SE532409C2 - Anordning för generering av mikrovågor - Google Patents

Description

25 30 532 403 Uppfinningsändamålen uppnås genom en anordning för generering av mikrovågor enligt första stycket kännetecknad av att urholkriingen i katodens kropp är utformad med ett första mindre djup till kroppens begränsningsyta rnittför den perifera delen av anodens avslutning mot katoden och ett andra större djup till kroppens begränsningsyta mittför den centrala delen av anodens avslutning mot katoden.

Genom införandet av en väsentligen rotationssynnnetrisk elektriskt ledande kropp med divergerande djup relativt anodens avslutning mot katodänden har âstadkommits en gynnsam samverkan mellan anod och katod som resulterat i en ökad verkningsgrad och höjd toppeffektverlmingsgrad. Ökningen av verkningsgrad och toppeffekt har kunnat veriñeras genom experiment och simuleringar.

Särskilt gynnsamma förbättringar av verkningssgrad och toppeffekt erhålls vid en dimensionering av katodens kropp med urholkning och anordnande i förhållande till anod, reflektorer och stoppväggar så att, enligt ett föredraget utförande, anodens avslutning mot katoden är anordnad på ett avstånd till begränsningsytan för kroppens första mindre dj up av väsentligen en udda multipel av kvartsvåglängden för milaovågorna som skall genereras. Speciellt erbjuds ett kompakt utförande i det fall att anodens avslutning mot katoden är anordnad på ett avstånd till begränsningsytan för kroppens första mindre djup av väsentligen en kvartsvåglängd för rnikrovågorna som skall genereras. Genom att välja den minsta udda multipeln av en kvartsvågläng, kan andra avstånd som beror av detta avstånd för sin dimensionering göras korta resulterande i en kompakt anordning.

Ytterligare gynnsamma förbättringar kan erhållas om enligt ett annat föredraget utförande begränsningsytan för kroppens andra större djup är anordnad på ett avstånd till den bildade virtuella katoden i anoden som svarar väsentligen mot en udda multipel av kvartsvåglängden för mikrovågorna som skall genereras och större än en kvartsvåglärigd.

Vidare kan enligt ännu ett föredraget utförande reflektorn vara anordnad i anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets längdriktníng på ett avstånd firån den i anoden bildade virtuella katoden svarande väsentligen mot en udda multipel av kvartsvåglängden för mikrovågorna som skall genereras. 10 15 20 25 30 532 4GB Enligt ytterligare ett föredraget utförande är en elektriskt ledande stoppvägg anordnad på utsidan av anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets längdriktning på ett avstånd av väsentligen en udda multipel av kvartsvåglängden för mikrovågorna som skall genereras och större än en kvartsvåglängd från katodens begränsningsyta för det första mindre djupet.

Med fördel är kroppens begränsningsyta för det mindre djupet utformad med ett något ökande djup i den del av begränsningsytan som ligger på radiellt störst avstånd från kroppens rotationsaxel. Denna mindre ökning av fördjupningen på radiellt största avstånd bidrar till att för anordningen angivna avstånd med avseende på rnultiplar av udda kvartvåglängder låter sig realiseras på ett gynnsamt sätt.

En lärnplig reflektor anordnad i anslutning till anoden innefattar en eller flera elektriskt ledande ytor för att delvis fylla ett tvärsnitt av den rörformade anoden.

Särskilt föreslås att reflektorns elektriskt ledande ytor utgörs av metallremsor. Genom den föreslagna utfornmingen av reflektom som kan vara enkel i sin uppbyggnad âstadkoms en reflektor med passande balans mellan reflekterade och transmitterade mikrovågor. Enligt ett föreslaget utförande är reflektorn därvid utformad med två motstående cirkelsektorer bildande elektriskt ledande ytor. Enligt ett annat är reflektom utfonnad med en central remsa bildande en elektriskt ledande yta. Enligt ytterligare ett föreslaget utförande är att reflektom utformad med två remssektioner separerade i centrum av reflektorn och bildande en elektriskt ledande yta.

