DE923685C

DE923685C - Magnetic field tubes

Info

Publication number: DE923685C
Application number: DET7089A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Steimel
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-12-08
Filing date: 1952-12-09
Publication date: 1955-02-21

Description

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1955ISSUED FEBRUARY 21, 1955

T 7089 VIII c12igT 7089 VIII c12ig

MagnetfeldröhreMagnetron

Die Erfindung betrifft eine zur Erzeugung höchstf requenter Schwingungen geeignete Magnetfeldröhre mit einer Glühkathode, um welche Anodensegmente angeordnet sind, die durch Resonanzglieder zu einem SchwingungsBystem vereinigt sind.The invention relates to a magnetron tube suitable for generating extremely high frequency vibrations with a hot cathode, around which anode segments are arranged, which are closed by resonance members are united in a vibration system.

Die Leistung, welche eine Magnetfeldröhre für eine bestimmte Frequenz herzugeben vermag, hat bekanntlich einen Grenzwert, der durch, die Abmessungen und die thermische Belastbarkeit des Elektrodensystems geigeben ist. Wenn man. größere Schwingleistungen erzielen will, muß man die Abmessungen des Elektrodensystems vergrößern. Dabei kommt man aber -an unübersteigbare Grenzen.The power that a magnetron tube can produce for a certain frequency has as is known, a limit value that is determined by, the dimensions and the thermal load capacity of the Electrode system is given. If. wants to achieve greater vibration power, you have to change the dimensions of the electrode system. In doing so, one comes to insurmountable limits.

Eine Vergrößerung des Entladungsraumes in radialer Richtung führt unter Beibehaltung der Bauform, insbesondere der Anodensegmentzahl, zu einer Erhöhung der Anodenbetriebsspannung. Dies verteuert die Anodenspannungsquelle und ,steigert die Überschlagsgefahr. Soll aber die Leistung bei gleichbleibender Anodenbetriebsspannung erhöht werden, so muß man die Anzahl der Anodensegmente vergrößern. Damit kann man aber einen bestimmten Wert, z. B. 12, praktisch nicht überschreiten, weil mit der Anodensegmentzahl· auch die Anzahl der Schwingungszustände, in denen das Elektrodensystem erregt werden kann, zunimmt und gleichzeitig der Frequenzabstand zwischen benachbarten Schwingungszuständen abnimmt. Die Trennbarkeit frequenzbenachbarter Schwingungszustände wird dadurch schlechter und die Gefahr des Umspringens in eine andere Schwingungsform größer. Theoretisch scheint eine Vergrößerung des Entladungsraumes in axialer Richtung durchführbar zu sein, 'denn in der Theorie pflegt man die Magnetfeldröhren als unendlich langen zylindrischen Entladungsraum zu behandeln. Praktisch ergeben sich jedoch dabei Schwierigkeiten. Bei Entladungsräumen, die im Verhältnis zur BetriebswellenlängeAn increase in the discharge space in the radial direction while maintaining the structural shape, in particular the number of anode segments, to an increase in the anode operating voltage. This makes it more expensive the anode voltage source and, increases the risk of flashover. But should the performance be If the anode operating voltage remains constant, the number of anode segments must be increased enlarge. But you can use this to set a certain value, e.g. B. 12, practically not exceed, because with the number of anode segments also the number of oscillation states in which the Electrode system can be excited, and at the same time the frequency spacing between neighboring ones Vibration states decreases. The separability of frequency-neighboring oscillation states becomes worse as a result and the risk of switching to another waveform is greater. Theoretically, an enlargement of the discharge space in the axial direction seems feasible to be, 'because in theory one tends to use magnetrons to be treated as an infinitely long cylindrical discharge space. Practically surrender however, difficulties in doing so. In the case of discharge spaces that are in relation to the operating wavelength

lang sind, können nämlich Schwingungszustände auftreten, bei denen das Feld längs der Achse des Elektrodensystems ungleichmäßig ist. Die Arbeitsweise und der Wirkungsgrad der Magnetfeldröhre werden dabei so stark verschlechtert, daß es sich •kaum lohnt, den Entladungsraum länger als etwa, ein Fünftel der Betriebswellenlänge zu machen.are long, oscillation states can occur in which the field is along the axis of the Electrode system is uneven. The mode of operation and the efficiency of the magnetron are deteriorated so much that it is • hardly worthwhile to leave the discharge space longer than, for example, to make a fifth of the operating wavelength.

