DE975447C

DE975447C - Vielfach-Hohlraum-Magnetronroehre zur Erzeugung elektrischer Schwingungen ultrahoher Frequenz

Info

Publication number: DE975447C
Application number: DER4398A
Authority: DE
Inventors: Percy Lebaron Spencer
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1942-11-13
Filing date: 1950-10-04
Publication date: 1961-11-30
Also published as: GB592348A; US2550614A; US2417789A; FR1021573A; CH288573A; GB654648A

Description

Die Erfindung betrifft Magnetronröhren von einer solchen Bauart, bei welcher ein Anodenaufbau eine Anzahl von Anodenarmen aufweist, welche einer Kathode gegenüberliegen, und bei welcher die Abmessungen der Anodenarme und des dazugehörigen Anodenaufbaus die Frequenz der erzeugten Schwingungen bestimmen. Bei Magnetronröhren dieser Bauart entstehen jeweils bei einer bestimmten Betriebsart zwischen den Anodenarmpaaren Schwingungen, so daß das betreffende Magnetron Schwingungen von vorbestimmter Frequenz erzeugt. Bei derartigen Magnetronröhren treten jedoch unerwünschte Schwingungsarten auf, die in dem Ausgangskreis andersfrequente Schwingungen verursachen, deren Frequenz beträchtlich von der gewünschten Betriebsfrequenz abweicht und die somit die Wirkungsweise einer derartigen Magnetronröhre erheblich beeinträchtigen. Magnetronröhren der soeben genannten Art sind an sich bekannt. Bei älteren Bauarten derartiger Magnetronröhren waren besondere Schwingkreiselemente, wie z. B. an die einzelnen Anodenbleche angeschlossene Induktivitäten, zur Bildung schwingungsfähiger Kreise vorgesehen. Mit fortschreitender Entwicklung zur Erzeugung immer kürzerer Wellenlängen waren derartige Systeme nicht mehr anwendbar, da die Größen-Ordnung der gewünschten Wellenlängen der Ausdehnung dieser besonderen Schwingkreiselemente schließlich so nahe kam, daß störende Eigenschwin-

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gungen auftraten. Die Energieauskoppelung erfolgte bei diesen bekannten Anordnungen über an die Anodenbleche angeschlossene Zweidrahtleitungen.

Um noch kürzere Wellenlängen zu erzielen, wurden im Zuge der weiteren Entwicklung Radialstücke an den Anodenzylinder angesetzt, welche die Aufgabe der als Kapazität wirkenden Anodenbleche der früheren Ausführungsformen übernahmen. Zur Erzielung einer alle Kreise gleichmäßig belastenden Energieauskoppelung wurden einzelne Verbindungsbügel sternförmig angeordnet, an welche die Zweidrahtauskoppelungsleitung angeschlossen war. Zur Erreichung noch kürzerer Wellenlängen wurde schließlich vorgeschlagen, die Induktivitäten durch Bohrungen in einem Anodenblock zu bilden, welche über als Kapazitäten wirkende Spalte mit dem Elektronenraum verbunden waren. Zur Auskoppelung der Schwingungsenergie genügt es bei dieser Magnetronbauart, nur zwei benachbarte Anodensegmente an die Energieleitung anzuschließen, so daß die übrigen Segmente lediglich durch den Elektronenumlauf mit der Energieleitung gekoppelt sind. Durch den Anschluß der Energieleitung an nur zwei Segmente tritt jedoch eine Verstimmung des Magnetrons ein. Um diese Verstimmung zu vermeiden, wurde weiter vorgeschlagen, im Bedarfsfall auch alle jeweils zu einer Gruppe gehörigen Anodensegmente mit der auskoppelnden Energieleitung zu verbinden, falls nicht vorgezogen wurde, die Auskoppelung über die direkte Strahlung des Systems vorzunehmen.

Allen diesen hiermit kurz dargelegten Magnetronröhren ist gemeinsam, daß insbesondere bei Erhöhung der Leistung Störschwingungen auftreten, welche sich der jeweils gewünschten Frequenz überlagern. Zweck der Erfindung ist die völlige Unterbindung der soeben erwähnten Störschwingungen. Zur Erreichung dieses Zweckes geht die Erfindung von einer Magnetronröhre zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen ultrahoher Frequenz aus, deren Anode Hohlräume aufweist, wobei diese Hohlräume eines mit einer Kathode zusammenwirkenden Anodenkörpers nach einem gemeinsamen Elektronenraum hin offen und voneinander durch Arme getrennt sind, deren freie Enden sich in Richtung auf diesen Elektronenraum hin erstrecken, und wobei diese Hohlräume abgestimmte elektrische Kreise von der Betriebsfrequenz der Röhre in der Weise bilden, daß die freien Enden jeweils einer Gruppe dieser Arme gleichphasig jeweils gleiche Augenblicksspannungswerte aufweisen, während die freien Enden der Arme einer zweiten Gruppe, die jeweils zwischen den Armen der erstgenannten Gruppe liegen, gleichzeitig in Gegenphase zu den Spannungswerten der erstgenannten Gruppe ebenfalls unter sich gleiche Augenblicksspannungswerte aufweisen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arme einer oder beider Gruppen miteinander durch einen in einer achssenkrechten Ebene liegenden Leiter verbunden sind und daß die Arme der jeweils anderen Gruppe mit Aus-So sparungen versehen sind, durch die dieser Leiter berührungsfrei hindurchgeführt ist.

