DE893062C

DE893062C - Magnetron for great power at ultra-high frequencies

Info

Publication number: DE893062C
Application number: DEI4103A
Authority: DE
Inventors: Charles Vincent Litton
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1950-05-08
Filing date: 1951-04-29
Publication date: 1953-10-12
Also published as: FR1036851A; NL161075C; GB686499A; US2642551A; NL77788C

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. OKTOBER 1953ISSUED OCTOBER 12, 1953

14103 Villa/21 α* 14103 Villa / 21 α *

Die Erfindung befaßt sich mit Schwingungserzeugern für ultrakurze Wellen in Form von Magnetrons zur Erzeugung großer Leistung bei ultrahohen Frequenzen.The invention is concerned with vibrators for ultrashort waves in the form of Magnetrons for generating high power at ultra-high frequencies.

Es ist bekannt, daß die verfügbare Leistung von Magnetrongeneratoren durch die Verwendung mehrerer Magnetrons zusammen oder durch die Verwendung eines größeren einfachen Magnetrons vergrößert werden kann. Mit der Vergrößerung des einzelnen ,Magnetrons oder mit der Erhöhung der Frequenz der Schwingungen treten unerwünschte Schwingungsformen auf, die dadurch eliminiert werden können, daß man ,Schlitze im Anodenkörper, welcher die Hohlraumresomatoren des Magnetrons enthält, vorsieht. Diese Schlitze sind in bestimmten Punkten längs der Anode parallel zur Kathode, die in bezug auf die Hohlraumresonatoren koaxial angeordnet ist, angebracht. Diese Schlitze verhindern das Auftreten unerwünschter Schwingungsf onnen ultrakurzer Wellen in den Resonatoren und besonders solche, deren elektrisches Feld parallel zur Magnetronachse verläuft. Besonders schließen sie longitudinale Schwingungsformen im Magnetron aus, indem sie den Stromfluß in axialer Richtung längs der Kanten der Flügel, welche die Hohlraumresonatoren des Magnetrons begrenzen, verhindern. It is known that the available power of magnetron generators through the use multiple magnetrons together or by using a larger simple magnetron can be enlarged. With the enlargement of the individual, magnetron or with the increase the frequency of the vibrations, undesirable forms of vibration occur, which are thereby eliminated can be that one, slots in the anode body, which the cavity resonators of the magnetron contains, provides. These slots are parallel to the cathode at certain points along the anode, which is arranged coaxially with respect to the cavity resonators. Prevent these slots the occurrence of undesirable vibration modes of ultra-short waves in the resonators and especially those whose electric field runs parallel to the magnetron axis. Especially close They create longitudinal waveforms in the magnetron by making the current flow in the axial direction along the edges of the wings that limit the cavity resonators of the magnetron.

Es wurde ferner vorgeschlagen, bei der Verwendung mehrerer Magnetrons zusammen, durch elektromagnetische Kopplung zwischen den Resonatoren der einzelnen Magnetrons die Magnetrons zu einer gemeinsamen Arbeitsweise bei einer einzigen Frequenz anzuregen..It has also been suggested when using multiple magnetrons together, by electromagnetic coupling between the resonators of the individual magnetrons the magnetrons to encourage a common way of working at a single frequency.

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, ein Magnetron mit größerer Leistung bei hohen Frequenzen, als es bisher möglich war, dadurch zuThe present invention proposes a magnetron with greater power at high frequencies, than it was previously possible to do

