DE2331908A1 - Magnetron - Google Patents

Description

dr. M0LLER-BOR£ dipl.-?:iys. dr. MANITZ dipl-chem. dr. DEUFEL DlPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE £ J J I " U O

München, den 22. Juni i-ll/Sv - E 1126

ENGLISH ELECTRIC VALVE COMPANY LIMITED 106 V/aterhouse Lane, Chelmsford,Essex,

England

Magnetron

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetron und betrifft insbesondere ein koaxiales Magnetron.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines relativ einfachen koaxialen Magnetrons, dessen Abstimmung über einen erforderlichen Bereich zyklisch und schnell variiert werden kann. Dieses Erfordernis ist in einer Anzahl von Fällen, insbesondere bei Magnetrons für sogenanntes ^llFrequenzbeweglichkeits^lf-(frequency Agility)Radar gegeben. Dieses Erfordernis ist schwierig in einer wirtschaftlichen und mechanisch zuverlässigen Weise zu erfüllen, insbesondere wenn hohe Frequenzabstimmraten bzw. Frequenzabstimrageschwindlgkeiten erforderlich sind. Erfindungsgemäii wird diese Schwierigkeit überwunden.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben: in dieser zeigt:

Fig. 1 und 2 schematisch wechselseitig zueinander senkrechte Ansichten eines bekannten koaxialen Magnetrons, die zur vorhergehenden Erläuterung dienen und die Richtungen des Magnetfeldes, des elektrischen Feldes und des Stromes in dem Magnetron veranschaulichen, wobei Einrichtungen, die die Mittelfrequenz variieren oder eine schnelle Frequenzvariation vorsehen, nicht gezeigt sind,

Fig. 'j und 4 schematische wechselseitig zueinander rechtwinklige Ansichten einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 und 6 schematische wechselseitig zueinander senkrechte Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen "Bezugszeichen bezeichnet.

In einem koaxialen Magnetron sind, wie es an sich bekannt ist, alternierende Hohlräume in dem Wechselwirkungsraum bzw. Koooelraum des Magnetrons mit dem Haunthohlraum gekoppelt (der bei der üblichen Konstruktion den Koppelraum umgibt), ao daß der Hauothohlraum als ein koaxialer Resonator erregt wird. Einer der wesentlichsten praktischen Vorteile des koaxialen Magnetrons besteht darin, daß der innere Raum des Haupthohlraumes (d.h. in einem koaxialen Magnetron mit dem Haupthohlraum außerhalb des Koopelraumes der Raum zwischen der äußeren zylindrischen Wand dieses Hohlraumes und dem inneren, den Kopoelraum umschließenden Anodenzylinder) außerhalb der evakuierten Umhüllung bzw. des evakuierten Kolbens angeordnet sein kann und manchmal auch ist. ßeisoielsweise ist bei einer bekannten

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vorteilhaften Konstruktion dieser !Beschaffenheit die innere Anode in einem Keramikzylinder eingeschlossen, der einen Teil der Vakuumumhüllim^ bzw. des Vakuumkolbens des Magnetrons bildet, so,daß alle abstimmeinrichtun^en für den Haupthohlraum und Einrichtungen zum Koopeln des Haupthohlraumes mit einer äußeren Last sich außerhalb des Vakuums befinden.

Die FIh-. 1 und 2 zeilen 3ehematisch ein typisches bekanntes koaxiales Magnetron, da diese Figuren nut die Richtungen des iia^netfeldes, des elektrischen Feldes und des Stromflusses -seifen sollen, sind keine Abstimm- oder Lastkopplungseinrichtun^en dargestellt. Nach den Fig. 1 und 2 sind eine axiale Kathode 1, eine innere Anode 2, die den Koppelraum umgibt, radiale Flügel bzw. Blätter j, die von der Anode 2 zu der Kathode nach innen vorspringen, und eine äußere Wand 4 des ijri'^ebenden koaxial in resonanzschwingenden Hohlraums 4· vorgesehen. Die Richtung des elektrischen Feldes ist durch den ■estrichelten Pfeil E in Fig. 1 dargestellt; die Richtimg des Magnetfeldes ist durch den gestrichelten Pfeil B in Fig. 2 'dargestellt; und die Richtungen der Ströme in der Anode 2 und der außenwand 4- des Haupthohlraumes sind durch die gestrichelten Pfeile I dargestellt. Das elektrische Feld weist eine maximale Intensität etwa in der Mitte zwischen der Anode 2 und der -ui jenwand 4- auf. Wie aus der Darstellung hervorgeht, weiten weder das elektrische Feld noch die ^tromfluölinien irgendeine axiale Komponente auf.

