Vergrößerung der Wellenlänge der erzeugten UHF-Schwingungen verkleinert und das Verhältnis der Masse M des Geräts zur Ausgangsleistung P der erzeugten UHF-Schwingungen (M/P > 0,5) verbessert.

Die Verringerung der Masse und die Erleichterung der Konstruktion des mehretagigen zweidimensional-periodischen

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Verzögerungssystems des UHF-Gerätes vom Magnetrontyp gibt die Möglichkeit, die bestehenden Grenzen für eine Vergrößerung der Arbeitsfläche seines Anodenblocks zur Erhöhung der Ausgangsleistung des Geräts zu erweitern, während die Vergrößerung der Eigengüte der Resonatoren es gestattet,
den Wirkungsgrad derartiger Geräte zu erhöhen.

Darüber hinaus ermöglicht die Einführung der Kanäle in den induktiven Teil der Resonatoren des Verzögerungssystems
des Anodenblocks eine wirtschaftliche und billige Herstellung der Anodenblöcke sowie eine Vereinheitlichung der Konstruktion der Geräte in einem weiten Frequenzband, besonders im Langwellenbereich des UHF-Bandes.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

i.iHochstfrequenzgerat vom Magnetrontyp mit einem Anodenblock, der in Form eines mehretagigen zweidimensionalperiodischen Verzogerungssystems ausgebildet ist, das einen durch Wände von Lamellen an deren Basis gebildeten konzentrierten induktiven Teil aufweisende Resonatoren mit den Lamellen und in jeder Etage angeordnete und durch Fenster in den Lamellen hindurchgeführte Koppelbügel einschließt, und mit einer in einem Abstand von den Stirnseiten der Lamellen liegenden Kathode,

dadurch gekennzeichnet,

daß im induktiven Teil (4) der Resonatoren (2) des Verzogerungssystems mindestens ein Kanal (8) unter Erfüllung nachstehender Beziehungen ausgeführt ist

— 2'

in denen
d,

den Abstand der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von der Außenfläche des Anodenblocks (1),

den Abstand der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von einer an der Außenfläche des Anodenblocks (1) anliegenden Wand (10) des Kanals (8),

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ORIGINAL INSPECTED

cU den Abstand der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von der von den Stirnseiten (9) der Lamellen (3) am weitesten entfernten Wand (11) des induktiven Teils (4) der Resonatoren (2),

d^ den Abstand der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von einer gegenüberliegenden Wand (12) des Kanals (8),

de den Abstand der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von der innen nächsten Wand (13) eines Fensters (7) in den Lamellen (3)»

hy. die Höhe des Kanals (8) in der Sichtung von einer Etage des Verzögerungssystems zur anderen

und

h₂ den Abstand zwischen benachbarten Etagen des Verzögerungssystems

bezeichnen.
2. Höchstfrequenzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (8) zwischen den Etagen des Verzögerungssystems angeordnet ist.

3* Höchst frequenz gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (24) auf der Höhe einer Etage des Verzögerungssystems derart angeordnet ist, daß der Abstand (d^) der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von einer gegenüberliegenden Wand (12) des Kanals (24) größer ist als der Abstand (dg) der Stirnseiten (9) der Lamellen (3) von der der Außenfläche des Anodenblocks (1) nächsten Wand (25) des Fensters (7) in den Lamellen (3).

030066/0308