DE825432C - Vorrichtung zur Schwingungserzeugung unter Verwendung einer Magnetfeldroehre mit einer seitlich angeordneten Kathode - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 20. DEZEMBER 1951

p 41179 Villa/21 a¹ D

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung-bezieht sich auf eine Einrichtung zur Schwingungserzeugung. Hierfür ist bereits die Verwendung einer Magnetfeldröhre mit einer seitlich angeordneten Kathode, einer Steuerelektrode und einer im eigentlichen, der Schwingungsanfachung dienenden Hauptanodenraum befindlichen Hilfselektrode in Vorschlag gebracht worden.

Die Erfindung will Schwingungserzeuger der angegebenen Art vornehmlich mit Bezug auf die ReeinfluLibarkeit der Steuerung vervollkommnen. Zu diesem Zweck empfiehlt die Erfindung die Anordnung so zu treffen, daß die seitlich angeordnete Kathode eine langgestreckte Form hat und von der als Holilzv-linder ausgeführten Steuerelektrode umgeben ist, daß in einem Abstand von der Kathode und in Verlängerung der Kathodenachse die Hilfselektrode vorgesehen ist, daß die Ifauptanode auch die Kathode und die Steuerelektrode umgibt, und daß Mittel für die Schaffung eines konstanten Magnetfeldes vorgesehen sind, dessen Kraftlinien in Richtung der Kathodenachse verlaufen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform; es zeigt

Fig. ι eine perspektivische Darstellung der äuße ren Form der Magnetronanordnung,

Fig. 2 eine Stirnseitenansicht der Magnetronanordnung nach Fig. i,

F ig. 3 eine Vorderansicht der Magnetronanordnung nach Fig. i. teilweise im Schnitt,

F'ig. 4 einen Längsschnitt der in Fig. ι dargestellten Vorrichtung mit Schnittführung entsprechend der Pfeillinie S_i-S_i nach Fig. 2 in Verbindung mit einem Schema der elektrischen Schaltung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung nach der Pfeillinie S_s in Fig. 3,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung nach der Pfeillinie S, in Fig. 3,

Fig. 7 und 8 Schaubilder der betriebsmäßigen Kennlinien der Vorrichtung nach Fig. ι bis einschließlich Fig. 6.

In den Ausführungsformen gemäß Fig. ι bis 6 ist eine Kathode ι koaxial innerhalb einer hohlen ίο Steuerelektrode oder Steueranode 2 angebracht, wie dies besonders die Fig. 4 und 6 zeigen. Eine Vielzahl leitender Rippen 3 sind um einen mittleren Stab 4, Hilfskathode oder zentrale Steuerelektrode, 4 angeordnet, wie aus Fig. 5 näher ersichtlieh ist. Der Stab 4 und die Kathode 1 haben eine gemeinsame Längsachse. Sie sind in der Längsrichtung voneinander abgerückt, d. h. räumlich voneinander getrennt. Ringförmige Abstimmstreifen 30 und 31 sind vorgesehen und können in Einschnitte

ao an den Rippen 3 entsprechend Fig. 5 eingesetzt sein. Die Streifen 30 und 31 können an einem oder beiden Enden der Rippenreihe vorgesehen sein und bilden mit den Rippen 3 und der Hülse 25 eine Zusammenstellung, die von einer hohlen Hauptanode

a₅ 50 umfaßt wird, welche bei der dargestellten Vorrichtung die eigentliche Magnetronanode ist. Eine Sonde 5 ist leitend an eine der Rippen 3 an geschlossen, wie Fig. 3 erkennen läßt. Gewünschtenfalls können ein· oder mehrere Beobachtungsrohre 6 vorgesehen sein, so daß die Vorgänge im Innern der Vorrichtung während des Betriebs mit dem Auge beobachtet werdten können. Die Benutzung eines Beobachtungsrohres wird besonders für Versuchsgeräte empfohlen; ein Beobachtungsrohr kann weggelassen werden, wenn die Magnetrons nach den Verfahren der Massenfertigung hergestellt werden sollen.

Magnetische Polstücke 7 sind an jedem Ende des Magnetronaufbaues vorgesehen, um das für den Magnetronbetrieb erforderliche Magnetfeld in bekannter Weise einzuführen. Die Polstücke 7 sind zweckmäßig hohl, wobei die Kathode 1 in und von einem solchen Polstück gehalten wird und der mittlere Stab 4 in dem Polstück am gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung befestigt ist und von demselben gehalten wird.

