DE2931099A1

DE2931099A1 - Hoechstfrequenzgeraet vom magnetrontyp

Info

Publication number: DE2931099A1
Application number: DE19792931099
Authority: DE
Inventors: Jurij Ignatevitsch Dodonov
Original assignee: Dodonov J I
Current assignee: Dodonov J I
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1981-02-05
Also published as: FR2463502A1; NL7906002A; FR2463502B1; GB2056163A; GB2056163B; US4274032A; DE2931099C2

Description

1. Juri j I ππμ b evil· nc h Dqdoiioy
lio nli; u iA·' d^joli

2. Vnlc.'iOij.a l'Odoroviia Obidina

I'ioi/.kovükaja oblanfc, posclok Mosrentgen/UdSSR

P 79

31. JuIi 1979 L/IIW

HÖCHSTFKEQUEHZGEKÄT VOM MAGHETROITOTP

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Hochstfrequenz - Jülektrovakuumgerätebaues und bezieht sieb.

insbesondere auf ein Höchst frequenzgerät vom Hagnetrontyp.

besonders Die vorliegende Erfindung kann erfolgreich. in

der Funkmessung, der Industrieelektronik, in UHF-Öfen und speziell zur Plasmaaufheizung und Durchführung einer thermonuklearen Synthese verwendet werden, was von besonderer Tragweite im Zusammenhang mit dem Problem der Ei Schließung neuer i£nerp;iequelleri ist»

Zur Zeit entwickelt sich die industrielle UHF-Leistungselektronik in dichtung einer maximalen Steigerung der stetigen Ausgangsleistung der Generierung von UHF-Schwingungen in einem Gerät. Die elektronischen UHF-Geräte wandeln die Energie von Gleichstromquellen in die Energie ν on Böchstfrequenzschwingungen mit Hilfe Ton durch die Katode ausge-

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strahlten Elektronenbünde In und einen elektrodynamischen Anodensystem um. In den Geräten vom Magnetrontyp werden diese Systeme des öfteren in Form einer Reihenschaltung yon elektrisch gekoppelten, ein meist einfach einen Anodenblock genanntes Verzögerungssystem des Anodenblocks zylindrischer Form bildenden Resonatoren ausgeführt. Die Ausgangsleistung der UHF-Geräte, insbesondere der UHF-Geräte vom Magnetrontyp, wird durch die Eigenschaften der werkst or fe der üatode, Anode und des dielektrischen ünergieaus Doppelfensters, deren Vermögen, den e le tan rise hen und Wärmebelastungen standzuhalten und sie zu zerstreuen, sowie durch den elektronischen Wirkungsgrd der energieumwandlung begrenzt.

Gegenwärtig wtrd diese Begrenzungen durch eine Gesamt-

zu/ cversucht
he it von Maßnahmen (überwinden^: Erhöhung des Wirkungsgrades der Energieumwandlung, Anwendung spezieller Werkstoffe mit erhöhten Emissionseigenschaften für die Katoden, von Werkstoffen mit einer hohen elektrischen und Wärmeleitfähigkeit für die Anoden und Katoden, von Werkstoffen mit hohen maximal zulässigen Wärmebelastungen für die Anoden und mit geringen dielektrischen Verlusten und einer hohen Durchlaßfähigkeit im Hinblick auf die UHF-Leistung für die Energieauskoppelfenster usw. Zu derartigen Maßnahmen zur Gewährleistung einer Erhöhung der stetigen (und mittleren) UHF-Ausgangeleistung in einem Gerät zählt auch eine Verbesserung der Konstruktion, die es gestattet, die wirksamsten Kühl—

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prinzipien für die wämiebelaateten Mekt rodenflächen auszunutzen, beispielsweise die Schaffung von Kühleysttmen mit einer turbulenten Strömung flüssiger Kühlmittel, die Ausnutzung von Systemen zur Verdampfungskühlung und die Ausnutzung von Systemen mit Kühlrohren.

In einem UHF-Gerät vom Magnetrontyp wird der Anodenblock durch mehrere verschiedene Wärmequellen erhitzt: durch Strahlung von der Oberfläche der Glühkatode, durch Elektronenbeschuß der Oberfläche der Lamellen des Anodenblocks und durch Fließen von Hochfrequenzströmen über die Oberfläche der Resonatoren.

Eine Überhitzung des Anodenblocks führt zu einer Verformung der Lamellen und Koppelbügel des Verzögerungssysteras und folglich zu einer Änderung der generierten Reaonanzwellenlänge des Geräts, zu einer Erhöhung von Wirkverlusten in den Resonatoren und also zu einer Senkung des Wirkungsgrades des Geräts im ganzen, da die Eigengüte Q des Schwingkreises

Die V.ärmeübertragung der wärme belasteten Teile des

- nach
Geräts erfolgt Λ drei elementaren Arten ι: Wärmeleitung

(Konduktion), Konvektion (Durchmischung) und Strahlung. Die quantitativen Vorgänge der Wärmeübertragung werden durch eine Gleichung der Fora:

Q a c S δ Τ oder (I)

q s c Δ Τ beschrieben, worin

Q V/ännefluß (Streuleistui«); Oberflächendichte des Wärmeflussesj

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S Kühlfläche;

Δ TnTj-T- Temperaturgefälle;

Tj Oberflächentemperatur (Temperatur eines erwärm-

ten Körperbereiches);

T- Umgebungstemperatur und

G die Intensität eines Wärmeaustausches kennzeichnender Proportionalitätsfaktor

bezeichnet.

