DE663509C

DE663509C - Multiple slotted magnetron tubes

Info

Publication number: DE663509C
Application number: DET44351D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Erich Hollmann
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1934-08-21
Filing date: 1934-08-22
Publication date: 1938-08-08

Description

Mehrfach geschlitzte Magnetronröhre Eingehende Untersuchungen des Magnetrons haben ergeben, daß in einer Magnetronröhre, deren Anodenzylinder durch Schlitze in zwei oder mehr Segmente geteilt ist, zwei verschiedene Schwingungsformen von ultrakurzer Wellenlänge auftreten können, und. zwar je nach der Abstimmung des an die Segmente angeschlossenen äußeren Resonanzkreises -und den spannungsmäßigen Betriebsverhältnissen der Röhre. Bei der einen Schwingungsform handelt es sich um Rotationen von Raumladungen, die unter der Einwirkung des elektrischen und des senkrecht dazu verlaufenden Magnetfeldes entstehen. Sie ist nicht nur in einem geschlitzten Magnetron, sondern auch in einer Röhre mit geschlossener Vollanode zu verwirklichen -und reicht bei dem derzeitigen Stand der Technik bis zu Wellen von rund i cm Länge herunter. Die andere Schwingungsart hat ihren Ursprung in einem zwischen den Anodensegmenten entstehenden negativen Widerstand, durch welchen das mit den Segmenten verbundene Resonanzsystem angefacht wird. Die Entstehung eines derartigen negativen Widerstandes, der auch aus den statischen Stromspann@ungscharakteristiken der Anodensegmente zu ersehen ist, kann durch hie spiralförmigen Elektronenbahnen erklärt werden, wie sie aus der gemeinsamen Wirkung der radialen und tangentialen elektrischen Feldkomponente in der Nähe der Trennfugen zwischen den Segmenten im Verein mit dem im wesentlichen ,axial gerichteten Magnetfeld resultieren. Diese SchwInguaigsform erreicht zwar wegen der Elektronenträgheit nicht die oben angegebene extrem kurze Wellenlänge, ergibt jedoch bei längeren Wellen eine sehr viel größere Hochfrequenzenergie und einen beachtlichen Wirkungsgrad.Multiple slotted magnetron tube In-depth examinations of the Magnetrons have shown that in a magnetron tube, the anode cylinder through Slots divided into two or more segments, two different waveforms ultrashort wavelengths can occur, and. depending on the vote of the the external resonance circuit connected to the segments and the voltage-related Operating conditions of the tube. One of the waveforms is Rotations of space charges under the action of the electric and the perpendicular to this running magnetic field arise. It's not just slotted in one Magnetron, but also in a tube with a closed full anode -and extends with the current state of the art up to waves of around 1 cm in length down. The other type of vibration originates in one between the anode segments resulting negative resistance, through which the associated with the segments Resonance system is fanned. The emergence of such a negative resistance, which is also derived from the static current voltage characteristics of the anode segments is seen can be explained by this spiral-shaped electron trajectories how they result from the joint action of the radial and tangential electric field components near the joints between the segments in association with the essentially , axially directed magnetic field result. This SchwInguaigsform achieved due to the electron inertia not the extremely short wavelength given above, however, results in a much larger high frequency energy and in longer waves considerable efficiency.

Es ist bekannt, den Wirkungsgrad eines Schlitzanodenmagnetrons dadurch zu erhöhen, daß man den Anodenzylinder in mehrere Segmente ,aufteilt und paarweise zusammenschließt, so daß die an den einzelnen Trennfugen entstehenden negativen Widerstände parallel arbeiten. Derartige Schaltungen sind mit der in Abb. i schematisch dargestellten Magnetronröhre (die zur Erzeugung des Magnetfeldes dienenden Elemente sind der übersichtlichkeit halber fortgelassen) mit bestem Erfolge durchgeführt worden. Je zwei diametral gegenüberliegende Segmente sind durch zwei um den Anodenzylinder herumgreifende Schließungsbügel B1 und B2 miteinander verbunden und die beiden Segmentpaare Sl ; Si' sowie S2 und S2' an ein äußeres Resonanzsystem, in diesem Falle eine Lechersche Paralleldrahtleitung, angeschlossen. Die Kathode ist mit .K bezeichnet.It is known to increase the efficiency of a slot anode magnetron to increase that one divides the anode cylinder into several segments, and in pairs joins together, so that the negative arising at the individual joints Resistors work in parallel. Such circuits are schematically shown in Fig. I illustrated magnetron tube (the elements used to generate the magnetic field are omitted for the sake of clarity) with the best results been. Each two diametrically opposed segments are through two around the anode cylinder surrounding striker B1 and B2 connected to each other and the two pairs of segments Sl; Si 'as well as S2 and S2' to an external resonance system, in this case a Lechersche Parallel wire line, connected. The cathode is labeled .K.