schaffen, daß in den Flügeln, welche die Hohlraumresonatoren des Magnetrons begrenzen), Schlitze von einer Länge, die gleich einer Viertelwellenlänge der Arbeitsfrequenz ist, angeordnet weiden und daß zwischen mindestens einem Paar benachbarter Resonatoren des Magnetrons eine elektromagnetische Kopplung besteht, um den, Resonator zur gewünschten Arbeitsweise zu· zwingen. Durch die beiden Merkmale vorliegender Erfindung, nämlich ίο Schlitze und magnetische Kopplung zwischen den Hohlraumresonatoren eines ,Magnetrons, ist es möglich, ein größeres Magnetron mit. größerer Leistung zu konstruieren. Dies verstärkt die Gegentaktarbeitsweise, die bei axial verlängerter Anode auftritt. Daher arbeiten die einzelnen Teile mit konstanten Feldern, aber die Schlitze erlauben eine Phasenumkehr an geeigneten Punkten längs der Anode. Dies ist die natürliche Tendenz, die durch die ,Schlitze und die Rückkopplungsschleife verstärkt wird. Dadurch tritt ein stabiler Schwingungstyp bei einer langen Anode auf. Das System ist wirksam an den Elektronenstrahl· gekoppelt. Es sei bemerkt, daß die Kathode durch einen Zylinderring, welcher in der Höhe der Schlitze angebracht ist, um einen hohen elektronischen Wirkungsgrad und geringe Rückheizunjg zu erhalten, abgedeckt sein kann.create that in the wings that hold the cavity resonators of the magnetron), slots of a length equal to a quarter wavelength the working frequency is arranged and that between at least one pair of adjacent Resonators of the magnetron there is an electromagnetic coupling to the, resonator to the desired To force the way of working. By the two features of the present invention, namely ίο slots and magnetic coupling between the Cavity resonators of a magnetron, it is possible to use a larger magnetron. bigger Construct performance. This reinforces the push-pull mode of operation, which is the case with axially elongated Anode occurs. Therefore the individual parts work with constant fields, but the slots allow a phase reversal at appropriate points along the anode. This is the natural tendency that is amplified by the, slots and the feedback loop. As a result, a stable type of vibration occurs with a long anode. The system is effectively coupled to the electron beam. It it should be noted that the cathode is attached to a cylinder ring at the level of the slots is covered in order to obtain a high electronic efficiency and low re-heating can be.

Im folgenden werden die Merkmale der Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen näher erläutert.In the following the features of the invention with reference to the embodiments of the drawings explained in more detail.

Fig. ι zeigt eine perspektivische Darstellung zweier benachbarter Resonatoren eines Ausrührungsbeispiels eines Magnetrons gemäß vorliegender Erfindung;Fig. Ι shows a perspective view of two adjacent resonators of an embodiment a magnetron according to the present invention;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemätöen Magnetrons ;Fig. 2 shows a longitudinal section of an embodiment a magnetron according to the invention;

Fig·. 3 unid 4 sind Querschnitte des Magnetrons der Fig. 2;Fig. 3 and 4 are cross sections of the magnetron of Fig. 2;

Fig. 5 wird eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zweier benachbarter Hohlraumresonatoren eines Magnetrons- gemäß einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung wiedergegeben.Fig. 5 is a perspective view of an embodiment of two adjacent Cavity resonators of a magnetron according to a further feature of the present invention reproduced.

Die Arbeitsweise eines Magnetrons gemäß vorliegender Erfindung wird im Zusammenhang mit der Fig. 1 leicht verständlich. In Fig. i sind drei Flügel i, 2, 3 eines Radspeichenmagnetrons gezeigt, welches an sich aus einer Vielzahl von Flügeln (Speichen), die radial um die zentrale Kathode angeordnet sind und zusammen mit einem außenliegenden metallischen Hohlzylinder in die Hohlraumresonatoren bilden, besteht. Normalerweise arbeitet ein solches Magnetron so, daß transversal verlaufende Schwingungen erzeugt werden. Bei dieser Arbeitsweise sind die Wechselspannungen an benachbarten Enden dieser Flügel um.' i8o° in der Phase verschoben, wie dies durch die Zeichen Plus und Minus dargestellt ist. Um zu verhindern, daß sich andere unerwünschte Schwingungsformen ausbilden, und um besonders eine Hochfrequenzschwingung längs der Kanten der Flügel auszuschalten, sind in den Flügeln die Schlitze 4, 5 und 6 angebracht. Es ist bekannt, daß diese Schlitze als kapazitive Leiter für die longitudinalen Wellen betrachtet werden können. ,Sie erhöhen die Frequenz der longitudinalen Schwingungsform und, wenn die longitudinale Schwingungsform genügend weit von der transversalen Schwingungsform entfernt ist, so arbeitet das Magnetron in der transversalen Schwingungsform stabiler. Die Schlitze sind am wirkungsvollsten, wenn sie im Mittelpunkt der Flügel angeordnet sind. Gemäß vorliegender Erfindung sind diese Schlitze in den Flügeln ein Viertel der !Wellenlänge bei der gewünschten Arbeitsfrequenz lang. Daher stellen sie für die longitudinale Schwingungsform eine unendliche Dampfung dar. .-The operation of a magnetron in accordance with the present invention is described in connection with of Fig. 1 easily understandable. In Fig. I three wings i, 2, 3 of a wheel spoke magnetron are shown, which in itself consists of a multitude of wings (spokes) arranged radially around the central cathode are and together with an external metallic hollow cylinder in the cavity resonators form, exists. Normally such a magnetron works in such a way that it is transverse running vibrations are generated. In this mode of operation, the alternating voltages are at adjacent ends of these wings. ' i8o ° in shifted in phase, as shown by the plus and minus signs. To prevent, that other undesirable forms of oscillation develop, and especially high-frequency oscillation Along the edges of the wings, slots 4, 5 and 6 are in the wings appropriate. It is known that these slots are viewed as capacitive conductors for the longitudinal waves can be. , They increase the frequency of the longitudinal waveform and, if the longitudinal waveform is sufficiently far removed from the transverse waveform, so the magnetron works more stable in the transverse waveform. The slots are on most effective when they are placed in the center of the wings. According to the present invention these slits in the wings are a quarter of the wavelength at the desired one Working frequency long. Therefore they represent an infinite form for the longitudinal waveform Attenuation.

