DE3336997A1

DE3336997A1 - Geraet mit resonanzhohlraum, insbesondere frequenzbewegliches magnetron, mit hoehenkompensation

Info

Publication number: DE3336997A1
Application number: DE19833336997
Authority: DE
Inventors: Robert James Newbury Mass. Foreman; William Allen Andover Mass. Gerard
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Communications and Power Industries LLC
Priority date: 1982-10-19
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1984-04-19
Also published as: GB8327292D0; GB2130003B; FR2534740A1; IL69694A; US4527094A; JPS5991632A; DE3336997C2; FR2534740B1; GB2130003A; JPH0360138B2

Description

Die Erfindung betrifft abstimmbare Geräte mit Resonanzhohlraum und insbesondere abstimmbare Geräte mit Resonanzhohlraum, bei denen eine neuartige Kompensation für den atmosphärischen Druck vorgesehen ist.

Frequenzbewegliche Magnetrons können schnell über einen gegebenen Frequenzbereich abgestimmt werden und werden allgemein in Radarsystemen zur Festzeichenunterdrückung (clutter reduction) und als elektronische Gegenmaßnahme gegen feindliche Störversuche verwendet. Solche frequenzbeweglichen Magnetrons weisen typischerweise einen bewegbaren Abstimm-Plunger auf, der in einem Vakuumkolben in einem Resonanzhohlraum positioniert ist, und einen Abstimm-Betätiger, der außerhalb des Vakuumkolbens der Magnetronröhre positioniert ist. Eine Bewegung des Betätigers wird ohne Bruch des Vakuums in der Röhre auf den Abstimm-Plunger gekuppelt. Balgen sind typischerweise dazu verwendet worden, die Bewegung des Betätigers zum Abstimm-Plunger zu kuppeln.

Ein einzelner Balgen kann dazu verwendet werden, die Bewegung des Abstimm-Plungers innerhalb der Magnetronröhre von außen zu kontrollieren. Der Balgen ist an einem Ende dicht um eine öffnung im Vakuumkolben der Röhre angesetzt und am anderen Ende dicht an ein bewegbares Element angesetzt, das mit dem Abstimm-Plunger gekuppelt ist. Ein ernsthaftes Problem bei dieser Konfiguration besteht darin, daß der Atmosphärendruck das bewegbare Element in den Vakuumkolben hinein drängt. Der Abstimm-Betätiger muß eine Kompensationskraft ausüben, um die gewünschte Abs timm-Plunger-Bewegung zu erhalten. Weiterhin werden frequenzbewegliche Magnetrons häufig in luftgestützten Anwendungen verwendet. Die Kraft auf das bewegbare Element variiert mit der Höhe, so daß die Kompensation der Atmosphärenkraft schwierig wird.

In der US-PS 35 64 340 ist die Verwendung eines Einzelbalgens in einem manuell abgestimmten Magnetron beschrieben. Eine Drehmoment-Friktions-Belastung wird auf den Kugelspindel-Betätiger ausgeübt, um eine versehentliche Drehung der Kugelspindel durch die Atmosphärenkraft auf den Mechanismus zu verhindern.

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Gemäß dem Stand der Technik ist eine Doppelbalgen-Anordnung dazu verwendet worden, den Atmosphärendruck auf eine Magnetron-Abstimmanordnung zu kompensieren. Balgen sind an die beiden Enden eines bewegbaren Elementes gekuppelt. Wenn die Abstimmeinheit bewegt wird, dehnt sich der eine Balgen aus, während der andere Balgen zusammengepresst wird. Da das innerhalb des Vakuumkolbens enthaltene Volumen konstant bleibt, ist es nicht notwendig, den Atmosphärendruck zu überwinden, um den Abstimm-Mechanismus zu bewegen (vergl. beispielsweise US-PS 38 52 638 und 35 90 313).

Die Doppelbalgen-Anordnung ergibt zwar allgemein eine befriedigende Kompensation des Atmosphärendrucks, sie hat jedoch gewisse Nachteile. Während des Betriebes von Magnetrons hoher Leistung entsteht eine beträchtliche Erwärmung des Abstimm-Plungers. Da die Röhre ein Vakuumgerät ist, wird Wärme durch Leitung vom Abstimm-Plunger über die Plunger-Abstützelemente zum bewegbaren Element übertragen, das den Balgen zugeordnet ist, und dann durch die Abstimmwelle zu den Gehäuseteilen. Um eine schnelle Bewegung des Abstimm-Mechanismus zu erleichtern, wird die Masse des bewegbaren Elementes so weit wie möglich reduziert. Das resultiert jedoch in bewegbaren Elementen mit einem relativ hohen Wärmewiderstand. Das Vorhandensein des Doppelbalgens erfordert längere Abstützelemente zwischen dem Abstimm-Plunger und dem bewegbaren Element, so daß der Wärmewiderstand erhöht wird. Weiterhin sind diese längeren Abstützelemente innerhalb des Vakuumkolbens angeordnet, so daß irgendeine Kühlung durch Konvektion ausgeschlossen ist. In der Praxis hat die Doppelbalgen-Anordnung Schwierigkeiten bei der übertragung von Wärme vom Abstimm-Plunger ergeben.

