DE663259C

DE663259C - Magnetronroehre

Info

Publication number: DE663259C
Application number: DER92838D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1934-03-20
Filing date: 1935-03-12
Publication date: 1938-08-03
Also published as: US2217745A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetronröhre mit Kathode und dazu konzentrisch angeordneter ungeteilter Anode, welche im Grundriß eine geschlossene Wellenlinie bildet. Die erfindungsgemäße Röhre ist besonders zur Erzeugung ganz kurzer Wellen von der Größenordnung von 1 cm geeignet. Es ist bereits eine gasgefüllte Röhre bekannt, bei der die einteilige Anode gewellt ist, damit die Ionen in erhöhtem Maße von einem direkten Übergang zur Kathode abgehalten werden. Diese bekannte Röhre weist außerdem eine ungerade Anzahl von Wellungen auf, so daß sie aus später zu erörternden Gründen zur Kurzwellenerzeugung gemäß vorliegender Erfindung nicht geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Magnetronröhre mit Kathode und dazu konzentrisch angeordneter ungeteilter Anode, welche im Grundriß eine geschlossene Wellenlinie bildet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer geraden Anzahl untereinander gleicher, in tangentialer Richtung fortlaufend aneinandergereihter achsparalleler Segmente zusammengesetzt ist, daß die Segmente im Schnitt senkrecht zur Achse des Entladungssystems eine gekrümmte bzw. gebogene Form und eine Ausdehnung, die einer halben Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bezüg-Hch der zu erzeugenden Schwingungen entspricht, besitzen und in an sich bekannter Weise derart angeordnet sind, daß die Scheitel der Segmente einen Kreis, der die gesamte Anode in radialer Richtung begrenzt, von innen berühren und daß die Enden der Segmente auf einem zweiten konzentrischen Kreis mit kleinerem Durchmesser liegen.

Meist wird man die Anode aus einer Anzahl Segmente zusammensetzen, welche im Schnitt senkrecht zur Systemachse Kreisbogen ergeben, derart, daß die Enden der Kreisbogen, die mit denen der benachbarten Segmente vereinigt sind, relativ nahe an der Kathode liegen.

Abb. ι zeigt eine Magnetronröhre gemäß der Erfindung im Querschnitt, während Abb. 2 bis 5 Schaltbilder darstellen.

Die Magnetronanordnung gemäß Abb. 1 besteht aus dem Glaskolben 1, der Kathode 2 und der Anode 3, die aus einer geraden An- so zahl von Teilen 4 zusammengesetzt ist, die voneinander einen Abstand von einer halben Wellenlänge haben und in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise nach der Kathode zu einwärts gekrümmt sind. Diese Anode wird auf einer zur Erzeugung der Schwingungen geeigneten positiven Spannung gehalten. Durch die Spule 5 wird ein starkes, aber konstantes Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien durch den Kolben parallel zu 6c·

der Kathode verlaufen und so die Bahnen bzw. Bewegung der aus der Kathode austretenden Elektronen beeinflussen.

Bekanntlich haben die Elektronen, die normalerweise radial von der Kathode ausgehen, wenn sie der Wirkung eines Magnetfeldes ausgesetzt werden, die Tendenz, sich auf Spiralenbahnen zu bewegen. Sind die Kraft linien des Magnetfeldes parallel zur Kathode ίο bzw. rechtwinklig zur kürzesten Verbindung zwischen den Elektroden gerichtet, so bewegen sich die Elektronen in Bahnen, welche annähernd senkrecht zur Kathode liegen, wie es durch die gekrümmten Pfeillinien λ; und y angedeutet ist. Mit zunehmender Stärke des Magnetfeldes ziehen sich diese Linien, nach der Kathode zusammen, und wenn das Feld stark genug wird, wird keines der Elektronen die Anode erreichen. Bei abnehmender magnetischer Feldstärke erreichen jedoch mehr und schließlich alle Elektronen die Anode. Erfindungsgemäß werden nun die magnetische Feldstärke und die positive Vorspannung der Anode 3 auf kritische Werte eingestellt, derart, daß die Elektronen gerade über die einwärts gebogenen Teile 4 der Anode streichen und je nach der Spannung der benachbarten Spitzen A bzw. B der Anodenbögen entweder auf der Bahn χ oder auf der Bahn j/ laufen. Die Elektronen werden auf eine Anodenbogenspitze B auf treffen, wenn die benachbarte Spitze A eine Spannung hat, die etwas über der positiven Anodenvorspannung liegt. Wenn die benachbarten Teilet weniger positiv sind, als es der zugeführten Spannung entspricht, so werden die Elektronen die Spitze B nicht erreichen.