Ein Rohrstutzen*8 ist vorgesehen, der in an sich bekannter Weise nach der Evakuierung zugeschmolzen wird. Die Kathode 1, Steueranode 2, Rippen 3 und der mittlere Stab 4, Hilfskathode, sind sämtlich in der leitenden Hülse 25 eingeschlossen, die als Zylinder dargestellt und mit Endplatten 32 und 33 versehen ist, an welchen die magnetischen Polstücke 7 befestigt sind.

Die Kathode enthält ein Heizelement 34 und ist an ein hohles leitendes Rohr 35 angeschlossen, das seinerseits innerhalb eines anderen, hohlen, an einem der magnetischen Polstücke 7 befestigtem Rohre 36 gehalten wird. Die Rohre 35 und 36 sind zwecks gegenseitiger Isolierung mittels einer Glasschmelzstelle 37 verbunden, die das Rohr 35 und das Kathodengebilde trägt. Bin Ende des Heizelements 34 ist mit der Kathode 1 verbunden, das andere Ende ist herausgeführt und an einen leitenden Stab 38 angeschlossen, der in dem Rohrelement 35 liegt und mittels Isolierstöpsels gehalten wird, welche gleichzeitig einen Teil der Vakuumumhüllung der Vorrichtung bilden. Die Steueranode 2 ist leitend an einen Haltestab 41 und ein leitendes Rohr 42 angeschlossen; letzteres wird mittels einer Glasschmelzstelle 44 mit Abstand innerhalb eines hohlen leitenden Rohres gehalten. Der mittlere Stab 4 ist leitend an einem leitenden Rohr 45 befestigt, welches von einem anderen leitenden Rohr 46 umgeben ist; die Rohre 45 und 46 sind mittels einer Glasschmelzstelle 47 miteinander verbunden. Die Sonde 5 ragt in den Wellenführungsteil 27. Sie ist zusammen mit der Zuführung von einem hohlen, leitenden Rohr 48 umgeben, welches mit der Hülse 25 leitend verbunden ist.

Eine Wechselspannungsquelle 10, die über den Transformator 9 angeschlossen ist, ist vorgesehen, um das Heizelement 34 auf die für eine kräftige Elektronenemission erforderliche Temperatur zu bringen. Eine Batterie 11 sorgt für eine Potentialdifferenz zwischen der Kathode 1 und der Hauptanodenanordnung 50 des Magnetrons, die aus den Rippen 3, den Abstimmstreifen 30, 31 und der Hülse 25 besteht. Eine Potentialdifferenz von 1250 Volt hat sich als ausreichend erwiesen. Eine Batterie 13 ist vorgesehen, um das Potential der Steueranode 2 positiv in bezug auf die Kathode 1 zu machen; eine Potentialdifferenz zwischen diesen Elementen 1 und 2 hat sich mit 500 Volt als ausreichend erwiesen. Der mittlere Stab 4 kann durch Schließung eines nach der Darstellung des in Fig. 4 vorgesehenen Schalters 26 auf Kathodenpotential gehalten werden. Gewünschtenfalls kann man den zentralen Stab 4 aber auch mit einer Potentialdifferenz mit Bezug auf die Kathode 1 betreiben, indem der Schalter 26 geöffnet und ein Wechselschalter 18 geschlossen wird, wodurch man die Batterie 19 in der einen oder anderen Polung anschließt, je nachdem, ob der Schalter 18 nach oben oder nach unten geschwenkt wird. ·

Im Nebenschluß der Batterie 11 kann ein Kondensator 12 vorgesehen sein. In Reihe mit der Batterie 13 kann man eine Drosselspule 14 anordnen, welche zusammen miit einem mittels eines Schalters 16 anschließbaren Kondensator 15 einen Wechsel-Stromeingangskreis für eine Modulationsquelle 17 bildet, deren eine Seite bei 24 geerdet ist. Eine andere Modulationsquelle 23 kann zwischen Erde 24 und dem zentralen Stab 4 liegen, und zwar über einen Schalter 22 und einen Kondensator 21. Eine Drosselspule 20 ist als Teil des Eingangskreises der Quelle 23 vorgesehen; die Spule liegt in Reihe mit der Batterie 19, wenn der Schalter 18 geschlossen ist.

Beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 bis 6 wird, sobald ein geeignetes magnetisches Feld besteht, die Vorrichtung schwingen, um elektromagnetische Wellen über einen weiten Betriebsbedingungsbereich zu erzeugen. Ein Magnetfeld von 1360 Gauss zwischen den Polstücken 7 hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Die angegebenen

Betriebswerte sollen nur der Erläuterung dienen, aber nicht in einem die Erfindung begrenzenden Sinn wirken. Unter den angegebenen Bedingungen wird die Vorrichtung eine Leistung von annähernd io Watt in die Wellenführung 27 liefern, und zwar unter Vermittlung der Sondenantenne 5, sofern die Wellenführung 27 in einem passenden Wellenwiderstand endigt. Etwa 60 Milliampere fließen zu dem schwingenden Kreis 50, und angenähert 3 Milliampere fließen zu der Steueranode 2.