Ein weiterer Nachteil der Doppelbalgen-Anordnung ergibt sich aus der Tatsache, daß beide Balgen Teil des Vakuumkolbens der Magnetronröhre sind und den Ausbeuteproblemen der Röhre unterworfen sind. Wenn die Magnetronröhre während der Herstellung oder während des Betriebes defekt wird, werden zwei relativ teure Balgen zusammen mit der Röhre zu Schrott. Zusätzlich kann jeder Defekt der Balgenanordnung dafür

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sorgen, daß die ganze Magnetronröhre zu Schrott wird. Noch ein weiterer Nachteil bezieht sich auf die größere Länge der Magnetronröhre, wenn die Doppelbalgen-Konfiguration verwendet wird. In luftgestützten Anweηdungsfäll en ist es häufig erwünscht, die Länge des Magnetrons zu minimieren. Bei der Doppelbalgen-Konfiguration sind die beiden Balgen koaxial montiert und addieren sich direkt zur Länge der Röhre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein durchs timmbares Gerät mit Resonanzhohlraum mit Höhenkompensationseinrichtungen mit verbesserten Wärme-· Übertragungseigenschaften verfügbar zu machen.

Insbesondere soll durch die Erfindung ein durchs timmbares Resonanzhohlraum-Gerät mit Höhenkompensationseinrichtung reduzierter Länge verfügbar gemacht werden.

Speziell soll durch die Erfindung eine Höhenkompensationseinrichtung für eine durchstimmbar Kreuzfeld-Elektronenentladungseinrichtung verfügbar gemacht werden, bei der die Komplexität der dem Vakuumkolben der Einrichtung zugeordneten Höhenkompensatiohseinrichtung herabgesetzt ist.

Erfindungsgemäß werden diese und weitere Ziele und Vorteile in einem durchstimmbar Gerät mit Resonanzhohlraum erreicht, das aus einem Vakuumkolben des Gerätes besteht, der eine dichte Vakuumkammer einschließt, einem Resonanzhohlraum, der innerhalb des Vakuumkolbens angeordnet ist, und Abstimmeinrichtungen, mit denen die Resonanzfrequenz des Hohlraums geändert wird. Die Abstimmeinrichtung besteht aus einer ersten verformbaren Baueinheit, mit der Bewegung durch den Vakuumkolben des Gerätes übertragen wird, und einer Abstimm-Plunger-Einrichtung, die innerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes angeordnet ist und mit der ersten verformbaren Baueinheit gekuppelt ist. Eine Betätigungseinrichtung ist außerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes positioniert, um die Abstimm-Plunger-Einrichtung zu bewegen. Eine Abstimmwelleneinrichtung ist zwischen die Betätigungseinrichtung und die erste verformbare Baueinheit gekuppelt. Die Abstimmeinrichtung

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besteht weiterhin aus Kompensationseinrichtungen, die außerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes positioniert sind und in der Weise wirken, daß eine Kraft auf die Abstimmwelleneinrichtung ausgeübt wird, die der Kraft entgegenwirkt, die durch den Atmosphärendruck auf die erste verformbare Baueinheit ausgeübt wird. Diese Kompensationseinrichtung weist einen Kompensations-Vakuumkolben und eine zweite verformbare Baueinheit auf, die zwischen den Kompensations-Vakuumkolben und die Abstimmwelleneinrichtung gekuppelt ist, so daß das Volumen des Kompensations-Vakuumkolbens entsprechend einer Bewegung der Abstimmwelleneinrichtung variiert wird. Die beiden verformbaren Baueinheiten weisen typischerweise jeweils ein bewegbares Element und einen Balgen auf, der dicht an den betreffenden Vakuumkolben angesetzt ist. Das durchstimmbare Resonanzhohlraum-Gerät kann eine Kreuzfeld-Elektronenentladungseinrichtung sein, beispielsweise ein Magnetron.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Höhenkompensation nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein frequenzbewegliches Magnetron nach der Erfindung.