Allgemein ausgedrückt gibt es zwei Wege, die Mittenfrequenz zu variieren oder eine schnelle Frequenzvariation bei einem Magnetron, wie es in den Fig# 1 und 2 dargestellt ist, vorzusehen, so dai die erzeugte Frequenz zyklisch geändert wird, beiapielaweise um das Magnetron für ein frequenzbewegliches Radar (Frenuency Ability Radar) geeignet zu machen. Eine Methode besteht

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6ADORIQiNAI.

darin, eine Stirnwand des Haupthohlraumes in einer Richtung parallel zu der Achse des Magnetrons zurück-und vorzubewegen, um die Hohlraumabstimmung zu variieren. Beispielsweise kann die Stirnwand von einer Diaphragma- bzw. Membrankonstruktion sein und in der erforderlichen Weise durch eine geeignete Antriebseinrichtung zurück- und vorbewegt werden. Dies kann ausgeführt werden, ohne das elektrische Feld oder die Stro mfIu3-linien empfindlich zu stören, da im wesentlichen kein Strom radial quer über die Verbindungen zwischen der Stirnwand und dem inneren Zylinder 2 und dem äußeren Zylinder 4 fließt. Diese Methode der Variierung der Abstimmung ist ,jedoch mechanisch nicht zufriedenstellend, wenn die erforderliche Frequenzvariation mehr als 200 mal pro Sekunde erfolgen soll. Eine Hin- und Herbewegung der Stirnwand mit einer Frequenz in dieser Größenordnung bringt sehr hohe Beschleunigungen mit sich, die zu Spannungen in den sich bewegenden Teilen oder den Teilen, an denen sie angebracht sind, führen, die so hoch sind, daß sie nicht praktikabel oder nahezu nicht praktikabel sind.

Bei der zweiten Methode der Abstimmungsvariation ist das Magnetron mit einer Vielzahl von Flügeln aus dielektrischem Material vorgesehen, die innerhalb des Haupthohlraumes vorgesehen sind und von denen jeder so angebracht ist, daß er um eine zu der Achse des Magnetrons parallele Achse gedreht werden kann. Bei der üblichen Anordnung dieser Ausführungsform sind die Achsen der dielektrischen Flügel parallel zu der Magnetronachse gleichmäßig mit Abstand entlang einem imaginären Kreis in der Mitte zwischen der äußeren Hohlraumwand 4 und der inneren Anode 2 angeordnet. Geeignete Antriebseinrichtungen sind vorgesehen, die die dielektrischen Flügel zusammen auf deren Achsen drehen, so daß die Flügel durch Stellungen, in denen sie entlang bzw. in Längsrichtung der Linien des elektrischen Feldes in dem Haupthohlraum liegen, und Positionen, in denen

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BAD ORIGiNAC

sie rechtwinklig zu diesen liegen, hindurchgehen. In den ersteren Stellungen reduzieren die Flügel die Frequenz des Hohlraumes in einem wesentlichen Ausmaß (ira Vergleich zu einem gleichen Hohlraum ohne dielektrische Flügel); in den letzteren Stellungen ist die Frequenz in einem viel kleineren Ausmaß reduziert. Somit wird bei der Drehung der Flügel die Hohlraumfrequenz zyklisch variiert, wobei eine maximale Frenuenzvariation erhalten wird, wenn alle Flügel synchron ■gedreht werden.

Diese zweite Methode der Abstimmungsvariation weist den Nachteil auf, daß sie mechanisch komplex und aufwendig ist, da es offensichtlich mechanisch schwierig ist, eine beachtliche Zahl von Flügeln - beispielsweise sechs oder acht von diesen synchron zu drehen. Darüberhinaus kann aufgrund von Spaltreibungs- bzw. Spielraumverlusten (windage losses), die Leistung, die zum Drehen der Flügel mit der erforderlichen hohen Geschwindigkeit erforderlich ist, beachtlich sein, insbesondere wenn es, was oftmals bei Hochleistungsmagnetrons der Fall ist, erforderlich ist, das Innere des Haupthohlraumes unter Druck zu setzen.

Erfindungsgemäß ist der koaxial in Resonanz schwingende Haupthohlraum eines koaxialen Magnetrons so aufgebaut, daß er in seinem inneren Raum mit Abstand angeordnete Bereiche mit einer wesentlich verschiedenen elektrischen Feldintensität bzw. Feldstärke aufweist, und eine zyklische Variation der Abstimmung wird durch ein sich drehendes Glied bewirkt, das zumindest ein dielektrisches Glied trägt, das sich bei einer Drehung des sich drehenden Gliedes aufeinanderfolgend durch die mit Abstand angeordneten Bereiche bewegt wird.

Bevorzugt weist das Drehglied einen symmetrischen Aufbau auf und trägt eine geradzahlige Zahl von dielektrischen Gliedern.

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Das Drehglied kann eine dielektrische Konstruktion sein, wobei das dielektrische Glied oder die Glieder von Teilen gebildet werden, die aus einem Material bestehen, das eine wesentlich höhere dielektrische Konstante aufweist als der verbleibende Teil des Drehgiiedes. "■

Die mit Abstand angeordneten Bereiche mit verschiedener elektrischer Feldstärke können erzeugt werden, indem der radiale Querschnitt des zu den elektrischen Feldlinien gerichteten Hohlraums über einen oder mehrere Bogenwinkel reduziert wird. Dies kann vorteilhafterweise ausgeführt werden, indem ein oder mehrere leitende Vorsorünge, von denen sich jeder über einen vorbestimmten Bogenwinkel erstreckt, an einer der Kreiswände des Hohlraumes (bevorzugt an der äußeren Wand) vorgesehen werden, die sich zu der anderen Kreiswand erstrecken, und die dielektrischen Glieder können durch ein oder mehrere gebogene dielektrische Glieder gebildet sein, die so an dem Drehglied angebracht sind, daß .jedes von diesen bei einer Drehung von diesem in Längsrichtung (endwise) durch den Raum zwischen der abgestuften Hohlraumwand und der anderen Wand des Hohlraumes hindurchgeht. Bei einer solchen Konstruktion weist das Drehglied vorteilhafterweise die Form eines Zylinders mit gleichmäßig mit Abstand angeordneten gebogenen Abschnitten aus einem Material auf, das eine wesentlich höhere dielektrische Konstante als der verbleibende Teil des Zylinders aufweist.

Bei einer weiteren Ausführungsforrn sind die mit Abstand angeordneten 3ereiche mit verschiedener elektrischer Feldstärke vorgesehen, indem der Radialquerschnitt des au den elektrischen Feldlinien gerichteten Haupthohlraumes über einen oder mehrere Bogenwinkel reduziert ist, wobei die erforderliche Reduzierung oder Reduzierungen des Querschnittes erhalten sind, indem ein oder mehrere gebogene Vorsorünge an einer der Kreiswände (wiederum bevorzugt an der Außenwand) des Haupthohlrauaes vorgesehen

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ist bzw. sind, wobei jeder Vorsprung mit einem Schlitz in einer Ebene senkrecht zu der Magnetronachse geschlitzt ist, während zumindest ein dielektrisches Glied von einem in der Form eines Sektors oder abgestumpften Sektors gestalteten dielektrischen Körper vorgesehen ist, der durch das Drehglied getragen und darauf so angebracht ist, so daß dieser bei einer Drehung von diesem durch den Schlitz oder die Schlitze hindurchgeht. Bei einer solchen Konstruktion weist das Drehglied vorteilhafterweise die Form eines Flansches oder einer Scheibe mit gleichmäßig mit Abstand angeordneten, in der Form eines Sektors oder abgestumpften Sektors gestalteten Abschnitten aus einem Material auf, das eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante aufweist als der verbleibende Teil des Flansches oder der Scheibe.