Katodens elektriskt ledande kropp föreslås i ett lämpligt utförande bestå väsentligen av aluminium. Det föreslagna materialet har fördelen av låg vikt och är förhållandevis lätt att bearbeta exempelvis genom svarvning.

För matning av anordningens katod är lämpligen en högspärmingsgenerator ansluten till katodens transmissíonsledare. Vidare är vågledaren för utmatning av mikrovågsstrålningen ansluten till en antenn. Antennen kan förslagsvis vara en hornantenn. 10 15 20 25 30 532' 495 4 Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare i exemplifierad form under hänvisning till bifogade ritningar där: Figur 1 schematiskt visar ett exempel på en känd koaxiell virtuell katodoscillator ingående i en anordning för generering av mikrovågor.

Figur 2 schematisk i snittvy visar ett exempel på en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinriingen ingående i en anordning för generering av mikrovågor.

Figur 3 visar ett mer detaljerat exempel i snittvy på en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen ingående i en anordning för generering av inikrovågor.

Figur 4 schematiskt i blockfonn visar en komplett anordning for generering av mikrovågor innefattande en koaxiell virtuell katodoscillator enligt uppfinningen.

Figur Sa, 5b och 5c schematiskt visar tre exempel på. utformningen av en reflektor som kan ingå i den koaxiella virtuella katodoscillatom visad i figur 2 eller 3.

Den i figur 1 mycket schematiskt visade och kända koaxiella virtuella katodoscillatom l innefattar en katod 2 i form av ett yttre cylinderformat rör och en anod 3 i fonn av ett inre cylinderfonnat rör. Katodoscillatorn är av en mycket enkel geometrisk konstruktion och bygger på att en så kallad virtuell katod 4 uppstår i anodens inre under vissa betingelser.

Figur 2 visar något mindre schematiskt i ett längsgående tvärsnitt en modifiering av den kända koaxiella virtuella katodoscillatorn for förbättring av verkningsgrad och höjning av toppeffekt. Enligt detta utiörande är katoden 2 försedd med en rotationssymrnetrisk kropp 15 med en urholkning 16 och kroppens form kan närmast liknas vid formen av en kopp. Urhollcningen 16 är så utformad att den har ett större djup i kroppens centrala delar med en begränsningsyta 17 och ett mindre djup i den radiellt från kroppens centrum yttersta delen med en begränsningsyta 18.

Begränsningsytan 18 kan i sin tur vara uppdelad i en inre del l8a med något lägre djup än en yttre del l8b. 10 15 20 25 30 532 403 En ledande struktur i form av en reflektor 19 är anordnad i anodens inre. Figur Sa, 5b och Sc visar tre exempel på hur reflektorn 19 kan vara utformad. Reflektorerna innefattar elektriskt ledande ytor som delvis fyller det tvärsnitt som anodens 3 rörformade inre formar. Enligt exemplet i figur Sa bildar de ledande ytorna två diagonalt motstående cirkelsektorer 20, 21 symmetriskt centrerade med avseende på en cirkeldiameter 26. I figur Sb utgörs den elektriskt ledande ytan av ett band 22 symmetriskt centrerat med avseende på cirkeldiametem 26. I figur 5c utgörs den elektriska ledande ytan av två bandsektioner 22a och 22b symmetriskt centrerade med avseende på cirkeldiametern 26 och separerade från varandra i den omgivande cirkelns 23 centrala del. Cirkeldiarnetern 26 är i figtlrerna Sa och Sb markerad medelst en streckad linje Den cirkel 23 som omger de ledande ytorna kan ses som en hållarram for de ledande ytorna. Alternativt kan cirkeln symbolisera den rörformade anodens 3 inre omkrets där de ledande ytorna kan vara direkt infásta i katodröret.

