DE974565C

DE974565C - Magnetronroehre, deren jeweils gleichphasig schwingende Anodenarme durch jeweils einen Leiter miteinander verbunden sind

Info

Publication number: DE974565C
Application number: DER4396A
Authority: DE
Inventors: Palmer Portner Derby
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1945-03-10
Filing date: 1950-10-04
Publication date: 1961-02-09
Also published as: US2463524A; GB626930A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetronröhre mit einer geraden Anzahl von Hohlraumresonatoren, die von einem gemeinsamen Anodenzylinder und radial von diesem nach innen gerichteten Anodenarmen gebildet sind, bei der die jeweils gleichphasig schwingenden Anodenarme durch jeweils einen Leiter miteinander verbunden sind.

Bei Magnetronröhren sind bekanntlich im allgemeinen mehrere Schwingzustände möglich, bei denen verschiedene Frequenzen erzeugt werden. Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, ist es notwendig, alle Schwingneigungen außer der gewünschten Grundfrequenzbetriebsart (π-Modus), bei der benachbarte Resonatoren gegenphasig schwingen, zu unterdrücken. Es ist bereits bekannt, bei Magnetonröhren die jeweils gleichphasig schwingenden Anodensegmente durch jeweils einen Leiter zu verbinden, dessen Länge klein gegen die übrigen Abmessungen der Magnetronröhre ist. Dabei können diese Leiter zur Erzielung definierter Schwingzustände oder zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie oder auch beiden Zwecken gleichzeitig dienen. Insbesondere ist es auch bereits bekannt, dieser Verbindungsleitern eine geringe Selbstinduktivität zu geben und sie auf einer oder auf jeder Stirnseite des Anodensystems so anzuordnen, daß sie gegenseitig eine große Kapazität bilden.

Die Zahl der möglichen Schwingzustände nimmt mit der Zahl der Anodenarme zu. Bei den heute gebräuchlichen Mehrschlitzmagnetronröhren ist eine sichere Unterdrückung unerwünschter Schwingzustände für ein sicheres Arbeiten der Röhre wesentlich. Dabei darf die Bauhöhe des Anodensystems durch die zusätzlich angebrachten Verbindungsleiter nicht oder nur unwesentlich vergrößert werden, um den ma

us 505/13

gnetischen Widerstand für das erforderliche Magnetfeld so klein wie möglich zu halten.

Die Erfindung geht demgemäß aus von einer Magnetronröhre mit einer 'geraden Anzahl von Höhlraumresonatoren, die von einem gemeinsamen Anodenzylinder und radial von diesem nach innen gerichteten Anodenarmen gebildet sind, bei der einander benachbarte Anodenarme gegenphasig schwingen, so daß zwei Gruppen von untereinander gleichphasig schwingenden Anodenarmen bestehen, und bei der auf einer oder auf jeder Stirnseite des Anodensystems die jeweils gleichphasig schwingenden Anodenarme durch jeweils einen eine geringe Selbstinduktivität aufweisenden Leiter so miteinander verbunden sind, daß diese Verbindungsleiter gegenseitig eine große Kapazität bilden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter ringförmig ausgebildet und parallel zueinander auf einer oder auf jeder Stirnseite des Anodensystems nahe dem inneren Ende der Anodenarme angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Anodenarme Aussparungen auf, durch die der (die) nicht mit dem betreffenden Anodenarm verbundene (n) Verbindungsleiter hindurchgeführt ist (sind). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Verbindungsleiter von der (den) Stirnseite(n) des Anodensystems.

Die Gesamtbauhöhe des Anodensystems wird durch die erfindungsgemäßen Verbindungsleiter nicht oder nur unwesentlich vergrößert.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch eine Magnetronröhre, bei welcher der Erfindungsgedanke angewendet ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Magnetronröhre gemäß Fig. i, '

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines" Teiles des Anodensystems der Röhre, welche die Anordnung der ringförmigen Verbindungsleiter erkennen läßt, und

Fig. 4 Kurven, die in qualitativer Form die Beziehungen zwischen der Zahl der Anodenarme und dem Frequenzabstand zum benachbarten Schwingungsmodus wiedergeben.