Die nahezu völlige Unterbindung unerwünschter Schwingungsarten wird dadurch erreicht, daß diejenigen Punkte des Anodenaufbaues, an welchen Schwingungsbäuche gleicher Phase auftreten, auf einfache Weise elektrisch miteinander verbunden sind. Auf Grund dieser besonderen Ausbildung der Magnetronröhre nach der Erfindung lassen sich aus einer derartigen Röhre erheblich größere Leistungen bei wesentlich verbessertem Wirkungsgrad entnehmen.

Zweckmäßig können die Abmessungen dieser Aussparungen und der Querschnitt des Verbindungsleiters so gewählt werden, daß sie an den Durchführungsstellen eine konzentrische Leitung mit niedriger Impedanz bilden.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf dieZeichnungenbeispielsweisebeschrieben. Es stellt dar Fig. ι einen Querschnitt durch eine Magnetronröhre nach der Erfindung längs der Linie 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 einen Mittellängsschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. i,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Anodenaufbaus einer Magnetronröhre nach der Erfindung vor dem Zusammenbau mit den übrigen Röhrenelementen,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Anodenaufbau der Magnetronröhre nach der Erfindung längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Magnetronröhre nach der Erfindung längs der Linie 5-5 in Fig. 6,

Fig. 6 einen Mittellängsschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine vergrößerte Teilaufsicht auf das kathodenseitige Ende eines der Anodenarme einer Magnetronröhre nach den Fig. 5 und 6,

Fig. 8 und 9 vergrößerte Teilschnitte längs der Linie 4-4 in Fig. 7,

Fig. 10 einen abgewickelten Schnitt durch die Enden der Anodenarme einer Magnetronröhre nach den Fig. 5 und 6 seitlich der die Anodenarme wechselweise miteinander verbindenden Verbindungsleiter und

Fig. 11 einen vergrößerten Teilquerschnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 5.

Die in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellte Magnetronröhre weist ein Gehäuse 1 auf, welches vorzugsweise aus einem leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Dieses Gehäuse umschließt die eigentliche Anode des Magnetrons. Das Gehäuse weist stirnseitige Hohlräume auf, die durch ebenfalls aus leitendem Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer, bestehende Deckel 2 und 3 abgedeckt sind. Zwischen den stirnseitigen Hohlräumen des Gehäuses 1 befindet sich der eigentliche Anodenblock 4. Der Anodenblock 4 weist eine Mittelbohrung 5 auf, längs deren Mittelachse sich eine Kathode 6 erstreckt, welche einer indirekt beheizten Glühkathodenbauart angehören kann. Die Kathode 6 wird durch ein Zuführungsleiterpaar 7, 8 gehalten, dessen Drähte in an den äußeren Enden von Rohren 11 und 12 angebrachte Glasverschlüsse 9 und 10 eingeschmolzen sind. Die Rohre 11 und 12 sind in der Wandung des Gehäuses ι gegenüber den oberen und unteren stirnseitigen Hohlräumen luftdicht abschließend befestigt. Eine Anzahl Schlitze 13 erstreckt sich radial von der

Mittelbohrung 5 aus. Jeder dieser Schlitze endet in einer sich in den Anodenblock 4 erstreckenden kreisförmigen Öffnung 14. Auf diese Weise ist der Anodenaufbau mit einer Anzahl keilförmiger Arme 24 bis 31 versehen, deren Endflächen als Anodenteile mit der Kathode 6 zusammenwirken.