Zur Zeit ist als Kühlungeart der wärmebelasteten Teile des Anodenblocks eines UHF-Geräts vom Magnetrontyp eine erzwungene konvektive Wärmeübertragung mit Hilfe flüssiger, meist wäßriger Kühlmittel, am häufigsten anzutreffen. Zur Vergrößerung der 7/ärmeübertragungszahl bei Konvektion wird das Kühlsystem der Geräte derart aufgebaut, daß wirkonmste Verhältnisse für eine Wärmeübertragung geschaffen werden, die bei einer turbulenten. Strömung der Flüssigkeit und in Zweiphasenmedien (bei ßied^nri und Kondensation) auftreten. Die größten Schwierigkeiten sind in der Ixegel mit der Entwicklung von Kühlsysteme für die wärmebelasteten Teile des UHF-Geräts mit einer Oberflächendichte

der Streuleiatung über 500 W/cm verbunden, wo die wärmebelasteten Llemente des Anodenblocks des UilF-Geräts vom Magnetrontyp, wie '*~r vor allem die Lamellen sind, zu schmelzen beginnen. Zur Sicherung einer wirksamen Wärmeableitung in

höchstleistungüfähigen UHF-Geräten vom Magnetrontyp muß man bei einer erzwungenen Flüssigkeitskühlung über ein weit verzweigtes und im Laufe einer längeren Zeit zuverlässig

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funktionierendes System von Zufuhr- und Abführungskanälen für Kühlflüssigkeit verfügen, die Durchflußmengen nn Kühlflüssigkeit von mehreren hundert Liter in ^dor Minute und Druckgefälle bis zu einigen zehn Megapascal (einige zehn Atmosphären) zur Sicherung einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssig teit von 5 bis 5 m/s und mehr gewährleisten. Da abt.r die Konfiguration der wirksamen Kühlfläche des Anodenblocks der UHF-Geräte vom Magnetrontyp sehr kompliziert und für Magnetrongeneratoren beispielsweise in Form einer Periodenstruktur von gegeneinander gerichteten Stiften oder einer Lamellenstruktur von Kesonatoren mit diese Lamellen in einer bestimmten Keihenfolge elektrisch verbindenden Koppelbügeln ausgeführt ist, gibt es wesentliche konstruktive und technologische Begrenzungen in der Schaffung eines wirksamen Kühlsystems für diese Geräte.

Als das Schwierigste erweist es sich hierbei, ein System von Kühlkanälen auszuführen, die einen geringen hydrodynamischen Widerstand haben, weil der größte in der Struktur des Anodenblocks dieser Geräte realisierbaie Durchmesser der Kühlkanäle meist 4- bis 6 mm bei einer den Kanaldurchmesser um mehrere hundert Mal überschreitenden Läntje der Kühlflache, beispielsweise der Lamellen, unterschreitet. Dies trifft insbesondere auf die leistungsstarken UHF-Geräte vom Magnetrontyp zu, deren Anodenblock in Form eines mehretagigen zweidimensional-periodißchen Verzögerungssystems mit einer mit der Wellenlänge der generierten Schwingungen kommeiumrablen Höhe (O,> bis 1,5 und mehr Wellenlangen) in Achsrichtung

des Anodenblocks ausgeführt ist·

Das Problem del Abkühlung der UHF-Geräte vom Magnetrontyp wird auch dadurch erschwert, daß die abzukühlenden Abschnitte der Oberfläche des Anodenblocke am häufigsten unter den .bedingungen eines intensiven Elektronenbeschusses und bei einem hohen Anoden- und Hochfrequenzpotential arbeiten. In diesem Fall sind elektrische Durchschläge auf die Arbeitsflächen der Elektroden (Lamellen, Koppelbügel u.a.) möglich, bei denen eine zusätzliche lokale Impulserhitzung einzelner Abschnitte des Kühlsystems erfolgt, die eine statische um einige zehn und hundert UaIe übersteigt. Besonders gefährlich sind hierbei Vorgänge, die mit einer sekundären Elektroentladung zwischen Oberflächen (,zwischen den i\bbonat or lame Ixen, zwischen den ixesonatoriamellen und - koppe 1-büöeln usw.)d.h. im Verzögerungssystem des Geräts selbst, zusammenhangen, die auf einem hohen Hochfrequenzpotential liegen.

Es ist ein Hochstfrequenzgerät vom Magnetrontyp bekannt, das einen Anodenblock mit einer peripheren Luft- oder Flüssigkeitskühlung und mit einer eine Vierte/lwellenlänge überschreitenden Länge ( > % /4) enthält, der in Form eines mehretagigen Verzögerungssysteins mit in Bezug aufeinander cuufi dessen Höhe in einem eine Sechstellwellenlänge der generierten Schwingungen unterschreitenden Abstand angeordneten Koppelbügeln (s. beispielsweise Us-.ps. . 264-9556

. US-IB 5045147 ausgeführt ist.

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In der genannten Konstruktion des UHF-Geräts vom Magnetrontyp ist es unmöglich., die Arbeitsflächen des Anodenblocks, nämlich die am meisten wärmebelasteten, in der Katodennähe liegenden Abschnitte der Lamellen wirksam abzukühlen. Die Glühkatode und die die Stirnseiten der Lamellen beschießenden Elektronen streuen auf deren Oberfläche eine recht große Leistung, deshalb kann sich die Abkühlung nur auf dem Umfang des Anodenblocks als unzureichend, besondere in einem ununterbrochenen Betrieb der Generierung einer UIiF-

-Leistung, erweisen, Ls ist also unmöglich» eine große mittlere und stetige UHK-Leistung im genannten Gerät zu erhalten. Es ist auch ein Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp

bekannt, das einen Anodenblock mit in Bezug aufeinander längs seiner Achse angeordneten und elektrisch mit entsprechenden, eine gleiche Polarität in einem #~-Schwingungsmodus der generierten Schwingungen aufweisenden Lamellen von Resonatoren dieses Anodenblocks gekoppelten Koppelbügeln und mit im Anodenblock ausgeführten Kühlkanülen für die Lamellen der Resonatoren und für die Koppelbügel, die mit mindestens einer Verteilung skammer für Kühlflüssigkeit und mit mindestens einer Sduiaelkaniraer für Kühlflüssigkeit verbunden sind, die mit dem Anodenblock starr und miteinander hydraulisch verbunden aind (s. beispielsweise Journal of Micxowave Power, 10(2),1975,CB. Bighorn and M.Viant "High Power Industrial Magnetron", p.p.233~^v>244), enthält.