Bei der Erzeugung von Schwingungen setzt sich der gesamte Anodenstrom aus denElektronen zusammen, die auf die Teile der Anode treffen, die der Kathode benachbart sind. Die meisten Elektronen laufen auf stärker gekrümmten Bahnen}' und kehren zur Kathode zurück. Auf diese Weise erhält man einen Zustand von. Instabilität, der sich zur Erzeugung von Schwingungen eignet. Wegen der thermischen Schwankungen, die immer in einem Leiter vorhanden sind, der sich nicht auf absolutem Nullpotential befindet, oder aus anderen Gründen wird das Potential einer Spitze, etwa des Anodenpunktes A, die durchschnittliche Anodenspannung übersteigen. Dadurch wird ein besonderer Zug auf die Elektronen infolge der' vergrößerten elektrostatischen Kraft durch den Spannungszustand bei A ausgeübt. Die Folge davon ist eine Vergrößerung der Zahl der Elektronen, die auf die benachbarte Spitze/? auftreffen, so daß B negativ wird. Da die Punkte A und B eine halbe Wellenlänge oder ein ungerades Vielfaches davon voneinander entfernt sind, wird um die Anode 3 herum eine Welle laufen, derart, daß eine Abnahme der Spannung von. B eine halbe Periode später von einer Abnahme der Spannung in A .begleitet wird. Auf diese Weise wird die Störung, die durch irgendwelche Potentialschwan-'kungeii von A oder B verursacht wird, sich wegen der gegenseitigen Beeinflussung der Anodenteile aufeinander cyclisch in größerer Amplitude wiederholen. Die Störungswellen pflanzen sich um die ganze Anode 3 herum fort, und es treten kontinuierliche Schwingungen auf, derart, daß, wenn abwechselnd bestimmte Anodenspitzen ein maximales Potential haben, die dazwischenliegenden Spitzen ein minimales Potential, und zwar ein positives Potential gegenüber der Kathode haben. Da die Ströme zu den Anodenspitzen immer am größten sind, wenn die Spannungen am kleinsten sind, werden die Schwingungen sich selbst aufrechterhalten, was die Voraussetzung für Schwingungen in jedem Röhrenoszillator ist. Wenn Schwingungen auftreten, fließen die Elektronenströme, die z. B. im Punkt B eine Art Rückkopplung erzeugen, in verschiedenen Bahnen, wie sie mit χ und y in der-Zeichnung bezeichnet sind. Diese Bahnschwankungen rühren im wesentlichen von den Potentialschwankungen an den Anodenspitzen her.

Zu beachten ist dabei, daß die Laufzeit auf einem Elektronenweg von einem Bereich, wo die Spannung der Anodenspitze A den Elektronen die größte Beschleunigung gibt, bis zu dem Punkt B ein Faktor bei der Bestimmung der Schwingungsleistung ist. , Diese Zeit kann man durch geeignete Regelung der Anoden-Kathoden-Spannung und durch entsprechende Einstellung des magnetischen Feldes beherrschen und klein im Verhältnis zu der Zeitdauer einer halben Periode machen. Man kann sie auch entsprechend der Schwingungszeit einer ganzen Periode oder eines Vielfachen davon wählen.

Die Leistung kann von dem Oszillator direkt ausgestrahlt werden, oder es können die von ihm erzeugten Schwingungen durch eine Leitung weitergeleitet werden, die mit einem Teil der Anode gekoppelt ist. Die n_o Zeichnung zeigt eine Doppelleitung 6, die einem zweifachen Zweck dient, nämlich die Anode zu tragen und die Leistung vom Oszillator abzuführen.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 2 liefert eine Spannungsquelle 7 über eine Drossel 8 positive Gleichspannung an einen Punkt 9 der Doppelleitung, der bezüglich der Hochfrequenzschwingungen neutral ist. Die Bestimmung der Frequenz der von der Anode riialtenen Schwingungen erfolgt durch den auf der Leitung 6 angeordneten Schieber 10.

An die Doppelleitung 6 ist eine Modulatorröhre 11 angeschlossen, deren Steuerelektrode die Modulationsspannungen von einer Modulationsspule 12 erhält. Zweckmäßig wird in Heising-Schaltung gearbeitet, derart, daß sich das Potential der Anode 3 entsprechend den Modulationsspannungen ändert. Der an den Generator angekoppelte Nutzkreis besteht z. B. aus einer Dipolantenne 13, die im Brennpunkt eines Reflektors 14 liegt. Im vorliegenden Falle erfolgt die Kopplung über die Leitung 15,. die induktiv in der Nähe des Schiebers 10 angekoppelt ist. Diese Kopplungsart hat sich bei den extrem hohen Frequenzen, die hier in Frage kommen, als zufriedenstellend erwiesen. Erforderlichenfalls kann man in bekannter Weise noch Posaunenschieber 16 in die Leitung 15 einschalten.