Es ist auf Grund der obigen Erklärung leicht einzusehen, daß der Nutzeffekt, eines derartigen Magnetrons dann am höchsten ist, wenn die Wechselspannungen an den einander gegenüberstehenden Segmentkanten genau gegenphasig sind. Dies ist bei der Anordnung nach Abb. i auch tatsächlich so lange der Fall, als die Abmessungen der Elektroden sowie der Verbindungsbügel BL und B2 nicht in die Größenordnung der Wellenlänge der., erzeugten Schwingungen kommen. Geht man" nämlich zu immer kürzeren Wellen über, sö . gelangt man in ein Gebiet, wo die Verbinx;. dungsbügel B1 und B2 selbst in Schwingungen geraten und daher auf die Segmente nicht mehr die von dem äußeren Resonanzkreis abgenommenen Spannungen, sondern eine überlagerung dieser Spannungen mit den eigenen Resonanzspannungen übertragen. So ist es z. B. möglich, daß die beiden Enden' jedes Verbindungsbügels mit entgegengesetzter Phase schwingen, so :d.aß die Segmente Sl' und S,' sowie die anderen Segmente S2' und S2' nicht mehr gleichphasig, sondern gegenphasig erregt werden. Wie 'man leicht einsieht, sind dann nicht sämtliche einander gegenüberstehenden Segmentkanten gegenphasig, sondern zwei davon sind gleich-, die beidem anderen gegenphasig. Es ergibt sich daher ein überaus rascher Abfall des l'"-utzeffektes, sobald sich die erzeugte Welle einem bestimmten, der Eigenwelle -der Verbindungsbügel entsprechenden Werte nähert.It is easy to see on the basis of the above explanation that the beneficial effect, of such a magnetron is highest when the AC voltages are on the opposing segment edges are exactly out of phase. This is at the arrangement according to Fig. i is actually the case as long as the dimensions of the electrodes and the connecting brackets BL and B2 are not included in the The order of magnitude of the wavelength of the generated vibrations. If you go "namely to ever shorter waves, sö. one arrives in an area where the Verbinx. dungsbügel B1 and B2 themselves start to vibrate and therefore do not affect the segments it is more the voltages taken from the external resonance circuit, but a superposition these tensions are transmitted with their own resonance tensions. So it is z. B. possible that the two ends' of each connecting bracket with opposite phase vibrate, so: d.ass the segments Sl 'and S,' as well as the other segments S2 'and S2 'are no longer excited in phase, but in phase opposition. How 'one easy sees, then not all opposing segment edges are out of phase, but two of them are in phase, the other two are out of phase. It surrenders hence an extremely rapid decrease in the Utze effect as soon as the generated wave occurs approaches a certain value corresponding to the natural wave of the connecting bracket.

Diese schädliche Resonanzwirkung der beschriebenen Segmentanordnung zu beseitigen,. ist Aufgabe der Erfindung. Dielte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Eigenwelle der Segmentsysteme sowie der Verbindungsbügel der Segmente nach höheren Frequenzen hin verschoben wird, so daß damit auch der mit großem Wirkungsgrad arbeitende Bereich in das kurzwellige Gebiet hin erweitert wird.This harmful resonance effect of the segment arrangement described to eliminate,. is the object of the invention. Dielte object is achieved in that the natural wave of the segment systems as well as the connecting bracket of the segments to higher Frequencies is shifted out, so that also the working with high efficiency Area is expanded into the short-wave area.

Erfindungsgemäß werden bei einer Magnetronröhre mit einer geraden. Anzahl achsparallel ;auf dem Umfang eines zur Kathode konzentrischen Kreises angeordneter Anodensegmente, welche derart in zwei Gruppen zusammengeschaltet sind, daß jedes Segment dem (den) in peripherer Richtung übernächsten verbunden ist, die kurzen, die Segmente untereinander verbindenden Leitungen an einer oder beiden Stirnseiten des Entladungssystems angebracht.According to the invention, a magnetron tube with a straight. Number parallel to the axis; arranged on the circumference of a circle concentric to the cathode Anode segments which are connected together in two groups that each Segment is connected to the next but one in the peripheral direction, the short, the lines connecting the segments to one another on one or both end faces of the discharge system attached.