Ein durchstimmbar Resonanzhohlraum-Gerät nach der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Ein Gerät-Vakuumkolben 10 umschließt eine dichte Vakuumkammer 12. Innerhalb des Vakuumkolbens 10 des Gerätes befindet sich ein Resonanzhohlraum 14, der Ringform haben kann. Dem Resonanzhohlraum 14 ist eine Resonanzfrequenz zugeordnet, die durch eine Abstimmeinrichtung geändert werden kann, die allgemein bei 16 angedeutet ist.

Die Abstimmeinrichtung 16 weist eine verformbare Baueinheit 20 auf, die aus einem ersten bewegbaren Element 22 und einem ersten Balgen besteht. Ein Ende des Balgens 24 ist dicht um die Innenkante einer öffnung 26 im Vakuumkolben 10 angeordnet. Das andere Ende des Balgens ist dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des bewegbaren Elementes angeordnet. Das bewegbare Element 22 und der Balgen 24 dichten in Korn-

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bination die öffnung 26 ab. Ein Abstimm-Piunger 28 ist im Resonanzhohlraum 14 positioniert und ist über Stützstifte 30 mit dem bewegbaren Element 22 gekuppelt. Im dargestellten Beispiel hat der Abstimm-Plunger 28 allgemein Ringform. Die Abstimmeinrichtung 16 weist ferner eine Abstimmwelle 32 auf, die an einem Ende mit dem bewegbaren Element 22 in dem vom Balgen 24 umgebenen Bereich gekuppelt ist. Die Abstimmwelle 32 ist an eine Betätigungseinrichtung 34 gekuppelt und ist am entgegengesetzten Ende mit einer Kompensationseinrichtung 40 gekuppelt. Die Kompensationseinrichtung 40 schließt einen Kompensations-Vakuumkolben 42 und eine zweite verformbare Baueinheit 44 ein, einschließlich eines zweiten bewegbaren Elementes 46 und eines zweiten Balgens 48. Der zweite Balgen 48 ist an einem Ende um die Innenkante einer öffnung 50 im Vakuumkolben 42 angeordnet. Das andere Ende des Balgens 48 ist dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des bewegbaren Elementes 46 angeordnet, so daß die verformbare Baueinheit 44 die öffnung 50 im Vakuumkolben 42 dicht verschließt. Die Abstimmwelle 32 ist mit dem zweiten bewegbaren Element 46 in dem vom Balgen 48 umgebenen Bereich gekuppelt.

Im Betrieb sorgt die Betätigungseinrichtung 34, bei der es sich um einen Linearmotor handeln kann, für eine lineare, axiale Bewegung der Abstimmwelle 32, die ihrerseits eine Bewegung des Abstimm-Plungers im Resonanzhohlraum 14 hervorruft. Die Bewegung des Abstimm-Plungers bewirkt eine Variation der Resonanzfrequenz des Hohlraums 14. Wenn die Abstimmwelle 32 und das erste bewegbare Element 22 sich aufwärts oder abwärts bewegen, zieht sich der Balgen 24 zusammen, oder dehnt sich, so daß der Vakuumkolben 10 dicht gehalten wird.

Der Atmosphärendruck übt eine Kraft 52 auf das bewegbare Element 22 in der durch die Pfeile in Fig. 1 angedeuteten Richtung aus und neigt dazu, dieses in die Vakuumkammer 12 hineinzudrücken. Die Kraft 52 wird auf die Abstimmwelle 32 übertragen. Der Atmosphärendruck übt auch eine Kraft 54 auf das bewegbare Element 46 in der durch die Pfeile in Fig. 1 angedeuteten Richtung aus. Die Kraft 54 wird eben-