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Magnetronröhre besteht aus einem Anodenzylinder 1, mit dem eine gerade Anzahl radial nach innen gerichteter Anodenarme 2 verbunden ist. Je zwei Anodenarme bilden mit dem dazwischenliegenden Teil des Anodenzylinders 1 einen Hohlraumresonator. Die inneren Enden der Anodenarme 2 nehmen die von der Kathode 3 emittierten Elektronen auf. Alle Anodenarme sind an die ringförmigen Verbindungsleiter 4, 5 und 6, 7 derart angeschlossen, daß abwechselnd je ein Anodenarm mit den Ringen 5 und 6 bzw. mit den Ringen 4 und 7 verbunden ist. Die erzeugte Hochfrequenzenergie

kann mit der Kcppelschleife 8, die sich in einem der Hohlraumresonatoren befindet, durch das Rohr 9 und den an diesem angebrachten Glasverschluß 10 hindurch ausgekoppelt werden. Ein Hohlleiter, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann mit dem Rohr 9 verbunden werden, so daß der Leiter 8' die Energie in den Hohlleiter abstrahlt. Die oberen und unteren Stirnseiten des Anodenzylinders 1 sind mit Deckeln 11 und 12 luftdicht verschlossen. In diese Deckel sind Polschuhe 13 und 14 des zum Betrieb notwendigen Magneten eingelötet.

Eine derartige Magnetronröhre schwingt erfahrungsgemäß im Dauerstrichbetrieb dann stabil im π-Modus, wenn der relative Frequenzabstand zu den nächstliegenden anderen erregbaren Schwingungen größer ist als ein kritischer Wert, der von der Anzahl der Anodenarme abhängt. Es gilt:

I _ fn — la An — λα

Ta

Dabei ist:

N = die Anzahl der Anodenarme, fn = die Frequenz bei Betrieb im π-Modus, A_n = die Wellenlänge bei Betrieb -im π-Modus, f_a = die Frequenz des nächsthöheren oder nächstniedrigeren Schwingzustandes,

X_a = die Wellenlänge des nächsthöheren oder nächstniedrigeren Schwingzustandes.

Ist diese Forderung erfüllt, so wird nur die Grundschwingung (π-Modus) erregt,, da der relative Frequenzabstand zu den nächsthegenden unerwünschten Schwingzuständen hinreichend groß ist. In Fig. 4 stellt die ausgezogene Linie den kritischen relativen Frequenzabstand (in °/₀) in Abhängigkeit von der Zahl der Anodenarme graphisch dar.

Man erkennt, daß bei wachsender Anzahl der Anodenarme der notwendige relative Frequenzabstand immer kleiner wird. Aus konstruktiven Gründen geht man jedoch in der Praxis über achtzehn Anodenarme im allgemeinen nicht hinaus. Man strebt in der Praxis möglichst große relative Frequenzabstände an, damit auch bei sehr großer Leistungsabgabe keine Neigung zu unerwünschten Störschwingungen besteht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Verbindungsleiter werden die für den relativen Frequenzabstand wesentlichen elektrischen Größen so beeinflußt, das es beispielsweise möglich ist, bei einer Magnetronröhre mit sechzehn Anodenarmen und einem kritischen relativen Frequenzabstand von 0,11 (ii°/o) durch die erfindungsgemäßen Verbindungsleiter den kritischen relativen Frequenzabstand auf etwa 0,5 (50%) zu erhöhen.

