DE685329C

DE685329C - Magnetic field tubes

Info

Publication number: DE685329C
Application number: DET49078D
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Fritz
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1937-08-21
Filing date: 1937-08-22
Publication date: 1939-12-15

Description

Magnetfeldröhre Bei der üblichen Form von Magnetfeldröhren liegt eine Kathode in der Achse einer zylinderförmigen zwei- oder mehrgeschlitzten Anode. Diese Anordnung eignet sich lediglich zur Schwingungserzeugung, kann aber unmittelbar nicht für F remdsteuerbetrieb, d. h. Verstärkung oder Frequenzvervielfachung, verwendet werden. Es wurde daher schon vorgeschlagen, zum Zwecke der Fremdsteuerung zusätzliche Elektroden im Entladungsraum anzubringen, die zwischen Kathode und Anode liegen und denen die Steuerspannungen zugeführt werden. Solche Röhren haben jedoch den Nachteil, daß ein großer Teil der Elektronen auf ihrem Wege zwischen Kathode und Anode auf die Steuerelektroden aufprallt und sowohl erhebliche Störungen im Betrieb als auch eine Herabsetzung des Wirkungsgrades verursacht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, die Anode mehrfach zu unterteilen und denselben Anodensegmenten die Rolle der Steuer- und der Arbeitselektroden zu überlassen, derart, daß die Segmente in elektrischer Beziehung zur Aufrichtung des Steuerfeldes anders zusammengefaßt sind als zur Aufrichtung des Nutzfeldes. Bei dieser Anordnung treten zwar die Nachteile der erstgenannten Fremdsteuerröhre nicht auf, dafür sind aber die Gleichspannungen der Steuer- und der Arbeitselektroden nicht beliebig wählbar, da diese Elektroden ja durch ein und dieselben Segmente gebildet werden. Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades sowie einer möglichst großen Betriebssicherheit ist es aber sehr wesentlich, Steuer-und Arbeitssystem durch richtige Wahl der Vorspannungen in dem geeigneten Arbeitspunkt arbeiten zu lassen.Magnetron In the usual form of magnetron there is one Cathode in the axis of a cylindrical two or more slotted anode. These Arrangement is only suitable for generating vibrations, but can be immediate not for remote control operation, d. H. Amplification or frequency multiplication will. It has therefore already been proposed to use additional controls for the purpose of external control To attach electrodes in the discharge space, which are between the cathode and anode and to which the control voltages are fed. However, such tubes have the Disadvantage that a large part of the electrons on their way between the cathode and Anode strikes the control electrodes and both significant disturbances in operation as well as a reduction in efficiency. To this disadvantage too avoid, it has already been proposed to subdivide the anode several times and the same To leave the role of the control and working electrodes to the anode segments in such a way that that the segments are different in electrical relation to the erection of the control panel are summarized as the erection of the useful field. Step in this arrangement Although the disadvantages of the first-mentioned third-party control tube do not have, there are the DC voltages of the control and working electrodes cannot be selected at will, since these electrodes are formed by one and the same segments. To achieve optimum efficiency and the greatest possible operational reliability But it is very essential to control and work system through correct choice of preloads to let work in the appropriate working point.