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falls auf die Abstimmwelle 32 übertragen und wirkt der Kraft 52 entgegen und neigt dazu, den Atmosphärendruck auf das bewegbare Element 22 zu kompensieren. Wenn die Kräfte 52 und 54 gleiche Größe haben, ist die Abstimmwelle 32 im Gleichgewicht und kann leicht mit der Betätigungseinrichtung 34 bewegt werden. Wenn der Abstimm-Plunger 28 abwärts bewegt wird_s dehnt sich der Balgen 24, so daß das Volumen der Vakuumkammer 12 verringert wird, während der Balgen 48 zusammengedrückt wird, so daß das vom Vakuumkolben 42 eingeschlossene Volumen vergrößert wird. In ähnlicher Weise wird der Balgen 24 zusammengedrückt, wenn der Abstimm-Plunger nach oben bewegt wird, so daß das Volumen der Vakuumkammer 12 vergrößert wird, während der Balgen 48 gedehnt wird, so daß das vom Vakuumkolben 42 eingeschlossene Volumen vergrößert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fläche des vom Balgen 24 umgebenen bewegbaren Elementes 22 gleich der Fläche des bewegbaren Elementes 46, das vom Balgen 48 umgeben ist. Vorzugsweise sind auch die Balgen 24 und 48 von gleicher Konstruktion, d.h. sie haben gleichen Durchmesser, gleiche Länge und gleiche Federrate. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, sind die Kräfte 52 und 54 für jeden Atmosphärendruck gleich, und eine Kompensation wird erreicht. Für den Fachmann ist erkennbar, daß die Kompensationseinrichtung 40 nicht notwendigerweise direkt mit der Abstimmwelle 32 verbunden ist, sondern durch irgendein geeignetes mechanisches Gestänge damit verbunden sein kann.

Ein Schnitt durch ein frequenzbewegliches Koaxialmagnetron ist in Fig. 2 dargestellt. Das Magnetron hat einen zylindrischen Kathodenemitter 60, beispielsweise aus mit Bariumaluminat imprägniertes Wolfram. An jedem Ende des Emitters 60 befindet sich eine vorstehende Kathodenendkappe 62 aus nicht emittierendem Werkstoff, beispielsweise Hafnium. Die Kathode wird an einem Ende von einer nicht dargestellten Kathodenfußstruktur abgestützt. Der Kathodenemitter 60 wird mit einem Strahlungsheizer 64 beheizt, beispielsweise einer Wolframdrahtwendel.

Den Emitter 60 umgibt eine koaxiale, kreisförmige Anordnung aus Anodenfahnen 66, die sich von einer Anodenschale 68 nach innen erstreckt. Die Innenenden der Fahnen 66 liegen auf einem Zylinder, der die Außenwand

eines toroidförmigen Wechselwirkungsraumes 70 definiert. Die Fahnen 66 sind in Umfaηgsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet, um zwischen benachbarten Fahnen Hohlräume zu definieren, die etwa bei der gewünschten Schwingungsfrequenz in Resonanz sind.

Auf der Außenwand jedes zweiten Hohlraums sind axiale Schlitze 72 durch die Anodenschale 68 geschnitten, die eine Verbindung mit einem toroidförmigen Stabilisierungshohlraum 74 herstellen, der den Hohlraum 14 in Figur 1 entspricht. Der Hohlraum 74 enthält Wände 76, 77, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen, um die Anodenfahnen 66 durch Leitung zu kühlen, und um einen hohen Gütefaktor Q zur Frequenzstabilisierung zu schaffen. Der Hohlraum 74 wird mit einem ringförmigen Abstimmplunger 78 abgestimmt, der axial mit einer Vielzahl von Stoßstangen 80 bewegbar ist, die gemeinsam mit einer Abstimm-Baueinheit 82 angetrieben werden, die im einzelnen später beschrieben wird. Der Abstimmplunger 78 entspricht dem Abstimmplunger 28 in Figur 1, während die Abstimm-Baueinheit 82 allgemein der Abstimmeinrichtung 16 in Figur 1 entspricht. Der Hohlraum 74 ist mit einer Blende 83 mit einem Ausgangshohl leiter 84 gekoppelt, der mit einem dielektrischen Fenster 86 vakuumdicht abgeschlossen ist.

Axial versetzt auf beiden Seiten des Emitters 60 und der Anodenfahnen sind koaxiale ferromagnetische Polschuhe 88, 89. Die Polschuhe 88, 89 sind dicht mit dem Röhrenkörper verbunden und sind mit einem Permanentmagneten 90 gekoppelt. Der Permanentmagnet 90 und die Polschuhe 88, 89 sind so konfiguriert, daß entgegengesetzte Pole entgegengesetzten Enden des Wechselwirkungsraums 70 dargeboten werden und ein allgemein gleichförmiges, allgemein axiales Magnetfeld wird im Wechselwirkungsraum 70 erzeugt.

Eine Platte 92 dichtet ein Ende des Magnetrons ab und dient als Montageplatte für die Abstimm-Baueinheit 82. Der Vakuumkolben des Magnetrons wird damit von den Wänden 76, 77, den Pol schuhen 88,89, dem dielektrischen Fenster 86 und der Platte 92 gebildet. Die Abstimm-Baueinheit überträgt Bewegung durch eine öffnung in der Platte 92 an den Abstimmplunger 78, wie noch erläutert wird.

