DE694322C - Magnetrons - Google Patents

Magnetrons

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DE694322C
DE694322C DE1934T0044761 DET0044761D DE694322C DE 694322 C DE694322 C DE 694322C DE 1934T0044761 DE1934T0044761 DE 1934T0044761 DE T0044761 D DET0044761 D DE T0044761D DE 694322 C DE694322 C DE 694322C
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DE
Germany
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frequency
field
control
magnetic field
transverse
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Expired
Application number
DE1934T0044761
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Karl Fritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken AG
Original Assignee
Telefunken AG
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Publication date
Application filed by Telefunken AG filed Critical Telefunken AG
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B9/00Generation of oscillations using transit-time effects
    • H03B9/01Generation of oscillations using transit-time effects using discharge tubes
    • H03B9/10Generation of oscillations using transit-time effects using discharge tubes using a magnetron

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • Verfahren zur hochfrequenten Fremdsteuerung eines Magnettuns Bei der vorliegenden Erfindung han&lt ies sich um Verfahren zur hochfrequenten Fremd-Steuerung von Magnetrongeneratoven.
  • Es ist vorgeschlagen worden, Magnetrons spannungsmäßig hochfrequent fremdzusteuern; es ist auch vorgeschlagen worden, die Steuerung mit Hilfe eines zirkularen hochfrequenten Magnetfeldes (hochfrequente Stromsteuerung) vorzunehmen.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Fremdsteuerung die Abhängigkeit des Anodenstromes J, von dem Winkel a, zwischen resultierendem Magnetfeld und Elektrodensystemachseausgenutzt, und zwar derart,. daßeinem konstanten Hauptmagnetfeld, dessen Wert mindestens dem kritischen Wert bezüglich der gesteuerten Schwinungenentspricht, ein in g einem Winkel dazu stehendes hochfrequentes, sich periodisch im Takt der Steuerfrequenz änderndes, relativ kleines magnetisches Querfeld überlagert wird.
  • Es ist bereits bekannt, mittels veränderlicher Magnetfelder rhythmische Abschwächungen und Verstärkungen von in einer Rätere erzeugten Schwingung-en hervorzurufen. Dieses auch späterhin für Magnetronröhren vorgeschlagene Verfahren ergibt jedoch lediglich eine Modulation der erzeugten Schwingungen, führt jedoch noch nicht zu einer hochfrequenten. Fremdsteuerung, bei .der völlig.andere Voraussetzungen als bei der Modulation zu erfüllen sind. Es wurden auch weiterhin Untersuchungen bekannt über -den. Einfluß der Winkelstellung des Magnetfeldes relativ zur Elektrodensystemachse von Magnetronregen@eratoren. Aber auch aus diesen Untersuchungen konnte noch nicht gefolgert werden, daß eine hochfrequente Fremdsteuerung durch hochfrequente Winkeländerung des Magnetfeldes auf die durch die Erfindung gegebene Weise möglich ein könnte.
  • Die Ausnutzung- der Abhängigkeit des Anodenstromes von dem Magnetfeldwinkel kann einmal bezüglich der Größe des Anodenstromes und ein andermal hinsichtlich der Stromverteilung auf die Anodensegmente geschehen. Es hergeben sich zwei verschiedene Ausführungsformen, die jedoch gemeinsame Merkmale, nämlich die Fremdsteuerung unter Verwendung der obengenannten Winkelbeziehungen aufweisen. Die Größe des Anodenstromes hängt in starkem Maße von dem Betrag dieses Winkels ab. Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf; insbesondere wird !erstens die Steuerleistung außerordentlichgering, und zweitens eignet sich das Verfahren sehr gut zur Frequenzverdöppelung bzw. Vervielfachung. Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Fremdsteuerung der Elektronen durch eine Richtungssteuerung zu bewirken, derart, daß dem Hauptmagnetfeld eines Magnetrons, welches in einer der üblichen Schaltungen betrieben wird, ein schwaches hochfrequentes Steuerfeld in einer von der Senkrechten zum Hauptfeld mehr oder weniger abweichenden Richtung überlagert wird. Durch diese Maßnahme wird der resultierende magnetische Vektor nur in seiner Richtung und fast nicht in seiner absoluten Größe geändert. In Abb. i stellt der Vektor H die in Richtung der Anodenachse verlaufende Hauptkomponente des. Magnetfeldes dar. Q ist der Vektor eines z. B. senkrecht auf H stehenden hochfrequenten Hilfsfeldes. F ist ist der aus beiden Komponenten resultierende wirksame Feldvektor, der mit dem normalen Hauptfeld H einen von der Größe des Querfeldes Q abhängigen Winkel a :einschließt. Wie und warum die Änderungen des Winkels a. den Schwingungsvorgang bestimmend beeinflussen, soll im folgenden Abschnitt an Hand der Abb. 2 bis q. beschrieben werden.