In den Fig. 5 und 4 ist in einer ähnlichen Weise wie in den Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Nach den Fig. 3 und 4 ist die Außenwand 4 des Haupthohlraumes mit einem Paar von gleichen, entgegengesetzt angeordneten,' nach innen gerichteten Vorsprüngen 41 vorgesehen (die in Fig.3 gestrichelt sind), so daß die innere Oberfläche der effektiven Wand 4 nach innen abgestuft ist, wo diese auftreten, so daß der radiale Querschnitt, der den elektrischen Feldlinien geboten wird, reduziert und infolgedessen die elektrische Feldstärke in diesen Bereichen wesentlich gesteigert ist. Das Drehglied ist ein Zylinder 5 aus dielektrischem Material, der-auf einer Stirnscheibe 51 angeordnet ist oder einen Teil dieser Stirnscheibe bildet. Die dielektrischen Glieder (die in Fig.3 ebenfalls gestrichelt dargestellt sind), sind durch entgegengesetzt angeordnete Abschnitte 52 des Zylinders ersetzt und bestehen aus einem Material, das eine weeentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der übrige Teil des Zylinders aufweist. Gewünschtenfalls können die dielektrischen Glieder 52 getrenn-■ te Glieder sein, d.h. die anderen Teile des Zylinders 5 können weggelassen werden. Wenn diese Konstruktion gewählt wird, sind

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die voreilenden und nacheilenden Kanten der Glieder ^>2 bevorzugt zugespitzt oder anders kontoriert, um den Luftwiderstand gegen eine Bewegung zu reduzieren. Wenn die Glieder 52 sich in den Stellungen befinden, in denen sie in Fig. y dargestellt sind, befinden sie sich in Bereichen geringster elektrischer Feldstärke und reduzieren infolgedessen die Frequenz des Hohlraumes im geringsten Ausmaß. Wenn sie rechtwinklig zu den in Fig. ρ dargestellten Stellungen angeordnet sind, d.h. wenn sich das Drehglied um 90 aus der in Fig. j> dargestellten Stellung gedreht hat, befinden sich die Glieder 52 in Bereichen maximaler elektrischer Feldstärke und reduzieren infolgedessen die Ilohlr aumf requenz im maximalen Ausmaß.

In den Fig. j? und 4 sind nur zwei einwärts gerichtete Vorsprünge 41 und nur zwei dielektrische Glieder dargestellt. Die Anzahl der Vorsprünge und/oder der dielektrischen Glieder kann jedoch erhöht werden mit der Folge, daß die Zahl der zyklischen Variationen der Abstimmung bei einer Umdrehung des Trägergliedes zunimmt, obgleich eine Zunahme der Anzahl von Vorsprüngen zu einer Abnahme des Frequenzvariationsbereiches führt aufgrund der damit verbundenen Verringerung der Zuname der elektrischen Feldstärke, die durch jeden von diesen hervorgerufen wird.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist die Außenwand des Haupthohlraumes wiederum mit nach innen gerichteten Vorsprüngen 41 vorgesehen, diese sind jedoch in radialer Richtung mit Schlitzen 4-2 geschlitzt. Nach der Zeichnung ist das Drehglied in der Form eines Flansches 6 vorgesehen, der als abgestumpfte Sektoren geformte, gegenüber angeordnete Abschnitte 61 aufweist, die eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der übrige Teil des Flansches aufweisen und die dielektrischen Glieder bilden, wobei der Flansch an einem Tragzylinder 62 auf einer Endscheibe bzw. Stirnscheibe 63 angebracht

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oder an diesem ausgebildet ist. Die Teile des Flansches zwischen den dielektrischen Gliedern 61 können jedoch weggelassen werden. Wenn sich die dielektrischen Gliefer 61 in den Schlitzen 4-2 befinden, haben sie den geringsten Effekt auf die Resonanzfrequenz des Haupthohlraumes (der dann in den Schlitzen ist), wenn sich jedoch das Drehglied um 90 aus der in Fxg. 5 dargestellten Stellung gedreht hat, befinden sie sich in Bereichen des elektrischen Feldes und haben den maximalen Effekt auf die Resonanzfrequenz. Wie in dem Fall der in den Fig. 3 und 4- dargestellten Ausführungsform können mehr als zwei Vorsprünge und/oder dielektrische Glieder vorgesehen sein. Für ein Hochgeschwindigkeitsarbeiten können jegliche geeigneten Einrichtungen, beispielsweise Verstärkungsringe erforderlichenfalls vorgesehen sein, um eine Bewegung der dielektrischen Glieder nach außen unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu verhindern, wenn die Glieder voneinander getrennt sind.