Wenn ein solches Magnetron zwischen Magnetpole 15 und 16 gebracht wird, entsteht ein längsverlaufendes magnetisches Feld, in welchem, wenn die Vorrichtung erregt wird, ultrahochfrequente elektromagnetische Schwingungen zustande kommen. Diese Schwingungen können aus der Röhre mit Hilfe einer Auskoppelungsschleife 17 herausgeführt werden, welche in eine der zylindrischen öffnungen 14 hineinragt und deren eines

Ende an der inneren Wand der genannten öffnung befestigt ist. Das andere Ende der Auskoppelungsschleife 17 ist mit einem Zuführungsdraht 18 verbunden, der durch einen Glasverschluß 19 hindurchführt. Der Glasverschluß 19 ist am äußeren Ende eines

ao Rohres 20 angebracht, das ebenfalls in der Wandung des Gehäuses 1 luftdicht befestigt ist. Ein zusätzliches leitendes Rohr 20' kann an dem Rohr 20 außerhalb des Verschlusses 19 befestigt sein, so daß es mit dem Zuführungsleiter 18 eine koaxiale Leitung bildet, durch welche die vom Magnetron erzeugten Hochfrequenzschwingungen zu einem Verbraucherkreis geleitet werden können.

Das Magnetron kann außerdem mit einem zusätzlichen Rohr 21 versehen sein, das ebenfalls luftdicht abschließend in der Wand des Gehäuses 1 gegenüber einem der Stirnverschlüsse angebracht ist. Das Rohr 21 kann mit einem an dessen äußerem Ende angeschmolzenen Glaskolben 22 versehen sein. Der Glaskolben 22 enthält eine Menge eines leichtverdampfenden Metalls 23, wie z. B. Barium, das zur Getterung der Röhre dient. Wenn die Vorrichtung evakuiert und in der üblichen Weise von absorbierten Gasen befreit ist, wird das Getterungsmaterial innerhalb des Kolbens 22 durch Induktionsheizung oder von außen einwirkende Heizung verdampft, um die überbleibenden Gasreste zu entfernen.

Die Kathode 6 und die Flächen jedes der Anodenteile 24 bis 31 bilden eine Kapazität. Weitere Kapazitäten werden durch die Seiten wände jedes der Schlitze 13 gebildet. Die inneren Wände der kreisförmigen öffnungen 14 bilden Induktivitäten. Die Anode ist daher derart ausgebildet und in solcher Entfernung von der Kathode angebracht, daß die beschriebenen Induktivitäten und Kapazitäten abgestimmte Kreise darstellen, die somit bei genau der Frequenz, bei welcher die Vorrichtung betrieben werden soll, in Resonanz sind. Es wird angestrebt, die Vorrichtung derart zu betreiben, daß jede Bohrung 14 und die sie umfassenden Arme einen Schwingkreis bilden, der auf jene Frequenz abgestimmt ist, bei welcher jede der anderen Bohrungen 14 und die sie umfassenden Arme Schwingungen erzeugen.

Es ist festgestellt worden, daß Magnetronröhren dieser allgemeinen Bauart die Neigung aufweisen, Schwingungen zu erzeugen, die nicht nur der oben-. erwähnten gewünschten Art angehören, sondern auch anderen unerwünschten, störenden Arten. Gemäß den augenblicklichen Erkenntnissen über den Betrieb der Vorrichtung sind die Gründe für das Entstehen solcher störenden Arten in der Hauptsache folgende: Bei der normalen Schwingungsart entsteht an jedem Anodenarm 24 bis 31 einSpannungsschwingungsbauch. Die Spannungsänderung an jedem Arm ist jedoch in Gegenphase zur Spannungsänderung an jedem benachbarten Arm. Wenn man nun zwei nicht benachbarte Arme betrachtet, wie z. B. 24 und 26, so sieht man, daß eine gewisse Kapazität zwischen diesen Armen besteht und daß der Kreis, der diese Arme durch den Anodenkörper 1 miteinander verbindet, eine bestimmte Induktivität darstellt. Daher können in diesem Kreis Schwingungen auftreten, die eine andere Frequenz haben als diejenige der gewünschten Betriebsart und bei welchen die Phasenlagen der Wechselspannungen an den Armen 24 und 26 einander entgegengesetzt sind. Diese entgegengesetzte Phasenlage verursacht eine periodische Spannungsdifferenz zwischen den Armen 24 und 26. Bei der gewünschten Schwingungsart aber haben nebeneinanderliegende Arme entgegengesetzte Phasenlage, und jeder zweite Anodenarm ist bezüglich der Spannung gleichphasig.