Dies hat weiterhin zur Folge, daß, wenn, eine Transversalschwingung in den Magnetronhohlräumen existiert, das obere und untere Ende jeden Schlitzes .in jedem .Flügel Hochfrequenzpotentiale annimmt, die um ί8ο° in der Phase verschieden sind. Um diese Arbeitsweise des Magnetrons sicherzustellen, wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, zwischen der oberen Hälfte des einen Hohlraumresonators und der unteren Hälfte des benachbarten Hohlraumresonators eine Kopplung herzustellen. In der Fig. 1 zeigen die Zeichen Plus und Minus die Hochfrequenzspannungen an den Kanten der Flügel zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die gekoppelten. Teile der zwei Hohlraumresonatoren schwingen in Phase.This also has the consequence that, if, a Transverse vibration exists in the magnetron cavities, the top and bottom of each The slot in each wing assumes high-frequency potentials which differ by ί8ο ° in phase are. In order to ensure this operation of the magnetron, according to the present invention proposed between the upper half of a cavity resonator and the lower half of the adjacent cavity resonator to establish a coupling. In Fig. 1, the characters show plus and minus the high frequency voltages on the edges of the blades at any given point in time. The coupled. Parts of the two cavity resonators oscillate in phase.

Ist der Kopplungsweg 7 ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz lang und ist sie in jedem Hohlraumresonator mit oder ohne Phasenumkehr, was davon abhängt, ob die Länge ein gerades oder ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge beträgt, gekoppelt, so schließt der Kopplungsweg· aus, daß die gekoppelten Teile benachbarter Hohlraumresonatoren in Phase arbeiten. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, fließt in der oberen Hälfte des Hohlraumresonators, der durch die Flügel 1 und 2 und die Rückwand 8 gebildet wird, zu einem gegebenen Zeitpunkt ein Hochfrequenzstrom in der Wand 8 vom Flügel 2 zum Flügel 1. Im gleichen Augenblick fließt in der Wand 8 ein Hochfrequenzstrom vom Flügel 2 zum Flügel 3. Die ,Schwingiungen in den benachbarten Hohlraumresonatoren, die durch die Flügel 1, 2 und 3 gebildet sind, sind nicht' in Phase. In den unteren Teilen dieser zwei Hohlraumresonatoren sind die Schwingungen nicht in Phase, und der Hochfrequenzstrom fließt in der Wand 8· vom Flügel 3 zum Flügel 2. Wenn der Kopplungsweg 7 für die elektromagnetische Welle ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz beträgt und dieselbe in die Resonatoren in der obenerwähnten Art gekoppelt ist, fließt kein Strom, und es findet sogar keine Energieübertragung vom oberen durch die iao Flügel ι und 3 gebildeten Teil des Resonators zu dem unteren durch die Flügels und 3 gebildeten Teil des Resonators statt, wenn sie in der gleichen Weise arbeiten. Wenn sie in verschiedener Weise arbeiten sollen, überträgt der Kopplungsweg 7 Hochfrequenzenergie zwischen den beiden Hohl-Is the coupling path 7 a whole multiple of half the wavelength of the working frequency and it is long in every cavity resonator with or without phase reversal, which depends on whether the length is an even or an odd multiple of a Quarter wavelength is coupled, the coupling path excludes that the coupled parts neighboring cavity resonators work in phase. As can be seen from Fig. 1, flows in the upper half of the cavity resonator, which is formed by the wings 1 and 2 and the rear wall 8, at a given point in time a high frequency current in the wall 8 from the wing 2 to the wing 1. At the same moment, a high-frequency current flows in the wall 8 from the wing 2 to the wing 3. The, vibrations in the neighboring cavity resonators, formed by wings 1, 2 and 3 are not 'in phase. In the lower Sharing these two cavity resonators, the vibrations are out of phase, and the high frequency current flows in the wall 8 · from the wing 3 to the wing 2. When the coupling path 7 for the electromagnetic Wave is a whole multiple of half the wavelength of the working frequency and the same is coupled into the resonators in the manner mentioned above, no current flows, and it even takes place no energy transfer from the upper part of the resonator formed by the iao wings and 3 the lower part of the resonator formed by the wings and 3 take place when they are in the same Work wisely. If they are to work in different ways, the coupling path 7 transmits High frequency energy between the two hollow