Um Schwingleistungen zu erzielen, welche die für die gewünschte Betriebsfrequenz gegebeneIn order to achieve vibration power which is the given for the desired operating frequency

ίο Grenzleistung eines Elektrodensystems übersteigen, kann man mehrere Magnetfeldröhrenaneine Leitung anschließen'. Es ist auch bereits bekannt, mehrere Elektrodenisysteme von Magnetfeldröhren in einem einzigen Vakuumgefäß in der Weise zu vereinigen, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen. Die im folgenden beschriebene Erfindung gibt die Möglichkeit, weitergehende bauliche Vereinfachungen und eine größere Betriebssicherheit zu erzielen, als es mit den bisher bekannten Mehrfachmagnetfeldröhren gelungen ist.ίο exceed the limit power of an electrode system, you can connect several magnetrons to one line '. It is also already known several Electrode systems for magnetrons in one to combine single vacuum vessel in such a way that their axes are parallel to each other. the The invention described below gives the possibility of further structural simplifications and to achieve greater operational reliability than with the multiple magnetrons known so far succeeded.

Gemäß der Erfindung werden in einem Vakuumgefäß mehrere an einen Auegangskreis Leistung abgebende gleiche Magnetfeldelektrodensysteme mit einer Kathode und einer in Segmente unterteilten Anode in axialer Richtung nebeneinander in· der Weise angeordnet, daß jeweils benachbarte Elektrodensysteme um einen Winkel, der gleich einer halben Anodensegmentteilung ist, gegeneinander versetzt sind. Es kann auch für alle Elektrodensysteme eine durchgehende Kathode verwendet werden.According to the invention, several outputs are outputting power to an output circuit in a vacuum vessel same magnetic field electrode systems with a cathode and one divided into segments Anode arranged next to one another in the axial direction in such a way that adjacent electrode systems at an angle that is equal to half an anode segment pitch, against each other are offset. A continuous cathode can also be used for all electrode systems will.

Es ist bereits bekannt, zwei durch eine Abschirmwand getrennte Anodensysteme gleicher Bauart in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen und ein schlauchfÖrmiges Elektronenbündel, das im Bereich des einen Anodensystems erzeugt und durch das dort von außen her eingekoppelte Wechselfeld in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, durch eine öffnung in der Abschirmwand hindurch in das andere Anodensystem gelangen zu lassen, an welches es seine Schwingungsenergie abgibt. Hierbei dient nur das zweite Anodensystem, das keine Kathode enthält, der Schwingungserzeugung, und die beiden Anodeil·- systeme sind weder gegeneinander versetzt noch spielt dies bei einer solchen Anordnung eine Rolle. Es ist ferner bekannt, in einem Schlitzanodenmagnetron hinter dem Anodensegmentkraniz einen Hohlraumresonator vorzusehen, der mit den zwischen je einem Paar von Anodensegmenten vorhandenen Resonanzhohlräumen durch öffnungen in Verbindung steht und für eine einwellige Schwingungsanfachung sorgt; damit ist jedoch keine Möglichkeit zur Leistungssteigerung geschaffen.It is already known to have two by one screen to arrange separate anode systems of the same type in the axial direction next to one another and a Tubular electron bundle that is generated in the area of one anode system and through that there alternating field coupled in from outside is modulated in its speed through an opening in the shielding wall through into the other anode system to which it is Gives off vibration energy. Only the second anode system, which does not contain a cathode, is used here, the generation of vibrations, and the two anodic parts - systems are not offset from one another, nor does this play a role in such an arrangement. It is also known to have a cavity resonator in a slot anode magnetron behind the anode segment crown to be provided with the existing between each pair of anode segments Resonance cavities is connected by openings and for a single-wave amplification of vibrations cares; however, this does not create any possibility of increasing performance.

Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der schematisch gehaltenen Zeichnung, deren Abb. ι eine Abwicklung der Anodensegmente einer Magnetfeldröhre in der Zeichenebene und deren Abb. 2 eine beispielsweise Ausbildung des Elektrodensystems in zwei Rissen zeigen. Bei der Abb. ι hat man sich vorzustellen, daß die den Entladungsraum begrenzenden Anodensegmente von zwei einander benachbarten Elektrodensystemen in der Zeichenebene abgewickelt worden sind. Die Segmente des einen Elektrodensystems sind mit ι und die des anderen 'mit 2 bezeichnet. Die beiden Elektrodensysteme sind längs einer Achse, in welcher man sich die Kathode angeordnet zu denken hat, mit einem kleinen Abstand d, der auch zu Null werden kann, nebeneinander angeordnet. Bezeichnet man als Segmentteilung s den Abstand von der Mitte eines Anodensegmentes zur Mitte des benachbarten Anodensegmentes desselben Elektroden·- systems, so sieht man aus Abb. 1, daß die Anodensegmente beider Elektrodensysteme gegeneinander um eine halbe Segmentteilung s/2 versetzt sind. Man erhält auf diese Weise die Möglichkeit, die beiden Elektrodenisysteme dicht nebeneinander anzuordnen, ohne daß eine den Schwingungsvorgang störende elektrische oder magnetische Kopplung zwischen den beiden Systemen in Erscheinung tritt. Dieser Umstand ist wichtig, weil eine enge Anordnung der Elektrodensysteme den von dem längs des Pfeils 3 verlaufenden Magnetfeld zu durchsetzenden Luftspalt verkürzt. Daß eine störende magnetische Beeinflussung nicht stattfindet, erkennt man aus dem Verlauf der magnetischen- Kraftlinien des Wechselfeldes, die für einen bestimmten Augenblick dargestellt und für die Anodensegmente 1 mit 4 und für die Anodensegmente 2 mit 5 bezeichnet sind. Wie man sieht, tritt eine magnetische Kopplung zwischen den Teilsystemen mit den Anodensegmenten 1 bzw. 2 nicht auf. Eine elektrische Kopplung der Elektrodensysteme ist dadurch vermieden, daß jedes Anodensegment des einen Elektrodensystems symmetrisch zu zwei in Gegenphase schwingenden Anodensegmenten des anderen Elektrodensystems angeordnet ist.The further explanation of the invention takes place on the basis of the schematically held drawing, the Fig. Ι a development of the anode segments of a magnetron tube in the plane of the drawing and Fig. 2 show an example of the formation of the electrode system in two cracks. In Fig. Ι one has to imagine that the anode segments delimiting the discharge space have been developed from two adjacent electrode systems in the plane of the drawing. The segments of one electrode system are denoted by 1 and those of the other are denoted by 2. The two electrode systems are arranged next to one another along an axis in which the cathode is to be thought of as being arranged, with a small distance d, which can also become zero. If the segment pitch s is the distance from the center of one anode segment to the center of the adjacent anode segment of the same electrode system, then you can see from Fig. 1 that the anode segments of both electrode systems are offset from one another by half a segment pitch s / 2 . In this way, one obtains the possibility of arranging the two electrode systems close to one another without an electrical or magnetic coupling between the two systems that interferes with the oscillation process. This fact is important because a close arrangement of the electrode systems shortens the air gap to be penetrated by the magnetic field running along the arrow 3. That a disruptive magnetic influence does not take place can be seen from the course of the magnetic lines of force of the alternating field, which are shown for a certain moment and are denoted by 4 for the anode segments 1 and 5 for the anode segments 2. As can be seen, there is no magnetic coupling between the subsystems with the anode segments 1 and 2, respectively. An electrical coupling of the electrode systems is avoided in that each anode segment of one electrode system is arranged symmetrically to two anode segments of the other electrode system oscillating in antiphase.