In -Me-Oi: UHF-Gerät vom Magnetrontyp wird die Abkühlung der am meisten wärmebelasteten Abschnitte der Arbeits-

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fläche des Anodenblocks, nämlich der Resonatorlamellen, durch Ausführung von Kühlkanälen in Form von an den Stirnseiten der Lamellen angeordneten Kohren verwiriicht, Diese Rohre (Kanäle) werden in der gesamten Länge der Arbeitsfläche der Lamellen parallel zur Achse des Anodenblocks angeordnet.

Da der Durchmesser (Querschnittsfläche) der Kanäle durch die Wanddicke der Lamellen in den UHF-Geräten vom Magnetrontyp begrenzt ist, vergrößert sich mit steigender Höhe des Anodenblocks zur Leistungssteigerung des Geräts die Ausdehnung der Lamellen und folglich der Kühlkanäle, und der hydrodynamische Widerstand dieser Kanäle nimmt zu. Das letztere zwingt zur Erhöhung eines Überdrucks am Eingang des Kühlsystems (am Eingang der Verteilungskammer für Kühlflüssigkeit). - Dn'ier knnn bei niedrigem.

Überdruck im genannten UHF-Gerät vom Magnetrontyp die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit für Kühlflüssig-

nicht werden keit zur Beseitigung der Wärmebelastungen^gewährleiatet, und

d-js Gerät i»t nicht loirtunnöXahif¹;. :

.-Kiniv Erhöhung des Überdrucks (über eine Berechnuntjünorm)

ist durch dio die Kühlflüssigkeit umwälzende Zirkulations-

■K"c!ichkvit der pumpe begrenzt. Darüber hinaus ist-die")Schaffung eines für Hochdruck ausgelegten Kühlsystems^im genannten Gerat durch

-!,ίο : . (if ;r

•Fentigkeitswerte des Werkstoffes rür di5 Rohre ( in \lvegel

Kupfer) beschränkt. Der durch die Rohre in den »usroführten Konstruktionen derartiger Geräte auszuhaltende Maximaldruck Hc-Tt imt:μr 10 bis 20 at«

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iWSBECTH)

Da außerdem die Rohre (oder Kühlkanäle) im bekannten Gerät an einem durch die Katode und die Stirnseiten der Lamellen begrenzten Wechselwirkungsraum unmittelbar anliegen, sind Fälle eines Durchschmelzens der liohrwünde nicht aufgeschlossen, weil sie durch nichts abgeschirmt und einem Elektronenbeschuß und durchschlag in der Katoden- -Anodenstrecke ausgesetzt sind, und das Gerät wird zer-

c der r>t"rt. Dasselbe liegt vor, wenn "^ Kanal ^nur eines der Bohre des Geräts verstopft ist, d.h. es sind "Überlebensfähig ttcit", Zuverlässigkeit und Lebensdauer solch eines Geräts, besonders unter ungünstigen Betriebsverhältnissen, beispielsweise bei der Zuführung eines ungereinigten Kühlmittels sowie im Dauerbetrieb, unzureichend.

Schließlich ist es im genannten UHF-Gerät vom Magnetrontyp, insbesondere für einen Kurzwellenfrequenzbereich, konstruktiv unmöglich! die fcohre an den Stirnseiten der Lamellen zu befestigen, da die letzteren geringe ^uerschnittsabmessunüen aufweisen, nämlich dünner als der zulässige Duichmesstr der Eohre sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

ein Höchstfrequenzgerät vom Magnetrentyp anzunobtm, J_1n dem die Schaffung eines mit autonomen parallelen Kühlkanälen aufgeführten, weit verzweigten Kühlsystems für die Lamellen der Kesonatoren und die Ko^pelbügel des Anodenblocks eine Verringerung -ias hydrodynamischen Widerstandes der Kühlkanäle und eine Vergrößerung der .'.irksamkeit und der Zuverlässigkeit der Arbeit des Kühlsysttms im G uizen gewährleistet.

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ORIGINAL INSPECTED

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Hbchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp, das einen Anodenblock mit in Bezug aufeinander länge seiner Achse angeordneten und elektrisch mit entsprechenden, eine gleiche Polarität in eine in jf-Schwingungsmodus der generierten Schwingungen aufweisenden Lane Ilen von Kesonatoren dieaes Anoden-Blocks gekoppelten Koppelbügeln und mit im Anodenblock ausgeführten Kühlkanälen für die Lamellen der Resonatoren und für die Koppelbügel, die mit mindestens einer Verteilungskammer für Kühlflüssigkeit und mit mindestens einer Samiaelkamiuer für Kühlflüssigkeit verbunden sind, die mit dem Anodenblock starr und miteinander hydraulisch verbunden sind, enthält, gemäß der Erfindung die Koppelbügel in Form von Hingrohren und mindestens vier mit den entsprechenden Eingrohren verbundene^Lamellen ^e mit Badialkanälen nach der Anzahl der mit dieser Lamelle verbundenen ld.ngroh.re ausgeführt sind, die je mit einem entsprechenden Ringrohr verbunden sind und samt diesen Itingrohren als Kühlkanäle der entsprechenden Lamellen und Koppelbügel dienen, wobei der eine mit dem entsprechenden hingrohr verbundene .Radialkanal auch mit der Verteilungskamraer für eine Kuhlflüssigkeit und der andere Badialkanai mit der Sammelkammer für eine Kühlflüst igkeit verbunden sind, während die Verteilungsund die Saaimelkammer für Kühlflüssigkeit in Achsrichtung des Anodenblocks angeordnet sind und die Länge jeder dieser Kammern in Achsrichtung mindestens gleich dem Abstand zwischen zwei äußeren, mit der entsprechenden Kammer