raumresonatoren und zwingt sie dadurch, in der gewünschten Weise zu schwingen.space resonators, forcing them to vibrate in the desired manner.

Also beide, sowohl die Schlitze als auch der Kopplungsweg für die elektromagnetische. Welle, stabilisieren die Arbeitsweise des Magnetrons. Die Fig. 2 bis 4 zeigen Einzelheiten der Konstruktion eines Magnetrons mit Einviertelwellenlängenschlitzen und elektromagnetischer Kopplung zwischen den Resonatoren des Magnetrons. ίο In den Fig. 2 und 3 ist die Kathode 9 gezeigt, die koaxial innerhalb der acht Flügel 10 angeordnet . ist. Die Flügel ao sind radial um die Kathode 9 angeordnet und bilden mit dem außenliegenden Hohlzylinder 11 die Hohlraumresonatoren. Die Flügel sind mit den Bügelpaareniii2 und 13 versehen, eines an dem oberen Teil und das andere am unteren Teil jeden Flügels. Die Bügel sind in bekannter Weise abwechselnd mit dem Flügel verbunden und veranlassen die Resonatoren zwischen ao den Flügeln in der Weise zu schwingen, in welcher die Hochfrequenzspannung am inneren Ende jeden Flügels um i8o° in der Phase von der des benachbarten Flügels verschieden ist. Jeder Flügel 10 hat einen Schlitz 14 in der Mitte des Flügels. Der Schlitz erstreckt sich radial von der Kathode weg. Ein Wellenweg ist in Form des Wellenleiters 15 gezeigt, welcher die zwei benachbarten Hohlraumresonatoren 16 und 17 durch die Wellenleiterteile 18 und 19 verbindet. Der Wellenleiter ist mit den ineinander verschiebbaren Teilen 201 versehen, so daß die gewünschte Länge eingestellt werden kann. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, besteht die Kopplung zwischen dem oberen Teil des Resonators 16 und dem unteren Teil des Resonators 17. Ein Ring 21 um die Kathode 9 in der Höhe des Schlitzes 14 schützt sie vor Bombardierung durch rückkehrende Elektronen.So both, both the slots and the coupling path for the electromagnetic. Wave, stabilize the operation of the magnetron. Figs. 2 to 4 show details of the construction of a magnetron with one-quarter wavelength slots and electromagnetic coupling between the resonators of the magnetron. ίο In Figs. 2 and 3, the cathode 9 is shown, which are arranged coaxially within the eight wings 10. is. The wings ao are radial around the cathode 9 arranged and form the cavity resonators with the outer hollow cylinder 11. the Wings are provided with the bracket pairs III2 and 13, one on the upper part and the other on the lower part of each wing. The brackets are alternately connected to the wing in a known manner and cause the resonators between ao the wings to vibrate in the manner in which the high frequency voltage at the inner end of each Wing differs in phase from that of the neighboring wing by 180 °. Each wing has 10 a slot 14 in the middle of the wing. The slot extends radially away from the cathode. A wave path is shown in the form of waveguide 15 connecting the two adjacent cavity resonators 16 and 17 through the waveguide parts 18 and 19 connects. The waveguide is with the Slidable parts 201 are provided so that the desired length can be adjusted. As can be seen from Fig. 4, there is the coupling between the upper part of the resonator 16 and the lower part of the resonator 17. A ring 21 around the cathode 9 at the level of the slot 14 protects them from bombardment by returning electrons.