Gemäß der Erfindung werden diese störenden Schwingungsarten dadurch beseitigt, daß jeder zweite Anodenarm mit einem Leiter kleinen Scheinwiderstandes derart verbunden ist, daß die betreffenden Anodenarme direkt miteinander verbunden sind. So ist, wie z. B. in Fig. 1 gezeigt ist, ein Kupferring 32 in die oberen Enden der Arme 24, 26, 28 und 30 eingesetzt. Die oberen Enden der Arme 25, 27, 29 und 31 besitzen eine genügend große Aussparung, um eine Berührung des Ringes 32 zu verhindern. Auf diese Weise sind die Arme 24, 26, 28 und 30 an jenen Punkten elektrisch miteinander verbunden, an welchen im wesentlichen die größte Spannungsdifferenz beim Auftreten unerwünschter Schwingungsarten entstehen würde. Auf Grund der elektrischen Verbindung dieser Punkte unter sich werden diese Spannungsdifferenzen unterdrückt, so daß solche unerwünschten Schwingungsarten im wesentlichen beseitigt werden. Um die Arme 25, 27, 29 und 31 in derselben Weise miteinander zu verbinden, ist ein Kupferring 33 an der entgegengesetzten Stirnseite des Anodenblocks 1 in die unteren Enden der Arme 25, 27, 29 und 31 eingesetzt, wobei die unteren Enden der Arme 24, 26, 28 und 30 mit einer Aussparung versehen sind, um einen Kontakt mit dem Ring 33 zu verhindern. Dies ist in den Fig. 2 und 4 gezeigt.

Es ist festgestellt worden, daß, wenn die abwechselnd angeordneten Anodenarme in der oben dargelegten Weise elektrisch miteinander verbunden sind, keine unerwünschten Schwingungsarten auftreten. Gleichzeitig scheint keine nennenswerte Störung der normalen Schwingungsarten zu entstehen. Es sind auf diese Weise Röhren gebaut worden, die auf Grund der Beseitigung der störenden Schwingungsarten in der Lage sind, beträchtlich größere Leistung bei beträchtlich besserem Wirkungsgrad zu erzeugen.

Ein Erfindungsziel ist ferner, schon die Tendenz zur Entstehung solcher störender Schwingungen auf ein Minimum herabzusetzen. Dies wird durch eine Röhrenkonstruktion erreicht, die in den Fig. 5 bis 11

der Zeichnungen dargestellt ist. Das in diesen Figuren der Zeichnungen dargestellte Magnetron weist ebenfalls ein Gehäuse ioi auf, welches vorzugsweise aus einem leitenden Werkstoff, wie z. B. Kupfer, hergestellt ist. Dieses Gehäuse bildet den Anodenaufbau des Magnetrons. Das Gehäuse weist stirnseitig Hohlräume auf, die durch Deckel 102 und 103, die ebenfalls au: leitendem Material, wie Kupfer, hergestellt sind, abgedeckt sind. Zwischen den stirnseitigen Hohlräumen des Gehäuses 101 befindet sich der eigentliche Anodenblock 104. Der Teil 104 weist eine Mittelbohrung 105 auf, längs deren Mittelachse eine Kathode 106 verläuft, die einer indirekt beheizten Oxyd-Glühkathodenbauart angehören kann. Die Kathode wird von einem Kathodenzuführungsleiterpaar 107, 108 gehalten, dessen Leiter in Glasverschlüsse 109 und 110 eingeschmolzen sind, welche an den äußeren Enden von Rohren in und 112 angebracht sind. Diese Rohre sind in der Wandung des Gehäuses 101, den oberen und unteren stirnseitigen Hohlräumen benachbart, luftdicht abschließend befestigt. Leichte, leitende Scheiben 107' und 108' können an dem oberen und unteren Ende der Kathode 106 angeordnet sein, welche verhindern, daß die Elektronenstrahlen auf a5 die stirnseitigen Deckel 102 und 103 gerichtet werden. Eine Anzahl Schlitze 113 erstreckt sich radial von der Mittelbohrung 105 aus, und jeder dieser Schlitze endet in einer kreisförmigen Öffnung 114, die sich durch den Anodenblock 104 erstreckt. Auf diese Weise ist der Anodenaufbau mit einer Anzahl keilförmiger Arme 115 bis 122 versehen, deren Flächen als Anodenteile mit der Kathode 106 zusammenwirken. Wenn ein solches Magnetron derart zwischen Magnetpolen 123 und 124 angeordnet ist, daß ein längslaufendes magnetisches Feld entsteht, so entstehen, wenn die Vorrichtung erregt wird, Schwingungen. Diese Schwingungen können aus der Röhre mit Hilfe einer Auskoppelungsschleife 125 herausgeführt werden, welche sich in eine der zylindrischen Öffnungen 114 hinein erstreckt und deren eines Ende an der inneren Wand dieser Öffnung befestigt ist. Das andere Ende der Auskoppelungsschleife 125 ist mit einem Zuführungsdraht 126 verbunden, der durch einen Glasverschluß 127 hindurchführt. Dieser Glas-Verschluß ist an dem äußeren Ende eines Rohres 128 angebracht, welches ebenfalls in der Wand des Gehäuses 101 luftdicht abschließend befestigt ist. Ein zusätzliches, in der Zeichnung nicht dargestelltes leitendes Rohr kann mit dem Rohr 128 elektrisch verbunden sein und mit dem Draht 126 eine koaxiale Leitung bilden, durch welche die vom Magnetron erzeugten Hochfrequenzschwingungen zu einem geeigneten Verbraucherkreis geleitet werden können. Zwischen den Seitenwänden jedes der Schlitze 113 bestehen Kapazitäten, und die inneren Wände der Öffnungen 114 bilden Induktivitäten. Die Anode ist daher so gebaut, daß die beschriebenen Induktivitäten und Kapazitäten abgestimmte Schwingkreise darstellen, die somit bei einer vorbestimmten Frequenz, bei der die Vorrichtung betrieben werden soll, in Resonanz sind.

Die Vorrichtung wird so betrieben, daß jede Bohrung 114 und ihre benachbarten Arme einen Schwingkreis bilden, der auf die Frequenz, bei der jede der anderen Bohrungen und ihre benachbarten Arme Schwingungen erzeugen, abgestimmt ist.

Es ist festgestellt worden, daß auch bei Magnetronröhren dieser allgemeinen Bauart eine Tendenz zur Erzeugung von Schwingungen besteht, die nicht nur der gewünschten Schwingungsart angehören, sondern auch anderen, unerwünschten und störenden Schwingungsarten. Eine besonders störende Schwingungsart ist jene, bei welcher abwechselnd die Anodenarme entgegengesetzte Enden eines Schwingkreises bilden, der sich um den hinteren Teil eines Paares von Öffnungen 114 erstreckt. Diese störende Schwingungsart kann in der oben dargelegten Weise durch direkte Verbindung der hervorstehenden Enden abwechselnd angeordneter Anodenarme durch Leiter von verhältnismäßig niedrigem Scheinwiderstand im wesentlichen beseitigt werden. Bei extrem hohen Frequenzen ist es aber schwierig, solche elektrischen Verbindungen von genügend niedrigem Scheinwiderstand herzustellen, um solche störenden Arten auf ein Minimum herabzusetzen. In weiterer Ausbildung der Erfindung sind diese Verbindungen infolgedessen derart ausgebildet, daß der Scheinwiderstand dieser Verbindungen und damit ebenfalls diese störenden Schwingungen auf ein Minimum herabgesetzt sind.

Um diese besondere elektrische Verbindung nach der Erfindung zu erzielen, sind an entgegengesetzten Stirnseiten des Anodenaufbaus des Magnetrons leitende Bänder 129 und 130 befestigt. Diese Bänder bestehen aus gut leitendem Material, z. B. aus Silber oder aus Kupfer. Um Platz für das Band 129 zu schaffen, sind die oberen Kanten der Anodenarme mit an den hervortretenden Enden der genannten Anodenarme angebrachten Schlitzen 131 versehen. Die unteren Kanten der genannten Anodenarme sind ebenfalls mit gleichartigen Schlitzen 132 versehen, um Platz für das leitende Band 130 zu schaffen. Die Oberseiten der Anodenarme 116, 118, 120 und 122 sind mit einer Nut 133 versehen, die sich entlang des Bodens des Schlitzes 131 erstreckt. Das Band 129 ist mit einer Anzahl in Abständen angeordneter Stifte 134 versehen. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist der Abstand zwischen den Stiften 134 derart gewählt, daß sie jeweils jeden zweiten Anodenarm berühren, so daß der zwischen je zwei Stiften liegende Teil des Bandes 129 jeweils über den dazwischenliegenden anderen Anodenarm hinweggeführt ist, ohne mit diesem elektrischen Kontakt zu haben. Die Stifte 134 auf dem Band 129 ragen in die in den Anodenarmen 116, 118, 120 und 122 angeordneten Nuten 133 hinein. Das untere Band 130 ist ebenfalls mit Stiften 134 versehen. Auch die untere Fläche der Anodenarme 115, 117, 119 und 121 ist im Boden der Schlitze 132 mit Nuten 133 versehen, und die Stifte 134 des Bandes 130 ragen in diese Nuten hinein.

Um die leitenden Bänder mit dem Elektrodenkörper usammenzubauen, wird eines dieser Bänder, z. B. das Band 129, das ursprünglich in flacher Form ausgestanzt sein mag, kreisförmig gebogen und in die Schlitze 131 eingelassen, so daß die Stifte 134 in die Nut 133 hineinpassen. W^rie in Fig. 8 gezeigt, besteht anfangs ein kleiner Spielraum zwischen jedem Stift 134

und den dazugehörigen Nuten 133, so daß das Band 129 leicht eingelassen werden kann. Um das Band 129 an seinem Platz zti befestigen, wird ein Treibwerkzeug 135 benutzt. Dieses Treibwerkzeug kann eine zylindrische Form besitzen und ist mit einer Anzahl spitzer Zacken 136 versehen, die in jeden der Schlitze 131, in welchem das leitende Band 129 befestigt werden soll, eingeführt werden. Vorzugsweise ist das Treibwerkzeug 135 mit vier solchen Zacken für jeden der Schlitze, in welchem solch eine Befestigung gewünscht wird, versehen. Wie in Fig. 7 gezeigt, können solche spitze Zacken dazu benutzt werden, um die mit b, c, d und e bezeichneten Einschnitte herzustellen. Das Treibwerkzeug 135 wird dann in den Körper eingedrückt, und dabei wird, wie in Fig. 9 gezeigt, das Metall des Anodenarmes gegen die Seiten des Stiftes 134 angepreßt, so daß das Band 129 festgehalten wird und somit ein inniger elektrischer Kontakt entsteht. Somit wird durch einen einzigen Arbeitsgang des Treib-Werkzeuges 135 das Band 129 an jedem der Anodenarme 116, 118, 120 und 122 sicher befestigt. Es ist aus Fig. 10 ersichtlich, daß die Stifte 134 im wesentlichen dieselbe Länge haben wie der dazugehörige Anodenarm, so daß ein Maximum an elektrischem Kontakt mit dem Band 129 hergestellt wird. Um das Band 130 an seinem Platz zu befestigen, wird der Anodenkörper umgekehrt und daraufhin das Band 130 in genau derselben Art, wie für das Band 129 beschrieben, in seiner Lage befestigt. Es kann dazu dasselbe Treibwerkzeug benutzt werden, da der Abstand zwischen den Schlitzen, in welchen die Befestigung erfolgen soll, für beide Bänder genau derselbe ist. Somit ist das Band 130 fest und elektrisch mit den Anodenarmen 115, 117, 119 und 121 verbunden.

Auf Grund des obigen Aufbaus sind die abwechselnd angeordneten Anodenarme 115, 117, 119 und 121 durch einen Leiter von äußerst kleinem Scheinwiderstand miteinander verbunden. In derselben Weise sind die abwechselnd angeordneten Arme 116,118,120 und 122 durch einen Leiter von äußerst kleinem Scheinwiderstand miteinander verbunden. Wenn die Vorrichtung in Übereinstimmung mit der gewünschten Betriebsart schwingt, ändern sich die Spannungen an den abwechselnd angeordneten Anodenarmen gleichphasig. Die obenerwähnte elektrische Verbindung stellt einen solchen Betrieb sicher. Wenn eine Tendenz zur Entstehung von unerwünschten Schwingungen besteht, so fließt eine genügende Menge Strom durch die B and verbindung, so daß solche unerwünschten Schwingungen unterdrückt oder gedämpft werden. Die Energie jedes schwingenden Systems 114, in dem sich keine Koppelungsschleife 125 befindet, muß an aufeinanderfolgende schwingende Systeme geliefert werden, so daß sie schließlich das schwingende System erreicht, mit dem die Koppelungsschleife 125 verbunden ist. Ein beträchtlicher Teil dieser Energie kann durch die Verbindungsbänder 129, 130 fließen. Die Verbindungsbänder können also Schwingungen führen, die eine Energie beträchtlicher Größe darstellen. Aus Fig. 10 ist ebenfalls ersichtlich, daß, da jedes Verbindungsband von jedem Anodenarm, mit dem es verbunden ist, zum übernächsten Anodenarm führt, dieses Band eine beträchtliche Leiterlänge hat, die an dem zwischen abwechselnd angeordneten Anodenarmen liegenden anderen Anodenarm vorbeiführt. Bei Fehlen von besonderen Vorsichtsmaßregeln kann diese dazwischenliegende Leiterlänge einen genügend großen Scheinwiderstand bilden, so daß die durch sie hindurchwandernden Schwingungen Spannungsabfälle von genügender Größe verursachen und unerwünschte Schwingungen erzeugt werden, welche die Wirkungsweise der Vorrichtung beeinträchtigen. Bei der hier beschriebenen Anordnung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dieser Scheinwiderstand durch geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen den Abmessungen des leitenden Bandes und des Schlitzes, durch welchen dieses hindurchführt, auf ein Minimum herabgesetzt. Dieses Verhältnis ist aus Fig. 11 ersichtlich, in welcher (I₁ die Breite des leitenden Bandes (entweder 129 oder 130), D die Breite des Schlitzes 131, I die Höhe des leitenden Bandes und L die Tiefe des Schlitzes 131 darstellt. Die Abmessungen sind so gewählt, daß D angenähert dreimal so groß wie ^₁ und L dreimal so groß wie I ist. Bei einer praktischen erfmdungsgemäßen Ausführung ist D etwa 1,78 mm, ^₁ etwa 0,5 mm, L etwa i,5 mm und I etwa 0,5 mm. Solch ein Verhältnis lieferte ausgezeichnete Ergebnisse. Bei diesem Verhältnis bildet das leitende Band beim Durchgang durch einen Schlitz 131 mit diesem eine koaxiale Übertragungsleitung, die ein Minimum an Scheinwiderstand für die Übertragung von Energie höchster Frequenz besitzt. Theoretisch hat das ideale Verhältnis zwischen D und ^₁ sowie L und I den Wert 3,32. In diesem Fall wird im wesentlichen die höchste Wirkung einer koaxialen Übertragungsleitung erzielt. Wie bereits oben erwähnt, beeinflussen Abweichungen von diesem idealen Verhältnis den Betrieb nicht besonders. Eine solche Abweichung ist sogar erwünscht, weil eine Abweichung in der Entfernung zwischen dem leitenden Band und dem Schlitz 131 Änderungen in der Kapazität der benachbarten schwingenden Hohlräume verursacht. Somit können durch geeignete Wahl dieser Entfernung Abweichungen in der Größe der Schlitze 113 und der zylindrischen Öffnungen 114 kompensiert werden, so daß die natürliche Frequenz jedes der Schwingkreise mit jedem anderen Schwingkreis bei der gewünschten Frequenz genau in Resonanz gebracht werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß es nicht günstig ist, wenn beide von den Bändern 129 und 130 gebildeten Ringe geschlossen sind. Wenigstens einer der genannten Ringe soll zwischen den benachbarten Enden des Bandes offen bleiben, wenn das Band in die Kreisform gebogen wird. Es hat sich außerdem gezeigt, daß ein maximaler Wirkungsgrad darin erreicht wird, wenn die unterbrochene Stelle des Ringes an einer Stelle zwischen einem Paar der Kontaktstifte 134 liegt, die soweit als möglich von der Auskoppelungsschleife 125 entfernt ist. Obwohl die Unterbrechung eines einzigen Ringes genügen mag, ist festgestellt worden, daß die Vorrichtung mit genau demselben, wenn nicht etwas besserem Wirkungsgrad arbeitet, wenn beide Ringe, wie oben beschrieben, unterbrochen sind. Auch vom Fabrikationsstandpunkt aus ist es erwünscht, daß beide Ringe unterbrochen sind, da in diesem Fall beide Ringe identisch sind. Gemäß