  • Wir betrachten beispielsweise ein Mab etron mit zylindrisch angeordneten Anodensegmenten und einer Kathode in der Anodenzylinderachse. Das Hauptmagnetfeld laufe ungefähr parallel zu dieser Achse. Bei symmetrischem Aufbau und geeignet gewählten elektrischen und magnetischen B:etriebsb:edingungienergibt sich dann experimentell eine Abhängigkeit des Gesamtemissionsstromes vom Winkel a., die kurvenmäßig in Abb.2 dargestellt ist. Im Arbeitspunkt X (a. = o; Q = o) auf dieser Kurve sind die Elektronenbahnen eben, und die meisten Elektronen :erreichen gerade nicht die Anode. Daher das Absinken des Anodenstromes bei sonst unveränderten Betriebsdaten.
  • Bei Einhaltung eines Arbeitspunktes Y bzw. Y' :erreicht eine größere Zahl von Elektronen die Anoden. Der Grund hierfür ist folgender: Es tritt jetzt neben dem normalen Hauptfeld Hein Querfeld auf, welches bewirkt, daß das resultierende Feld F mit der Anodenzylinderachse einen endlichen Winkel a, einschließt. Die Elektronen bewegen sich nicht mehr in Ebenen senkrecht z. B. zur Kathode, sondern wickeln sich schraubenförmig um das gedrehte resultierende Magnetfeld ,als Achse ab und erreichen ohne Anderung der Größe der elektrischen :oder magnetischen Felder die Anoden. Ändert man also a, periodisch, z. B. durch. Überlagerung eines Querwechselfeldes quer zum Hauptfeld oder durch Drehen des Elektrodensystems gegenüber ,der Kraftlinienrichtung des Hauptmagnetfeldes, so- @ergeben sich stoßartige Stromänderungen 7e, und zwar wenn man den Arbeitsruhepunkt nach X verlegt und die Winkeländerungen nach positiven und negativen Werben von a. etwa bis zur Erreichung der Arbeitspunkte Y und Y' vornimmt, erhält man Kurven nach Abb. 3. In Abb. 3 sind über die Zeit t als Abszissena:chse die Winkeländerungenda.=sa und gleichzeitig die Stromstöße I, aufgetragen. Man sieht deutlich, daß der Emissionsstrom mit der doppelten Frequenz der Winkeländerungen schwankt. Die Ausgangsleistung des Magnettuns hat also die doppelte Frequenz gegenüber dem steuernden hochfrequenten Querfeld. In Abb. q. sind I, und a- in derselben Abhängigkeit von t aufgetragen. Jedoch ist dabei angenormnen, daß die Winkeländerungen d rL von einem Ruhepunkt Y bzw. Y' entweder nur in positiven oder nur in negativen Werten von u_, etwa bis cc = o, vor sich gehen. Die Ausgangsleistung des Magnetrans besitzt in diesem Falle dieselbe Frequenz wie das steuernde Hilfsquerfeld.