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Im Betrieb des Magnetrons gemäß Figur 2 wird Heiz-Wechselstrom an den Kathodenheizer 64 geliefert und die Kathode wird gegen den geerdeten Röhrenkörper und die Anodenfahnen 66 negativ gepulst. Elektronen werden vom Kathodenemitter 60 zu den Fahnen 66 hingezogen und werden von dem kreuzenden Magnetfeld in Wege gerichtet, die um den toroidförmigen Wechselwirkungsraum 70 zirkulieren, wo sie mit den elektrischen Streu-Mikrowellenfeldern der Zwischenfahnenhohlräume wechselwirken und Mikrowellenenergie erzeugen. Mikrowellenenergie wird von den Zwischenfahnenräumen durch die axialen Schlitze 72 in den Stabilisierungshohlraum 74 gekoppelt. Der kreisförmige elektrische Modus des Hohlraums 74 verrastet die Frequenz des n-Modus der angeregten Anodenfahnen 66 mit der Resonanzfrequenz des Hohlraums 74. Wenn also die Resonanzfrequenz des stabilisierenden Hohlraums 74 durch Bewegung des Abstimmplungers 78 geändert wird, wird auch die Betriebsfrequenz des Magnetrons in gleicher Weise geändert.

Gemäß Figur 2 weist die Abstimm-Baueinheit 82 ein Gehäuse 102 auf, das auf die Platte 92 montiert ist und koaxial mit Bezug auf den Vakuumkolben des Magnetrons positioniert ist. Die Abstimm-Baueinheit 82 bewirkt, daß der Abstimmplunger 78 schnell bewegt wird, wie gewünscht und damit die Resonanzfrequenz des Stabilisierungshohlraums 74 ändert. Der Abstimmplunger 78 ist mit den Stoßstangen 80 durch öffnungen in den Polschuh 88 mit einem allgemein kreisförmigen ersten bewegbaren Element 104 gekuppelt, das dem bewegbaren Element 22 in Figur 1 entspricht. Ein Ende eines ersten Balgens 106,das dem Balgen 24 in Figur 1 entspricht, ist um die Innenkante der öffnung in der Platte 92 dicht angeordnet. Das andere Ende des Balgens 106 ist dicht um den Umfang des bewegbaren Elementes 104 angeordnet. Das bewegbare Element 104 und der Balgen 106 dichten in Kombination die öffnung im Vakuumkolben des Magnetrons ab, sorgen aber auch für die Möglichkeit,Bewegung hindurch zu übertragen. Mit dem Zentrum des bewegbaren Elementes 104 ist eine längliche Abstimmwelle 108 gekuppelt, die mit Linearlagern 110, 112 auf eine koaxiale Linearbewegung eingeschränkt ist. Die Abstimmwelle 108 entspricht der Abstimmwelle 32 in Figur 1. Die Abstimmwelle 108 tritt durch einen linearen Geschwindigkeitswandler 114 hindurch, der dazu dient, die Geschwindigkeit zu fühlen, und durch einen Linearmotor, der der Betätigungseinrichtung 34 in Figur 1 entspricht, der die lineare Koaxial bewegung

der Abstimmwelle 108 betätigt. Der Linearmotor weist einen koaxialen Motormagneten 116 in fester Position auf, und ferromagnetische PoI-schuhe 118, 120, 122 in fester Position, die den Magnetkreis schließen. Der Linearmotor weist ferner eine Spule 124 auf, die auf einen Spulenkörper 126 gewickelt ist, der koaxial mit der Abstimmwelle 108 ist und an dieser befestigt ist. Das dem bewegbaren Element 104 entgegengesetzte Ende der Abstimmwelle 108 ist axial an einem Ende eines Magnetelementes 128 befestigt. Das Magnetelement 128 bildet den Kern eines linearen, variablen Differential transformator 130, der bewirkt, daß die Position der Abstimmwelle 108 gefühlt wird. Das andere Ende des Magnetelementes 128 ist mit dem Zentrum eines zweiten bewegbaren Elementes 132 gekuppelt, das in einem Kompensations-Vakuumkolben 134 positioniert ist. Ein zweiter Balgen 136 ist mit einem Ende dicht an den Umfang einer öffnung 138 im Vakuumkolben 134 angesetzt. Das andere Ende des Balgens 136 ist dicht um den Umfang des bewegbaren Elementes 132 angeordnet. Das bewegbare Element 132, der Kompensations-Vakuumkolben 134 und der zweite Balgen 136 entsprechen dem bewegbaren Element 46, dem Vakuumkolben 42 bzw. dem Balgen 48 in Figur 1. Das bewegbare Element 132 und der Balgen 136 dichten in Kombination den Vakuumkolben 134 ab und erlauben die Bewegung der Abstimmwelle 108, um das vom Vakuumkolben 134 eingeschlossene Volumen zu variieren.