Der Erfolg .dieser Anordnung sei an den beiden Darstellungen der Abb.2 näher erläutert. In Abb.2a ist nur ein einziger Verbindungsbügel B' .an einer Seite des Segmentpaares S', S" ,angebracht, wobei der Anschlußpunkt des äußeren Abstimmsystems zweckmäßig im Symmetriepunkt A erfolgt, der sich ergibt, wenn infolge Eigenerregung der aus Segmenten rund Verbindungsbügel, bestehenden Systeme sich auf den Segmenten die gestrichelt eingezeichnete Spannungsverteilung ausbildet. Wie man sieht, ist zwar bei dieser Anordnung ebenfalls eine gegenphasige Erregung der Segmente S' und S" möglich, die -Frequenz, beider diese Art der Erregung eintritt, ist jedoch wesentlich höher als bei einer Anordnung nach Abb: i, da die Verbindungsbfige@ zwischen den Segmenten durch die Anringung an den Seitenkanten des Systems Xesentlich kürzer ausgebildet werden können. -.;,'er auf eine weitere wesentliche Verbesserung hinzielende Gedanke der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, auch die noch freien Enden der Segmente in Abb. 2 a durch einen weiteren Schließungsbügel B" kurzzuschließen, so daß sich für jedes Segmentpaar das Schema der Abb.2b ergibt. Setzt man außerdem den Anschlußpunkt A für den Außenkreis in die Mitte des einen, hier des oberen Segmentes, so liegen auf den leiden Segmenten aus Symmetriegründen zwei Schwingungskröten, insgesamt also vier Schwingungsknoten, auf dem geschlossenen Segmentsystem fest. Es ,ist dabei nur die in die Abbildung eingezeichnete Spannungsverteilung möglich. Sieht man von der Einwirkung der Elektrodenkapazitäten ab, so erkennt man aus denn Vergleich der Abb. 2a und 2b, daß die störende Eigenwelle der Segmente und Verbindungen durch diese weitere Maßnahme noch auf den vierten Teil verkürzt worden ist. Praktisch resultiert daraus eine beträchtliche Verschiebung des noch wirtschaftlich ausnutzbaren Wellenbereiches nach höheren Frequenzen hin.The success of this arrangement can be seen in the two representations in Figure 2 explained in more detail. In Fig.2a there is only a single connection bracket B '. On one side of the segment pair S ', S ", attached, the connection point of the external tuning system expediently takes place in the symmetry point A, which arises when as a result of self-excitation the systems consisting of segments around connecting brackets are based on the segments forms the stress distribution drawn in dashed lines. As you can see is although with this arrangement also excitation of the segments S 'and in phase opposition S "possible, but the frequency at which this type of excitation occurs is essential higher than with an arrangement according to Fig: i, since the connection figure @ between the Segments are significantly shorter due to the attachment to the side edges of the X system can be trained. -.;, 'he aimed at a further substantial improvement The idea of the present invention now lies in the still free ends of the To short-circuit segments in Fig. 2a by another locking bracket B ", so that the scheme of Fig.2b results for each pair of segments. If you also bet the connection point A for the outer circle in the middle of one, here the upper segment, for reasons of symmetry, there are two oscillating toads on the affected segments, So a total of four vibration nodes, fixed on the closed segment system. Only the stress distribution shown in the figure is possible. If one disregards the effect of the electrode capacities, one recognizes from then Comparison of Fig. 2a and 2b that the disturbing natural wave of the segments and connections this further measure has been shortened to the fourth part. Practically this results in a considerable shift in what is still economically exploitable Wave range towards higher frequencies.

