DE2163860A1 - Hochfrequenzkreis für eine Elektronenröhre - Google Patents

Description

Hochfreq.uenzkreis für eine Elektronenröhre

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenröhren zur Erzeugung oder Verstärkung von Höchstfrequenzwellen, insbesondere auf Magnetronröhren.

Diese Röhren, die einen hohen Wirkungsgrad haben, weisen den praktischen Nachteil einer schwierigen industriellen Herstellung auf, der sich insbesondere aus der Struktur ihrer Hochfrequenzelektrode oder Anode ergibt. Diese zylindrische Elektrode enthält eine gewisse Anzahl von auf ihrer Innenseite verteilten offenen Resonanzhohlräumen, deren gegenseitige elektromagnetische Kopplung im Pail der normalen Betriebsart sehr schwach ist und deren unerläßliche Abstimmung auf die gleiche Frequenz demzufolge eine große Präzision bei der Bearbeitung erfordert, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und einer Verringerung der Fertigungsleistung führt.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die Anode des Magnetrons auf einer großen Anzahl von verschiedenen Frequenzen in Resonanz sein kann, die außer der erwünschten

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.nutzbaren Schwingungsform, die später unter der Bezeichnung π -Schwingungsform ,beschrieben wird und eine hohe Kopplung mit der Last ergibt, verschiedenen andesen Eigenresonanzformen entsprechen, die im allgemeinen nur wenig mit der Last gekoppelt sind und demzufolge einen hohen Gütefaktor aufweisen können; es besteht dann die Gefahr, daß der Betrieb bei der nutzbaren Schwingungsform gestört wird, und Unregelmässigkeiten■im Betrieb verursacht werden, die "Schwingungaformspriinge" genannt werden können.

Schließlich weisen die Magnetronröhren einen dritten Nachteil auf, der gleichfalls mit der Struktur ihres Hochfrequenzkreises verknüpft ist, nämlich den Nachteil eine3 begrenzten Ausgangsfrequenzbandes, was dazu führt, daß bei bestimmten Anwendungen fällen diese Röhren zu Gunsten von anderen Röhren au!? ge go ban werden, die zwar teurer sind und einen geringeren Y/irkungsgrad haben, aber größere Möglichkeiten hinsichtlich der Wahl der Sendefrequsnz bieten.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Anode, mit der diese Nachteile überwunden werden,wobei der Grundgedanke darin besteht, der üblichen Hochfrequenzstruktur der Hauptanode eine davon getrennte zwei te periodische Struktur zuzuordnen, die mit der ersten Struktur entweder durch eine elektrische Kopplung oder durch eine magnetische Kopplung oder durch eine gemischte Kopplung gekoppelt ist.

Nach der Erfindung ist ein Hochfrequenzkreis für eine Versfärker- oder Oszillator-Elektronenröhre vom Magnetron-Typ mit zwei Hochfrequenzstrukturen nämlich einer Hauptstruktur und einer Sekundär struktur, die parallel zueinander auf einer zylindrischen Wand angeordnet sind und jeweils Leiterelemente aufweisen, zwischen denen gleiche Zwischenräume bestehen, welche der Sitz von ele'tctro-

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magnetischen Feidern sein können, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Leiterelemente der Sekundärstruktur eine elektromagnetische Kopplung zwischen zwei benachbarten Zwischenräumen der Hauptstruktur ergibt, wenn im Betrieb die Leiterelemente der Haupt struktur die gleichen und entgegensetzten elektrischen Polaritäten haben.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen.:

Fig.1 und 2 einen Teil des Hochfrequenzkreises einer Röhre nach der Erfindung im Schnitt und in Vorderansicht,

Fig.3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 perspektivische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung,

Fig.10 einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform, , die eine Änderung der Betriebsfrequenz ermöglicht, und

Fig.11 eine schematische Ansicht eines Magnetrons gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 und 2 zeigen im Schnitt und in Stirnansicht einen Teil einer Hochfrequenzstruktur einer Rohre nach der Erfindung.

Die Hau pt st-ru klar oder Hau pt hochf requenzleit ung 8 besitzt Zwischenräume 1, 2,-3, die Resonanzhohlräume bilden und voneinander durch Wände 4, 5, 6, 7 getrennt sind, die in der folgenden Beschreibung durchwegs Flügel genannt werden sollen, obgleich aie auch kompaktere Ausführungsformen annehmen können, die eher Stäben entsprechen. Die Anzahl der Tlügel, die gleich der Anzahl der von ihnen abgegrenzten Hohlräume entspricht, legt rings um den Umfang der Hauptstruktur eine räumliche Periodizität der Hohlräume fest,

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die von dieser Anzahl abhängt wxd "Grund per iode" genannt wird,

Erfindungsgemäß ist eine zweite Struktur (Sekundärstruktur oder Sekunäärhochfrequenzleitung) 9 konzentrisch zu der ersten Struktur so angeordnet, daß ihre Flügel 10, 11, 12 usw. mit ihren Achsen in der Symmetrieebene von jeweils einem der Hohlräume 1, 2, 3 liegen.