Im Betrieb werden vorgegebene Frequenz-Abstimmsignale dem Eingang des Linearmotors zugeführt. Das Abstimmsignal kann beispielsweise sinusförmig sein. Der Linearmotor sorgt dafür, daß die Abstimmwelle 108 und der Abstimmplunger 78 sich entsprechend dem eingegebenen Abstimmsignal axial bewegen. Die Frequenz des Magnetrons wird damit variiert entsprechend den eingegebenen Abstimmsignalen. Der lineare variable Differential· transformator 130 fühlt die Position der Abstimmwelle 108 während der Lineargeschwindigkeits-Wandler 114 die Geschwindigkeit der Abstimmwelle 108 fühlt. Aus der Position und der Geschwindigkeit der Abstimmwelle 108 kann die Frequenz bzw. die Änderungsrate der Frequenz des Magnetrons abgeleitet werden. Diese Parameter werden in einem externen Verarbeitungssystem gebraucht.

Der Vakuumkolben 134, das bewegbare Element 132 und der Balgen 136 bilden eine Kompensationseinrichtung, die den Atmosphärendruck auf das bewegbare Element 104 kompensiert. Der Atmosphärendruck übt eine Kraft auf das bewegbare Element 132 aus, die der Kraft auf das bewegbare Element 104 entgegengesetzt ist. Vorzugsweise ist die Fläche des bewegbaren Elementes 104, das vom Balgen 106 umgeben ist, gleich der Fläche des bewegbaren Elementes 132 umgeben vom Balgen 136, und haben die Balgen 106 und 136 gleiche Durchmesser, gleiche Längen und gleiche Federraten. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, sind die Atmosphärenkräfte, die auf die Abstimmwelle 108 ausgeübt werden, für jeden Atmosphärendruck gleich und entgegengesetzt. Weiterhin ist das vom Vakuumkolben 134 plus das Volumen innerhalb des Vakuumkolbens des Magnetrons konstant, wenn der Abstimmplunger 78 bewegt wird.

Die Konfiguration nach Figur 2 sorgt für einen ausgezeichneten Wärmeübergangsweg vom Abstimmplunger 78 aus der Röhre heraus an externe Wärmeableitelemente. Wärme wird vom Abstimmplunger 78 durch die relativ kurzen Stoßstangen 80 direkt zum bewegbaren Element 104 und zur Abstimmwelle 108 übertragen. Von diesen Elementen wird die Wärme leicht an die relativ massiven Gehäuseelemente übertragen. Weiterhin sind sowohl das bewegbare Element 104 als auch die Abstimmwelle 108 der Atmosphäre ausgesetzt, so daß der Konvektions-Wärmeübergang gesteigert wird. Bekannte Doppelbalgensysteme haben einen erheblich stärker gewundenen Wärmeübergangsweg verwendet. Eine Übertriebene Erwärmung des Magnetrons kann eine Frequenzdrift und Fehler im Systembetrieb hervorrufen. Die Konfiguration nach Figur 2 arbeitet mit nur einem dem Vakuumkolben des Magnetrons zugeordneten Balgens 106. Bei Ausfall des Magnetrons bei der Herstellung oder im Betrieb wird also nur eine einfachere und weniger aufwendige Einzelbalgen-Baueinheit zu Schrott.

Bei der Kompensationseinrichtung nach Figur 2 sind das bewegbare Element 132 und der Balgen 136 in den Vakuumkolben hinein invertiert. Die Tiefe des Vakuumkolbens 134 muß nur ausreichend groß sein, um einen Kontakt zwischen dem Kolben 134 und dem bewegbaren Element 132 bei der maximalen Auslenkung des Abstimm-PTungers 108 zu vermeiden. Der Beitrag der Kompensationseinrichtung zur Gesamtlänge der Röhrenbaueinheit

ist deshalb minimal. Bei bekannten Doppelbalgen-Konfigurationen trug die Länge des zweiten Balgens direkt zur Länge der Röhre bei. Es ist ferner zu erwähnen, daß bei der Konfiguration nach Fig. 2 gleiche und entgegengesetzte Kräfte auf die Enden der Abstimmwelle 108 ausgeübt werden. Alle Gewindeverbindungen, die der Abstimmwelle 108 zugeordnet sind, stehen also unter konstanter Spannung, unabhängig von der Position der Abstimmwelle 108. Diese konstante Spannung ist vorteilhaft; sie verhindert eine Lockerung¹ der verschiedenen Elemente des Abstimm-Mechanismus bei schneller Bewegung.