- Patentansprüche 309881/0988

Claims (1)

1. PatentansDrüche

   1/ Koaxiales Magnetron, dadurch gekennzeichnet, daß der koaxial in Resonanz schwingende Haupthohlraum so ausgebildet ist, daß in dessen Innenraum mit Abstand angeordnete Bereiche mit wesentlich verschiedener elektrischer
   Feldstärke vorgesehen sind, und daß in diesem zyklische
   Abstimmungsvariationen durch ein sich drehendes Glied erzeugbar sind, welches zumindest ein dielektrisches Glied
   trägt, welches sich bei einer Drehung des Drehgliedes aufeinanderfolgend durch die mit Abstand angeordneten Bereiche bewegt.

   2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied einen symmetrischen Aufbau aufweist und eine gerade Zahl von dielektrischen Gliedern trägt.

   3. Magnetron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied eine dielektrische Konstruktion aufweist, wobei das dielektrische Glied oder die Glieder von Abschnitten gebildet sind, die aus einem Material bestehen, welches eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der verbleibende Teil des Drehgliedes aufweisen.

   4. Magnetron nach einem der vorhergehenden Ans"Drüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Abstand angeordneten Bereiche mit verschiedener elektrischer Feldstärke
   durch Reduzieren des den elektrischen Feldlinien t>räseiitierten radialen Querschnittes des Hohlraumes über einen oder

   . mehrere Winkelbogen gebildet sind.

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   >. Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung des radialen Querschnittes durch einen oder nelirere leitende Vorsprünge vorgesehen ist, von denen sich ,jeder über einen vorbestimmten Bq^nwinkel erstreckt, die an einer der Kreiswände des Hohlraums angebracht sind und sich zu der anderen Kre.Lswand erstrecken, und daß die dielektrischen Glieder durch ein oder mehrere gebogene dielektrische Gliedbr vorgesehen sind, die an dem Drehglied so angebracht sind, daß jedes von diesen bei einer Drehung von diesem in Längsrichtung (endwise) durch den Raum zwischen der abgestuften Hohlraumwand und der anderen Wand des Haupthohlraumes hindurchgeht.

   G. Magnetron nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied in der Form eines Zylinders mit gleichmäßig πit Abstand angeordneten gebogenen Abschnitten aus einem Material, das eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der verbleibende Teil des Zylinders aufweist, vorgesehen ist.

   7. Hagnetron nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche verschiedener elektrischer Feldstärke durch Reduzieren des den elektrischen Feldlinien präsentierten Radialquerschnittes des Haupthohlraumes über einen ocer mehrere Bogenwinkel vorgesehen sind, indem ein, oder mehrere gebogene Vorsprünge an einer der Kreiswände des Hauptkörpers ausgebildet sind, daß jeder Vorsprung mit einem Schlitz in einer Ebene rechtwinklig zur Magnetronachse geschlitzt ist und daß zumindest ein dielektrisches Glied in der Form eines als ein Sektor oder abgestumpfter Sektor gestalteten dielektrischen Körpers vorgesehen ist, der durch das Drehglied getragen wird und auf diesem so angebracht ist, dai er bei einer Drehung von diesem durch den Schlitz oder die Schlitze hindurchgeht.

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   8. Magnetron nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied in der Form eines Flansches oder einer Scheibe mit gleichmäßig mit Abstand angeordneten, in der Form eines Sektors oder abgestumpften Sektors gestalteten Abschnitten aus einem Material, das eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als der.verbleibende Teil des Flansches oder der Scheibe aufweist, vorgesehen ist.

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