Die Erfindung betrifft eine Magnetfeldröhre, die im fremdgesteuerten Betrieb die Nachteile der vorgenannten Anordnungen vermeidet und eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung erzielen läßt. Erfindungsgemäß enthält die mit einer zwei- oder mehrgeschlitzten Anode versehene Magnetfeldröhre an den Stirnseiten des durch die Anode gebildeten Zylinders angeordnete Seitenplatten, die aus zwei oder mehreren voneinander isolierten Segmenten bestehen und deren einander entsprechende Segmente vorzugsweise innerhalb der Röhre elektrisch miteinander verbunden sind: Die Abb,. i zeigt eine Röhre gemäß der Erfindüng, bei der die Zahl der _flnodensegmente@ beispielsweise gleich dem Doppelten der @ä:hlder Seitenplattensegmente ist. K ist die Kathode, A die Anode, die aus vier Segmenten besteht. Beiderseits des Anodenzylinders befinden sich geschlitzte Seitenplatten S, deren einander entsprechende Segmente durch die Verbindungsbügel V elektrisch miteinander verbunden sind. Sind Anodengleichspannung, Seitenplattenvorspännung und magnetisches Feld so gewählt, daß bei Fehlen von Seitenplattenwechselspannungen keine Schwingungserzeugung stattfindet; so läßt sich der Elektronenablauf durch Anlegung von Wechselspannungen an den Seitenplatten in starkem Maße beeinflussen, ohne daß die Elektronen dabei Gefahr laufen, auf ihrem Wege zwischen Kathode und Anode auf die Steuerelektroden aufzuprallen. Diese Tatsache macht die erfindungsgemäße Röhre zum Betrieb als fremdgesteuerte Magnetfeldröhre besonders geeignet. Zu diesem Zwecke wird gemäß Abb: s an die Seitenplatten ein Schwingungskreis S1 und an die Anoden ein Schwingungskreis S@ angeschlossen, zu welchem Zwecke die vier in Abb. i dargestellten Anodensegmente paarweise miteinander verbunden sind und der Anodenschwingungskreis zwischen diesen Verbindungsleitungen angelegt ist. Der Seitenplattenschwingkreis ist ebenfalls an den Mittelpunkt der die Seitenplattensegmente miteinander verbindenden Leitungen (t' in Abh. i) angeschlossen. Stimmt man nun den Steuerkreis auf die Steuerfrequenz ab, so kann von dem Anodenkreis, wegen der doppelten Zahl der Anodensegmente gegenüber den Seitenplattensegmenten, die doppelte Frequenz abgenommen werden; wenn der Anodenkreis auf die doppelte Steuerfrequenz abgestimmt wird. Es ergibt sieh auf diese Weise eine Frequenzvervielfächung, die ja zur Erzielung möglichst kurzer Wellen sehr erwünscht ist.The invention relates to a magnetron in the externally controlled Operation avoids the disadvantages of the aforementioned arrangements and an essential Can achieve improvement in efficiency. According to the invention contains the with a two- or multi-slotted anode-equipped magnetron on the end faces of the through the anode formed cylinder arranged side plates, which of two or more segments isolated from each other exist and their corresponding Segments are preferably electrically connected to one another within the tube: The fig ,. i shows a tube according to the invention, in which the number of nodal segments @ for example, is equal to twice the @ ä: hlder side plate segments. K is the cathode, A the anode, which consists of four segments. Both sides of the anode cylinder there are slotted side plates S, their corresponding segments are electrically connected to one another by the connecting bracket V. Are anode DC voltage, Side plate prestress and magnetic field selected so that in the absence of side plate alternating voltages no vibration generation takes place; so the electron flow can be passed through The application of alternating voltages to the side plates to a great extent, without the electrons running the risk on their way between cathode and Impact the anode on the control electrodes. This fact makes the inventive Tube particularly suitable for operation as an externally controlled magnetron tube. To this According to Fig: s, an oscillation circuit S1 is attached to the side plates and to the The anodes are connected to an oscillation circuit S @, for which purpose the four in Fig. i anode segments shown are connected to one another in pairs and the anode oscillation circuit is applied between these connecting lines. The side plate oscillation circuit is also at the midpoint of the connecting side plate segments Lines (t 'in Dep. I) connected. If you now tune the control circuit to the control frequency from, so can from the anode circle, because of the double number of anode segments opposite the side plate segments that take off twice the frequency; when the anode circuit is tuned to double the control frequency. It gives you see that way a frequency multiplication, which is very desirable in order to achieve the shortest possible waves is.

Der Schwingungsmechanismus im einzelnen läßt sich etwa folgendermaßen erklären: Solange die Seitenplatten keine Wechselspannungen führen, rotieren die Elektronen um die Kathode mit einer Frequenz, die durch die Anodengleichspannung TVA, das magnetische Feld H und die Seitenplattenspannung hs bestimmt ist: Solange diese Größen solche Werte besitzen, daß noch keine Ordnung der rotierenden Elektronen eintritt, werden auch keine Schwingungen erzeugt. Legt man nun an die Seitenplatten Wechselspannungen an, deren Frequenz mit der aus den Betriebsspannungen und dem magnetischen Feld berechneten Umlaufsfrequenz ungefähr übereinstimmt, so läßt sich der Elektronenumlauf synchronisieren, wobei gleichzeitig eine bestimmte Gruppierung "der Elektronen stattfindet. Bei zweigeteiltem Steuersystem bilden sich zwei einander gegen-.überliegende Elektronenwolken aus, die gleich "dem Anker einer Wechselstrommaschine innerhalb der Anode tun die Kathode rotieren und durch Influenz Energie an die Anode abgegeben. Die Frequenz der Anodenwechselspannung bestimmt sich lediglich durch die Steuerfrequenz und die Segmentzahl der Anode. Haben Steuer- und Anodensystem gleiche Polteilung, so stimmen Steuer- und Nutzfrequenz miteinander überein. Ist das Seitenplattensvstem zweigeteilt, die Anode viergeteilt, soß erreicht man eine Frequenzverdopplung usf.The oscillation mechanism in detail can be roughly as follows explain: As long as the side plates do not carry alternating voltages, they rotate Electrons around the cathode at a frequency determined by the DC voltage of the anode TVA, the magnetic field H and the side plate tension hs is determined: As long as these quantities have such values that there is still no order of the rotating electrons occurs, no vibrations are generated. Now you put it on the side plates AC voltages whose frequency matches that of the operating voltages and the magnetic field corresponds approximately to the frequency of rotation calculated, so can synchronize the electron circulation, at the same time a certain grouping "of the electrons takes place. With a two-part control system, two form each other opposite electron clouds, which are equal to "the armature of an alternating current machine inside the anode do the cathode rotate and induce energy to the anode submitted. The frequency of the anode alternating voltage is only determined by the control frequency and the number of segments of the anode. Have control and anode system same pole pitch, the control frequency and the usable frequency coincide with one another. is the side plate system is divided into two parts, the anode is divided into four, so you get one Frequency doubling etc.