verbundenen Eadialkanälen ist.

Es ist zweckmäßig, daß im Höchstfrequenzgerät entweder eine Vexteilungskammor oder eine Sammelkammor für Kühlflüssigkeit gleichachsig zum Anodenblock liegt und diesen Anodenblock und die andere Kammer umschließt.

in dioL-vr, Höchstfreqienzgerät vom Magnetrontyp sind der hydrodynamische Widerstand des verzweigten Systems der Kühlkanäle für die Lamellen der Resonatoren und die Koppelbügel des Anodenblocks verringert und die Wirksamkeit sowie die Zuverlässigkeit des Kühlsystems des Anodenblocks erhöht.

durch

Hier. -■ wird eine beträchtliche Erhöhung der U [IF-Aus gangs leistung im ununterbrochenen Betrieb des Geräts und dor mittloren Ausgangsleistung im Impulsbetrieb des Geräts gewährleistet.

Das gewählte Verzweigungsschema des Kanalsystems zur Verwirklichung einer erzwungenen Flüssigkeitskühlung der Lamellen der Resonatoren und der Koi^ptslbügel des Anodenblocks gestattet es, die wärmebelastete überfläche des Anodenblocks zur Wärmeableitung durch eine Kühlflüssigkeit maximal auszunutzen und den wirksamsten turbulenten Betrieb eines Konvektionswärmeüberganges bei geringem Drucugefälle am Ein- und Ausgang des Kühlsystems des Geräts zu ermöglichen.

.Lie Parallelschaltung der Kanäle in den Koppelbügeln zur Abkühlung der Kesonatorlamellen und der Koppelbügel selbst gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb des Höchstfrequenzgeräts vom Magnetrontyp unter härtesten extrema-

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ORIGINAL INSPECTED

len Betriebsverhältnissen (Leistungsübeilast_t Durchschläge im Gerät, vorübergehender Ausfall eines der Kühlkanäle bei ungenügend reinem Kühlmittel)·

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von

. auf die Aus führung s )"i i :i[^io 1 on eilt, iu>/,ur V Zeichnungen näher

erläutert werden. Es zeigt:

Fig.l ein Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp mit einem System von Kühlkanälen für Lamellen von Resonatoren und für Koppelbügel des Anodenblocts mit

schema

Anschluß^; für eine Gleichstrom- und eine Wechselstromquelle und mit Prinzipschaltbild für ein System einer erzwungenen Flüssigkeitskühlung des Geräts (teilweise im Längsschnitt durch den Anodenblock), geniäu der li-rfindung;

Fig. 2 einen II-II)Schnitt ia Fig. 1-

Fig. 5 ein Höchstfrequenzgerät mit

einer den Anodenblock und eine Verteilungskammer für Kühlflüssigkeit umschließenden Sammelkammer für Kühlflüssigkeit (im Querschnitt).

Das Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp wird am Beispiel eines im folgenden Magnetron genannten Magnetrongenerators beschrieben. Das Magnetron enthält einen evakuierten zylindrischen Anodenblock 1 (Fig. 1), der in form eines JKe..onatoren ζ vom be κ tortyp mit .uameilen $ einschließenden mehretagigen nesonator-Verzögerungssystems ausgeführt ist.

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Die Lamellen 3 weisenP^—^a?^eder Höhe des Anodenblocks 1 Fenster 4· auf, durch die je ein Paar 5 von Koppelbügeln 6, 7 hindurchgeht. Die Koppelbügel 6 jedes Paares 5 sind elektrisch mit entsprechenden, gleiche Polarität in einem „T-Schwingungsraodus der generierten Schwingungen aufweisenden Lamellen 3 der Resonatoren 2 des Anodenblocks 1 und die Koppelbügel 7 jedes Paares 5 mit entsprechenden, entgegengesetzte, doch ebenfalls gleiche Polarität im JT-Schwingungsmodus der generierten Schwingungen aufweisenden Lamellen 3 der Resonatoren 2 des Anodenblocks 1 verbunden. (In der Zeichnung ist im Schnitt nur eine Verbindung der Koppelbügel 7 zu sehen). Sämtliche Koppelbügel 6 und 7 sind in Form von Ringrohren, in der beschriebenen Auaführungsform mit einem rechteckförmigen Querschnitt, ausgeführt. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen des Magnetrons möglich, in denen die Rohre eine durch die Anforderungen an elektrisches und Temperaturverhalten bedingte kreisrunde oder irgendeine andere Form aufweisen. Die Koppelbügel 6, 7 Ringrohre - haben einen guten Wärmekontakt mit den Lamellen 3 an deren Verbindungsstellen, beispielsweise mit Hilfe von Lötmetallen.