På utsidan av den rörforrnade anoden 3 är en stoppvägg 24 anordnad och bestående av ett elektriskt ledande material, såsom exempelvis aluminium eller koppar.

I figuren finns fyra olika avstånd, dl - d4, markerade enligt följande: - dl markerar avståndet mellan begränsningsytan 18a och anodens avslutning mot katoden - d; markerar avståndet mellan stoppväggen 24 och begränsningsytan l8b -d3 markerar avståndet mellan begränsningsyrtan 17 och den virtuella katod 4 som bildas i anoden 3 och -d4 markerar avståndet mellan den virtuella katoden 4 och den i den rörforrnade anodens inre anordnade reflektorn 19.

Avstånden dl till d4 väljs med fördel enligt följande: d1=7t a n/4, därn =1, 3, 5,... d2= 7» ~ n/4, därn=3, 5, 7,.... d3=7t»«n/4,därn=3,5,7,.... d4=7t»n/4,därn= 1,3, 5,.... med bivillkoret att d; och dy, > d; 10 15 20 25 30 532 ÅÜQ Den koaxíella virtuella katodoscillatorn 1 kan ingå i en anordning för generering av rnikrovågor visad i figur 4 och innefattande en högspänningsgenerator 7 ansluten till katodoscillatorrrs ingång och en antenn 8 ansluten till katodoscillatorns utgång.

Antennen kan vara en hornantenn.

Katodoscillatorn med lcringarrangemang visas och beskrivs nu mer i detalj under hänvisning till figur 3 både vad gäller utformning och funktion.

Hänvisníngsbeteclmingar som har motsvarighet i tidigare beskrivna figurer har betecknats med samma hänvisningsbeteckriingar i figuren 3. Enligt figur 3 är anod 3 och katod 2 anordnade i en vakuunikammare 9 till vilken finns en anslutning 10 för en icke visad vakuumpump. Anoden 3 är försedd med ett nät 12 som till viss del är transparant för fria elektriskt laddade partiklar. Anoden 3 övergår i en utgående vågledare 13, medan katoden 2 matas via en transmissionsledare 14.

Katodoscillatorns konstruktion bygger på att en så kallad virtuell katod uppstår under vissa betingelser. När en spänningspuls med negativ potential via transmissions- ledaren 14 påläggs katoden 2 uppstår ett högt elektriskt fält mellan katoden 2 och anoden 3. Detta medför att elektroner falternitteras ut från katodmaterialet.

Elektronema accelereras därefter mot anodsmikturen och flertalet av elektronema kommer även att passera anoden och börja retarderas. Om vissa villkor är uppfyllda kommer en virtuell katod 4 att uppstå inne i anodstrukturen. På grund av att processen är kraftigt olinjär inträffar fenomen som medför att rnikrovågsstrålning genereras. De närmare förutsättningarna för mikrovågsgenereringen beskrivs inte här då det tillhör kompetensorrirådet för en fackman på området. Under rätta förutsättningar genereras mycket hög effekt under en kort period av typiskt storleksordningen 50-100 ns innan kortslutning inträffar. Genererade mikrovågor lämnar katodoscillatorns anod via den till anoden anslutna vågledaren 13 som har väsentligen samma radie som anoden 3.

Genom att utforma kroppen 15 med en urholkning 16 och begränsningsytor 17, 18 med varierande djup i samverkan med anoden 3, införa reflektorn 19 och eventuellt stoppväggen 24 och i möjligaste tillämpa ovan angivna avständsmått avseende d1-d4, kan högeffektpulser genereras med väsentligt förbättrad verkningsgrad och toppeffekt. 532 4GB Uppfinningen är inte begränsad till de i ovanstående såsom exempel visade utiöríngsforrnema utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efleríöljande patentkrav.