Die Faktoren, die den relativen Frequenzabstand bestimmen, können aus der folgenden empirischen Beziehung entnommen werden, die angenähert für alle praktischen Ausführungen Gültigkeit besitzt:

I	1 +	zL	co²C_sA	I	ctg²	6> —	I
LC	A	2 sin² Θ	A
	B

wobei

ω = 2 π · f ist, worin wiederum f die bei dem jeweils betrachteten Schwingzustand von der Röhre erzeugte Frequenz ist,
L die gesamte zusammengefaßte Induktivität eines Hohlraumresonators zwischen zwei Anodenarmen 2 ist,

C die gesamte zusammengefaßte Kapazität des genannten Resonators ist (eingeschlossen ist hier die zusätzliche Kapazität, die durch die benachbarten ringförmigen Verbindungsleiter entsteht), C₈ die Kapazität der ringförmigen Verbindungsleiter zwischen zwei Anodenarmen ist und

Θ = -r · π ist, worin wiederum N die Anzahl der

Anodenarme und ri die Kennziffer des betrachteten Schwingzustandes ist, die angibt wie viele Schwingungen längs des Umfangs des Anodensystems vorhanden sind (bei Betrieb im π-Modus

N
ist n' = —). Ferner ist

2 '

A = L₈ + M₈, worin L_s die Selbstinduktivität des Teils eines ringförmigen Verbindungsleiters ist, der zwischen zwei Anqdenarmen liegt, und M₈ die Gegeninduktivität zwischen jenen Teilen von zwei benachbarten ringförmigen Verbindungsleitern ist, die sich zwischen zwei Anodenarmen erstrecken, und wobei endlich

= L_S —M _s

ist.

Die Werte von C₈ und A sind gewöhnlich so klein, daß der Ausdruck

ω² -C_x-A

2 sin² Θ

sehr viel kleiner als Eins ist.
Für den Grundfrequenzbetrieb (π-Modus) ist

Θ =

TC

und somit ist ctg² 0 = 0.

Unter diesen beiden Bedingungen kann die obige Formel für ω² beträchtlich vereinfacht und auf die Form

LC

gebracht werden.

_N
i

Wird Θ von dem dem π-Modus (für den n' — ----- ist)

entsprechenden Wert, nämlich Θ = --, auf den dem benachbarten Schwingzustand entsprechenden Wert

oder

»' 2

geändert, so ergeben sich entsprechend andere Werte für die Faktoren

und ctg² Θ.

sin²©

Diese Faktoren haben für den dem Wert n' = -■ — 1

2

N
und den dem Wert n' = \- 1 entsprechenden

Schwingzustand denselben Wert, so daß für die vor-ι gerechnet zu

werden braucht. Um den Einfluß dieser Faktoren

deutlich zu machen, sind in Fig. 4 die Werte für —τ-=-

° ^ sm²©

und ctg² Θ für den dem π-Modus In' = -----, Θ = —\ nächstbenachbarten Schwingzustand

N ι

π,

in Abhängigkeit von der Zahl der Anodenarme mit dargestellt worden (Abszissenachse bzw. gestrichelte Kurve). Da

ist, kann durch Veränderung des Maßstabes, wie gezeigt, die gleiche Kurve zum Ablesen der Werte beider Faktoren dienen. Es zeigt sich, daß der Einfluß des Ausdruckes, der in der Gleichung für ω² den Faktor 1

enthält, dem des Ausdruckes, der ctg² Θ enthält, entgegengerichtet ist. Der prozentuale Einfluß des

Faktors -^:.-^r ist aber kleiner, und außerdem ist, wie . sin^! Θ ■

schon oben erwähnt, der Ausdruck, der diesen Faktor enthält, gewöhnlich so klqjn, daß er vernachlässigbar ist. Somit braucht man in den meisten Fällen nur den Einfluß des den Faktor ctg² Θ enthaltenden Ausdruckes zu berücksichtigen.

Wenn für ω ein Wert gewählt wird, der dem dem Betrieb im π-Modus (ω_η) am nächsten liegenden Schwingzustand (ω_α) entspricht (ω = ω_α), so kann man (um die oben beschriebenen Forderungen für Dauerstrichbetrieb zu erfüllen) den aus der Gleichung für ω² sich ergebenden Forderungen dadurch genügen, daß man die Werte für L, C, C₈, L_s und M₈ entsprechend wählt. Man sieht z. B., daß durch größere Werte von L der relative Frequenzabstand vergrößert wird. Daher sind bei dem Ausführungsbeispiel Hohlraumresonatoren mit einer verhältnismäßig großen Querschnittsfläche vorgesehen worden. Der relative Frequenzabstand wird ebenfalls größer, wenn M₈ größer und L_s kleiner gemacht wird. Daher werden erfindungsgemäß die Ringe 4, 5 und 6, 7 dicht benachbart angeordnet, um eine feste Kopplung zwischen ihnen zu erhalten.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Gegeninduktivität M₈ der Ringe nicht genügend groß gemacht werden kann, um einen großen relativen Frequenz-

