DE821372C - Mehrfach-Hohlraum-Magnetron - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 19. NOVEMBER 1951

p 28879 VIIIaI 21 a" D

ist als Erfinder genannt worden

Mehrfach-Hohlraum-Magnetron

Die Erfindung bezieht sich auf abstimmbare Hochfrequenzkreise und insbesondere auf Magnetrons mit einer Vielzahl von Hohlraumresonatoren.

Nach einer Ausführungsart enthalten solche Magnetrons eine ringförmige Blockanode, die durch Schlitze oder Bohrungen in eine Mehrzahl von Segmenten unterteilt ist; die Schlitze oder Bohrungen sind so gestaltet und angeordnet, daß sie Hohlraumresonatoren von einer vorbestimmten Eigenfrequenz bilden; sie stehen kapazitiv mit der zentralen Öffnung oder Bohrung in der Anode in Verbindung, in welcher eine Kathode untergebracht ist, und sind an den Stirnseiten durch den magnetischen Kraftfluß, der aus den Hohlräumen oder Kammern heraustritt, miteinander gekoppelt.

Die Resonanzfrequenz des durch die Gesamtheit der einzelnen Resonatoren gebildeten Gesamtkreises ist natürlich abhängig von den Parametern der den Kreis bildenden Elemente und von der Kopplung zwischen den Resonatoren. Da eine Vielzahl von selbständig resonanzfähigen Elementen in dem Gesamtkreis enthalten sind, so kann der letztere als Ganzes nach verschiedenen Schwingungsformen schwingen. Um die Schwingung des Systems in einer gewünschten Schwingungsform zu verwirkliehen und zu begünstigen, können Koppelelemente von vorbestimmten Parametern vorgesehen sein. Nach einer Ausführungsform mit sogenannten Festhaltestegen für eine bestimmte Schwingungsform bestehen diese Koppelelemente aus zwei konzenirischen Ringen, die an den Stirnseiten der Blockanode liegen und mit je einer Gruppe von wechselweise aufeinanderfolgenden Anodensegmenten verbunden sind.

Diese Kopplungselemente oder Festhaltestege für eine bestimmte Schwingungsform bringen Nebenkapazität und Nebeninduktivität in das Resonanzsystem und bewirken eine Trennung der möglichen Schwingungsformen.

Mehrfachresonatorsysteme der angegebenen Art sind natürlich abstimmfähig, und zwar durch Änderung eines Parameters des Systems. Zum Beispiel kann die Hauptresonanzfrequenz variiert werden, ίο indem man die Kopplung zwischen den Einzelresonatoren ändert. Zwei wichtige Erscheinungen müssen jedoch in Verbindung mit den bisher bekanntgewordenen Abstimmsystemen der angegebenen Art beachtet werden. Einerseits kann die Schwingungsform bei Änderung der Kopplung wechseln, so daß der Frequenzbereich, in welchem ohne Wechsel der jeweiligen Schwingungsform abgestimmt werden kann, eng begrenzt ist. Andererseits ist eine Änderung der Schwingungsform bzw. eine Annäherung an Verhältnisse, die einer Veränderung oder einem Wechsel der Schwingungsform ähnlich sind, mit einem Absinken der Ausgangsleistung verbunden.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist die Veras lessening der abstimmbaren Mehrfachelementesysteme und insbesondere der abstimmbaren Mehrfachhohlraumresonatorsysteme für Magnetrons.

Die Erfindung strebt insbesondere an, den Abstimml >ereich von Mehrfach-Hohlraum-Resonatorsystemen zu vergrößern, und zwar in der Weise, daß die jeweilige Schwingungsform eines mit einem solchen System ausgestatteten Magnetrons nicht verändert wird, und die mit Abstimmänderungen verbundenen Schwankungen der Ausgangsleistung solcher Magnetrons auf ein Minimum verringert werden.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird die Abstimmung in einem die Schwingungsform festlegende Stege enthaltenden Magnetron der beschriebenen allgemeinen Bauart bewirkt, indem man sowohl die Kapazität pro Längeneinheit des Stegsystems als auch die Induktivität pro Längeneinheit verändert, wobei diese Änderungen in gegensätzlichem Sinne erfolgen, d. h. bei zunehmender Kapazität die Induktivität geringer wird und umgekehrt.

