DE857988C - Magnetronroehre mit einer Kathode und einer rechteckigen Anode - Google Patents

Description

Die gewöhnlich verwendeten Magnetrons sind Umdrehungskörper mit der Kathode als Drehachse. Es ist leicht zu zeigen, daß diese Anordnung praktisch schwerwiegende Mängel aufweist.

Untersucht man die Wirkungsweise dieser Elektrodenkonstruktionen, so stellt man fest, daß die Aufrechterhaltung von Schwingungen mit sehr hoher Frequenz mit einem annehmbaren Wirkungsgrad nur möglich ist, wenn das magnetische Feld, welches auf ίο die Elektronenbahnen einwirkt, genügend stark ist. Beispielsweise erhält man mit einer gängigen Konstruktion eine Wellenlänge von 20 cm mit hohem Wirkungsgrad bei einem magnetischen Feld in der Größenordnung von 500 örsted. Ebenso würde man erhalten

15 cm bei einem Feld von 1000 örsted

1800

10 -

5 ι -

3000

IO 000

Diese Zahlen sind durch Versuch ermittelt und sollen nur die Größenordnungen angeben.

Um starke Magnetfelder zu erhalten, muß man den Luftspalt des Magnets oder des Elektromagnets verkleinern, wodurch die Länge der Anode und der Kathode begrenzt wird.

Andererseits ist die Anodenbetriebsspannung V mit dem Magnetfeld H durch eine Beziehung von der Form: V = kH² verknüpft, wo der Koeffizient k eine Funktion des Zwischenraumes α ist, der zwischen der Oberfläche der Kathode und der Anode besteht. Diese letztere Funktion ist in erster Annäherung von der Form: k =aa², wobei α eine Konstante ist.

Schließlich ist annähernd V = a {aH)². Aus dieser Formel ergibt sich, daß V schnell ansteigt, wenn aH wächst. Man muß also vermeiden, daß V Werte erreicht, die praktisch unzulässig sind. Man muß dann bei den großen Werten von H, welche für die Unterhaltung der sehr hohen Frequenzen erforderlich sind,

den Abstand α zwischen den Elektroden stark verkleinern. Wenn das Elektrodensystem der Magne tronröhre eine Umdrehungssymmetrie besitzt, wird dit Oberfläche der Anode demnach kleiner, die Verteilung der Wärme wird schwieriger, und die erzeugte Nutzleistung wird geringer.

Die Erfindung bezweckt, eine Bauart eines Magnetrons zu schaffen, welche die Erzeugung von beträchtlichen Leistungen ermöglicht, wobei man trotzdem den ίο Abstand zwischen Anode und Kathode genügend verkleinern kann. Dieses Ziel wird erreicht, indem man der Oberfläche der Anode eine besondere Form gibt, welche zwei parallele Ebenen aufweist, die an jedem Ende durch eine zylindrische Fläche verbunden sind, wobei die Kathode selbst sich über eine beträchtliche Fläche erstreckt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Abb. ι zeigt einen Querschnitt der Anordnung der Anode und Kathode senkrecht zu den Erzeugenden der Anode 1, welche die Form eines sehr abgeflachten Zylinders hat. Die Kathode 2 ist eben und besitzt ein Heizelement 3, welches z. B. aus schraubenförmigen Widerstandsdrähten besteht.

Wie bei den gewöhnlichen Magnetrons ist der positive Pol einer Hochspannungsquelle mit 1 verbunden, während der negative Pol an 2 angeschlossen ist. Andererseits erzeugt ein Dauermagnet oder Elektromagnet ein magnetisches Feld, dessen Kraftlinien senkrecht zu der Bildebene verlaufen. Diese Einrichtungen sind bekannt und daher nicht dargestellt.

Bei dieser ersten Anordnung emittiert die ganze Kathode primäre Elektronen auf Grund der Temperaturerhöhung. Wie bekannt, beschreiben dann unter dem Einfluß des magnetischen Feldes die Elektronen gekrümmte Bahnen und können auf die Kathode zurückkehren. Sie treffen auf diese unter einem passenden Winkel und lösen sekundäre Elektronen aus, die ihrerseits an dem Betrieb des Magnetrons teilnehmen. Die Zahl der sekundären Elektronen kann dabei beträchtlich werden und diejenige der primären Elektronen weit überschreiten.

