DE853030C - Magnetron mit hochfrequenzfreier Kathode - Google Patents

Description

Gewisse Magnetrontypen besitzen einen vom Elektronenmechariismus angeregten Hohlraumresonator, dessen hochfrequentes Magnetfeld die Kathode völlig umfaßt. Es besteht daher die Möglichkeit, daß in der Kathode eines solchen Magnetrons ein hochfrequenter Strom erregt wird, der das Heizleitungssystem anregt, wobei umgekehrt diese Kopplung eine unerwünschte Beeinflussung des eigentlichen Resonators zur Folge haben kann.

Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Magnetrontyp besitzt beispielsweise einen Resonator i, dessen hochfrequente Felder (die magnetischen Feldlinien sind durch die kleinen Kreise 2 angedeutet), abgesehen von schwachen Streufeldern in der nächsten Umgebung der beiden Durchtrittsöffnungen 3 der Heizleitung 4 durch den Resonator i, vollständig im Hohlraum 5 des Resonators ι verlaufen. Es sollte daher grundsätzlich alles, was außerhalb dieses Resonators liegt, z. B. ao äußere Röhrenkonstruktion, Permanentmagnet, Gehäuse usw., keinerlei Einfluß auf den Mechanismus des Schwingungsvorganges haben.

Da auf der Heizleitung 4 aber ein durch das hochfrequente Magnetfeld erregter Strom einerseits »5 in den Resonatorraum hinein- und anderseits aus diesem herausfließen kann, muß auf Grund der Feldgleichungen auch ein Strom auf der Außenhaut des die Kathode umgebenden Resonators 1 fließen, wie dies in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet ist.

Über diesen Strom auf der Außenhaut werden aber die Störungen des Außensystems ins Innere des Hohlraumes gekoppelt, so daß all die bekannten Störerscheinungen, wie Handempfindlichkeit, Koppelwellen, Frequenzbeeinflussung usw., auftreten können.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetron, dessen Kathode von einem hochfrequenten Magnetfeld, das innerhalb eines den Elektronenmechanismus anregenden Hohlraumresonators verläuft, umschlossen ist, wobei der Hohlraumresonator in Richtung der Kathodenachse kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der erzeugten Grundfrequenz bemessen ist.

Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung von Hochfrequenzströmen im Kathodenkreis die Länge des vom hochfrequenten Magnetfeld umgebenen Kathodenteils mindestens gleich der Wellenlänge der niedrigsten im Magnetron erzeugten Frequenz gewählt.

Weil das die Kathode umschließende hochfrequente Magnetfeld eine räumliche Ausdehnung in Richtung der Kathodenachse von höchstens einem Viertel der Wellenlänge der Grundfrequenz haben kann, da die Ausdehnung des Resonators in Kathodenachsenrichtung selbst höchstens ein Viertel dieser Wellenlänge betragen darf, so muß die Kathode durch Wendelung oder Faltung innerhalb des vom hochfrequenten Magnetfeld umschlossenen Raumes auf die verlangte Länge gebracht werden.-

Handelt es sich um eine direkt geheizte Kathode, so wird diese als Drahtwendel ausgebildet, und falls es sich um eine indirekt geheizte Kathode, handelt, so ist nebst der Wendelung des Heizdrahtes die Kathode entweder selbst als Wendel auszubilden, oder es ist die zylindrische Kathode in Form eines balgähnlich gefalteten Rohres (Tombakrohr) auszuführen.

Die Überlegungen, die zu der vorgeschlagenen Kathodendimensionierung führen, finden ihre Begründung in den folgenden theoretischen Betrachtungen :

In jedem Längenelement des von dem hochfrequenten Magnetfeld 2 des Resonators ii umfaßten Teils D einer Kathodenwendel 4, welche gemäß Fig. 2 durch die öffnungen 3 des Resonators 1 tritt, wird ein Strom induziert. Jedes L'ängenelement wird dadurch zur Quelle einer längs des Wendelleiters wandernden Welle, die sich mit Lichtgeschwindigkeit nach rechts und links ausbreitet. Der Stromfluß an irgendeiner Stelle der Wendel setzt sich demnach aus dem an dieser Stelle direkt induzierten Strom und der Summe aller Wanderwellenströme zusammen. Da die Wellenausbreitung auf derartigen Spulenleitungen so vor sich geht, daß der Strom mit Lichtgeschwindigkeit längs des Drahtes läuft, ist in der Art des Stromflusses kein Unterschied gegenüber dem geraden Draht. Nur muß beim Vergleich von Wendeln verschiedener Windungszahl darauf geachtet werden, daß pro Längeneinheit des Wendelleiters um so weniger Strom induziert wird, je mehr Windungen vorhanden sind, da ja die axiale Länge D der Kathode und damit die Gesamtinduktion längs dieser axialen Länge konstant ist.