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der Erfindung kann, wie in den Fig. 5 und 10 gezeigt, die Unterbrechung des Bandes 129 an der Stelle 137 neben dem Arm 115 liegen, während die Unterbrechung 138 des Bandes 130 neben dem Arm 122 liegen kann, wie in Fig. 10 dargestellt. Eine Anordnung dieser Art hat einen maximalen Wirkungsgrad. Da die Zuführungsleiter 107 und 108 vorzugsweise an der Stelle in den Körper eintreten, die gegenüber der Stelle liegt, an der sich die Schleife 125 befindet, ergibt sich, daß die Unterbrechungen an den Stellen 137 und 138 jeweils an entgegengesetzten Seiten der Ebene liegen, in der sich die Zuführungsleiter 107 und 108 befinden. Es ist festgestellt worden, daß, wenn die obenerwähnten Verbindungen hergestellt sind, im wesent-

¹S liehen keine Tendenz zum Auftreten unerwünschter Schwingungen besteht. Gleichzeitig scheint keine bemerkenswerte Interferenz mit der normalen Schwingungsart zu bestehen. Es sind in dieser Weise Röhren gebaut worden, die einen viel größeren Prozentsatz der in der gewünschten Frequenz konzentrierten Ausgangsenergie besitzen und mit viel besserem Wirkungsgrad arbeiten, als es mit bisher bekannten Vorrichtungen möglich war.
Es versteht sich, daß sich die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen besonderen Einzelheiten beschränkt, da sich dem Fachmann viele gleichartige Ausführungen ergeben. Zum Beispiel braucht das leitende Band keinen rechteckigen Querschnitt zu haben, andere Querschnitte sind ebenfalls brauchbar, wenn die Grundsätze der Erfindung beibehalten werden. Es können auch andere Anodenausführungen an Stelle der hier beschriebenen Anordnung von Schlitzen und kreisförmigen Öffnungen benutzt werden. Verschiedene andere gleichartige Ausführungen werden dem Fachmann von selbst klar werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Vielf ach-Hohlraum-Magnetronröhre zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen ultrahoher Frequenz, deren Anode Hohlräume aufweist, wobei diese Hohlräume eines mit einer Kathode zusammenwirkenden Anodenkörpers nach einem gemeinsamen Elektronenraum hin offen und voneinander durch Arme getrennt sind, deren freie Enden sich in Richtung auf diesen Elektronenraum hin erstrecken, und wobei diese Hohlräume abgestimmte Kreise von der Betriebsfrequenz der Röhre in der Weise bilden, daß die freien Enden jeweils einer Gruppe dieser Arme gleichphasig jeweils gleiche Augenblicksspannungswerte aufweisen, während die freien Enden der Arme einer zweiten Gruppe, die jeweils zwischen den Armen der erstgenannten Gruppe liegen, gleichzeitig in Gegenphase zu den Spannungswerten der erstgenannten Gruppe ebenfalls unter sich gleiche Augenblicksspannungswerte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arme (z.B. 116, 118, 120, 122 ...) einer dieser beiden Gruppen miteinander durch einen in einer achssenkrechten Ebene liegenden Leiter (z. B.