Man kann demnach die Heizung auf gewisse Teile der Kathode beschränken, welche die Aufgabe haben, die primären Elektronen zu liefern, während die übrigen Teile nur als Zielscheibe dienen und die sekundäre Emission erzeugen. Am Ende einer gewissen Betriebszeit ist dann das Bombardement, welches von den auf die Kathode zurückkehrenden Elektronen erzeugt wird, ausreichend, um eine passende Elektronenemission aufrecht zu erhalten. Die Heizung kann dann ganz unterbrochen werden.

Abb. 2 zeigt den Querschnitt einer Anordnung der Anode und Kathode gemäß der Erfindung, bei welcher die dargelegten Grundgedanken Anwendung finden. Die Platten 2, welche aus zwei miteinander verbundenen Elementen bestehen können, bilden den größten Teil der Kathode. Sie können z. B. aus einer Legierung von Kupfer und Beryllium bestehen oder aus einem geeigneten metallischen Träger gebildet sein, der mit Baryumoxyd überzogen ist. Die Elektroden 3, welche mit den platten 2 abwechseln, besitzen je ein Heizelement, welches ihre Temperaturerhöhung, wenigstens zu Beginn des Betriebes, gestattet, um die primären Anlaßelektronen zu erzeugen, welche auf die Scheiben 2 auf treffen sollen.

Die Abb. 6, 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, bei denen die Heizelemente 3 und die für die sekundäre Emission dienenden Scheiben 2 anders verteilt sind.

Zur Umwandlung der Energie der Elektronen in elektromagnetische Energie kann man, wie bei den gewöhnlichen Magnetrons, eines der beiden folgenden Verfahren benutzen: 1. Entweder kann man in der leitenden Masse der Anode Schlitze anbringen, welche in Resonanzhohlräumen münden, 2. oder man kann die Anode mit Resonanzleitungen ausrüsten, welche durch eine Reihe von Stegen, die an jeder Anode abwechselnd befestigt sind, gebildet werden.

Abb. 3 zeigt schematisch die erste Lösung, wobei das Magnetron, wie in den vorhergehenden Abbildungen, in einem Querschnitt gezeigt ist. Die Anode wird durch ein rechteckiges Parallelepiped 1 aus leitendem Metall gebildet. In einem großen mittleren Hohlraum 3 befindet sich die Kathode 2, die, wie oben dargelegt, mit einer gleichmäßigen Heizung oder mit einer an einzelnen Stellen lokalisierten Heizung versehen sein kann.

An dem Umfang des großen mittleren Hohlraumes 3 sind eine gewisse Zahl von Schlitzen 4 verteilt, deren größte Abmessung senkrecht zu der Bildebene verläuft. Jeder Schlitz 4 mündet in einen kleinen zylindrischen Hohlraum 5, dessen Höhe ebenfalls senkrecht zu der Bildebene ist. Bekanntlich wird unter diesen Umständen die Wirbelbewegung der Elektronen um die Kathode in den kleinen Hohlräumen 5 Schwingungen mit sehr hoher Frequenz unterhalten. Die Hohlräume 5 können im übrigen Formen aufweisen, die von der Zylinderform mit kreisförmiger Grundfläche abweichen. Ihr Querschnitt nach der Bildebene könnte z. B. trapezförmig sein.

Abb. 4 zeigt schematisch die zweite Lösung. Bei Abb. 4a und 4b ist das Magnetron von vorn bzw. von der Seite dargestellt. Die Anode besteht hier aus zwei Wangen 1 und 1'. Die Kathode besitzt z. B. ein Heizlement 3 und eine Scheibe 2 für die Emission von sekundären Elektronen. Eine Reihe von kleinen Stegen 4 und 4' sind an 1 bzw. 1' angebracht und greifen, wie es die Zeichnung zeigt, ineinander. Diese Stege verhalten sich wie ebenso viele Resonanzelemente, deren Schwingung durch die Bewegung der Elektronen erregt wird.