Die Kombination dieser beiden Strukturen, die sich bei allen teschriebenen Ausführungsforraen wiederfindet, ergibt eine räumliche Periodizität, die der Hälfte der Grunäperiode entspricht, da jeder Hohlraum praktisch in zwei Hohlräume unterteilt ist.

Eine solche Anordnung hat die folgende Wirkungsweise:

Wenn man die' Hauptleitung 8 betrachtet, bestimmt die Ausbreitung einer Höchstfrequenzwelle darin, für eine bestimmte Frequenz am Ende der Flügel 4, 5 und 6 elektrische Augenblicksspannungen von gleichem Wert und entgegengesetzten Polaritäten von einem Flügel zum nächsten, was für die Welle einem Schwingungszustand entspricht, der um einen Phasenwinkel von 180° oder rr Bogengraden phasenverschoben ist; dieser Ausbreitungstyp wird "' π -Sebwingungsform" genannt und bildet die brauchbare Schwingungsform für den normalen Betrieb des Magnetrons.

Wenn man für diese Betriebsart beispielsweise die Kraftlinien des entsprechenden Hochfrequenz-Magnetfelds darstellt, wie bei 13, 14, 15 gezeigt ist, hat die aus dem Hohlraum austretende elektromagnetische Energie einen Fluß gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung wie die im gleichen Zeitpunkt in den Hohlraum 2 eintretende elektromagnetische Energie.. ·

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Jede geometrische Unsymmetrie in den Resonanzhohlräumen führt zu einer Störung dieser Schwingungsform, denn es besteht keine Kopplung zwischen denHohlräumen, welche diese örtlichen Unregelmäßigkeiten kompensieren könnte.

Die zweite Struktur 9 hat die Aufgabe, dieser schädlichen Erscheinung durch Ausbildung einer elektromagnetischen Kopplung zwischen den Hohlräumen entgegenzuwirken. Wie bereits erwähnt wurde, liegt die Achse jedes Flügels 10 , 11, 12 usw. dieser zweiten Struktur jeweils in der Symmetrieebene eines Resonanzhohlraums, und zwar bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.1 an einem der Außenränder dieses Hohlraums.

Wenn alle Hohlräume einander geometrisch gleich sind, findet der Betrieb in der π-Schwingungsform statt, und er wird durch das Vorhandensein der Flügel der zweiten Struktur nicht verändert; zwischen zwei benachbarten Flügeln der zweiten Struktur hat nämlich der aus dem halben Flügelzwischenraum 20 austretende Energiefluß die gleiche G-röße wie der in den anderen halben Flüge!Zwischenraum 21 eintretende Energie fluß, und die algebraische Summe dieser Flüsse ist Null; in der zweiten Struktur läuft somit keine Energie um.

Wenn dagegen infolge einer geometrischen Unrelgemäßigkeit der Hohlräume die ττ-Schwingungsform gestört ist, besteht ein Ungleichgewicht zwischen den eintretenden und austretenden Flüssen, und die Resultierende der algebraischen Summe der Flüsse an der zweiten Struktur ist nicht mehr Null, wodurch das Erscheinen eines elektrischen Stroms und die Ausbreitung einer bestimmten Energiemenge verursacht wird, was einer Kopplung entspricht, also der gewünschten gegenaeitigen Abhängigkeit der Hohlräume der Haupt struktur.

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Somit wird der gewünschte Betrieb i» der π-Schwingungsform dadurch wieder hergestellt, daß zu der Haupthochfrecjuenzstruktur eine zweite Struktur hinzugefügt ist, die mit ihr gekoppelt ist, und deren Einwirkung den Einfluß der geometrischen Unregelmäßigkeiten der Hauptstruktur korrigiert; die zweite Struktur erMchtert die Wellenausbreitung rings um die Anode, die in der Umgebung der π-Schwingungsform kritisch ist.

Es ist zu'bemerken, daß die Kopplung der zweiten Struktur mit der Hauptstruktur 8 eine zweite Wirkung aufweisen kann, nämlich die Wirkung einer geringfügigen Änderung der Frequenz, ™ die der rr-Schwingungsform der Gesamtanordnung entspricht,

gegenüber-der Frequenz der ττ-Schwingungsform der Hau ptstruktur allein. :

Schließlich kann eine dritte Wirkung bastenen: In der Nähe des Arbeitspunktes erfolgt die Ausbreitung der elektromagnetischen Energie entlang jeder der beiden Strukturen in entgegengesetzten Richtungen; die "Streuungskurve" dieser Strukturen haben also Neigungen von entgegengesetztem Vorzeichen.