Xach einer typischen Ausführungsform der Erfindung l>estehen die an einer Stirnseite der Anode des Magnetrons liegenden, die Schwingungsform festlegenden Stege aus konzentrischen, rinnenförmigen Ringen, in welche ein Abstimmglied aus konzentrischen, leitenden und elektrisch zusammenhängenden Ringen genau einstellbar eingeführt werden kann, um die Kapazität zwischen den Stegen und die Querschnittsgröße der Stege wirksam zu verändern.

Wenn die Abstimmringe in die rinnenförmigen Stege eingeführt werden, nimmt die Kapazität zwischen den Stegen zu; das hat zur Folge, daß die Wellenlänge der Schwingungen bei der gewünschten Schwingungsform größer wird. Außerdem verringert die Steginduktivität die Wellenlänge für andere Schwingungsformen. Die Frequenzgebiete der verschiedenen Schwingungsformen werden demzufolge getrennt. Auf diese Weise ist eine Vergrößerung des jeweils möglichen Abstimmbereichs ohne Änderung der Schwingungsform verwirklicht. Auch werden Überlappungen der Schwingungsformen vermieden, so daß ül>er einen weiten Frequenzbereich gleichförmige Ausgangsleistung erzielt wird.

Die Erfindung und ihre oben behandelten sowie noch weite're Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung klarer und ganz verständlich, und zwar in Verbindung mit der Zeichnung; in dieser Zeichnung zeigt

Fig. ι eine Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung eines Teils eines Mehrfach-Hohlraum-Resonatormagnetrons gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Stirnseitenansicht der in dem Magnetron nach Fig. 1 eingeschlossenen Anode,

Fig. 3 eine teilweise durchbrochene Vorderansicht eines Magnetrons, in welchem die in Fig. 1 gezeigte Einheit eingebaut ist und welche Einzelheiten der Außenteile des Abstimmechanismus veranschaulicht,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Anode und von Teileti des Abstimmmechanismus bei einem Magnetron gemäß Fig. 1 und 3,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Teils des abstimmbaren Schwingkreises des Magnetrons und

Fig. 6 ein Schaubild mit Darstellung der Kennlinien eines Magnetrons im Sinne der Erfindung.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, besteht das in Fig. ι bis 4 dargestellte Magnetron aus einem zylindrischen Metallgehäuse 10 mit einer darin liegenden ringförmigen Blockanodc 11, die mit dem Gehäuse 10 aus einem Stück hergestellt sein kann. Das Gehäuse ist an einer Stirnseite durch eine metallische Deckelplatte 50 dicht verschlossen. Die in Fig. 2 besonders deutlich gezeigte Blockanode 11 ist mit einer zentralen Bohrung 12 versehen, von weleher mehrere in gleichem Abstand voneinander liegende radiale Schlitze 13 ausgehen, welche sich über den ganzen Anodenblock erstrecken. Diese Schlitze, die die Anode in eine Anzahl, z. B. acht im wesentlichen gleiche Segmeute teilen, sind so bemessen, daß sie Hohlraumresonatoren von vorbestimmter Eigenfrequenz bilden,. Die Stirnflächen der Anoden sind mit ringförmigen Rillen oder Kanälen 14 versehen, die koaxial zur Bohrung 12 liegen.

In der Bohrung 12 ist koaxial eine zylindrische Kathode 15 untergebracht, und zwar eine Äquipotentialkathode, die indirekt beheizt ist, und deren Außenfläche mit einer Elektronenemissionsschicht überzogen ist. Die Kathode ist mit Endplatten 16 versehen, an welche starre Stützen 17 angeschlossen sind, die als Zuführungsleiter der Kathode dienen. Die Stützen 17 sind unter hermetischer Abdichtung durch die gläsernen Füße 18 hindurchgeführt, die ihrerseits mit den metallenen Rohren oder Muffen dicht verbunden sind. Die Muffen 10 sind mit

verjüngten Enden2o versehen, die in öffnungen des Gehäuses io eingepaßt und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sind.