Abb. 2 a zeigt einen Längsschnitt und Abb. 2 b die Hälfte der Ansicht einer Anordnung gemäß Abb. 1 Die beiden Anodensysteme sind im Abstand d nebeneinander längs der Kathode 6 angeordnet. Letztere ist so ausgebildet, daß sie nur unterhalb der Anodensegmenteemmissionsfä'higist, was durchPunktierung der entsprechenden Flächen angedeutet ist, während sie innerhalb des Zwischenraumes d emissionsunfähig ist. Bei Oxydkathoden wird beispielsweise der im Zwischenraum d verlaufende Teil der Kathodenoberfläche nicht mit einer Emissionisschicht bedeckt. Wenn die Anodensysteme unmittelbar aneinanderstoßen, der Zwischenraum d also Null ist, verwendet man eine durchgehend emissionsfähige Kathode. Die Anodensegmente sind in an sich bekannter Weise zu einem Anodeniblock vereinigt, der auch einen Teil der Gefäßwand bilden kann. Er besteht aus einem gegebenenfalls aus einem Blechpaket zusammengesetzten Metallklotz 7 mit zylindrischen Bohrungen 8, die mit dem Entladungsraum durch Schlitze 9 verbunden sind. Die Bohrungen sind so bemessen, daß sie zusammen mit den Schlitzen schwinigungsfähige Systeme bilden, derenEigenschwingung mit der gewünschten Betriebsfrequenz übereinstimmt. Durch die Schlitze 9 wird die Innenfläche des Anodenblocks in die einzelnen Anodensegmente aufgeteilt, von denen jeweils zwei benachbarte in Gegenphase schwingen. Um die Erregung des gewünschten Schiwingungszustandes sicherzu-Fig. 2 shows a longitudinal section and Fig. 2 b is the half of the arrangement view of Fig. 1, the two anode systems are at a distance d adjacent to each other along the cathode 6 is arranged. The latter is designed so that it is only capable of emitting below the anode segments, which is indicated by the dotted lines on the corresponding surfaces, while it is incapable of emitting within the space d . In the case of oxide cathodes, for example, that part of the cathode surface running in the intermediate space d is not covered with an emission layer. If the anode systems are in direct contact with one another, i.e. the gap d is zero, a cathode which is emissive throughout is used. The anode segments are combined in a manner known per se to form an anode block, which can also form part of the vessel wall. It consists of a metal block 7, possibly composed of a laminated core, with cylindrical bores 8 which are connected to the discharge space through slots 9. The bores are dimensioned in such a way that, together with the slots, they form systems capable of oscillation, the natural oscillation of which corresponds to the desired operating frequency. Through the slots 9, the inner surface of the anode block is divided into the individual anode segments, of which two neighboring segments oscillate in opposite phase. In order to ensure the excitation of the desired vibration state

stellen, können die untereinander gleichphasigen Anodensegmente in an sich bekannter Weise durch sogenannte Stirnverbindungen geringer Induktivität miteinander verbunden werden. Wie man inisbeson-S dere aus Abb. 2 b deutlich erkennen kann, sind die beiden Anodensysteme um eine halbe Segmentteilung gegeneinander verdreht.set, the in-phase anode segments with one another can pass through in a manner known per se so-called end connections of low inductance are connected to one another. How to Fix inisbeson-S which can clearly be seen from Fig. 2b, the two anode systems are divided by half a segment twisted against each other.