Mindestens vier der Lamellen, die mit den ent· sprechenden Ringrohren verbunden sind, sind je mit Radialkanälen nach der Anzahl der mit dieser Lamelle verbundenen kingrohre ausgeführt, wobei die Radialkanäle je mit einem entsprechenden Ringrohr verbunden sind. In der beschriebenen Aus führung sform sind die Radialkanäle 8 (Fig. 2) in vier Lamellen 3 ausgeführt, von denen ein Paai zum ande-

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ren Paar diametral entgegengesetzt ist. Die Anzanl der Radialkanäle 8 in jeder Lamelle 3 ist gleich der Anzahl der einen elektrischen und thermischen Kontakt zur entsprechenden Lamelle 3 aufweisenden Ringrohre.Hierbei oind in jedem Rinnrohr in den Stirnwänden des grooocren Durohuioüoera zwei diametral entgegengesetzte Bohrungen ^ aufgeführt, mit

deren Hilfe zwei Radialkanäle ö mit dem Hohlraum des Kingrohres verbunden sind.

Die Radialkanäle β bilden samt den Hohlräumen der entsprechenden Ringrohre Kühlkanäle der entsprechenden Lamellen 3 und der Koppelbügel 6, 7 (Fig. I).

Die in den Lamellen 3 des einen Paares ausgeführten Radialkanäle 8 sind mit mindestens einer Verteilungskammer für Kühlflüssigkeit, in der gezeigten Ausführungsforin mit einer Verteilungskammer IO für Kühlflüssigkeit, verbunden. Die in den Lamellen 3 des diametral entgegengesetzten Paares ausgeführten Radialkanäle 8 sind mit mindestens einer Sammelkammer für Kühlflüssigkeit, in der geschilderten Ausführungsform mit einer Sammelkammer 11 für Kühlflüssigkeit, verbunden. .

Lie Kammern 10 und 11 sind in Form von Rohren 12 bzw. 13 ausgeführt. Die Rohre 12 der Kammer 10 sind starr und hermetisch mit dem Anodenblock 1 gekoppelt und miteinander über einen h.anal 14 (Fig. 2) verbunden. Die Rohre 13 der Kammer 11 sind auch starr und hermetisch mit dem Anodenblock 1 gekoppelt und miteinander über einen Kanal 15 verbunden. Darüber hinaus sind die Rohre 12, 13 längs der Achse des AnodenblocKs 1 angeordnet, und die Länge der durch diese Rohre 12, 13 gebil-

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deten Kammern 10, 11 in Achsrichtung des Anodenblocks 1 (Jj'ig. I) ist gleichjmlndestena .dem . Abstand zwischen zwei mit der entsprechenden Kammer 10, 11 verbundenen äußeren hndialkanälen ti.

Zwecks weiterer Verringerung des hydrodynamischen Widerstandes der Kühlkanäle kann die Anzahl der mit dem entsprechenden Jtiingrohr verbundenen fcadialkanäle vergrößert werden, d.h. die Radialkanäle können ^n sechs, acht usw. Lamellen ausgeführt wurden (zweckmäßig iat eine gerade Zahl). Hierbei können die zusätzlichen Kadialkanäle sowohl mit einer Vorteilungskammer für Kühlflüssigkeit, als auch mit einer Lammelkammer verbunden werden.

uxe Verteilungs- und die Sammelkammer IU bzw. 11 für kühlflüssigkeit sind entsprechend hydraulisch miteinander verbunden. In Fig. 1 ist eine der möglichen Ausführungsfoimen einer hydraulischen Verbindung mittels eines äußeren hydrodynamischen Systems einer Zwangkühlung des Anodenblocks 1 daigestellt, das eine Kühlflüssigkeit (beispielsweise Wasser, Frostschutzmittel, Athylenglykol u.a.) mit Hilfe einer Z irkulat ions pumpe 16 umwälzt. Das hydxodyiiamische System enthalt außer der Pumpe 16 einen mit der Pumpe 16 über ein Ventil 18 verbundenen Behälter V? mit Kühlmittel. Die Ziikulaticnspumpe 16 ist über ein Ventil 19 mit einem Filter 20 verbunden, dos seinerseits aber ein Ventil 21 und eine hermetisch abgedichtete Teilfuge 22 mit einem mit de-r Vertellungskammer 10 für Kühlflüssigkeit verbundenen iiintrittsstutzen 23 des Magnetrons verbunden ist. Mn mit

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der Sammelkammer 11 für eine Kühlflüssigkeit verbundener Austrittsstutzen 24- des Magnetrons iüt über eine hermetisch abgedichtete Teilfuge 25 und einen Wärmeaustauscher 26 mit dem Behälter 1? verbunden.

Dank niedrigem hydrodynamischen Widerstand der Kühlkanäle des Magnetrons ist eine weitere Ausführungsform des hydrodynamischen Systems mit einer Zwangkühlung möglich,tä-Herder Eintrittsstutzen unmittelbar an ein Wasserleitungsnetz angeschlossen ist und der Abfluß über den Austrittsstutzen frei erfolgt.

Zur Sicherung einer noch wirksameren Kühlung des Anodenblocks 1 - sowohl seiner inneren wärmebelasteten Elemente, nämlich der Lamellen 3 und der Koppelbügel 6, 7» als auch des peripheren Teiles - ist es zweckmäßig, entweder eine Verteilungskammer 10 oder eine Sammelkammer 11 für eine Kühlflüssigkeit gleichachsig zum Anodenblock 11 anzuordnen und derart auszuführen, daß diese Kammer den Anodenblock 1 und die andere Kammer umschließt. In der in Fig. J dargestellten Ausführungsform ist die Verteilunüskammer 10 für Kühlflüssigkeit analog zu der in Fig. 1 dargestellten und die öammelkämmer 11 für Kühlflüssigkeit in Form eines hermetisch abgeschlossenen Zylindergehäuses ausgeführt.