Solange die Seitenplatten stark negativ vorgespannt sind, können keine Elektronen auf sie aufprallen, so daß die ganze Energie an das Nutzfeld abgegeben wird. Dem Steuer-Feld wird dabei lediglich die zur Synchronisierung desElektronenumlaufs nötgeEnergie entzogen. Bei weniger negativer oder sogar positiver Seitenplattenvorspannung ist der Steuermechanismus an sich noch der gleiche, lediglich der Wirkungsgrad der Anordnung sinkt, da ein Teil der Elektronen an die Seitenplatten gelangt und dort Energie abgibt. Es ist demnach vorteilhaft, die negative Vorspannung der Seitenplatten gleich der Steuerspannungsamplitude zu machen, so daß die Seitenplatten in keinem Moment -positiv gegenüber Kathode werden.As long as the side plates are strongly negatively biased, none can Electrons hit them so that all the energy is given up to the useful field will. The control field is only used to synchronize the electron circulation necessary energy withdrawn. With less negative or even positive side plate pretension the control mechanism itself is still the same, only the efficiency of the Arrangement decreases as some of the electrons get to the side plates and there Gives off energy. It is therefore advantageous to negatively bias the side plates equal to the control voltage amplitude so that the side plates in none Moment -positive to cathode.

Prinzipiell ist die Funktion der beiden Systeme (Steuersystem und Arbeitssystem) vertauschbar. Doch ist im allgemeinen bei geeigneter Bemessung von Länge und Durchmesser des Anodenzylinders das elektrische Feld der Seitenplatten von weitaus größerem Einfluß auf den Elektronenumlauf als die Zylindermantelstücke der Anode. Es wäre also prinzipiell auch möglich, die Anode z. B. nur zweifach, die Seitenplatten dagegen vierfach zu unterteilen.In principle, the function of the two systems (control system and Work system) interchangeable. But is in general with a suitable dimensioning of The length and diameter of the anode cylinder represent the electric field of the side plates has a far greater influence on the electron circulation than the cylinder jacket pieces the anode. So it would in principle also be possible to use the anode z. B. only twice, to divide the side panels, however, fourfold.

Die bauliche Ausbildung der Röhre gemäß der Erfindung erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß der Anodenzylinder sehr kurz, der Abstand der Seitenplatten voneinander also klein ist, wodurch einerseits der Einfluß der Seitenplatten auf die Elektronenbewegung erhöht; andererseits der Verbindungsbügel zwischen den einander entsprechenden Seitenplattensegmenten verkürzt wird, was wiederum eine Verkürzung der erzielbaren kürzesten Wellenlänge zur Folge hat. Praktisch kommt etwa -ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Elektrodensystems von i : i oder kleiner in Frage.The construction of the tube according to the invention is advantageous in such a way that the anode cylinder is very short, the distance between the side plates from each other is therefore small, whereby on the one hand the influence of the side plates on the electron movement elevated; on the other hand, the connecting bracket between the corresponding side plate segments is shortened, which in turn shortens the achievable shortest wavelength has the consequence. In practice comes about -a ratio of length to diameter of the Electrode system of i: i or smaller in question.