Es wurde, wie bemerkt sei, stets angenommen, daß man ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Kraftlinien senkrecht zur Ebene der Abb. 3 und 4 a verlaufen. Andererseits ist die Anode 1 in beiden Fällen mit dem positiven Pol einer Quelle einer hohen gleichförmigen oder pulsierenden Spannung verbunden, deren negativer Pol an die Kathode angeschlossen ist. Es müssen dabei die Stärke des magnetischen Feldes und der Wert der hohen Spannung entweder der röße der Hohlräume 5 (im Falle der Abb. 3) oder den Abmessungen und der geometrischen Anordnung der Stege 4 und 4' (im Falle der Abb. 4) anepaßt sein.

Das in Abb. 4 dargestellte Gerät ist besonders vorteilhaft, wenn die ultrakurzen Wellen sich in einem Hohlleiter ausbreiten sollen. Man braucht dann nur das Magnetron in einen regelbaren, dem Hohlleiter angepaßten Hohlraum einzuführen, um eine Wellenemission mit sehr hoher Frequenz zu erzielen.

Bei dem Gerät der Abb. 3 erfolgt die Leistungsentnahme zwecks Ausnutzung in der üblichen Weise, indem man in einen der Hohlräume 5 eine kleine Schleife eines Drahtleiters einführt.

Im Falle der Abb. 3 kann man leicht die Schwingungsart π erhalten, d. h. eine solche Feldverteilung, daß in zwei benachbarten Hohlräumen die Schwingungsamplituden in jedem Augenblick gleich im absoluten Wert, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen sind. Um dies zu erreichen, sieht man Verbindungen mit sehr hoher Leitfähigkeit vor, welche die Verzweigungen paarweise verbinden, wie A₁, A₂ usw., die sich in jedem Augenblick auf demselben Hochfrequenzpotential befinden sollen. Beispielsweise verbindet man in Abb. 3 A₁ mit A₃, ferner A₂ mit A_it ferner A₅ mit A₇ usw. Abb. 5 a zeigt schematisch diese Art der Verbindung, wobei die Verzweigungen durch ihre Kante dargestellt sind.

Man könnte auch die gegenüberliegenden Verzweigungen verbinden, wie dies Abb. 5b angibt.

Im Falle der Abb. 4 muß die Egalisierung der Potentiale zwischen den seitlichen Teilen jeder Wange der Anode mit Hilfe von Verbindungen wie AB, A'B' usw. vorgenommen werden, die in genügender Anzahl verteilt sind.

Die hauptsächlichen Vorteile der gemäß der Erfindung ausgebildeten Magnetrons in bezug auf die bekannten Geräte sind die folgenden:

i. Man vergrößert die Oberfläche für die Wärmeverteilung der Anode, ohne den Zwischenraum Anode— Kathode zu vergrößern, wodurch man mit Elektroden mit großen Abmessungen zugleich beträchtliche Leistungen und sehr hohe Frequenzen erzielen kann.

2. Man kann leicht die Kathode aus mehreren Teilen ausbilden, wobei gewisse Teile die primären Anlaßelektroden liefern und die anderen Teile nur sekundäre Elektronen emittieren.

3. Durch Vergrößerung der Kathodenoberfläche bleibt die von ihr erzeugte Stromdichte bei einem beträchtlichen Gesamtstrom gering, was insbesondere von Bedeutung ist bei Magnetrons, die mit Impulsen bei Betriebszuständen mit einem hohen Augenblicksstrom arbeiten.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Magnetronröhre mit einer Kathode und einer rechteckigen Anode, deren Ecken abgerundet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode in Form einer Platte ausgebildet ist und die der Kathode gegenüberliegenden Anodenelemente gleichmäßig um diese und mit gleichem Abstand von der durch die Kathode gehenden Symmetrieebene angeordnet sind.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenelemente durch Einschnitte gebildet sind, welche Resonanzhohlräume darstellen.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenelemente durch ineinandergreifende Resonanzstege (Segmente) gebildet sind.
4. 4. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode nur stellenweise Heizelemente für die primäre Emission besitzt, während der übrige Teil der Kathode für die Emission von Sekundärelektronen ausgenutzt wird.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 564 818, 664 735;
   österreichische Patentschrift Nr. 105 873.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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