Das Kesonator-Verzögtrungssystem des Anodenblocks 1 (Fig. 1) bildet mittels der Lamellen 3 der Itesonatoren 2 eine Anodenöffnung 27. Gleichachsig zur Anodenöffnung 27 liegt in ihrem Innern eine Katode 2 8 mit einem Heizkörper 29,

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die zwei aus Hochtemperaturwerkstoffen hergestellte metallische Koaxialrohre darstellen, wobei der Werkstoff der Katode 2ö Emissionseigenschaften besitzt. Die Katode 28 mit dem Heizkörper 29 werden am Anodenblock 1 gleichachsig zur Anodenöffnung 27 mittels metallkeramischer Vakuumisolatoren 30, Jl (Katodenfuß) befestigt, die Klemmen 32, 33 zum Anschluß an eine elektrische Heizstromquelle für den Heizkörper 29 und an eine elektrische Anodenspannungsquelle U_ bzw. U₀ enthalten. Hierbei ist der auf einem Pluspotential ü\ liegende Anodenblock 1 geerdet und die Katode 2Ö an die Minuüklemme der Speisequelle U gelegt.

el

Das UHF-Jsnergieausko^pelelement 34 (Fig. 2) mit einem dielektri; chen Koppelfenster 35 ist elektrisch mit den Resonatoren 2 des Anodenblocks 1 nach den. bekannten Verfahren, d.h. entweder über eine Kopplungsschleife oder mittels eines konduktiven Koppelelementes, oder eines Kopplungsschlitzes (in Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt verbunden.

Das Hochstfrequenzgerät vom Magnetrontyp arbeitet wie folgt.

Die in der Mitte der Anodenöffnung 2? des evakuierten Anodenblocks 1 befindliche Katode 28 (Fig. I) wird auf die erforderliche Temperatur mit Hilfe des an die Heizetromquelle U_n für den Heizkörper 29 angeschlossenen elektrischen Heizkörpers 29 erhitzt. Die durch die Katode 2Ö emittierten Elektronen werden durch ein mit Hilfe der Anodenspannuncsquelle U_a zwischen der (durch die Stirnflächen der Lamellen 3 der Kesonatoren 2 gebildeten) Anode und der Katode 28 erzeugtes

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elektrisches Feld beschleunigt.

Bei Anlegen eines in Achsrichtung des Anodenblocks 1 verlaufenden Magnetfeldes H (in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeutet) erregen die Elektronen bei ihrer Bewegung zur Anode Hochfrequenzschwingungen in den Resonatoren 2 des Verzögex'ungDsysteina der Anode 1 über die üpalte zwischen den Stirnflächen der Lamellen J. Das in diesen Spalten entstehende elektrische Hochfrequenzfeld gruppiert die Elektronen zu Bündeln. Die letzteren bewegen sich unter der Wirkung der angelegten Anodenspannung und dea Magnetfeldes H entlang der Anodenfläche synchron zur erregten verzogeiten elektromagnetischen Welle in deren Bremsphase und geben ihre von der Speiaequelle U gewonnene Energie an das elektromag-

el

netische UHF-Feld ab. Die elektromagnetische Energie wird in den Resonatoren 2 des Verzögerungssystems des Anodenblocks I gespeichert. Das Verzögerungssystem befindet sich hierbei im kesonanzzustand bei der Schwingungsart, deren Frequenz der Bedingung des Synchronismus der Bewegung eines Elektronenstroms bei der Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Welle dieser Art genügt.

Das ULIF-Gerät vom Magnetrontyp, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet in ununterbrochenen Generator- oder in Impulsbetrieb auf der Frequenz einer Jl -Schwin« fungsart mit der größten Wellenlänge. Das Gerät kann auch in einem Verstarkerbetrieb von einem äußeren Synchronisationssignal arbeiten.

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Die Elektronen setzen sich, indem sie sich zur Anode hin bewegen und ihre UHF-Energie an das elektromagnetische Feld abgeben, auf der durch die Stirnflächen der Lamellen gebildeten Anode ab. Da aber die sich auf der Lamelle 5 absetzenden Elektronen die kinetische Energie noch nacht ganz eingebüßt haben, geht bei einem Zusammenstoß der Elektronen mit den Laraellen $ diese Energie in Wärmeenergie über. In erster Linie werden die Stirnflächen der Lamellen 3 erhitzt, und im weiteren wird der Wärmefluß über die ganze Länge der Lamellen 3 zum Anodenblock 1 übertragen. Darüber hinaus erwärmen die in den Resonatoren 2 induzierten Hochfrequenzströme die stromleitenden Wände dieser Resonatoren 2 wegen ohmacher Verluste in der Skinschicht der Wände.

Der Erwärmung unterliegen auch die Koppelbügel 6,7» die sich im elektromagnetischen UHF-Feld der Resonatoren 2 befinden, deren Lamellen 2 sie elektrisch verDinden.

Die auf eine hoae Temperatur exwärmte Katode 28 erhitzt auch die daran anliegenden Flächen des Anodenblocks 1.

Es gibt bei der Arbeit des Geräts auch lokale Wärmeüberlastungen bei einem elektrischen Durchschlag zwischen der

h
Anode und der Katode 28, wo die gesamte zugeführte Energie der ^peisequelle U auf einem kleinen Flächenabschnitt dieser

SL

Eic-.troden in Wärme umgesetzt werden kann. Es liegen auch Hochfrequenzdurchschläge und eine Sekundärelektronenentlaß zwischen den Koppelbügeln 6, 7 und den Lamellen 3 vor.

