DE818813C - Device to increase the vibration stability of a magnetron with many segments and a cavity resonator - Google Patents
Device to increase the vibration stability of a magnetron with many segments and a cavity resonatorInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 29. OKTOBER 1951ISSUED OCTOBER 29, 1951
P 326 VIIIa/2i a*P 326 VIIIa / 2i a *
Glarus (Schweiz)Glarus (Switzerland)
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhöhung der Schwingstabilität eines Magnetrons mit vielen Segmenten und einem Hohlraumresonator. Bei einem solchen Magnetron hat der Hohlraumresonator die Form eines Toroides von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt. Er ist somit begrenzt von zwei radial gerichteten, kreisringförmigen Seitenflächen, einer zylindrischen Außenmantelfläche und einer zylindrischen Innenfläche, welche durch die Anodensegmente gebildet wird. In bekannter Weise sind diese streifen- oder stabförmigen Segmente abwechslungsweise am innern Rande der beiden Seitenflächen befestigt.The invention relates to a device for increasing the vibration stability of a magnetron many segments and a cavity resonator. In the case of such a magnetron, the cavity resonator the shape of a toroid of preferably rectangular cross-section. It is therefore limited of two radially directed, circular ring-shaped side surfaces, a cylindrical outer jacket surface and an inner cylindrical surface formed by the anode segments. In well-known These strip or rod-shaped segments are alternately on the inside Edge of the two side surfaces attached.
Ein solches Magnetron zeigt besonders große Frequenzstabilität, wenn es in seiner sog. Grundschwingung schwingt. Bei dieser Schwingungsform bilden bekanntlich die abwechslungsweise an den beiden Seitenflächen befestigten Anodensegmente die Schwingkapazität des Hohlraumes, wobei die Schwingströme lediglich in durch die Magnetronachse gehenden Flächen innerhalb des Hohlraumes zirkulieren. Dementsprechend wird ein sehr einfaches Magnetfeld im Hohlraumresonator aufgebaut, dessen Feldlinien senkrecht zu den vorgenannten Ebenen verlaufen. Bei dieser extrem einfachen Schwingungsform müssen die Segmente gegen die Wellenlänge kurz sein. Sie stellen dann reine Kapazitätsbelegungen des Hohlraumes dar und weisen in Achsenrichtung praktisch keinen Unterschied des Wechselpotentiales auf.Such a magnetron shows particularly great frequency stability when it is in its so-called fundamental oscillation swings. In this form of oscillation, as is well known, the form alternately the anode segments attached to the two side surfaces, the oscillation capacity of the cavity, wherein the oscillating currents only in areas passing through the magnetron axis within the Circulate cavity. Accordingly, a very simple magnetic field is created in the cavity resonator constructed whose field lines run perpendicular to the aforementioned planes. At this extremely simple waveform, the segments must be short compared to the wavelength. she then represent pure capacity assignments of the cavity and practically point in the axial direction no difference in the alternating potential.
3030th
Die Erfindung betrifft ein solches Magnetron und ist gekennzeichnet durch Mittel zur Verhinderung von auf den Seitenwänden zwischen den Segmenten in tangentialer Richtung fließenden Ströme, wobei diese Mittel an mindestens zwei nicht auf demselben Durchmesser des Magnetrons liegende Stellen angebracht sind.The invention relates to such a magnetron and is characterized by means for prevention of flowing in the tangential direction on the side walls between the segments Currents, this means at least two not on the same diameter of the magnetron horizontal spots are attached.
In der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the drawing.
ίο Fig. ι stellt einen Schnitt durch die Achse eines sog. Ganzmetallmagnetrons dar;ίο Fig. ι represents a section through the axis of a so-called all-metal magnetrons;
Fig. 2 betrifft ein Detail der Segmentkonstruktion dieses Magnetrons;Fig. 2 relates to a detail of the segment structure of this magnetron;
Fig. 3 betrifft ein in einem Glaskolben angeordnetes Magnetron, welches in teilweise aufgeschnittenem Zustand in der Ansicht dargestellt ist.Fig. 3 relates to an arranged in a glass bulb Magnetron, which is shown in a partially cut-open state in the view.
In Fig. ι liegen die streifenförmigen Segmente^ und S2 auf einem Zylindermantel um die Magnetronachse. Die Segmente S1 sind auf der Seiten-In Fig. Ι the strip-shaped segments ^ and S 2 lie on a cylinder jacket around the magnetron axis. The segments S 1 are on the side
ao platte 1, die Segmente S2 auf der andern Seitenplatte 2 befestigt. Der Zylindermantel 3 schließt das Magnetron nach außen ab; innerhalb der Segmente liegt die zylindrische Großflächenkathode 4, welche durch zwei scheibenförmige Seitenplatten 5 und 6 von dem Anodenpotential, auf welchem sich der Hohlraumresonator befindet, abgeschirmt wird. Die Zuleitung des Heizstromes erfolgt hier längs der Magnetronachse durch die Drähte 7 und 8 innerhalb von Bohrungen des Permanentmagneten 9, dessen Feld in bekannter Weise zur Krümmung der Bahnen der von der Kathode emittierten Elektronen dient.ao plate 1, the segments S attached on the other side plate 2. 2 The cylinder jacket 3 closes the magnetron from the outside; Inside the segments lies the cylindrical large-area cathode 4, which is shielded from the anode potential on which the cavity resonator is located by two disk-shaped side plates 5 and 6. The heating current is supplied here along the magnetron axis through the wires 7 and 8 within bores of the permanent magnet 9, the field of which is used in a known manner to bend the paths of the electrons emitted by the cathode.
Die von den Segmenten periodisch über die Innenfläche des Hohlraumresonators hin und her schwingenden Ströme erzeugen ein Magnetfeld, welches z. B. auf der rechten Seite der Achse aus der Zeichnungsfläche heraustritt und auf der linken Seite wieder hineintritt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Energie des Magnetrons induktiv durch eine in dieses Feld eintauchende Kopplungsschleife 10 ausgekoppelt. Diese Schleife wird, isoliert durch die Glasdurchführungsstelle 11, ins Freie geführt. Es ist wichtig, zu erkennen, daß das hochfrequente Magnetfeld zufolge seiner ringförmigen, um die Kathode herumliegenden Gestalt, eine induktive Spannung in der Kathode induziert. Um nun zu verhindern, daß diese Spannung unerwünschte Streuströme über die Kathode ins Freie treibt, ist auf der oberen Magnetronseite ein Sperrkreis 12 angeordnet; dessen axiale Länge beträgt in bekannter Weise V4 der Wellenlänge, so daß der Widerstand an seiner gegen die Kathode gerichteten offenen Seite sehr hoch ist und den Übertritt von hochfrequenten Strömen nicht nur entlang seinem Innenzylinder 13, sondern auch auf dem Zuleitungsdraht 7 unterbindet. Isolierte Durchführungen 14 und 15 schließen das Magnetron hochvakuumdicht ab.The currents oscillating back and forth from the segments periodically over the inner surface of the cavity resonator generate a magnetic field which z. B. emerges from the drawing area on the right-hand side of the axis and re-enters on the left-hand side. In the embodiment shown, the energy of the magnetron is inductively decoupled by a coupling loop 10 immersed in this field. This loop, isolated by the glass feed-through point 11, is led outside. It is important to recognize that the high frequency magnetic field, due to its annular shape around the cathode, induces an inductive voltage in the cathode. In order to prevent this voltage from driving undesired stray currents into the open via the cathode, a blocking circuit 12 is arranged on the upper side of the magnetron; Its axial length is, in a known manner, V 4 of the wavelength, so that the resistance on its open side facing the cathode is very high and prevents high-frequency currents not only from passing along its inner cylinder 13, but also on the lead wire 7. Insulated bushings 14 and 15 close the magnetron in a high vacuum tight manner.
Diese besonders für hohe Leistungen geeignete Konstruktion wird wirksam gekühlt durch Kühlrohre 16 und 17, welche zweckmäßigerweise in der Nähe der Befestigungspunkte der Anodensegmente auf den Seitenplatten 1 und 2 angeordnet sind.This construction, which is particularly suitable for high performance, is effectively cooled by cooling tubes 16 and 17, which are expediently in the vicinity of the attachment points of the anode segments on the side plates 1 and 2 are arranged.
Versuche haben nun gezeigt, daß bei Steigerung der Hochfrequenzleistung eines solchen Magnetrons ein Abreißen der Schwingung eintreten kann, wodurch es nicht möglich ist, diese Leistung bis zu der thermisch zulässigen Grenze zu erhöhen. Diese schon bei Segmentzahlen von 10, 12 und mehr festgestellte Tatsache wird besonders augenfällig bei sehr hohen Segmentzahlen von 50 und mehr, welche für große Leistungen erwünscht wären. Es wurde nun erkannt, daß dieses Abreißen mit einem Umspringen der Schwingung in einen andern Schwingtypus verbunden ist. Ein solch neuer Schwingtypus hat offenbar nicht mehr die extreme einfache Form, die oben für das in Frage stehende Magnetron beschrieben und als sehr vorteilhaft erkannt worden ist. Das ringförmige, hochfrequente Magnetfeld wird z. B. bei einer andern Schwingungsform in zwei Hälften zerrissen. Betrachtet man die entsprechende Hälfte des Magnetrons, so verlaufen die Magnetlinien auf selbstverständlich geschlossenem Wege außen durch den Hohlraumresonator, dringen dann beidseitig zwischen den Segmenten hindurch in den Raum zwischen Kathode und Anode, in welchem sie sich schließen. Bei dieser Schwingungsform haben nicht mehr alle auf derselben Seitenwand befestigten Segmente das gleiche Wechselpotential. Es ist vielmehr so, daß bei der go sog. Grundschwingung dieses neuen Schwingtypus die eine Hälfte dieser Segmente auf positivem und die andere Hälfte gleichzeitig auf negativem Potential ist. Dieser Umstand steht in Übereinstimmung mit der vorgenannten Aufteilung des Magnetfeldes.Tests have now shown that when the high-frequency power of such a magnetron is increased a break in the oscillation can occur, making it impossible to achieve this performance up to to increase the thermally permissible limit. This already determined with segment numbers of 10, 12 and more The fact becomes particularly evident with very high segment numbers of 50 and more, which would be desirable for great achievements. It has now been recognized that this tearing off with a jump the oscillation is connected to a different type of oscillation. Such a new type of swing apparently no longer has the extremely simple form described above for the magnetron in question and has been recognized as very beneficial. The ring-shaped, high-frequency magnetic field is z. B. torn in half with a different waveform. Looking at the corresponding Half of the magnetron, so the magnetic lines run naturally closed Paths outside through the cavity resonator, then penetrate on both sides between the segments through into the space between the cathode and anode, in which they close. At this All segments attached to the same side wall no longer have the same waveform Alternating potential. Rather, the go So-called fundamental oscillation of this new type of oscillation, one half of these segments on positive and the other half is at the same time on negative potential. This fact is consistent with the aforementioned division of the magnetic field.
In diesem Falle fließen hochfrequente Schwingströme auf der Seitenfläche 1, wie auch auf der Seitenfläche 2 von den jeweils positiven zu den negativen Segmenten derselben Fläche. Die Erfindung greift nun hier ein, indem sie Mittel vorsieht zur Verhinderung der Ausbildung solcher Ströme. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden zu diesem Zweck, wie dies in Fig. 2 im Detail dargestellt ist, z. B. die Segmente S2 durch einen metallischen Ring 18 miteinander verbunden. Fig. 2 stellt einen Schnitt X-X durch die Segmente dar. Dieser Ring verhindert nun, wie näher erläutert wird, die Ausbildung der erwähnten Wandströme sowie der gleichzeitig durch sie bedingten Verzerrungen des Hochfrequenzfeldes. Man erkennt dies sofort, wenn man in Fig. 2 zwei symmetrisch liegende Feldlinien 19 dieses verzerrten Hochfrequenzfeldes betrachtet. Bezüglich dieser Feldlinien stellt der Ring 18, zusammen mit den Segmenten, Kurzschlußkreise her, in welchen durch dieses Feld Wirbelströme induziert würden, welche es fast vollständig kompensieren. Da der Ring 18 beim Ausführungsbeispiel in der Mittelebene des Magnetrons angeordnet ist, werden selbstverständlich direkt nur die unterhalb des Ringes zwischen ihm und der Seitenwand 2 liegenden Feldlinien beeinflußt. Es ist jedoch leicht zu erkennen, daß, wenn solche verzerrten Felder in der unteren Hälfte verhindert werden, sie auch in der oberen Hälfte aus Symmetriegründen nicht auftreten können. Selbstverständlich kann der Ring auch beispiels-In this case, high-frequency oscillating currents flow on the side surface 1 as well as on the side surface 2 from the positive to the negative segments of the same surface. The invention now intervenes by providing means for preventing the formation of such currents. In the embodiment according to FIG. 1, for this purpose, as shown in detail in FIG. B. the segments S 2 are connected to one another by a metallic ring 18. 2 shows a section XX through the segments. This ring now prevents, as will be explained in more detail, the formation of the wall currents mentioned and the distortions of the high-frequency field caused by them at the same time. This can be seen immediately if one looks at two symmetrical field lines 19 of this distorted high-frequency field in FIG. With regard to these field lines, the ring 18, together with the segments, produces short circuits in which eddy currents would be induced by this field, which almost completely compensate it. Since the ring 18 in the exemplary embodiment is arranged in the center plane of the magnetron, only the field lines lying below the ring between it and the side wall 2 are of course directly influenced. It is easy to see, however, that if such distorted fields are prevented in the lower half, they cannot occur in the upper half either for reasons of symmetry. Of course, the ring can also be
weise an den Enden der Segmente angeordnet werden. Durch die Unterdrückung der genannten Feldlinien werden auch die dazugehörigen Stromlinien in den Seitenwänden zwischen den Segmenten JT2 verhindert. Feldlinie und Stromlinie bedingen sich bekanntlich gegenseitig.be arranged wisely at the ends of the segments. By suppressing the field lines mentioned, the associated streamlines in the side walls between the segments JT 2 are also prevented. As is well known, field line and streamline are mutually dependent.