Dem Magnetron kann Energie über die Kopplungsschleife 21 entnommen werden, die im allgemeinen rechteckige Form hat, wie Fig. 3 zeigt, und in einer Nische 22 der Anode 11 untergebracht ist. Die Nische 22 kreuzt einen der Hohlraum-Resonatorschlitze 13. Die Schleife 21 ist mit dem innen liegenden Leiter 23 einer hermetisch verschlossenen Koaxialleitung verbunden. Der äußere Leiter 24 dieser Leitung ist hermetisch an das Gehäuse 10 angeschlossen. Wie die Fig. 1 und 3 deutlich erkennen lassen, haben die Leiter 23 und 24 einander gegenül>erliegende, konisch zulaufende Teile, um längs der Koaxialleitung eine im wesentlichen konstante Impedanzcharakteristik einzustellen.

In der Rinne oder dem ringförmigen Einschnitt 14 auf einer Stirnseite der Anode 11 sind koaxiale, ringförmige, entsprechende Profile aufweisende Verbindungsstege 25 und 26 angeordnet, die die Schwingungsform festlegen. Diese aus Metall, z. B. Kupfer gegossenen oder maschinell hergestellten Stege sind mit gleichmäßig verteilten Füßen oder Höckern 27 versehen, und zwar in .abwechselnder Folge, wie Fig. 4 zeigt. Die Füße des einen Stegs sind z. B. durch Hartlötung an eine Gruppe von abwechselnd aufeinanderfolgenden Anodensegmenten angeschlossen, wodurch diese Segmente unmittelbar miteinander verbunden werden. In ähnlicher Weise verbindet der andere Steg die zweite Gruppe der Anodensegmente.

Ein zweites Paar Stege 28 und 29 für die Festlegung der Schwingungsform, die mit dem Ste^paar 25, 26 identisch sind, ist in der Rinne 14 an der anderen Stirnseite der Anoden untergebracht. Wie Fig. ι zeigt, überbrückt der Steg 28 die gleichen wechselweise aufeinanderfolgenden Anodensegmente wie der Steg 25, während der Steg 29 in ähnlicher Weise diejenigen Anodenelemente miteinander verbindet, die bereits über den Steg 26 miteinander in Verbindung stehen.

Zweckmäßigerweise halmen die Rinnen in den Stegen ausgeprägt rechtwinklige Form. Die verschiedenen Stege erzeugen eine Parallelkapazität und Parallelinduktivität in dem aus den verschiedenen Hohlraumresonatoren gebildeten Kreis; obwohl die Zahl der möglichen Schwingungsformen des Kreises an sich unbeeinflußt bleibt, so bewirken aber die Stege doch eine Trennung der Schwingungsformen. Durch passende wechselseitige Beziehung der Parameter des Systems und insbesondere der Stege wird die Neigung des Systems, in einer vorbestimmten Form zu schwingen, gesteigert.

In die Rinnen der Stege 28 und 29 kann genau einstellbar ein metallisches Abstimmglied eingeführt werden, welches konzentrische, ringförmige Teile 30, z. B. aus mit Silber überzogenem Kupfer, aufweist, die fest an einem Brückenteil 31 sitzen; der Durchmesser jedes Teiles 30 ist im wesentlichen gleich dem mittleren Durchmesser des zugehörigen Steges 28 oder 29; im übrigen sind die Teile 30 vergleichsweise dünn gehalten, so daß sie den zugehörigen Steg nicht berühren. Der Mechanismus für die Verstellung des Abstimmgliedes wird noch beschrieben werden.

Wenn das Abstimmglied in die Stege 28 und 29 eingeführt wird, verändert es die Impedanzen der Stege und die Kreisparameter des durch die Stege und die Hohlraumresonatoren gebildeten Systems. j Mit anderen Worten: Durch die Einführung der Teile 30 in die Stegrinnen wird die Kapazität pro Längeneinheit des Stegsystems vergrößert, und zwar durch Vergrößerung der Kapazität zwischen den Stegen; die Induktivität pro Längeneinheit wird durch effektive Vergrößerung der Querschnittsfläche der Stege verkleinert. Die Vergrößerung der Stegkapazität hat eine Vergrößerung der Wellenlänge der gewünschten Schwingungsform zur Folge. Die Verringerung der Induktivität' bewirkt eine Verkleinerung der Wellenlänge der Schwingungsformen niederer Ordnung. Daraus ergibt sich eine Trennung der möglichen Frequenzgebiete der Schwingungsformen; es wird eine Abstimmung über einen weiten Bereich ohne Änderungen der Schwingungsform und ohne wesentliche Änderung der Ausgangsleistung möglich.