Fig.l zeigt eine Abänderung der Anordnung von Fig.1, bei der ein Material 22, das zur Erzielung einer maximalen | Absorptionswirkung gewählt ist, in"öfer Mate der Flügel der

zweiten Struktur angebracht ist. Bei der dargestellten Ausführung ist die Verwendung eines Materials, wie .Kanthai angenommen, das direkt durch ein MetalIspritzverfahren auf die Flügel aufgebracht ist.

Diese Ausführungsform hat den Zweck, der zuvor erwähnten zweiten Erscheinung entgegenzuwirken, die den Hoch— frequenzstrukturen der Magnetrons zu eigen ist, nämlich der Möglichkeit der Ausbildung von Schwingungsformen, die

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von der gesuchten π-Schwingungsform verschieden sind. Diese schädlichen Schwingungsformen, die zum Erscheinen von Störfrequenzen in der von der Röhre abgegebenen Hochfrequenz führen, ergeben aber, im Gegensatz zu der nutzbaren π -Schwingungsform, keine Result ie rende Null der elektromagnetischen Energie an der Stelle jedes Elements der zweiten Struktur , so daß diese der Sitz einer merklichen Wellenausbreitung ist. Dieser Unterschied in der Verteilung der Felder, die der π-Sehviingungs-· form bzw. den Stör Schwingungsformen entspreche α, ergibt die Möglichkeit, die zweiten Schwingungsformen ohne Dämpfung der ersten Schwingungsfora zu absorbieren, wodurch verhindert wird, daß der Hochfrequenzkreis teilweise auf anderen Schwingungsformen als der π-Schwingungsform arbeitet..

Der Betrieb in der "u -Schwingungsform allein ist somit durch die Vernichtung der entsprechenden S.^örenergie durch ohrosche Verluste in denj absorbierenden Material bestimmt, mit dem die zweite Struktur ausgestattet ist»

Offensichtlich kann auch jedes andere Material verwendet werden, das infolge seiner Zusammensetzung oder Form die Eigenschaft hat, elektromagnetische Energie zu absorbieren.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform., bei der die !flügel der zweiten Struktur mit einen Absehlußplättchen 23 versehen sind, das die Kapazität, also die Kopplung mit der Haupthoch frequenzßtruktur vergrößert:. . -

Die In P ig.4 dirge stellte Ausführungsform ist aus derjenigen von Fig.3 durch Verdoppelung derHaupthoehfrequenzstruktur symmetrisch zu der Ebene der zweiten Struktur erhalten worden; die Flügel der »weiten Struktur liegen dann in dieser Mittelebene, und da es notwendig ist., Ihre .gegenseitige Kopplung

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zu gewährleisten, muß in der Wand jedes Hohlraums eine Öffnung 24 angebracht werden. Die starke Kopplung zwischen . den beiden Strukturen ist dann magnetischer Art.

Pig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die aus derjenigen von Fig.4 durch Fortlassen der Abschlußplättchen gebildet ist; dis Kopplung zwischen den Flügen 25 der zweiten Struktur erfolgt dann direkt über elektromagnetische Felder, die in den Wechselwirkungsraum greifen.

^ In Fig.6, 7 und 8 sind drei weitere Ausführungsformen dargestellt, die alle drei von derjenigen von Fig.5 abgeleitet sind, von der sie sich dadurch unterscheiden, daß die Flügel der mit der Haupthochfrequenzstruktur gekoppelten zweiten Struktur· außerhalb der zylindrischen Fläche der Hauptstruktur und nicht in deren innerem liegen; zur Gewährleistung der Kopplung zwischen den beiden Strukturen sind * Öffnungen 26, 27 notwendig.

Bei der Anordnung von F^g.4 haben' die Flügel 25 eine solche Länge, daß zwischen ihnen geschlossene Resonanzhohlräume 28 bestehen, über welche die Kopplung erfolgt; diese -Resonanz—, hohlräume sind bei der richtigen Betriebsart normalerweise ψ frei von elektromagnetischer Energie.

Bei der Anordnung von Fig. 8 erstrecken sieh diese Hohlräume, teilweise in die Wände der Hohlräume der Haupt struktur.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, .die dem Prinzip von F-ig.t entspricht, wobei aber jeder am Rand der Haupthochfrequenzstruktur angeordnete Flügel mit einem zusätzlichen, im rechten Winkel angeordneten Schenkel 30 versehen ist, der ^ ei Ls zwischen die Wände des zugeordneten ResOnanzhohlraums eintritt, wodurch die Kopplung zwischen

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den beiden Strukturen, die in diesem Fall hauptsächlich von elektrischer Art ist, merklich vergrößert wird.