Die. Schaltung gemäß Abb. 3 zeigt eine andere Antennenart und ein anderes Modulationsverfahren. Hier wird eine Anodenspannungsmodulation mit Hilfe eines Reihentransformators durchgeführt, der mit dem Modulationsverstärker 17 und 18 verbunden ist. Zum Angleichen der Impedanz der Antenne auf die der Leitung 15 dient eine die Leiter 15 überbrückende Spule 19. Die Impedanz der Antenne, der Spule 19 und des Teiles der Leitung zwischen der Antenne und dieser Spule, wird dadurch der Impedanz des verbleibenden Teiles der Leitung 15 angepaßt. Erforderlichenfalls kann man an Stelle der Spule eine Drahtschleife oder auch lineare Leiter setzen.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 4 erfolgt die Modulation durch eine Modulatorröhre 20, die in Reihe mit der Anodenrückleitung zwischen Kathode 2 und Anode 3 geschaltet ist. Die Übertragungsleitung 15 ist in diesem Schaltungsbeispiel direkt mit der Abstimmbrücke 10 verbunden, und zwar sind die beiden Seiten der Leitung 15 mit voneinander entfernt liegenden Punkten der Brücke 10 verbunden, wodurch eine Widerstandsanpassung erzielt wird.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 5 ist ein Hilfssteuergitter 20 um die Kathode 2 herum angeordnet. Die Hilfselektrode erhält eine negative Vorspannung, welcher die Modulation sspannungen überlagert werden. Als Antenne dient hier eine V-förmige Richtantenne, die wie in Abb. 4 mit dem Schieber 10 verbunden ist.

Die Modulation kann auch durch Veränderung des Stromes durch die Feldspule 5 erhalten werden. Zweckmäßiger ist aber eines der anderen oben beschriebenen Spannungsmodulationsverfahren.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich naturgemäß nicht auf Zentimeterwellen, sondern ist auch für etwas längere Wellen anwendbar; des ferneren können die Anodenspitzen \A und B noch näher an die Kathode herangeführt werden, als in der Zeichnung dargestellt. Man kann auch eine Schwingungserzeugung mit Anordnungen erhalten, bei denen die Abstände zwischen den Anodenspitzen A und B ein ungerades oder gerades Vielfaches einer halben Wellenlänge oder gerade Bruchteile dieser Vielfachen sind. Bekanntlich kann man mit Röhren, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, eine große Vielfältigkeit von Schwingungserscheinungen bzw. Erregungsfällen erhalten. Die Anordnung gemäß der Erfindung eignet sich auch als gewöhnlicher Magnetronoszillator.

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetronröhre mit Kathode und dazu konzentrisch angeordneter ungeteilter Anode, welche im Grundriß eine geschlossene Wellenlinie bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer geraden Anzahl untereinander gleicher, in tangentialer Richtung fortlaufend aneinandergereihter achsparalleler Segmente zusammengesetzt ist, daß die Segmente go im Schnitt senkrecht zur Achse des Entladungssystems eine gekrümmte bzw. gebogene Form lind eine Ausdehnung, die einer halben Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bezüglich der zu erzeugenden Schwingungen entspricht, besitzen und in an sich bekannter Weise derart angeordnet sind, daß die Scheitel der Segmente einen Kreis, der die gesamte Anode in radialer Richtung begrenzt, von innen berühren und daß die Enden der Segmente auf einem zweiten konzentrischen Kreis mit kleinerem Durchmesser liegen.

2. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer Anzahl Segmente zusammengesetzt ist, welche im Schnitt senkrecht zur Systemachse Kreisbogen ergeben, und daß die Enden der Kreisbogen, die mit denen der benachbarten Segmente vereinigt sind, relativ nahe an der Kathode liegen.

3. Magnetronröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung einer durchbrochenen Hilfselektrode zwischen Kathode und Anode.

4. Magnetronschaltung unter Verwendung von Röhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld konstanter Stärke, dessen Kraftlinien parallel zur Systemachse verlaufen, den Entladungsraum durchsetzt und daß die

Anodenyorspannung so gewählt ist, daß die Elektronen die der Kathode nächstliegenden Stellen der ungeteilten Anode annähernd berühren.

5. Magnetronschaltung zur Erzeugung modulierter Schwingungen unter Verwendung einer Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsspannungen der negativ vorgespannten gitterförmigen Hilfselektrode aufgedrückt werden,

6. Magnetronschaltung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzkreis bzw. die zum Nutzkreis führende Energieleitung mit dem Anodensystem stromgekoppelt ist, derart, daß der Anschluß an zwei Punkte in der Nähe eines Segmentscheitels erfolgt, die um die gleiche Entfernung, aber nach entgegengesetzter Richtung gegenüber dem Scheitel versetzt sind.

7. Magnetronröhre zur Verwendung in einer Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieleitung gleichzeitig zur Halterung der Anode herangezogen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen