DE954803C

DE954803C - Arrangement for matching a resonator with low impedance to a waveguide with high impedance

Info

Publication number: DE954803C
Application number: DEI6852A
Authority: DE
Inventors: Paul W Crapuchettes
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1950-12-18
Filing date: 1953-01-30
Publication date: 1956-12-20

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur Anpassung eines Resonators niedriger Impedanz an einen Hohlleiter mit hoher Impedanz und insbesondere mit der Anpassung der Impedanz der Resonatoren eines Magnetrons an einen Ausgangshohlleiter. The invention is concerned with an arrangement for matching a low impedance resonator to a waveguide with high impedance and in particular with the adaptation of the impedance of the Resonators of a magnetron to an output waveguide.

Die geeignete Anpassung eines Magnetrons an einen Ausgangshohlleiter hat für eine beachtliche Zeit die Fachwelt beschäftigt. Die Hohlraumresonatoren der Magnetrone sind im allgemeinen von niedrigerer Impedanz, und die Impedanz wird mit ansteigender Arbeitsfrequenz kleiner. Andererseits ist die Impedanz eines Hohlleiters bestimmter Abmessung im wesentlichen konstant. Daher wird mit wachsender Arbeitsfrequenz die korrekte Anpassung zwischen dem Resonator und dem Hohlleiter immer schwieriger. Verschiedene Formen der Anpassung wurden vorgeschlagen. Die geeignetste Lösung, insbesondere für abstimmbare Magnetrone, ist die Anordnung einer sogenannten Ausgangsrampe, welche aus einem Satz Platten oder Flügeln an dem dem Magnetron benachbarten Ende des Hohlleiters besteht. Die Enden der Flügel am Magnetron sind dicht benachbart und mit dem Hohlraum des Magnetrons durch eine Öffnung in der äußeren Wand des Resonators verbunden. VonThe appropriate adaptation of a magnetron to an output waveguide has for a considerable amount Time the professional world busy. The cavity resonators of magnetrons are generally of lower impedance, and the impedance becomes smaller as the operating frequency increases. on the other hand the impedance of a waveguide of certain dimensions is essentially constant. Therefore, with the correct adaptation between the resonator and the waveguide as the working frequency increases more and more difficult. Various forms of adaptation have been suggested. The most suitable The solution, especially for tunable magnetrons, is the arrangement of a so-called output ramp, which consists of a set of plates or vanes at the end of the Waveguide consists. The ends of the wings on the magnetron are closely spaced and with the The cavity of the magnetron is connected through an opening in the outer wall of the resonator. from

diesem Punkt aus laufen sie exponentiell zu den Wänden des Hohlleiters. Diese Art der Kopplung genügt, wenn die öffnung in dem Magnetron nicht zu schmal ist. Die Anfangsbelastung (der Innenwiderstand) des Magnetron« muß mit anwachsender Arbeitsfrequenz derart verkleinert werden, daß sich die Anfangsbelastung (der Innenwiderstand) umgekehrt wie die Zahl der Resonatoren geteilt durch die Quadratwurzel der ίο Wellenlänge verhält. Für ein Magnetron, welches ungefähr bei einer Frequenz von 9000 bis 10000 MHz arbeitet, ist die Impedanz in der Größenordnung von 2,5 Ohm, während .ein 2 : 1 rechteckiger Hohlleiter einen im wesentlichen konstanten Wellenwiderstand von ungefähr 300 Ohm hat. Um Anpassung zwischen diesen Impedanzen durch die verjüngte Rampe zu erreichen, ist ein Abstand am Magnetronausgang von 0,025 mm erforderlich. Dieser ist so schmal, daß der Betrieb des Magneao trons gefährdet wird, wenn sich Teile des Magnetrons infolge der Hitze verziehen.from this point they run exponentially to the walls of the waveguide. This type of coupling is sufficient if the opening in the magnetron is not too narrow. The initial load (the Internal resistance) of the magnetron «must be reduced with increasing operating frequency in such a way that that the initial load (the internal resistance) is the opposite of the number of resonators divided by the square root of the ίο wavelength behaves. For a magnetron, which operates at about a frequency of 9000 to 10000 MHz, the impedance is on the order of magnitude of 2.5 ohms, while .a 2: 1 rectangular waveguide has a substantially constant wave impedance of approximately 300 ohms. To adapt to achieve between these impedances by the tapered ramp is a distance am Requires 0.025mm magnetron output. This is so narrow that the operation of the Magneao trons is at risk if parts of the magnetron warp as a result of the heat.

Es wurden zur Anpassung auch A/4-Transformatoren verwendet. Solch ein Transformator überträgt nur ein schmales Band und besonders dann, wenn er mit einem Magnetron gekoppelt ist, welches eine Impedanz von nur 2,5 Ohm hat, so daß die zu koppelnden Widerstände sehr verschieden sind. Weiterhin werden bei hohen Frequenzen durch eine solche Kopplung die anderen Schwingungsformen des Magnetrons nicht genügend gedämpft, um die Schwingung in der π-Form zu sichern. Die Impedanz des Hohlleiters ändert sich in genau der entgegengesetzten Richtung wie erwünscht, da sie mit anwachsender Frequenz kleiner wird. Der A/4-Transformator kehrt wohl die Impedanzänderung mit der Frequenz derart um, daß die Verluste der unerwünschten Schwingungsformen ansteigen. Dies genügt indessen nicht, um die - gewünschte Unterdrückung unerwünschter Schwingungsformen zu erreichen.A / 4 transformers were also used for adaptation. Such a transformer transmits only a narrow band and especially when it is coupled to a magnetron, which has an impedance of only 2.5 ohms, so that the resistances to be coupled are very different are. Furthermore, at high frequencies, such a coupling causes the other forms of oscillation of the magnetron is not damped enough to keep the oscillation in the π shape to back up. The impedance of the waveguide changes in exactly the opposite direction as desired, because it gets smaller with increasing frequency. The A / 4 transformer probably reverses the change in impedance with the frequency in such a way that the losses of the undesired waveforms increase. However, this is not enough to - to achieve the desired suppression of undesired waveforms.

Es sind auch mehrstufige A/4-Transformatoren bekannt, die jedoch den Anforderungen noch nicht genügen; insbesondere ist es mit derartigen Transformatoren kaum möglich, bei vergleichbarer Länge einen breitbandigen Übergang von etwa 2,5 auf 300 Ohm zu bewerkstelligen.Multi-stage A / 4 transformers are also known, but they do not yet meet the requirements suffice; In particular, it is hardly possible with transformers of this type, with a comparable length to accomplish a broadband transition from about 2.5 to 300 ohms.

Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung zur Erreichung einer Breitbandanpassung vor, daß bei einer Anordnung zur Anpassung eines Resonators niedriger Impedanz an einen Hohlleiter hoher Impedanz die Kopplung durch eine vom Resonator ausgehende öffnung und ein Paar sich von den entgegengesetzten Oberflächen des Hohlleiters zueinander erstreckender Flügel erfolgt, deren benachbarte Flächen sich von der öffnung aus geradlinig und im wesentlichen parallel über ungefähr eine Viertelwellenlänge der Mittelfrequenz des Frequenzbandes erstrecken und anschließend mit immer größer werdendem Abstand auf die Oberfläche des Hohlleiters treffen. Mit einer solchen Konstruktion wurde bei 9000 MHz ein wesentlich größeres Loch von 0,25 mm benutzt als bei den bekannten Anordnungen, und die Verluste der unerwünschten Schwingungsformen wurden bei Anwachsen der Frequenz um 6 °/σ um 25 % vergrößert. Mit einer solchen Kopplung kann Anpassung über ein Frequenzband von ungefähr 800 MHz erreicht werden.In order to avoid these disadvantages, the invention proposes to achieve broadband matching before that in an arrangement for matching a resonator to a low impedance High-impedance waveguide, the coupling through an opening emanating from the resonator and a Pair of wings extending from opposite surfaces of the waveguide to one another, the neighboring surfaces of which extend in a straight line and essentially parallel from the opening extend over approximately a quarter wavelength of the center frequency of the frequency band and then hit the surface of the waveguide with increasing distance. With One such construction used a much larger 0.25 mm hole at 9000 MHz than with the known arrangements, and the losses of the undesired waveforms were if the frequency increases by 6 ° / σ by 25% enlarged. With such a coupling adjustment can be made over a frequency band of approximately 800 MHz can be achieved.

Die Anpassung gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise aus einem doppelten Anpassungstransformator, der im wesentlichen aus einem Viertelwellenlängentransformator und einem dahintergeschalteten exponentiellen Transformator besteht. Zur Kopplung eines Hohlraumresonators an einen Hohlleiter bei ultrahohen Frequenzen wird ein Transformator benutzt, welcher aus einem Paar Flügel innerhalb des Hohlleiters besteht, welche im wesentlichen in Kontakt mit der Wand des Hohlleiters sind. Der Abstand der dem Hohlraumresonator benachbarten Enden der Flügel ist ver- hältnismäßig klein, und die Flügel erstrecken sich geradlinig mit im wesentlichen konstantem Abstand über eine Strecke von ungefähr einer Viertelwellenlänge der mittleren. Arbeitsfrequenz des Resonators und von dem äußeren Ende dieses geradlinigen Teiles im wesentlichen exponentiell zur Resonatorwand. The adaptation according to the invention preferably consists of a double adaptation transformer, which essentially consists of a quarter-wave transformer and a downstream one exponential transformer. For coupling a cavity resonator to a For waveguides at ultra-high frequencies, a transformer consisting of a pair is used There is wing inside the waveguide which is essentially in contact with the wall of the Waveguide are. The distance between the ends of the wings adjacent to the cavity resonator is relatively small, and the blades extend in a straight line with a substantially constant spacing over a distance of about a quarter of the wavelength of the mean. Working frequency of the resonator and from the outer end of this rectilinear part essentially exponentially to the resonator wall.

An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert.The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiments in the drawings.

Fig. ι zeigt einen Schnitt durch die Anode eines Mehrfachhohlraummagnetrons und die Ankopplung gemäß der Erfindung an einen Hohlleiter;Fig. Ι shows a section through the anode of a Multiple cavity magnetrons and the coupling according to the invention to a waveguide;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Fig. 1 längs der Linie 2^x-2*; inFig. 2 shows a section of Fig. 1 along the line 2 ^x -2 *; in

Fig. 3 wird ein Teil des Magnetrons mit einer Änderung des Kopplungsloches wiedergegeben.3 shows a part of the magnetron with a change in the coupling hole.

Das Magnetron der Fig. 1 besteht aus einer Kathode i, die zentral zu einer Anzahl von Hohlraumresonatoren 2 angeordnet ist. Die Resonatoren 2 können dadurch hergestellt werden, daß eine Anzahl von radialen Flügeln 3 mit einem Ende an der äußeren Wand 4 des Magnetrons befestigt sind. Bei den gebräuchlichen Ausführungen ist ein weiterer Teil 5 vorgesehen, welcher die Resonatorteile trägt und die Röhre vervollständigt. Die Flügel 3 sind normalerweise abwechslungsweise miteinander verbunden, um die gewünschteArbeitsweise zu sichern. Da aber diese Ringe zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht wichtig sind, sind sie in den Zeichnungen im Interesse der Einfachheit weggelassen. Gleicherweise sind die Stromkreise für das Magnetfeld nicht in die Zeichnungen aufgenommen.The magnetron of Fig. 1 consists of a cathode i which is central to a number of cavity resonators 2 is arranged. The resonators 2 can be manufactured in that a number of radial blades 3 are attached at one end to the outer wall 4 of the magnetron. In the conventional designs, a further part 5 is provided, which the resonator parts carries and completes the tube. The wings 3 are usually alternate connected to each other to ensure the desired way of working. But there these rings for understanding Not important to the present invention, they are in the drawings in the interest of Omitted simplicity. Likewise, the circuits for the magnetic field are not in the drawings recorded.

Einer der Resonatoren 2 ist durch ein Loch 6 mit dem Hohlleiter 7 gekoppelt. Der Hohlleiter 7 kann jede beliebige Form haben und hat in der Figur rechteckigen Querschnitt. Am Ende des Hohlleiters 7 ist ein Glas oder dielektrisches Fenster 8 angebracht, welches mit dem Ring 9 verschmolzen ist, so daß das Innere des Hohlleiters iao evakuiert werden kann. Durch das Fenster gelangen die elektromagnetischen Wellen zu den anderen Ausgangsstromkreisen. In dem Hohlleiter 7 sind zwei, Transformatorflügel 10 und n vorgesehen. Die inneren Enden 12 und 13 der Flügel 10 und ir haben einen kleinen Abstand voneinander entspre-One of the resonators 2 is coupled to the waveguide 7 through a hole 6. The waveguide 7 can have any shape and has a rectangular cross-section in the figure. At the end of A glass or dielectric window 8 is attached to the waveguide 7 and fused to the ring 9 so that the interior of the waveguide can iao be evacuated. Get through the window the electromagnetic waves to the other output circuits. In the waveguide 7 are two, transformer blades 10 and n are provided. The inner ends 12 and 13 of the wings 10 and ir have a small distance from each other

chend der gewünschten Arbeitsfrequenz (der Abstand richtet sich im wesentlichen nach der Größe der Resonatoren des Magnetrons, die bei verschiedenen mittleren Arbeitsfrequenzen verschieden groß sind). Der Abstand muß nicht so klein sein, wie dies bei den einfachen exponentiellen Transformatoren erforderlich ist. Die Teile 12 und 13 erstrecken sich von der Wand 4 des Magnetrons über eine Strecke, die im wesentlichen ein Viertel der Wellenlänge der Welle im Leiter beträgt. Von den äußeren Enden der Teile 12 und 13 erstrecken sich die exponentiell verlaufenden Teile 14 und 15 der Flügel 10 und 11. Schmale Vorsprünge 16 und 17 sind als Verbindungspunkte zwischen den Teilen 12 und 14 und 13 und 15 vorgesehen. Diese Vorsprünge müssen selbstverständlich nicht vorhanden sein, sie werden nur dazu benutzt, um das Ende des /t/4-Transformators genauer festzulegen.according to the desired working frequency (the distance depends essentially on the size the resonators of the magnetron, which vary in size at different mean working frequencies are). The distance does not have to be as small as it is with the simple exponential transformers is required. The parts 12 and 13 extend away from the wall 4 of the magnetron for a distance that is essentially a quarter of the Wavelength of the wave in the conductor. From the outer ends of the parts 12 and 13 extend the exponentially extending parts 14 and 15 of the blades 10 and 11. Narrow projections 16 and 17 are provided as connection points between parts 12 and 14 and 13 and 15. These protrusions do not need to be present, of course, they are only used to end the / t / 4 transformer to be specified more precisely.

Die Teile 12 und 13 stellen in der Hauptsache einen /l/4-Transformator zwischen dem Loch 6 und dem Hohlleiter 7 dar, an welchem sich ein exponentieller Transformator entsprechend den Teilen 14 und 15 der Flügel 10 und 11 anschließt. Mit dieser Anpassung zwischen dem Hohlraumresonator und dem Hohlleiter wurde eine Anpassung über 800 MHz bei einer Fehlanpassung kleiner als 1,6 an den Enden des Bereiches erreicht.Parts 12 and 13 mainly represent a / l / 4 transformer between the hole 6 and the waveguide 7, at which an exponential Transformer according to parts 14 and 15 of the wings 10 and 11 connects. With this Matching between the cavity resonator and the waveguide was about matching 800 MHz is achieved with a mismatch less than 1.6 at the ends of the range.

In den Fig. 1 und 2 ist das Loch 6 senkrecht auf das Fenster 8 gerichtet. Bei dieser Ausführung wurde gefunden, daß Streuelektronen durch das Loch 6 gelangen und das Fenster 8 durchschlagen können. Dies kann beispielsweise dadurch vermieden werden, daß eine etwas abgeänderte Ausführung des Magnetronloches, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht, benutzt wird. Bei dieser Ausführung ist das Loch 6 in einem Winkel zur Längsachse des Hohlleiters 7 angeordnet, so daß die Elektronen die Wand des Hohlleiters an Stelle des Fensters treffen. Sonst ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dem der Fig. 1 ähnlich, ausgenommen, daß bei dieser Ausführung keine Vorsprünge zwischen den Teilen 12, 14 und 13, 15 der Transformatorflügel 10 und 11 vorgesehen sind.In FIGS. 1 and 2, the hole 6 is directed perpendicular to the window 8. In this version it was found that scattered electrons pass through the hole 6 and penetrate the window 8 can. This can be avoided, for example, by the fact that a slightly modified version of the magnetron hole, as shown in Fig. 3, is used. In this version is the hole 6 arranged at an angle to the longitudinal axis of the waveguide 7, so that the electrons Meet the wall of the waveguide in place of the window. Otherwise the embodiment of FIG. 3 is that of Fig. 1 is similar, except that in this embodiment no projections between the Parts 12, 14 and 13, 15 of the transformer wings 10 and 11 are provided.

Es ist selbstverständlich, daß die beschriebenen Anordnungen nicht nur in dem Frequenzbereich von 9000 MHz ■ und höher, sondern auch bei niedrigeren Frequenzen verwendet werden können. Es ist weiterhin selbstverständlich, daß die Erfindung auch für andere Magnetronausführungen und andere Stromkreise angewendet werden kann, bei welchen Kopplung zwischen Hochfrequenzresonatoren und Wellenleitern erwünscht ist.It goes without saying that the arrangements described not only in the frequency range from 9000 MHz ■ and higher, but can also be used at lower frequencies. It It is also understood that the invention can also be used for other magnetron designs and others Circuits can be applied in which coupling between high frequency resonators and waveguides is desirable.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. An arrangement for matching a resonator of low impedance to a waveguide with high impedance, in which the coupling is carried out through an opening extending from the resonator and a pair of wings extending from the opposite surfaces of the waveguide to one another, characterized in that the adjacent surfaces of the Wing straight from the opening and essentially parallel over approximately a quarter wavelength of the center frequency of the fre- ·. "
and then hit the surface of the waveguide with increasing distance.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that increasing the distance between the surfaces of the wings in the essentially takes place exponentially.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that when coupling a cavity resonator of a magnetron with a waveguide in which the wings are arranged are, the waveguide is evacuated.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the opening from the resonator forms an angle with the axis of the waveguide.

Considered publications:
Gerhard M eg 1 a, "Decimeter wave technology", Leipzig, 1952, p. 73.

1 sheet of drawings

15 609 546/317 6.56 (609 716 12.56)15 609 546/317 6.56 (609 716 12.56)