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Die gesamte sich, auf den Arbeitsflächen der Anode (auf den Lamellen 3 t in den Koppelbügeln 6,7t den stroa-Io it enden Wänden der Resonatoren 2 usw.) entwickelnde Wärme wird mit Hilfe der ' Kühlflüssigkeit abceführt, die im Kühlsystem des Anodenblocks I mit Hilfe der Zirkulationspumpe (oder in einem anderen Verfahren, beispielsweise von einem Wasserleitungsnetz) umläuft. Die dem Eintritt^stutzen 23 zugeleitete Flüssigkeit strömt in die Verteilungskammer 10 für

Kühlflüssigkeit ein, die in Form von zwei miteinander durch die Kanäle i4- (Fig. 2) verbundenen und am Anodenblock 1 längs seiner Achse angeordneten ixohre 12 ausgeführt ist. Deshalb tualt die üünlflüssig&eit, indem sie über die Rohre 12 fließt, den peripheren Teil des Anodenolocks 1 ab. Von jedem Kohr 12 der Verteilungskammer 10 wird der Kühlflüssigküitaatrom den Radialkanälen 8, wie dies durch Pfeile angedeutet ist, zugeleitet, die in einem Paar benachbarter Lamellen J ausgeführt und von einer Seite mit der Verteilungskammer 10 für Kühlflüssigkeit und von der anderenmit den Idngrohren- den entsprechenden Paaren 5 der Koppelbü£el 6,7-verbunden sind. Die -Kingrohre übernehmen in der beschriebenen Konstruktion des Magnetrons die Funktion der Kühlkanäle und die der elektrischen Koppelbügel 6, 7 (Fig. I), die mit den entsprechenden Lamellen 3 der Resonatoren 2 gekoppelt sind.

Infolge eines Wärme kontakt es der long rohre mit den Lamellen 3 werden so die Ringrohre selbst wie auch die Lamellen 3 abgekühlt.

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Ein. Verteil dieses Höchstfrequenzge-

räts vom Ifagnetrontyp ist also der, daß darin eine gleichzeitige Abkühlung des peripheren Teiles des Anodenblocks 1, der Besonatoren 2, der Lamellen 3 der Eesonaüoren 2 und der Koppelbügel 6, 7 bei einem niedrigen hydrodynamischen Widerstand des im Anodenblock 1 weit Terz we igten Kühlsysteme des Geräts verwirklicht wird. Der Kühlflüssigkeitsstrom verzweigt sich von der Verteilungskammer IO in eine lieihe von Parallelströmen, die über die Eadialkanäle 8 der Lamellen 3 und ferner über die Paare 5 der Koppelbügel 6, 7 fließen» die in Gestalt von in der Höhe des Anodenblocks 1 längs seiner Achse angeordneten Hingrohrenausgeführt sind· Dies gestattet es, die Kühlfläche des Anodenblocke 1 im ganzen maximal zu vergrößern und dessen sätmliche thermisch belasteten Abschnitte wirksam abzukühlen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Höchstfrequenzgeräts vom Magnetrontyp ist auch der, daß sich der durch die Bohrungen 9 der Koppelbügel 6, 7 fließende Kühlflüssigkeitsstrom noch in zwei (oder mehr) Ströme verzweigt» die jeden Koppelbügel 6, 7 und die Lamellen 3 umfließen. Außer der zusatzlichen Abnahme des hydrodynamischen Widerstandes bei solch einer Verzweigung des Kühlflüssigkeitsstroma beieits im Ko^pelbügel 6, 7 selbst verbessert der Kxeislauf des Kühlmittels im Kingrohr die Bedingungen für die Entstehung einer turbulenten Strömung» bei der die Intensität des Wärmeaustausches in vieler· Iei Hinsicht wirksamer als bei einer Laminarströmung ist. Der experimentelle Vergleich der Wirksamkeit der aufgeführten Va-

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riant θ der Ablctthlung über die Koppelbügel 6, 7 durch einen Kühlflüssigkeitsstrom zeigt, daß die Anwendung einer transversalen Umfließung eines aktiven Körpers, wie es der Koppelbügel 6, 7 ist, bessere hydrodynamische Generationseigenschaften im Vergleich zu den bekannten Varianten der Kühlung der Lammellen bei einer longitudinalen Strömung des Kühlmittels in der Lamelle (im Rohr) bei gleicher Temperatur des Kühlmittels und bei gleichbleibender Leistungsabgabe gewährleistet.

c ein

.Schließlich ist es^ zusätzlicher Vorteil des beschriebenen UHF-Geräts vom Magnetrontyp, daß die Kühlkanäle in den Koppelbügeln 6, 7 durch die Stirnflächen der Lamellen 5 gegen Elektronenbeschuß und elektrischen Durchschlag der Anoden-Katodenstrecke abgeschirmt und keinen erheblichen elektrischen Belastungen ausgesetzt aind. Der autonome parallele Anschluß der Kühlkanäle eines Jeden Koppelbügels 6, 7 an die Verteilungskammer 10 für Kühlflüssigkeit vermeidet einen eventuellen Ausfall des Geräts bei einer Verstopfung des Kanals in irgendeinem Koppelbügel 6, 7 (oder sogar mehrerer Kanäle), weil die hierbei übriggeblie-

weiter-

benen arbeitenden Kanäle der Koppelbügel 6, 7 (für eine gewisse Zeit, um diese Störung zu beseitigen) die Arbeitsfähigkeit des Geräts gewährleisten. D.h. die ZuverlässigKeit und

renrißen die "Uberlebenfifähigkeit" des .er/indunr·':-. UHF-Geräts vom Magnetrontyp sind groß.