Die Betriebsweise ist vermutlich wie folgt: Aus der geheizten Kathode 1 treten unter dem Einfluß der Zugspannung an der Steueranode 2 Elektronen aus und bewegen sich in Kreisbahnen rund um die Kathode, und zwar unter dem vereinten Einfluß des zwischen den Polstücken 7 bestehenden Magnetfeldes und des'zwischen der Kathode 1 und der Anode 2 bestehenden relativ schwachen elektrischen Feldes. Diese Elektronen bringen eine dichte Raumladungswolke zustande, welche einige der Elektronen veranlaßt, in der Längsrichtung entlang der Achse des Rohres zu wandern in den Bereich gegenseitiger Beeinflussung zwischen dem mittleren Stab 4 und dem Hauptanodenschwingungskreis 50. In diesem Bereich sind die Elektronen einem starken radialen elektrischen Feld unterworfen, und zwar infolge des negativen Potentials an dem mittleren Stab 4 und der hohen positiven Spannung an der Hauptanode 50. In Zusammenwirkung dieses elektrischen Feldes mit dem magnetischen Feld bewegen sich die Elektronen in Kreisbögen rund um den mittleren Stab 4 in solcher Weise, daß sie sich in Kreisresonanz mit dem jeweiligen radial verlaufenden Hochfrequenzfeld, das in dem Schwingungskreis besteht, befinden. Diese Wirkung in dem genannten Bereich ist in jeder Hinsicht derjenigen gleich, die in einem gewöhnlichen Magnetron auftritt, und hat auch die gleiche Schwingungsart zur Folge.

Bei der dargestellten Vorrichtung entstehen die Elektronen nicht erst in einem unmittelbaren Bereich des Schwingungskreises; sie werden vielmehr in bekannter Weise in diesen Bereich von einer seitlich angeordneten Kathode geliefert, die in axialer Richtung ein kurzes Stück von diesem Schwingungskreis entfernt ist. Infolge dieser räumlichen Trennung der Kathode und des Schwingungskreises ist die Steuerung des Elektronenflusses nicht auf die Wirkung der von der Batterie 11 gelieferten Vorspannung der Hauptanode 50 beschränkt. Die Steuerung ist auch beeinflußbar durch die Höhe der von der Batterie 13 gelieferten Vorspannung der Steueranode 2. Die Wirkung dieser Spannung auf den Betrieb des Magnetrons ist in Fig. 7 veranschaulicht.

In Verbindjung mit Fig. 7 ist zu bemerken, daß eine Änderung der Steueranodenspannung Vo die Ausgangsleistung P₀ verändert und ebenso den Strom l_A, der zum Schwingungskreis fließt. Es ist klar, daß, wenn eine Wechselspannung der der Steueranode 2 zugeführten Gleichspannung überlagert wird, das Magnetron in einem hohen Maße amplituden-moduliert werden kann. Da entspre- 1 chend der Angabe durch die Kurve I_c in Fig. 7 nur ein kleiner Strom durch die Steueranode 2 fließt, kann die Modulation durch Anwendung eines sehr kleinen Betrages an Modulationsleistung beeinflußt werden. In einem gewöhnlichen Magnetron erfordert eine ähnliche Modulation, die durch Veränderung der z. B. von der Batterie 11 gelieferten Anodenspannung hervorgerufen wird, einen sehr hohen Aufwand hinsichtlich der Größe der Modulationsleistung. In Fig. 4 ist die Modulationsleistungsquelle 17 in einer Lage dargestellt, wo sie durch Schließung des Schalters 16 an die Steuer anode 2 anzuschließen ist. Die Drossel 14 gewährleistet, daß die Quelle 17 nicht über die Batterien kurzgeschlossen wird. Um einer Änderung hinsichtlich des Potentials der Kathode 1 infolge irgendeiner Änderung bezüglich des Stroms in dem inneren Widerstand der Batterie 11 entgegenzuwirken, ist diese Batterie durch den Kondensator 12 überbrückt.

