DE893062C - Magnetron fuer grosse Leistung bei ultrahohen Frequenzen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. OKTOBER 1953

14103 Villa/21 α*

Die Erfindung befaßt sich mit Schwingungserzeugern für ultrakurze Wellen in Form von Magnetrons zur Erzeugung großer Leistung bei ultrahohen Frequenzen.

Es ist bekannt, daß die verfügbare Leistung von Magnetrongeneratoren durch die Verwendung mehrerer Magnetrons zusammen oder durch die Verwendung eines größeren einfachen Magnetrons vergrößert werden kann. Mit der Vergrößerung des einzelnen ,Magnetrons oder mit der Erhöhung der Frequenz der Schwingungen treten unerwünschte Schwingungsformen auf, die dadurch eliminiert werden können, daß man ,Schlitze im Anodenkörper, welcher die Hohlraumresomatoren des Magnetrons enthält, vorsieht. Diese Schlitze sind in bestimmten Punkten längs der Anode parallel zur Kathode, die in bezug auf die Hohlraumresonatoren koaxial angeordnet ist, angebracht. Diese Schlitze verhindern das Auftreten unerwünschter Schwingungsf onnen ultrakurzer Wellen in den Resonatoren und besonders solche, deren elektrisches Feld parallel zur Magnetronachse verläuft. Besonders schließen sie longitudinale Schwingungsformen im Magnetron aus, indem sie den Stromfluß in axialer Richtung längs der Kanten der Flügel, welche die Hohlraumresonatoren des Magnetrons begrenzen, verhindern.

Es wurde ferner vorgeschlagen, bei der Verwendung mehrerer Magnetrons zusammen, durch elektromagnetische Kopplung zwischen den Resonatoren der einzelnen Magnetrons die Magnetrons zu einer gemeinsamen Arbeitsweise bei einer einzigen Frequenz anzuregen..

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, ein Magnetron mit größerer Leistung bei hohen Frequenzen, als es bisher möglich war, dadurch zu

schaffen, daß in den Flügeln, welche die Hohlraumresonatoren des Magnetrons begrenzen), Schlitze von einer Länge, die gleich einer Viertelwellenlänge der Arbeitsfrequenz ist, angeordnet weiden und daß zwischen mindestens einem Paar benachbarter Resonatoren des Magnetrons eine elektromagnetische Kopplung besteht, um den, Resonator zur gewünschten Arbeitsweise zu· zwingen. Durch die beiden Merkmale vorliegender Erfindung, nämlich ίο Schlitze und magnetische Kopplung zwischen den Hohlraumresonatoren eines ,Magnetrons, ist es möglich, ein größeres Magnetron mit. größerer Leistung zu konstruieren. Dies verstärkt die Gegentaktarbeitsweise, die bei axial verlängerter Anode auftritt. Daher arbeiten die einzelnen Teile mit konstanten Feldern, aber die Schlitze erlauben eine Phasenumkehr an geeigneten Punkten längs der Anode. Dies ist die natürliche Tendenz, die durch die ,Schlitze und die Rückkopplungsschleife verstärkt wird. Dadurch tritt ein stabiler Schwingungstyp bei einer langen Anode auf. Das System ist wirksam an den Elektronenstrahl· gekoppelt. Es sei bemerkt, daß die Kathode durch einen Zylinderring, welcher in der Höhe der Schlitze angebracht ist, um einen hohen elektronischen Wirkungsgrad und geringe Rückheizunjg zu erhalten, abgedeckt sein kann.

Im folgenden werden die Merkmale der Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine perspektivische Darstellung zweier benachbarter Resonatoren eines Ausrührungsbeispiels eines Magnetrons gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemätöen Magnetrons ;

Fig·. 3 unid 4 sind Querschnitte des Magnetrons der Fig. 2;

Fig. 5 wird eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zweier benachbarter Hohlraumresonatoren eines Magnetrons- gemäß einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung wiedergegeben.

Die Arbeitsweise eines Magnetrons gemäß vorliegender Erfindung wird im Zusammenhang mit der Fig. 1 leicht verständlich. In Fig. i sind drei Flügel i, 2, 3 eines Radspeichenmagnetrons gezeigt, welches an sich aus einer Vielzahl von Flügeln (Speichen), die radial um die zentrale Kathode angeordnet sind und zusammen mit einem außenliegenden metallischen Hohlzylinder in die Hohlraumresonatoren bilden, besteht. Normalerweise arbeitet ein solches Magnetron so, daß transversal verlaufende Schwingungen erzeugt werden. Bei dieser Arbeitsweise sind die Wechselspannungen an benachbarten Enden dieser Flügel um.' i8o° in der Phase verschoben, wie dies durch die Zeichen Plus und Minus dargestellt ist. Um zu verhindern, daß sich andere unerwünschte Schwingungsformen ausbilden, und um besonders eine Hochfrequenzschwingung längs der Kanten der Flügel auszuschalten, sind in den Flügeln die Schlitze 4, 5 und 6 angebracht. Es ist bekannt, daß diese Schlitze als kapazitive Leiter für die longitudinalen Wellen betrachtet werden können. ,Sie erhöhen die Frequenz der longitudinalen Schwingungsform und, wenn die longitudinale Schwingungsform genügend weit von der transversalen Schwingungsform entfernt ist, so arbeitet das Magnetron in der transversalen Schwingungsform stabiler. Die Schlitze sind am wirkungsvollsten, wenn sie im Mittelpunkt der Flügel angeordnet sind. Gemäß vorliegender Erfindung sind diese Schlitze in den Flügeln ein Viertel der !Wellenlänge bei der gewünschten Arbeitsfrequenz lang. Daher stellen sie für die longitudinale Schwingungsform eine unendliche Dampfung dar. .-

Dies hat weiterhin zur Folge, daß, wenn, eine Transversalschwingung in den Magnetronhohlräumen existiert, das obere und untere Ende jeden Schlitzes .in jedem .Flügel Hochfrequenzpotentiale annimmt, die um ί8ο° in der Phase verschieden sind. Um diese Arbeitsweise des Magnetrons sicherzustellen, wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, zwischen der oberen Hälfte des einen Hohlraumresonators und der unteren Hälfte des benachbarten Hohlraumresonators eine Kopplung herzustellen. In der Fig. 1 zeigen die Zeichen Plus und Minus die Hochfrequenzspannungen an den Kanten der Flügel zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die gekoppelten. Teile der zwei Hohlraumresonatoren schwingen in Phase.

Ist der Kopplungsweg 7 ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz lang und ist sie in jedem Hohlraumresonator mit oder ohne Phasenumkehr, was davon abhängt, ob die Länge ein gerades oder ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge beträgt, gekoppelt, so schließt der Kopplungsweg· aus, daß die gekoppelten Teile benachbarter Hohlraumresonatoren in Phase arbeiten. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, fließt in der oberen Hälfte des Hohlraumresonators, der durch die Flügel 1 und 2 und die Rückwand 8 gebildet wird, zu einem gegebenen Zeitpunkt ein Hochfrequenzstrom in der Wand 8 vom Flügel 2 zum Flügel 1. Im gleichen Augenblick fließt in der Wand 8 ein Hochfrequenzstrom vom Flügel 2 zum Flügel 3. Die ,Schwingiungen in den benachbarten Hohlraumresonatoren, die durch die Flügel 1, 2 und 3 gebildet sind, sind nicht' in Phase. In den unteren Teilen dieser zwei Hohlraumresonatoren sind die Schwingungen nicht in Phase, und der Hochfrequenzstrom fließt in der Wand 8· vom Flügel 3 zum Flügel 2. Wenn der Kopplungsweg 7 für die elektromagnetische Welle ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz beträgt und dieselbe in die Resonatoren in der obenerwähnten Art gekoppelt ist, fließt kein Strom, und es findet sogar keine Energieübertragung vom oberen durch die iao Flügel ι und 3 gebildeten Teil des Resonators zu dem unteren durch die Flügels und 3 gebildeten Teil des Resonators statt, wenn sie in der gleichen Weise arbeiten. Wenn sie in verschiedener Weise arbeiten sollen, überträgt der Kopplungsweg 7 Hochfrequenzenergie zwischen den beiden Hohl-

raumresonatoren und zwingt sie dadurch, in der gewünschten Weise zu schwingen.