Leerseite

Claims

Gerät mit Resonanzhohlraum, insbesondere frequenzbewegliches Magnetron,mit Höhenkompensation

Priorität: 19. Oktober 1982 - USA - Serial No. 435 176

Patentansprüche

( 1/ Durchstimmbares Resonanzhohlraum-Gerät, bestehend aus einem Vakuumkolben des Gerätes, der eine dichte Vakuumkammer umschließt, einem innerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes angeordneten Resonanzhohlraum, einer Abstimmeinrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz des Hohlraums bestehend aus einer ersten verformbaren Baueinheit, mit der Bewegung durch den Vakuumkolben des Gerätes übertragen wird, einer Abstimm-Plunger-Einrichtung, die in dem Vakuumkolben des Gerätes positioniert ist und mit der ersten verformbaren Baueinheit gekuppelt ist, einer Betätigungseinrichtung, die außerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes angeordnet ist, um die Abstimm-Plunger-Einrichtung zu bewegen, einer Abstimmwelleneinrichtung, die zwischen

die Betätigungseinrichtung und die erste verformbare Baueinheit gekuppelt ist, und Kompensationseinrichtungen, die außerhalb des Vakuumkolbens des Gerätes positioniert sind und bewirken, daß eine Kraft auf die Abstimmweneneinrichtung ausgeübt wird, die der Kraft darauf entgegenwirkt, die aus dem Atmosphärendruck auf die erste verformbare Einheit resultiert, wobei diese Kompensationseinrichtung aus einem Kompensations-Vakuumkolben und einer zweiten verformbaren Baueinheit besteht, die zwischen den Kompensations-Vakuumkolben und die Abstimmweneneinrichtung gekuppelt ist, derart, daß das Volumen des Kompensations-Vakuumkolbens als Antwort auf eine Bewegung der Abstimmweneneinrichtung variiert wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die erste verformbare Baueinheit ein erstes bewegbares Element und einen ersten Balgen aufweist, von dem ein Ende dicht um eine öffnung im Vakuumkolben des Gerätes angeordnet ist und das andere Ende dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des ersten bewegbaren Elementes angeordnet ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, bei dem die zweite verformbare Baueinheit ein zweites bewegbares Element und einen zweiten Balgen aufweist, von dem ein Ende dicht um eine öffnung in dem Kompensations-Vakuumkolben angeordnet ist und das andere Ende dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des zweiten bewegbaren Elementes herum angeordnet ist.
4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die auf die Abstimmweneneinrichtung von der Kompensationseinrichtung ausgeübte Kraft der Kraft darauf in der Größe gleich und in der Richtung entgegengesetzt ist, die vom Atmosphärendruck auf die erste verformbare Baueinheit resultiert.
5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der vorgeschriebene Bereich des ersten bewegbaren Elementes im wesentlichen gleich dem vorgeschriebenen Bereich des zweiten bewegbaren Elementes ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der erste Balgen und der zweite Balgen allgemein zylindrisch sind und im wesentlichen gleiche Durchmesser und Federraten haben.
7. Gerät nach Anspruch 6, bei dem die beiden Balgen koaxial an entgegengesetzten Enden der Abstimmwelleneinrichtung angeordnet sind, so daß. bei Betrieb der Abstinmieinrichtung einer der Balgen gedehnt wird und der andere Balgen zusammengedrückt wird.
8. Durchstimmbare Kreuzfeid-Elektronenentladungseinrichtung bestehend aus einer Kathodeneinrichtung, die eine Kathode zur Erzeugung eines Elektronenstroms enthält, einem Geräte-Vakuumkolben zur Aufrechterhaltung eines Vakuums um den Strom, Mikrowellen-Kreis-Einrichtungen, die elektromagnetische Felder in Wechselwirkungsbeziehung mit dem Elektronenstrom unterstützen, Einrichtungen, mit denen elektromagnetische Schwingungsenergie von der Kreiseinrichtung gekoppelt wird, Einrichtungen, mit denen ein elektrisches Feld zwischen die Kathodeneinrichtung und die Kreiseinrichtung gelegt wird, einer Einrichtung, mit der ein Magnetfeld senkrecht zum elektrischen Feld im Bereich des Stroms angelegt wird, Abstimmeinrichtungen zur Änderung der Resonanzfrequenz des Gerätes bestehend aus einer ersten Balgeneinheit, mit der Bewegung durch den Geräte-Vakuumkolben übertragen wird, Abstimm-Plunger-Einrichtungen, die in dem Geräte-Vakuumkolben positioniert und mit der ersten Balgen-Baueinheit gekuppelt sind, Betätigungseinrichtungen, die außerhalb des Geräte-Vakuumkolbens positioniert sind, um die Abstimm-Plunger-Einrichtungen zu bewegen, Abstimmwelleneinrichtungen, die zwischen die Betätigungseinrichtungen und die erste Balgen-Baueinheit gekuppelt sind, und Kompensationseinrichtungen, die außerhalb des Geräte-Vakuumkolbens positioniert sind und im Betrieb eine Kraft auf die Abstimmwelleneinrichtung ausüben, die der Kraft darauf entgegenwirkt, die aus dem Atmosphärendruck auf die erste Balgen-Baueinheit resultiert, wobei die Kompensationseinrichtung aus einem Kompensations-Vakuumkolben und einer zweiten Balgen-Baueinh.eit besteht, die dicht an den Kompensations-Vakuumkolben angesetzt ist und mit der Abstimmwelleneinrichtung derart gekuppelt