Der sämtliche Kühlkanäle der KoppelbUgel 6, 7 passierende Kühlflüssigkeitsetrom fließt im weiteren über die radia-

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len Austrittskanäle 8, die ait den Kanälen in den Koppelbügeln 6, 7 verbunden und in zwei benachbarten Lamellen 3 der Resonatoren 2 ausgeführt sind, die den zwei ersteren, •ui der Verteilungskammer 10 für KühlflüssigKeit befindlichen gegenüberliegen.

Die radialen Austrittskanäle 8 können auch in anderen

. in

Lamellen 3, d.h. .mehr als in zwei» wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, ausgeführt weiden· Der gesamte Kühlflüssigkeitsatrom aus diesen Kanälen 8 wird in der Sammelkammer 11 für

Kühlflüssigkeit gesammelt, die in Form der zwei über den Kanal 15 (Fig· 2) miteinander und mit den Hadialkanälen 8 verbundenen Bohre 13 ausgeführt ist.

Die Sammelkammer 11 (Fig. 5) (oder die Verteilungskammer 10) für Kühlflüssigkeit kann in Form eines hermetisch abgedichteten Zylindergehäuses ausgeführt werden» da3 gleichachsig zum Anodenblock 1 angeordnet ist und diesen Anodenblock 1 und die Sammelkammer 10 (oder die Verteilungskammer 11) für Kühlflüssigkeit umschließt, was ea gestattet, den Anodenblock 1 in seinem peripheren Teil noch wirksamer abzukühlen. Der durch die "warmen" Arbeitsflächen des Anodenblocks 1 erwärmte Kühlflüssigkeitsstrom fließt von der Sammelkummer 11 zum Auetrittestutzen 24 (Fig. 1) und wird ferner mit Hilfe der Pumpe Ib zum Wärmeaustauscher 2b des hydrodynamischen Sy stems einer Zwan^kühlung oder eu einem freien Abfluß gefördert.

Die konstruktiven Besonderheiten und die Verbesserungen des Höchstfrequenzgeräts vom Magnetrontyp mit einem weit verzweigten System der Kühlkanäle sorgen an der Peripherie des

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ORIGINAL !^P_H

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Anodenblocks 1» über die Koppelbügel b, 7 und die Lamellen 5 für eine wirksame Abkühlung der wärmebelasteten Arbeitsflächen des Anodenblocks 1, insbesondere mit einem mehretagilen zweidimensional-periodischen Verzögerungssystem mit großen Axialmaßen (Höhe des Anodenblocks über Λ /2) zur Steigerung der Ausgangsleistung in ununterbrochenem Betrieb Coder zur Steigerung der mittleren Leistung im Impuls betrieb) ·

nemä ßen Daher sind in erf iriduncs- . UHÜ'-Gerät vom

Magnetrontyp der hydrodynamische Widerstand des Systems der Kühlkanäle verra_ugert, die Kühlfläche und damit die Wirksamkeit der Abkühlung des Anodenblocks» die Zuverlässigkeit und die "Uberlebensfähigkeit" des Kühlsystems und des Geräts im ganzen erhöht. Dies erlaubt es, bei einem verhältnismäßig geringen Druckgefälle am Ein- und Ausgang des Kühlsystems des Geräts eine maximal mögliche Steigerung der stetigen Ausgangsleistung oder der mittleren Leistung der generierten UHF-Schwingungen zu erzielen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

P 79 457-13-61 31.7.1'

IJ Höchstfrequenzgerät vom Magnetrontyp, das einen Anodenblock mit in Bezug aufeiander längs seiner Achse angeordneten und elektrisch mit entsprechenden, eine gleiche Polarität in einem JF-Schwingungsmodus der generierten Schwingungen aufweisenden Lamellen von .Resonatoren dieses Anodenblocks gekoppelten Koppelbügeln und mit im Anodenblock ausgeführten Kühlkanälen für die Lamellen der Resonatoren und für die Koppelbügel, die mit mindestens einer Verteilung skammer für Kühlflüssigkeit und mit mindestens einer Sammelkammer für Kühlflüssigkeit verbunden sind, die mit dem Anodenblock starr und miteinander hydraulisch verbunden sind, enthält, dadurch gekennzeich net, daß die Koppelbügel (6, 7) in Form von Ringrohren und mindestens vier mit den entsprechenden Ringrohren verbundenen Lame Ilen (3) je mit Radialkanälen (B) in der Anzahl der mit dieser Lamelle 0) verbundenen Ringrohre ausgeführt sind, die je mit einem entsprechenden Jxingrohr verbunden sind und samt diesen Ringrohreη als KUhlkanäle der entsprechenden Lamellen (3) und Κορς-e !bügel (6, '/) dienen, wobei der eine mit dem entsprechenden Ringrohr verbundene Radialkanal (8) auch mit der Verteilungskammer (10) für Kühlflüssigkeit und der andere Radialkanal (8) mit der Sammelkammer (11) für Kühlflüssigkeit verbunden sind, und ai_e Verteilungs und die Gammelkammer (10 bzw. 11) für Kühlflüssigkeit in Achsrichtung des Anodenblocke (1) angeordnet

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sind und die Länge jeder dieser Kammern (10* 11) in Achsrichtung mindestens gleich einem Abstand zwischen zwei äußeren, mit der entsprechenden Kammer (10» 11) verbundenen fiadialkanülen (8) ist.
2. Höchstfrequenzgerät nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet , daß entweder eine Verteilungskammer (10) oder eine Sammelkammer (11) für · Kühlflüssigkeit gleichachsig zum Anodenblock (1) liegt und diesen

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Anodenblock: (1) die andere Kammer (11, 10) umschließt·

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