129) verbunden sind und die Arme (z. B. 115, 117, 119, 121 ...) der jeweils anderen Gruppe mit Aussparungen (z. B. 131) versehen sind, durch welche dieser Leiter berührungsfrei hindurchgeführt ist.

2. Magnetronröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenarme (z. B. 115, 117,119, 121 ...) der anderen Gruppe durch einen weiteren, in einer achssenkrechten Ebene liegenden Leiter (z. B. 130) ebenfalls miteinander verbunden sind, der an den Armen (z. B. 116,118,120,122 ...) der erstgenannten Gruppe vorbeigeführt ist.

3. Magnetronröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (131 bzw. 132) der Anodenarme (116, 118, 120, 122 ... bzw. 115,117,119,121 ...), durch welche der bzw. die Verbindungsleiter (129 bzw. 130) hindurchgeführt sind, mindestens drei Seitenbegrenzungen aufweisen.

4. Magnetronröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenarme (116, 118, 120, 122 ... bzw. 115, 117, 119, 121 ...) an denjenigen Stellen, an welchen der bzw. die Verbindungsleiter (129 bzw. 130) an sie angeschlossen sind, Nuten (133) aufweisen, wobei deren Anschlußstellen durch Einschnitte bei (δ, c, i, e) mittels Zustauchen der Nuten in diese hineinverlegt sind.

5. Magnetronröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß zwischen dem Verbindungsleiter (129 bzw. 130) und dem jeweiligen Anodenarm (116, 118, 120, 122 ... bzw. 115, 117, 119, 121 ...) jeweils mittels Stifte (134) vorgenommen ist, die von dem Verbindungsleiter abstehen und denselben derart halten, daß er im übrigen frei innerhalb der Aussparung (131) der betreffenden Arme liegt.

6. Magnetronröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stifte (134) in Nuten (133) eingepaßt sind, deren Querschnittsabmessungen kleiner als diejenigen der genannten Aussparungen (131) sind, wobei diese Nuten am Grund der genannten Aussparungen angeordnet sind.

7. Magnetronröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite (D) der Aussparungen (131 bzw. 132), durch welche die Verbindungsleiter (129 bzw. 130) hindurchgeführt sind, mit Bezug auf den Querschnitt (^₁,1) derselben so gewählt ist, daß wirkungsmäßig eine konzentrische Leitung mit niedriger Impedanz gebildet wird.

8. Magnetronröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt (D, L) der Aussparungen (131 bzw. 132) etwa dreimal so groß ist wie derjenige (^₁, Z) der Verbindungsleiter (129 bzw. 130).

9. Magnetronröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit zylindrischem Anodenkörper, wobei die einzelnen Arme derart radial nach innen gerichtet sind, daß ihre freien Enden einem mittleren zylindrischen Raum zu liegen, der dem Kathodenelektronenraum entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verbindungsleiter die Form von Ringen (129, 130) haben, deren Innendurchmesser mindestens ebenso groß ist wie der Durchmesser dieses mittleren zylindrischen Raumes.

10. Magnetronröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verbindungs-

ringe (129 bzw. 130) je an einer Stelle (137 bzw. 138) unterbrochen ist bzw. sind, an welcher keine Verbindung mit einem der Anodenarme besteht.

11. Magnetronröhre nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines der Hohlraumresonatoren eine Auskoppelungsschleife (17 bzw. 125) zur Auskoppelung von Schwingungsenergie und zur Zuführung derselben zu einem Nutzstromkreis vorgesehen ist, wobei die Unterbrechungsstelle (137) des Verbindungsleiters in weitester Entfernung von dieser Auskoppelungsschleife angeordnet ist.

12. Magnetronröhre nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des mittleren Raumes eine zylindrische Kathode (106) 15 angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 663 509 ; schweizerische Patentschrift Nr. 215 600; ao

britische Patentschrift Nr. 445 084; USA.-Patentschrift Nr. 1 558 120; französische Patentschrift Nr. 796 386; deutsche Patentanmeldung E 47563 VIII a/21 a⁴, (bekanntgemacht am 24. 2. 1938). 25

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 758 546; 938 196.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

109 730/27 11.61