ist, daß das Volumen des Kompensations-Vakuumkoibens als Antwort auf Bewegung der Abstimmwelleneinrichtung variiert wird.
9. Gerät nach Anspruch 8, bei dem die erste Balgen-Baueinheit ein erstes bewegbares Element und einen ersten Balgen aufweist, von dem ein Ende dicht um eine öffnung im Vakuumkolben des Gerätes angeordnet ist und das andere Ende dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des ersten bewegbaren Elementes angeordnet ist.
10. Gerät nach Anspruch 9, bei dem die zweite Balgen-Baueinheit ein zweites bewegbares Element und einen zweiten Balgen aufweist, von dem ein Ende dicht um eine öffnung in dem Kompensations-Vakuumkolben angeordnet ist und das andere Ende dicht um einen vorgeschriebenen Bereich des zweiten bewegbaren Elementes herum angeordnet ist.
11. Gerät nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem die auf die Abstimmwelleneinrichtung von der Kompensationseinrichtung ausgeübte Kraft der Kraft darauf in der Größe gleich und in der Richtung entgegengesetzt ist, die vom Atmosphärendruck auf die erste Balgen-Baueinheit resultiert.
12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der vorgeschriebene Bereich des ersten bewegbaren Elementes im wesentlichen gleich dem vorge- _, schriebenen Bereich des zweiten bewegbaren Elementes ist.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der erste Balgen und der zweite Balgen allgemin zylindrisch sind und im wesentlichen gleiche Durchmesser und Federraten haben.
14. Gerät nach Anspruch 13, bei dem die beiden Balgen koaxial an entgegengesetzten Enden der Abstimmwelleneinrichtung positioniert sind.
15. Gerät nach Anspruch 14, bei dem ein Ende des ersten Balgens dicht um die Innenkante der öffnung des Gerate-Vakuumkolbens aageordnet ist und das eine Ende des zweiten Balgens um die Innenkante der öffnung des

Kompensations-Vakuumkolbens angeordnet ist, derart, daß der eine Balgen sich dehnt und der andere Balgen zusammengedrückt wird, wenn die Abstimmeinrichtung im Betrieb ist.
16. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 15, das ein Koaxialmagnetron ist, wobei die Mikrowellen-Kreis-Einrichtung einen ringförmigen Stabilisierungshohlraum aufweist und bei der die Abstimm-Plunger-Einrichtung einen ringförmigen Teil aufweist, der in dem Stabilisierungshohlraum positioniert ist.
17. Gerät nach Anspruch 16, bei dem die Betätigungseinrichtung eine Spule aufweist, die der Abstimmwelleneinrichtung zugeordnet ist, und einen Linearmotor in fester Position, der bewirkt, daß die Abstimmeinrichtung elektromagnetisch betätigt wird.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem die Abstimmeinrichtung weiter einen linearen, variablen Different! al trans formator aufweist, der koaxial mit Bezug auf die Abstimmwelleneinrichtung positioniert ist und im Betrieb ein Ausgangssignal liefert, das die momentane Resonanzfrequenz des Gerätes repräsentiert.
19. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei dem die Abstimmeinrichtung weiter einen Lineargeschwindigkeits-Wandler aufweist, der koaxial mit Bezug auf die Abstimmwelleneinrichtung angeordnet ist und im Betrieb für ein Ausgangssignal sorgt, das die Änderungsrate der Resonanzfrequenz des Gerätes repräsentiert.