Rechnet man das Koordinatensystem von der Kathodenmitte aus, so wird durch das Magnetfeld in allen Längenelementen dx₀ an Orten X₀ zwischen — X₁ und + X₁ eine Welle

i = k · — dx_o cos J oj t

2π

x_o χ)

erregt, wobei L die Länge der Kathodenwendel zwischen —X₁ und + X₁ bedeutet. Der hochfrequente Gesamtstrom auf dem Kathodenleiter und damit auch auf der Heizzuleitung wird dann:

■ α ^D C ί

ι = k I cos 0

— x) dx_o

2 π

= k · D · sin I cos I a>t

[nL λ J V ^λ

Man sieht, daß .die Amplitude dieser Welle mit wachsender Wendell'änge L abnimmt und bei Längen L von mehr als einer Wellenlänge λ klein bleibt, was durch die Erfindung angestrebt wird. In Wirklichkeit liegen die Verhältnisse noch günstiger, da ein kleines Streufeld des hochfrequenten Magnetfeldes auch die unmittelbar außerhalb des Resonators liegenden Kathodenteile noch erregt und damit zur weiteren Schwächung des Kathodenstromes beiträgt.

Fig. 3 zeigt eine solche glockenförmige Anregungskurve der Kathodenwendel, und Fig. 4 gibt den Amplitudenverlauf A der Welle in Abhängigkeit von dem Verhältnis —wieder. Für eine Katho-

λ

denwendel, deren Länge der Wellenlänge entspricht oder diese übertrifft, wird die Anregungsamplitude kleiner als 1 °/o des Maximalwertes.

Es seien nun noch einige speziell vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Fig. 5 bis 7 erläutert.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer direkt geheizten Kathode. Ein Wolframdraht 51 ist zu einer Wendel gewickelt, die bei vorgeschriebenem Durchmesser eine gewisse Mindestzahl von Windüngen aufweisen muß, damit die erfindungsgemäße Minimallänge der Kathode erzielt wird. Der Wolframdraht kann auch beispielsweise mit einem Nickeldraht 52 umwickelt und mit einer emittierenden Oxydschicht überzogen sein, wobei diese Wicklung 52 in Fig. 5 nur stellenweise eingezeichnet ist und die Oxydschicht nicht dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer indirekt geheizten Kathode. In einem Keramikröhrchen 61 befindet sich eine Heizwendel 62, beispielsweise aus Wolframdraht. Die Länge dieser Heizwendel 62 innerhalb des vom hochfrequenten Magnetfeld umschlossenen Raumes muß dabei der erfindungsgemäßen Minimalbedingung genügen, ebenso wie die auf der Außenseite des Keramik-

röhrchens 61 aufgebrachte, mit Oxydüberzug versehene Xickelwendel 63.

Fig. 7 endlich zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer indirekt geheizten Kathode. Eine Heizwendel 71, beispielsweise aus Wolframdraht, die wiederum der erfindungsgemäßen Minimalbedingung genügen muß, ist von einer zylindrischen, balgähnlich gefalteten Kathode 72, beispielsweise aus Molybdänblech, umschlossen, die in Fig. 7 in der linken Hälfte aufgeschnitten dargestellt ist. Da aber die Ausdehnung des Resonators in Richtung clerKathodenachse sehr oft nur ungefähr ein Zehntel der erzeugten Wellenlänge beträgt, so ist es bei diesen balgähnlich gefalteten Kathoden technisch etwas schwierig, die nötige Kathodenlänge in dem vom hochfrequenten Magnetfeld umschlossenen Raum unterzubringen. Deshalb wird diese Ausführungsform der Kathode vorteilhaft dann verwendet, wenn die Ausdehnung des Resonators in Kathodenachsenrichtung etwa einem Viertel der erzeugten Wellenlänge entspricht.

Bei den direkt geheizten Wendelkathoden gemäß Fig. 5 besteht die Möglichkeit, daß sich die Wendelmitte wegen mangelhafter Wärmeableitung stärker erhitzt als die Wendelenden. Dies läßt sich aber durch Vergrößern der Drahtoberfläche in den mittleren W'endelteilen, z. B. zusätzlic'he Wicklung aus Nickeldraht über der Spirale 52 in Fig. 5 (nicht gezeichnet), vermeiden, wodurch sich sowohl die Wärmeabstrahlung als auch die seitliche Ableitung in der Wendelmitte vergrößern läßt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Magnetron, dessen Kathode von einem hochfrequenten Magnetfeld, das innerhalb eines den Elektronenmechanismus anregenden Hohl¹ raumresonators verläuft, umschlossen ist, wobei der Hohlraumresonator in Richtung der Kathodenachse kleiner als ein Viertel d"er Wellenlänge der erzeugten Grundfrequenz bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Hochfrequenzströmen im Kathodenkreis die Länge des vom hochfrequenten Magnetfeld umgebenen Kathodenteils mindestens gleich der Wellenlänge der niedrigsten in dem Magnetron erzeugten Frequenz gewählt ist.
2. 2. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt geheizte Kathode als Wendel ausgebildet ist, durch welche der Heizstrom fließt.
3. 3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt geheizte Wendelkathode mit einer Wendel umwickelt ist, an welcher eine emittierende Oxydschicht haftet.
4. 4. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel, zur Vermeidung der Ül>erhitzung der Wendelmitte gegenüber den Wendelenden, in den mittleren Wendelteilen mindestens mit einer zusätzlichen Wendel aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit umwickelt ist.
5. 5. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekt geheizte Kathode aus einer auf ein Keramikröhrchen gewickelten Wendel besteht, wobei der Heizstrom durch eine im Innern des Keramikröhrchens verlaufende Wendel fließt.
6. 6. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekt geheizte Kathode aus einem zylindrischen, balgähnlich gefalteten metallischen Röhrchen l>esteht, in dessen Achse die den Heizstrom führende Wendel verläuft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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