Die Erfindung ist nicht auf die Frequenzverdopplung beschränkt. Es ist vielmehr möglieh, sowohl eine einfache Fremdsteuerung ohne jede Frequenzänderung durchzuführen, wobei die Segmentzahl von Seitenplatten und Anoden gleich ist, als auch eine höhere Vervielfachung, z. B. eine Vervierfachung, vorzunehmen. In diesem Falle besitzen z. B. die Seitenplatten zwei Segmente, die Anode dagegen acht, die wiederum paarweise zusanime@ngefäßt sind. Eine weitere Erhöhung der im Röhrenausgang abzunehmenden Frequenz ist noch dadurch möglich, daß die Elektroden selbst ihrer Länge nach in Resonanz mit der Nutzfrequenz gebracht werden, so daß sie selbst einen Teil des Schwingkreises bilden. In diesem Falle müssen die Elektrodenanschlußleitungen sowie die Verbindungsleitungen der Segmente am Elektrodenende angeschlossen sein.The invention is not limited to frequency doubling. It it is rather possible both a simple external control without any Perform frequency change, taking the segment number of side plates and anodes is the same, as well as a higher multiplication, e.g. B. a quadrupling to make. In this case, z. B. the side plates two segments, the anode against it eight, which are in turn grouped together in pairs. Another increase in the im Tube output to be decreased frequency is still possible that the electrodes even their length to be brought into resonance with the useful frequency, so that they themselves form part of the resonant circuit. In this case the electrode connection lines must and the connecting lines of the segments must be connected to the end of the electrode.

In den Abbildungen ist lediglich das zur Kennzeichnung der Erfindung Notwendige dargestellt, alles übrige ist weggelassen worden. Es ist selbstverständlich, daß in der Achse des ganzen Systems ein Magnetfeld liegen muß und daß die Elektroden Gleichspannungen erhalten, die zweckmäßig in bekannter Weise am Mittelpunkt der zur Abstimmung der Schwingkreise dienenden Kurzschlußbügel zugeführt werden. Weiterhin ist es natürlich auch möglich, z. B. die Anodensegcnente direkt mit einem Strahler zu verbinden. Schließlich ist auch eine Modulation der Schwingungen durch Beeinflussung der Elektrodenspannungen möglich.The figures are only used to characterize the invention Necessary items are shown, everything else has been left out. It goes without saying that there must be a magnetic field in the axis of the whole system and that the electrodes DC voltages obtained, which are expedient in a known manner at the center of the short-circuit bars serving to coordinate the resonant circuits are supplied. Farther it is of course also possible, for. B. the anode segments directly with a radiator connect to. Finally, there is also a modulation of the vibrations by influencing them the electrode voltages possible.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Magnetron tube with two or more slits Anode, characterized in that the at the end faces of the formed by the anode Cylinder arranged side plates made of two or more isolated from each other Segments exist.

2. Magnetron tube according to claim i, characterized in that that the number of anode segments is equal to an integral multiple of the number of Side plate segments is.

3. Magnetron tube according to claims i and 2, characterized characterized in that corresponding segments of the opposite side plates, preferably within the tube, interconnected. are. q ..

Magnetron according to claims i to 3, characterized in that opposing anode segments the four or more slotted anode, preferably within the tube, with one another are connected.

5. Magnetron tube according to claims i to 4, characterized in that that the leads to the anode and side plate segments are in the middle of the connecting leads connected between the segments.

6. Magnetron tube according to the claims i to .I, characterized in that the leads to the electrodes and the Connecting lines of the segments are connected to the end of the electrode.

7. Circuit for external control using a magnetron according to claims i to 6, characterized in that the anode segments via an oscillating circuit and the side plate segments are connected to one another via another resonant circuit are. B.

Circuit according to Claim 7, characterized in that the side plate circle as a control circuit, the anode circuit as a useful circuit. G.

Circuit according to the claims 7 and 8, characterized in that the useful circle is based on the ratio of the number of segments of the useful electrodes is a multiple corresponding to the number of segments of the control electrodes the control frequency is matched. ok

Circuit according to claims 7 to g, thereby characterized in that the side plates are at cathode potential or negative are biased. i i.

Circuit according to Claim i o, characterized in that the negative side plate bias is at least equal to the amplitude of the ac control voltage is.

12. Circuit according to claims 7 to i i, characterized in that anode DC voltage, Seitenplattenvorspaainung and magnetic field are chosen so that in the absence from control alternating voltages no oscillations. be generated.

13- circuit according to the claims 7 to 12, characterized in that the operating voltages of the Magnetron tube and the magnetic field are chosen so that the rotational frequency of the electrons in the absence of a control AC voltage at least approximately at the control frequency matches.

14. Magnetron tube according to claims i to 6, characterized in that that the ratio of the length to the diameter of the electrode_vstems i: i or less is.