  • Im vorangegangenen Abschnitt sind bis jetzt nur die elektronenphysikalischen Vorgänge innerhalb der Entladungsröhre betrachtet worden. Für die äußere Ausführung der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten. Einmal kann man den durch die Stromstöße 1e anregb,aren Schwingungskreis direkt zwischen Anode und Kathode legen, wobei die beiden Anoden so kurz wie möglich, d. h. ohne Zwischenschaltung eines resonanzfähigen Kreises, miteinander verbunden sind (Abt. 7). Der sich dabei abspielende physikalische Vorgang ist relativ einfach und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
  • Es besteht weiterhin noch die Möglichkeit, das zu steuernde Magnettun in der üblichen Symmetrieschaltung, bei der die Anodensegmente- in mindestens zwei Gruppen gegeneinander schwingen, arbeiten zu lassen. Ohne das steuernde Querfeld würden in dieser Schaltung durch Selbsterregung Schwingungen erzeugt, deren Frequenz im wesentlichen von der Induktivität L zwischen den Anodengruppen, der Kapazität der Teilanoden und einer zusätzlichen Kapazität C parallel zur In.duktivität abhängen würde. Fügt man nun zu einem derartigen selbsterregten Magnetron ein hochfrequentes Querfeld hinzu, so wirkt dieses wie ein Drosselventil für den Anodenstrom, indem es nur solche Schwingungen zu großen Amplituden anwachsen läßt, deren Frequenz mit der Steuerfrequenz übereinstimmt.
  • Eine unmittelbare Rückwirkung der gesteuerten Schwingungen auf die Steuerschwingungen ist bei diesem Verfahren ausgeschlossen, da von den fliegenden Elektronen keine Arbeit am steuernden hochfrequenten Magnetfeld geleistet werden kann. Dias Integral Kraft X Weg ,_ ' ,fI(.ds; I(=H.e.v ist immer Null, .da die Kraft I( senkrecht zum Weg ds steht.
  • H = magnetischer Vektor, e = Ladung des Elektrons, v = Geschwindigkeit des Elektrons. Dies leuchtet ohne weiteres ein, denn ein Magnetfeld kann nur eine Krümmung der Bahn der Elektronen, aber keine Geschwindigkeitsänderung hervorrufen. Ein Magnetfeld kann die kinetische Energie nicht verändern, dem Elektron keine Arbeit zuführen oder entziehen.
  • In den Abb.5 bis 8 sind beispmelsweise@ Anordnungen zur Durchführung des Erfindungsgedankens dargestellt.
  • Die Erzeugung des magnetischen Querfeldes zur Änderung des Winkels a, kann in beliebiger Weise erfolgen. Besonders brauchbar haben sich Ausführungen nach Abb. 5 erwiesen, bei denen in den Anodenschlitzen zwischen je zwei gegenüberliegenden Anod@ensegmenten A2, A3 und A.4, A1 eine vom. Steuerstrom durchflossene Querfeldwindungq isoliert angebracht ist.
  • In Kbb.6 ist der parallel zur Längsachse des Anodensegments verlaufende Teil der Querfeldwindung W, direkt mit den Anodenblechen vereinigt worden, so daß praktisch diese Teile der Windung wegfallen können. Die Anodensegmente erhalten auf der einen Seite einen VerbindungsbügelB und auf der anderen Seite Zuführungen Z zum Anschluß an den Steueroszillator.
  • In Abb. 7 ist eine Magnetrönschalttmg dargestellt, bei der die Schwingungserzeugung nur bei Vorhandensein eilfies Steuerfeldes vor sich gehen kann. Der Verlauf der Felder bzw. die Erzeugungsorgane der Felder sind in dieser Abbildung aus Gründen der. Übersichtlichkeit nicht angegeben. A1 und A2 sind die Anodensegmente eines z. B. zweigeteilten Magnetrens, die über einen kurzen Bügel B miteinander verbunden sind. In der hochfrequenzmäßigen Verbindung zwischen Anoden und Kathode I( ist ein z. B. auf die doypelte Steuerfrequenz abgestimmter SchwinZungskreis LC eingeschaltet. Die elektrischen urid magnetischen Betriebsdaten sind so gewählt, d.aß der Arbeitspunkt bei X zu liegen kommt (vgl. Abb. 2). Es ergeben sich dann Anodenstromstöße von der doppelten Steuerfrequenz (Abt. 3), die den Schwingkreis LC erregen.