Um die in jedem Elektrodensystem erzeugten Schwingungen nach außen zu leiten, kann man beispielsweise in je einem Resonanzhohlraum 8 eines jeden Elektrodensystems eine Koppelschleife anordnen und diese durch den Anodenblock hindurch nach außen führen; die Koppelschleife für das Elektrodensystem mit den Anodensegmenten 1 ist mit 10 und die für das andere Elektrodensystem mit 11 bezeichnet. Die zu den Koppelschleifen führenden Leitungen 12,13 werden außerhalb des Anodenblocks und gegebenenfalls auch außerhalb des Vakuumgefäßes zu einer einzigen Auskoppelleitung zusammengefaßt. Geschieht dies in der Weise, daß die von den einzelnen Koppelschleifen bis zum Vereinigungspunkt führenden Leitungsabschnitte untereinander gleich lang sind oder sich um eine ganze Wellenlänge der Betriebsfrequenz unterscheiden, so verlaufen die Schwingungen in allen Elektrodensystemen gleichphasig, d.h. sie erreichen im gleichen Augenblick ihre größte Amplitude. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Länge der Auskoppelleitungen zwischen den Koppelschleifen und ihrem Vereinigungspunkt so bemessen, daß jeweils räumlich benachbarte Elektrodensysteme um 90 bzw. 270⁰ phasenverschoben schwingen. In diesem Falle ergänzen die Felder benachbarter Elektrodensysteme einander in bezug auf den Elektrodenmechanismus. Dadurch werden jegliche Randstörungen an den Grenzen der einzelnen Elektrodensysteme völlig vermieden.In order to conduct the vibrations generated in each electrode system to the outside, one can, for example, arrange a coupling loop in a resonance cavity 8 of each electrode system and lead it to the outside through the anode block; the coupling loop for the electrode system with the anode segments 1 is denoted by 10 and that for the other electrode system by 11. The lines 12, 13 leading to the coupling loops are combined outside the anode block and possibly also outside the vacuum vessel to form a single decoupling line. If this is done in such a way that the line sections leading from the individual coupling loops to the connection point are of the same length or differ by a whole wavelength of the operating frequency, the oscillations in all electrode systems are in phase, i.e. they reach their greatest amplitude at the same moment. According to a further development of the invention, the length of the decoupling lines between the coupling loops and their merging point is so dimensioned that in each case spatially adjacent electrode systems 90 and 270 ⁰ oscillate out of phase. In this case, the fields of adjacent electrode systems complement each other with respect to the electrode mechanism. This completely avoids any edge disturbances at the boundaries of the individual electrode systems.

In der Zeichnung sind der Einfachheit halber nur zwei Anodensysteme dargestellt; es können jedoch auch drei oder mehr Anodensysteme nebeneinander angeordnet werden.For the sake of simplicity, only two anode systems are shown in the drawing; it can, however three or more anode systems can also be arranged next to one another.

Claims

Patent claims:

1. Magnetron with several arranged within a vacuum vessel and from the same magnetic field interspersed with the same, power-emitting electrode systems an anode divided into segments and a cathode, characterized in that the electrode systems are arranged along the common axis next to each other in such a way that each adjacent electrode systems around one Angle that is equal to half a segment division

(i) are offset from one another.

2. Magnetron tube according to claim 1, characterized in that the anode segments (1,2) of the individual electrode systems are arranged over a continuous cathode (6) which is preferably incapable of emissions in approximately existing spaces (d) between adjacent electrode systems and outside the same.

3. Magnetron tube according to claim 1 or 2, characterized in that each electrode system a special decoupling device,

z. B. coupling loop (10, 11), for removing the Vibration power is assigned.

4. magnetron NaOH to claim 3, characterized in that the length of the individual electrode systems associated decoupling lines (12, 13) is dimensioned so that two spatially adjacent electrode systems 90 and 270 ⁰ oscillate out of phase.

Referred publications:
U.S. Patent No. 2,509,419.

1 sheet of drawings