Also beide, sowohl die Schlitze als auch der Kopplungsweg für die elektromagnetische. Welle, stabilisieren die Arbeitsweise des Magnetrons. Die Fig. 2 bis 4 zeigen Einzelheiten der Konstruktion eines Magnetrons mit Einviertelwellenlängenschlitzen und elektromagnetischer Kopplung zwischen den Resonatoren des Magnetrons. ίο In den Fig. 2 und 3 ist die Kathode 9 gezeigt, die koaxial innerhalb der acht Flügel 10 angeordnet . ist. Die Flügel ao sind radial um die Kathode 9 angeordnet und bilden mit dem außenliegenden Hohlzylinder 11 die Hohlraumresonatoren. Die Flügel sind mit den Bügelpaareniii2 und 13 versehen, eines an dem oberen Teil und das andere am unteren Teil jeden Flügels. Die Bügel sind in bekannter Weise abwechselnd mit dem Flügel verbunden und veranlassen die Resonatoren zwischen ao den Flügeln in der Weise zu schwingen, in welcher die Hochfrequenzspannung am inneren Ende jeden Flügels um i8o° in der Phase von der des benachbarten Flügels verschieden ist. Jeder Flügel 10 hat einen Schlitz 14 in der Mitte des Flügels. Der Schlitz erstreckt sich radial von der Kathode weg. Ein Wellenweg ist in Form des Wellenleiters 15 gezeigt, welcher die zwei benachbarten Hohlraumresonatoren 16 und 17 durch die Wellenleiterteile 18 und 19 verbindet. Der Wellenleiter ist mit den ineinander verschiebbaren Teilen 201 versehen, so daß die gewünschte Länge eingestellt werden kann. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, besteht die Kopplung zwischen dem oberen Teil des Resonators 16 und dem unteren Teil des Resonators 17. Ein Ring 21 um die Kathode 9 in der Höhe des Schlitzes 14 schützt sie vor Bombardierung durch rückkehrende Elektronen.

Es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf eine besondere Form des Hohlraumresonators, eine besondere Form des Schlitzes oder einen besonderen Typ der Wlellenleiterkopplung zu beschränken. Es ist klar, daß mehr als ein Schlitz vorgesehen werden kann. In Fig. 5 sind die drei Flügel 22, 23 und 24 eines aus einer Anzahl von radial um die Kathode angeordneten Flügel gebildeten Magnetrons gezeigt. Die Flügel mit der Wand 27 bilden ein Paar Hohlraumresonatoren 25 und 26. Jeder Flügel ist mit drei ,Schlitzen 28, 29 und 30 versehen, die sich eine Viertelwellenlänge lang von der So inneren, der Kathode benachbarten Kante erstrecken. In ähnlicher Weise wie die im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise verursachen diese Schlitze Teile der Hohlraumresonatoren der einen Seite um i8o° in der Phase verschieden von Teilen der Hohlraumresonatoren der anderen Seite zu schwingen. Dies wird klar durch die Zeichen Plus und Minus, die an der inneren Kante der verschiedenen Flügel angebracht sind. Diese Zeichen geben den Wert der Hochfrequenzspannung der Kanten der Flügel zu einem gegebenen Zeitpunkt wieder. Ein Paar Kopplungsglieder 3¹I und 3a, ähnlich den in Fig. 1 gezeigten Kopplungsgliedern 7, sind für das Magnetron mit drei Schlitzen in jedem Flügel vorgesehen.

Kopplungsglied 31 ist zwischen dem oberen Teil des Resonators 25 und dem Teil des Resonators 26, welcher zwischen Flügel 28 und 29 ist, angeordnet. Kopplungsglied 32 ist zwischen dem Teil des Resonators 25, welcher zwischen den Schlitzen 29 und 30 ist, und dem unteren Teil des Resonators 26 angeordnet. Die Kopplungsglieder der Resonatoren schwingen in Phase, wie dies im Zusammenhang mit Fig. ι besprochen wurde, und wenn die Kopplungsglieder 31 und 32 mit den Resonatoren ohne Phasenumkehr gekoppelt sind, soll ihre Länge ein gerades Vielfaches der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz betragen, damit die gekoppelten Teile der Resonatoren in Phase arbeiten.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetron für große Leistung bei ultrahohen Frequenzen, bei welchem die Hohlraumresonatoren durch radial um die Kathode angeordnete Flügel und einem außenliegenden metallischen Hohlzylinder gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flügeln Schlitze angeordnet sind.

2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schlitze eine Viertelwellenlänge der Längswelle der Hohlraumresonatoren beträgt.

3. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in der Mitte der Flügel angeordnet sind und sich radial von der Kathode erstrecken.

4. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Teil eines Resonators und dem oberhalb bzw. unterhalb des angrenzenden Schlitzes liegenden Teil des benachbarten Resonators ein Kopplungsweg besteht.

5. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsweg eine solche Länge aufweist, daß die gekoppelten Teile nicht in Phase schwingen können.

6. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Resonatorteile ohne Phasenumkehr erfolgt.

7. Magnetron nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kopplungsweges ein gerades Vielfaches der halben Wellenlänge der Transversalschwingung der Hohlraumresonatoren betragt.

8. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Resonatorteile mit Phasenumkehr erfolgt.

9. Magnetron nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsweg ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge der Transversalschwingung der Hohlraumresonatoren beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© S467 10.53