Nun können die Segmente aber nicht nur in axialer, sondern auch in peripherer Richtung in Eigenschwingungen geraten, wobei das Schwingungszentrum also in der in axialer Richtung verlaufenden Mittellinie der Segmente liegt. Auch durch derartige Eigenschwingungen wird die phasenreine Schwingungsanfachung in der vorher beschriebenen Weise beeinträchtigt. Um diesen Störeffekt -ebenfalls auszuschließen, sieht die vorliegende Erfindung weiterhin- an Stelle eines einzigen Schließungsbügels auf jeder Seite der Segmente mehrere Verbindungsdrähte vor, wobei nach Art der Abb.3 die Segmentkanten zu bevorzugen sein werden. Diese Maßnahme führt schließlich dazu, die einzelnen Verbindungsbügel B' und B" (Abb.2b) durch je einen Blechstreifen zu beiden Seiten der zueinander gehörenden Segmente zu ersetzen. Zum Durchführen der Kathode müssen dieselben dann im Mittelpunkt eine Öffnung besitzen. Die Bleche sollen hinreichend große Abstände voneinander haben, um die schädlichen Kapazitäten nicht zu groß werden zu lassen. Abb. ¢ gibt eine perspektivische Ansicht einer die in vorstehender Erfindung beschriebenen Maßnahmen zur Beseitigung der störenden Segmentschwingungen enthaltenden Magnetronrühre. Die Kapazität zwischer den Schließungsblechen ist dadurch vermindert, däß die in sich geschlossenen Segmentsysteme in axialer Richtung etwas gegeneinander verschoben sind. Die axiale Kathode emittiert zweckmäßig nur auf dem innerhalb der Segmente liegenden Teil, um zu den Verbindungsblechen übergehende Verlustströme zu unterdrücken.Now, however, the segments can start to oscillate not only in the axial direction but also in the peripheral direction, the center of oscillation thus lying in the center line of the segments running in the axial direction. The in-phase amplification of vibrations is also impaired in the manner described above by such natural vibrations. In order to also exclude this disruptive effect, the present invention also provides several connecting wires instead of a single locking bracket on each side of the segments, the segment edges being preferred as shown in FIG. This measure ultimately leads to the replacement of the individual connecting brackets B ' and B " (Fig. 2b) with a sheet metal strip on each side of the segments belonging to one another. For the cathode to pass through, these must then have an opening in the center. The sheets should be sufficient have large distances from one another in order not to let the harmful capacitances become too great The axial cathode expediently emits only on the part lying within the segments in order to suppress leakage currents passing over to the connecting plates.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf zwei Segmentpaare, d. h. auf eine vierfach geschlitzte Anode, wie sie in den Abbildungen der Einfachheit halber dargestellt ist, sondern läßt sich sinngemäß ,auch auf mehrere Segmentpaare anwenden. Sie bietet dann die Möglichkeit, alle zueinander gehörigen, d. h. zu einem gemeinsamen Pol des Außenkreises führenden Siegmente durch Verbindung der beiderseitigen Schließungsbügel an den Kreuzungsstellen störungsfrei zu vereinigen.The invention is of course not limited to two pairs of segments, d. H. on a quadruple slotted anode as shown in the illustrations for simplicity sake is shown, but can be applied analogously to several pairs of segments use. It then offers the possibility of all belonging to one another, i. H. to a common pole of the outer circle leading Siegmente by connecting the two sides To unite locking bars at the crossing points without interference.

In Abb. 5 ist eine weitere konstruktive Verbesserung dargestellt. Es sei der Fall eines Magnetroms mit einer in sechs Segmente i bis 6 geteilten Anode zugrunde gelegt. Voraussetzungsgemäß sollen die Segmente i, 3, 5 bzw. 2, q., 6 miteinander auf möglichst kurzem Wege verbunden werden. Erfindungsgemäß geschieht dies mit Hilfe von sternförmigen Blechscheiben i und a, von denen a außerhalb von i liegt und sich in einem solchen Abstand befindet, daß störende Kapazitätswirkungen. nicht zu befürchten sind. Die Blechsterne enthalten zentrale Öffnungen o, durch welche die Kathode I< hindurchtreten kann. Die Anordnung wird zweckmäßig so getroffen, daß jene Segmente, welche auf der einen Seite durch den inneren Stern zusammengeschlossen werden, auf der anderen Seite durch den äußeren Stern verbunden sind, so daß alle Segmente die gleiche Länge aufweisen.In Fig. 5, a further design improvement is shown. Let it be the case of a magnetrome with an anode divided into six segments i to 6 based on. According to the prerequisite, the segments i, 3, 5 or 2, q., 6 should be with one another be connected in the shortest possible way. According to the invention, this is done with the aid of star-shaped sheet metal disks i and a, of which a lies outside of i and is itself located at such a distance that disruptive capacity effects. not to fear are. The sheet metal stars contain central openings o through which the cathode I < can pass through. The arrangement is expediently made so that those segments which on the one hand are united by the inner star the other side are connected by the outer star, so that all segments are the have the same length.

Claims

PATENT CLAIM: i. Magnetrom with an even number parallel to the axis anode segments arranged on the circumference of a circle concentric to the cathode, which are interconnected in two groups, so that each segment with the (which) is connected to the next but one in the peripheral direction, characterized in that that the short lines connecting the segments one behind the other on one or are attached to both ends of the discharge system.

2. M.agnetron according to claim i, characterized in that the segments that belong to a group by several wires are connected together.

3. Magnetron according to claim i and 2, characterized characterized in that the wires are connected to the segment edges in such a way, that they lie on tendons and not on circular diameters. q ..

Magnetron according to claim i, characterized in that the segments belonging to a group are formed by sheet metal strips are connected ', which have through openings for the cathode.

5. Magnetrom according to claim i, characterized in that if there are more than two pairs of segments the associated segments by star-shaped disks, which through-openings for the cathode .aufhaben, are connected to each other.

6. Magnetrom according to claim i, characterized in that the cathode is designed in such a way that @d; only ate it emitted on the part lying within the segments, so that a leakage current to the connecting plates is suppressed as far as possible.

7. Magnetron circuit below Use of tubes according to claim i and following, characterized in that the frequency-determining oscillating circuit (the external system) on the circumference of the subdivided Anode preferably in the middle of the outer surfaces of two adjacent, out of phase swinging Siegmente is connected.