abstand zu erzielen, dann kann der Ausdruck, der den Faktor

ι
sin² Θ

enthält, so groß gewählt werden, daß er überwiegt und den gewünschten Frequenzabstand liefert. Dies kann durch Vergrößerung der Ringkapazität C_s erreicht werden. Eine große Ringkapazität C₈ läßt sich durch Vergrößerung der Oberflächen nebeneinanderliegender Ringe erzielen.

Durch den Ausdruck »Ring« bzw. »Ringe« soll die Form der ringförmigen Verbindungsleiter 4 bis 7 keineswegs auf die dargestellte Form beschränkt sein. Unter diesem Ausdruck ist jedwede Querschnittsform der die Anodenarme miteinander verbindenden ringförmigen Leiter zu verstehen, wenn die Werte von C_s, L₈ und M₈ derart sind, daß sie den Frequenzabstand, wie dargelegt, ergeben.

Für die beiden Werte X_n [π-Modus, Θ = -^-j und λ_α

N
2

— ι π ,

N
kann die Gleichung für o>^a auch in der Form

1.^-1 ₌_.

ι
LC

i.

und

2JIS

LC

ii +

zL

L₈+ M₈

Ls+ M₈

⁺ '2_]tv\² C, An ^s- (L₈ + M₈)-τ

C_S (L₈ + M₈) ~N

2 sin²1 —

N 2 L₈+ M₈ Lg — Ms

— ι

ctg²

π / — ι

■η,ϊ

ausgedrückt werden, worin ν die Lichtgeschwindigkeit ist.

Wenn eine Röhre nach den erfindungsgemäßen Gesichtspunkten konstruiert ist, so wird sie wirkungsvoll im Dauerstrichbetrieb arbeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Magnetronröhre mit einer geraden Anzahl von Hohlraumresonatoren, die von einem gemeinsamen Anodenzylinder und radial von diesem nach innen gerichteten Anodenarmen gebildet sind, bei der einander benachbarte Anodenarme gegenphasig schwingen, so daß zwei Gruppen von untereinander gleichphasig schwingenden Anodenarmen bestehen, und bei der auf einer oder auf jeder Stirnseite des Anodensystems die jeweils gleichphasig schwingenden Anodenarme durch jeweils einen eine geringe Selbstinduktivität aufweisenden Leiter so miteinander verbunden sind, daß diese Verbindungsleiter gegenseitig eine große Kapazität bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter ringförmig ausgebildet und parallel zueinander auf einer oder auf jeder Stirnseite des Anodensystems nahe dem inneren Ende der Anodenarme angeordnet sind.
2. Magnetronröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenarme Aussparungen aufweisen, durch die der (die) nicht mit dem betreffenden Anodenarm verbundene(n) Verbindungsleiter hindurchgeführt ist (sind) (Fig. 1 bis 3).
3. Magnetronröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter vor der (den) Stirnseite(n) des Anodensystems liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 663 509, 730 623, 758 546;

deutsche Patentanmeldung T 2234 VIII a/21 a* (bekanntgemacht am 2. 7. 1942);

schweizerische Patentschrift Nr. 215 600; französische Patentschriften Nr. 789 141, 867 914; britische Patentschriften Nr. 445 084, 550 081 ; USA.-Patentschriften Nr. 1 558 120, 2 123 728 ;

»Telefunken-Zeitung«, Nr. 69, Dezember 1934, S. 5 bis 14;

»Zeitschrift für Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, Bd. 51, 1938, S. 87 bis 95.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 505/13 2.