Die dargestellte Vorrichtung ist mittels Bemessungsänderungen, die für den Fachmann klar sind, anpassungsfähig zu machen, um die Vorrichtung auch bei höherer Spannung betreiben zu können. Ein weiterer Vorteil der stärkeren Trennung der Kathode von dem Schwingungskreis tritt beim Betrieb im hohen Spannungsbereich in Erscheinung, und zwar dank des Umstandes, daß die Kathode nicht zu hohen Gradienten des elektrischen Feldes ausgesetzt ist.

Die räumliche, an sich bekannte Trennung der Kathode 1 von dem mittleren Stab 4, Hilfskathode, ist ebenfalls vorteilhaft. Durch diese Trennung ist es möglich, den elektrischen Gradienten in dem Bereich gegenseitiger Beeinflussung zwischen dem zentralen Stab 4 und dem Schwingungskreis 50 zu verändern, ohne daß das Potential zwischen der Kathode 1 und dem Schwingungskreis 50 eine Veränderung erfährt. Diese Betriebsweise kann durch öffnung des Schalters 26 und Anlegen einer Spannung von der Quelle 19 über den Wechselschalter 18 an den mittleren Stab 4 ausgeführt werden. Die Wirkung einer Spannungsänderung der Batterie 19 ist in Fig. 8 gezeigt. Wenn die Spannung V^ des mittleren Stabes mit Bezug auf die Kathode 1 sich von — 100 Volt bis + 300 Volt ändert, verläuft die Ausgangsleistung P₀ von ο zu einem Maximalwert und wieder zurück zu o. Innerhalb dieses Bereichs ändert sich die Frequenz um 20 MHz. Auf dem begrenzten Bereich von ο bis + 200 Volt ist unter Bezugnahme auf Fig. 8 zu beobachten, daß der zum mittleren Stab fließende Strom sich sehr wenig ändert. Es handelt sich dabei um den am meisten brauchbaren Bereich der Kennlinie, um beste Resultate in der Frequenzmodulation zu verwirklichen. Über diesen Bereich ändert sich die Leistung um weniger als 1 Dezibel, während die Frequenz sich um 10 MHz verändert. Für die Veränderung der Frequenz gibt es bei den üblichen Magnetrons kein ähnliches einfaches Mittel. Eine Frequenzänderung kann bei einem gewöhnlichen Magnetron durch Änderung der Anodenspannung bewirkt werden, aber diese Ände-

rung ist mit einer großen Schwankung hinsichtlich der Ausgangsleistung verbunden. Wenn eine Wechselspannung von ιOo Volt Spitzenwert einer Gleichspannung von +100 Volt, die an den mittleren Stab 4 angelegt ist, überlagert wird, so wird eine Frequenzmodulation mit einer Verlagerung um 10 MHz bewirkt. Dieses Ergebnis kann, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, durch Schließung des Schalters 22 verwirklicht werden, wodurch das Potential der Modulierquelle 23 über den Kondensator 21 an den mittleren Stab 4 angelegt wird. Ähnlich wie die Drossel 14, unterstützt auch die Drossel 20 die Schaffung einer geringen Nebenschlußbelastung für die Quelle 23, indem durch sie der Wechselwiderstand der Gleichspannungsquelle erhöht wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Schwingungserzeugung ao unter Verwendung einer Magnetfeldröhre mit einer seitlich angeordneten Kathode, einer Steuerelektrode und einer im eigentlichen, der Schwingungsanfachung dienenden Hauptkathodenraum befindlichen Hilfselektrode, dadurch as gekennzeichnet, daß die seitlich angeordnete

   Kathode eine langgestreckte Form hat und von der als Hohlzylinder ausgeführten Steuerelektrode umgeben ist, daß in einem Abstand von der Kathode und in Verlängerung der Katho denachse die Hilfselektrode vorgesehen ist, daß die Hauptanode auch die Kathode und die Steuerelektrode umgibt, und daß Mittel für die Schaffung eines konstanten λΙ^ηείίεΜεβ vorgesehen sind, dessen Kraftlinien in Richtung der Kathodenachse verlaufen.
2. 2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode und der hohlzylindrischen Steuerelektrode eine Steuerspannung angelegt ist, um die dazwischen stattfindende Elektronenentladung zu beeinflussen und damit die Anzahl der in den Raum zwischen der Hilfselektrode und der umgebenden Hauptanode eintretenden Elektronen zu verändern.
3. 3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode und die Hauptanode koaxial mit Bezug auf die Achse der Kathode und der Hilfselektrode angeordnet sind. ·
4. 4. Schwingungserzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode mit Bezug auf die Kathode positive Vorspannung aufweist.
5. 5. Schwingungserzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode so ausgeführt ist, daß sie keine sekundären Elektronen aussendet.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 664 187, 699 482.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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