  • Die Parallelschaltung LC kann gegebenenfalls durch eine Striens.chaltung hersetzt werden (in der- Abb.7 gestrichelt dargestellt). In Abb. 8 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Anoden A1 und A.3 bzw. A2 und A4 eines viergeteilten Magnetroms durch Büge1B untereinander verbunden sind. Die auf diese Weise entstandenen Anodmgrupp.wi sind über einen Schwingungskreis LV ebenfalls verbunden, von dem die erzeugte Hochfrequenz abgenommen werden kann. In der Abb. 8 sind die Anoden A2 und A4 über eine Lecherleitung mit einem Steuersender i,1 verbunden. Die Ankopplung der Steuerquelle an die Lecherleitung geschieht zweckmäßig in solchen Punkten, in denen die Spannung in bezug auf die -erzeugte Frequenz annähernd Null ist. Das in Abb. 8 dargestellte Magnetren ist an und für sich imstande, Schwingungen von einer durch LV bestimmten Frequenz zu erzeugen. Diese Schwingungserzeugung wird gleichsam von einer fremden Steuerquelle überwacht. Ein fremdgesteuertes magnetisches Querfeld sorgt dafür, daß die Schwingungen nur darin zu annehmbaren Amplituden ,anwachsen können, wenn die Eigenfrequenz des Kreises L'C' mit der-Steuerfrequenz übereinstimmt. Bezüglich der zu steuernden Schwingungen sind die Anoden A2 und A.4 identisch und haben in jedem Augenblick dasselbe Potential. Bezüglich der Steuerfrequenz bilden sie zusammen mit ihrem BügelB die zur Erzeugung eines magnetischen Querfeldes notwendige Windung'W". Von der Steuerfrequenz werden die beiden Anodensegmente gegensinnig stromdurchflossen. Im Bedarfsfall können die Phasenverhältnisse zwischen quasi selbsterregten Schwingungen und steuernden Schwingungen durch Größen korrigiert werden, welche auf die Laufzeit der Elektronen @einwirken. Dieses ist aber im allgemeinen überflüssig, da eine feste Phasenverschiebung nicht stört.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur hochfrequenten Fremdsteuerung eines Magnetrens, dadurch gekennzeichnet, daß einem konstanten Hauptmagnetfeld, dessen Wert mindestens dem kritischen Wert bezüglich der gesteuerten Schwingungen entspricht, ein in einem Winkel dazu stehendes hochfrequentes) sich periodisch im Takt der Steuerfrequenz änderndes, relativ kleines inagnetisches Querfeld überlagert wird.
  2. 2. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens -nach Anspruch i, dadurch :gekennzeichnet, daß das Hauptfeld in der Richtung und das Querfeld senkrecht zur Richtung der Symmetrieachse des Elektr odensystems _ verläuft.
  3. 3. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch i, dadurch -gekennzeichnet, daß das Querfeld mit Hilfe einer einzigen stromdurchflossenen Leiterschleife erzeugt wird. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Anodenseghiente Teile der Leiterschleife bilden.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Steuerschwingungen zur Leiterschleife über Paralleldrahtleitungen geschieht und die Steuerschwingungsquell.e 'in Spannungsknoten der stehenden Welle auf den Zuführungsleitungen angeschlossen ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlagerung des Arbeitsruhepunktes ein konstantes Quermagnetfeld vorgesehen ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis, in dem die gesteuerten Schwingungen abgenommen werden, auf ein vorzugsweise geradzahliges Vielfaches der Frequenz der Steuerschwingungen abgestimmt ist. ä. Verfahren nach Anspruch i. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetronkreis annähernd bis zur Selbsterregung gebracht wird, so daß dem Steuerkreis nur die Frequenzkontralle zufällt.
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