Ein vereinfachtes Schaltbild des Abstimmsystems ist in Fig. 5 dargestellt, wobei vier Anodensegmente durch die die Schwingungsform festlegenden Stege 28 und 29 gekoppelt sind.· Die Abstimmvorrichtung 30, 31 ist im Verein mit den Stegen für die veränderlichen Kapazitäten bestimmt.

Die Kennlinien eines typischen Magnetrons mit einem Abstimmsystem nach der Erfindung sind in Fig. 6 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, daß die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems sich im umgekehrten Verhältnis wie die Einführtiefe der Abstimmringe 30 verändert, und daß die Ausgangsleistung des Magnetrons sich nur wenig über den Abstimmbereich ändert.

Der Betätigungsmechanismus des Abstimmgliedes für dessen Einstellung gegenüber den Stegen 28 und 29 enthält, wie Fig. 1, 3 und 4 zeigen, eine metallene Brücke 32, auf welcher das Abstimmglied befestigt ist. Die Brücke 32 ist an ein Diaphragma 33 angeschlossen, welches dicht an dem Metallring 34 befestigt ist, der seinerseits das Gehäuse 10 an einer Stirnseite abdichtet. An der Brücke und dem Diaphragma ist ein mit Außengewinde versehener Stutzen 35 befestigt, mit dessen Gewinde ein Getriebe 36 im Eingriff steht, welches in einen Führungsteil 38 mittels Kugellagern 37 drehbar angeordnet ist.

Das Glied 36 ist mittels der Schrauben 40 mit einem Getriebezahnrad 39 fest verbunden, das seinen Antrieb über den Zahntrieb 41, 42 erhält, wie Fig. 3 erkennen läßt. Die Zahnräder 41, 42 des Zahntriebes sind in einem am Gehäuse 10 befestigten Ansatzstück 46 untergebracht. Das Zahnrad 42 ist mit einem geeigneten Stutzen 43 zum Ansetzen eines Schlüssels oder eines anderen Betätigungsmittels versehen.

Wie Fig. 3 zeigt, können die Füße 18 und die Muffen 19 in einem Schutzgehäuse 44 eingeschlos-

"sen sein, das mit dem Gehäuse io fest verbunden ist. Das Gehäuse kann im übrigen mit Rippen 45 versehen sein, um die Wärmeabstrahlung von der Vorrichtung zu steigern und die Vorrichtung auf einer angängigen Betriebstemperatur zu halten.

Obwohl eine besondere Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, so ist doch verständlich, daß diese Ausführung nur der Erläuterung dient, und daß vielerlei Änderungen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch von dem^Wesen und dem Geist der Erfindung abgewichen wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Mehrfach-Hohlraum-Magnetron, bei dem die radialen Schlitze im Anodenblock an den Stirnseiten durch leitende Verbindungen überbrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den ao Stirnseiten je zwei leitende Glieder vorgesehen

   sind, die die Anodensegmente in abwechselnder Folge miteinander verbinden, und daß Mittel vorgesehen sind, die gestatten, die Induktivität der leitenden Glieder und die Kapazität zwischen | den leitenden Gliedern zwecks Abstimmung zti verändern.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden leitenden Glieder als Ringe ausgeführt sind und das Abstimmmittel aus einem leitenden Ring besteht, der so angeordnet ist, daß er zwischen die beiden erstgenannten Ringe bewegt werden kann.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Glieder und die Abstimmglieder im wesentlichen koaxial sind.
4. 4. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Glieder rinnenförmig sind und der Abstimmring zwei mechanisch in Abstand voneinander gehaltene, elektrisch verbundene leitende Teile aufweist, die je einem der rinnenförmigen Glieder gegenüberliegen.
5. 5. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmring ebenfalls rinnenförmig und so angeordnet ist, daß seine Flansche in die jeweils zugehörige Rinne der leitenden Glieder eingeführt werden können.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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