Claims (16)

10 15 20 25 30 532 403 Patentkrav

1. l. Anordning för generering av mikrovågor innefattande en virtuell katodoscillator i koaxiellt utförande med ett yttre väsentligen cylinderformat rör utgörande en katod och anslutet till en transmissionsledare för matrnng av katoden med spänningspulser, samt ett inre väsentligen cylinderformat åtminstone delvis för elektroner transparant rör utgörande en anod och anslutet till en vågledare för utmatning av mikrovågsstrålning genererad genom bildande av en virtuell katod inne i ett av anoden omslutet område, varvid en elektriskt ledande struktur i form av en reflektor är anordnad i anslutning till anoden, och varvid katoden innefattar en väsentligen rotationssymmetrisk elektriskt ledande kropp med en urholkning, kännetecknad av att urholkningen i katodens kropp är utformad med ett första mindre djup till kroppens begränsningsyta mittför den perifera delen av anodens avslutning mot katoden och ett andra större djup till kroppens begränsningsyta mittför den centrala delen av anodens avslutning mot katoden.

2. Anordning enligt patentkravet l, kännetecknad av att anodens avslutning mot katoden är anordnad på ett avstånd till begränsningsytan för kroppens första mindre djup av väsentligen en udda multipel av kvartsvåglângden för mikrovågorna som skall genereras.

3. Anordning enligt patentkravet 2, kännetecknad av att anodens avslutning mot katoden är anordnad på ett avstånd till begränsningsytan för kroppens första mindre djup av väsentligen en kvartsvåglängd för mikrovågorna som skall genereras.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att begränsningsytan för kroppens andra större dj up är anordnad på ett avstånd till den bildade virtuella katoden i anoden som svarar väsentligen mot en udda multipel av kvartsvåglängden för mikrovågoma som skall genereras och större än en kvartsvåglängd.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att reflektorn är anordnad i anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets längdriktning på ett avstånd från den i anoden bildade virtuella katoden 10 15 20 25 30 532 409 svarande väsentligen mot en udda multipel av kvartsvåglängden för míkrovâgorna som skall genereras.

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en elektriskt ledande stoppvägg är anordnad på utsidan av anodens åtminstone delvis för elektroner transparenta rör tvärs rörets längdriktriing på ett avstånd av väsentligen en udda multipel av kvartsvåglängden för mikrovågorna som skall genereras och större än en kvartsvåglängd från katodens begränsningsyta för det första mindre djupet.

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att kroppens begränsningsyta för det mindre djupet är utfonnad att med ett något ökande djup i den del av begränsningsytan som ligger på radiellt störst avstånd irån kroppens rotationsaxel.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att den i anslutning till anoden anordnade reflektorn innefattar en eller flera elektriskt ledande ytor för att delvis fylla ett tvärsnitt av den rörforrnade anoden.

9. Anordning enligt patentkravet 8, kännetecknar! av att reflektorns elektriskt ledande ytor utgörs av metallrernsor.

10. Anordning enligt något av patentkraven 8 eller 9, kännetecknar! av att reflektorn är utformad med två motstående cirkelsektorer bildande elektriskt ledande ytor.

11. 1 1. Anordning enligt något av patentkraven 8 eller 9, kännetecknad av att reflektorn är utformad med en central remsa bildande en elektriskt ledande yta.

12. Anordning enligt något av patentkraven 8 eller 9, kännetecknad av att reflektorn är utformad med två remssektioner separerade i centrum av reflektorn och bildande en elektriskt ledande yta.

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att katodens elektriskt ledande kropp väsentligen består av aluminium. 10 532 409 10

14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att transmissionsledaren for matning av katoden är ansluten till en hö gspänningsgenerator.

15. Anordning enligt något av íöregående patentkrav, kännetecknad av att vågledaren for utmatníng av rnikrovågsstråmingen är ansluten till en antenn.

16. Anordning enligt patentkravet 15, kännetecknad av att antennen är en hornantenn.