Es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf eine besondere Form des Hohlraumresonators, eine besondere Form des Schlitzes oder einen besonderen Typ der Wlellenleiterkopplung zu beschränken. Es ist klar, daß mehr als ein Schlitz vorgesehen werden kann. In Fig. 5 sind die drei Flügel 22, 23 und 24 eines aus einer Anzahl von radial um die Kathode angeordneten Flügel gebildeten Magnetrons gezeigt. Die Flügel mit der Wand 27 bilden ein Paar Hohlraumresonatoren 25 und 26. Jeder Flügel ist mit drei ,Schlitzen 28, 29 und 30 versehen, die sich eine Viertelwellenlänge lang von der So inneren, der Kathode benachbarten Kante erstrecken. In ähnlicher Weise wie die im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise verursachen diese Schlitze Teile der Hohlraumresonatoren der einen Seite um i8o° in der Phase verschieden von Teilen der Hohlraumresonatoren der anderen Seite zu schwingen. Dies wird klar durch die Zeichen Plus und Minus, die an der inneren Kante der verschiedenen Flügel angebracht sind. Diese Zeichen geben den Wert der Hochfrequenzspannung der Kanten der Flügel zu einem gegebenen Zeitpunkt wieder. Ein Paar Kopplungsglieder 3¹I und 3a, ähnlich den in Fig. 1 gezeigten Kopplungsgliedern 7, sind für das Magnetron mit drei Schlitzen in jedem Flügel vorgesehen.It is not intended to limit the present invention to any particular shape of the cavity resonator, a particular shape of the slot, or any particular type of waveguide coupling. It will be understood that more than one slot can be provided. In Fig. 5, the three blades 22, 23 and 24 of a magnetron formed from a number of blades arranged radially around the cathode are shown. The vanes with wall 27 form a pair of cavity resonators 25 and 26. Each vane is provided with three, slots 28, 29 and 30 which extend a quarter wavelength from the inner edge adjacent the cathode. In a manner similar to the operation described in connection with FIG. 1, these slots cause parts of the cavity resonators on one side to oscillate by 180 ° in phase different from parts of the cavity resonators on the other side. This is made clear by the plus and minus signs attached to the inner edge of the various wings. These symbols represent the value of the high frequency voltage of the edges of the wings at a given point in time. A pair of coupling members 3 ¹ I and 3a, similar to the coupling members 7 shown in Fig. 1, are provided for the magnetron with three slots in each wing.

Kopplungsglied 31 ist zwischen dem oberen Teil des Resonators 25 und dem Teil des Resonators 26, welcher zwischen Flügel 28 und 29 ist, angeordnet. Kopplungsglied 32 ist zwischen dem Teil des Resonators 25, welcher zwischen den Schlitzen 29 und 30 ist, und dem unteren Teil des Resonators 26 angeordnet. Die Kopplungsglieder der Resonatoren schwingen in Phase, wie dies im Zusammenhang mit Fig. ι besprochen wurde, und wenn die Kopplungsglieder 31 und 32 mit den Resonatoren ohne Phasenumkehr gekoppelt sind, soll ihre Länge ein gerades Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz betragen, damit die gekoppelten Teile der Resonatoren in Phase arbeiten.Coupling member 31 is between the upper part of the resonator 25 and the part of the resonator 26, which is between wings 28 and 29 is arranged. Coupling member 32 is between the part of the resonator 25, which is between the slots 29 and 30, and the lower part of the resonator 26 is arranged. The coupling members of the resonators vibrate in phase, as related With Fig. ι was discussed, and if the coupling members 31 and 32 with the resonators without Phase reversal are coupled, their length should be an even multiple of half the wavelength of Be the operating frequency so that the coupled parts of the resonators work in phase.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Magnetron for high power at ultra-high frequencies, at which the cavity resonators are formed by wings arranged radially around the cathode and an external metallic hollow cylinder, thereby characterized in that slots are arranged in the wings.

2. Magnetron according to claim 1, characterized in that the length of the slots is a Quarter wavelength of the longitudinal wave of the cavity resonators.

3. Magnetron according to claim 1, characterized in that the slots in the middle the vanes are arranged and extend radially from the cathode.

4. Magnetron according to claim 1, characterized in that between part of a Resonator and the part of the above or below the adjacent slot adjacent resonator there is a coupling path.

5. Magnetron according to claim 4, characterized in that the coupling path is a has such a length that the coupled parts cannot oscillate in phase.

6. Magnetron according to claim 4, characterized in that the coupling of the resonator parts takes place without phase reversal.

7. Magnetron according to claim 6, characterized in that the length of the coupling path is an even multiple of half the wavelength the transverse oscillation of the cavity resonators.

8. Magnetron according to claim 4, characterized in that the coupling of the resonator parts occurs with phase reversal.

9. magnetron according to claim 8, characterized in that the coupling path is a odd multiple of half the wavelength of the transverse oscillation of the cavity resonators amounts to.

1 sheet of drawings