In Fig. ι ist ein weiteres Mittel angegeben, welches zur Unterdrückung der Wandströme geeignet ist. Es besteht in einem Bügel 20, welcher seitlich in die Seitenwand 1 eingesetzt ist und über einen größeren Teil des Segmentumfanges in tangentialer Richtung längs der Segmente verläuft, um an einer andern Stelle wieder zur Seitenwand τ zurückzuführen.In Fig. Ι a further means is indicated which is suitable for suppressing the wall currents is. It consists of a bracket 20 which is inserted laterally into the side wall 1 and over a larger part of the segment circumference runs in the tangential direction along the segments, in order to return to the side wall τ at another point.
In Fig. 3 befindet sich der Hohlraumresonator innerhalb des Glaszylinders 21. Er ist durch die beiden Stützen 22 und 23 mit dem Preßglasfuß 24 verbunden. Dieser trägt auch die Zuleitungen 25, 26 für den Heizstrom. Die Kathode 27 ist hier eineIn Fig. 3 the cavity resonator is located within the glass cylinder 21. It is through the the two supports 22 and 23 are connected to the pressed glass base 24. This also carries the supply lines 25, 26 for the heating current. The cathode 27 is one here
ao Wendelkathode, deren Durchmesser auch in bekannter Weise entsprechend der Segmentzahl und dem Anodendurchmesser angepaßt sein muß.ao helical cathode, the diameter of which is also known in Way must be adapted according to the number of segments and the anode diameter.
Bei dieser Konstruktion können nun die Wandströme auf sehr einfache Art und Weise durchWith this construction, the wall currents can now pass through in a very simple manner
s5 Schlitze 28, 29 in den Seitenwänden unterdrückt werden. Durch diese Schlitze wird die Seitenwand von innen heraus bis vorzugsweise an ihren Außenrand hinaus aufgeschlitzt. Es ist hier besonders gut ersichtlich, daß es zur Erreichung des Erfindungs-Zweckes nicht genügt, solche Schlitze z. B. nur auf einem Durchmesser anzuordnen. Man erkennt ohne weiteres, daß in einem solchen Falle der neue verzerrte Schwingtypus trotzdem sich einstellen kann, wobei die unerwünschten Wandströme ihr Maximum auf einem Durchmesser aufweisen, welcher senkrecht zu dem Durchmesser der Schlitze liegt. In der dargestellten Ausführung sind denn auch diese Schlitze um etwa V3 des Umfanges gegeneinander versetzt. Dabei kann selbstverständlich der eine Schlitz auf der einen Seitenplatte und der andere auf der andern Seitenplatte angebracht werden. Es können aber auch beide Seitenplatten je mit zwei Schlitzen versehen sein. Es können auch mehr als zwei Schlitze vorgesehen werden, insbesondere ist eine Ausführung interessant, bei welcher in beiden Seitenplatten zwischen sämtlichen Segmenten Schlitze angeordnet sind. Die Seitenplatten werden dann gewissermaßen gebildet aus den in radialer Richtung verlängerten Segmenten.s5 slots 28, 29 in the side walls are suppressed. Through these slots, the side wall is slit from the inside out, preferably to its outer edge. It is particularly evident here that it is not sufficient to achieve the purpose of the invention, such slots z. B. to be arranged only on one diameter. It is easy to see that in such a case the new, distorted oscillation type can nevertheless arise, the undesired wall currents having their maximum at a diameter which is perpendicular to the diameter of the slots. In the embodiment shown, these slots are offset from one another by approximately V 3 of the circumference. Of course, one slot can be made on one side plate and the other on the other side plate. However, it is also possible for both side plates to be provided with two slots each. More than two slots can also be provided; in particular, an embodiment is of interest in which slots are arranged in both side plates between all segments. The side plates are then to a certain extent formed from the segments which are lengthened in the radial direction.
Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Die angegebenen Mittel können einzeln oder in Kombination überall bei Magnetrons angewendet werden, bei welchen auf die Erhaltung des beschriebenen einfachen Schwingungstypus mit tangential verlaufenden Magnetfeldlinien Wert gelegt wird.The invention is of course not limited to the exemplary embodiments shown. The specified Means can be used individually or in combination everywhere with magnetrons, in which on the preservation of the described value is placed on simple vibration types with tangential magnetic field lines will.
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