Fig.10 zeigt eine Abänderung der Anordnung von Fig.9, bei der die Eindringtiefe des zusätzlichen, rechtwinklig abgebogenen Schenkels durch eine nicht dargestellte mechanische Verstellvorrichtung für eine relative Verstellung dei\beiden Strukturen veränderlieh gemacht ist. Das Ergebnis einer solchen Verstellung ist eine- Änderung der Frequenz der Hochfrequenzwelle, bei der die Ausbreitung in der π -Schwingungsform erfolgt.

Die Änderung der Frequenz in der ττ-Schwingungsform und die optimale Kopplung zwischen den beiden Strukturen, die für die Aufrechterhaltung der ττ-Schwingungsform notwendig ist, hängen beide von elektrischen Größen ab, die mit der Eindringtiefe des beweglichen - -Schenkels verknüpft sind. Damit die* beiden Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden, weist der Schenkel ein besonderes Profil 31 auf, das entsprechend einer theoretisch oder experimentell bestimmten Kurve ausgebildet ist und gewährleistet, daß bei jeder Zwischeneindringtiefe die optimale Kopplung im ganzen entsprechenden Frequenzband beibehalten wird. ·/.

Die Kombination einer beweglichen zweiten Struktur mit der Haupthochfrequenzstruktur eines Magnetrons ermöglicht somit die Ausbildung einer Elektronenröhre mit veränderlicher Frequenz.

Fig.11 zeigt sehr schematisch eine Schnittansicht eines Magnetrons mit einer Hochfrequenzstruktur nach der Erfindung. Es handelt sich hierbei um eile Struktur der in Sg*5 gezeigten Art; natürlich ist jede andere beschriebene Struktur und insbesondere auch eine bewegliche Struktur der in Fig.10 gezeigten Art für die Ausbildung eines Magnetrons in dieser Weise verwendbar.

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BAU

Die verbesserte Hochfrequenzs truktur 51 -umgibt die Katode 50; Kopplungsschleifen zur Zuführung und Abnahme der Ilochfrequenzenergie sind schematisch bei 52 und 53 dargestellt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Pate η t a na prüche

   l.jHoehfrequenzkreis für eine Verstärker- oder Oszillator-Elektronenröhre vom Magnetroη-Typ mit zwei Hochfrequenz-■"strukturen, nämlich einer Hauptstruktur und einer Sekundärstruktur, die parallel zueinander auf einer zylindrischen Wand angeordnet sind und jeweils leiterelemente aufweisen, zwischen denen gleiche Zwischenräume bestehen, welche der Sitz von elektromagnetischenFeldern .sein können, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Leiterelemente der Sekundärstruktur eine elektromagnetische Kopplung zwischen zwei benachbarten Zwischenräumen der Hauptstruktur ergibt, wenn im Betrieb die leiterelemente der Hau pt struktur die gleichen und entgegengesetzten elektrischen Polaritäten haben.

   ?.♦ Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der Sekundärstruktur in den die Zylinderachse enthaltenden S ymmärie ebenen der Zwischenräume der Hauptstruktur derart angeordnet sind, daß diese Zwischenräume jeweils in zwei unterteilt werden.

   3. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der beiden Hochfrequenzstrukturen auf der gleichen Seite der zylindrischen Wand angeordnet sind.

   4. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der beiden Hochfrequenzstrukturen auf der einen bzw. der anderen Seite der zylindrischen Wand angeordnet sind.

   5. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume durch Öffnungen oder Löcher in Verbindung miteinander gebracht sind.

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   6. Hochfrequenzkreis nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume Abmessungen haben, welche JiQ gleichzeitige elektromagnetische Resonanz bei der gleichen Frequenz gewährleisten.

   7. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Leiterelemente von wenigstens . einer der beiden Strukturen mit einem elektromagnetische
   Energie absorbierenden Material versehen ist.

   8. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der Hauptstruktur und der Sekundärstruktur relativ zueinander verstellbar sind.

   9. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Verstellung eine Verschiebung in der Richtung parallel zur Zylinderachse ist.

   10. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichen Zwischenräume der Sekundärstruktur sich
   wenigstens teilweise in einen im Innern der Leiterelemente der Hauptstruktur gebildeten Raum erstrecken.

   11. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der Sekundärstruktur die Form von
   Stäben oder Fingern haben, die außerhalb der benachbarten Zwischenräume der Hauptstruktur liegen.

   12. Hochfrequenzkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe oder Finger T-förmig in einem senkrecht dazu liegenden Stab oder Steg enden, der parallel zu einem Außenrand der Leitereletnente der Hau pt struktur liegt.

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   13. Hochfrequenz kreis nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, -daB die Leitexelfimente der Sekundärstruktur die Form von Plättchen hahe:.n, rfile im Innern der benachbarten Zwischenräume tier Haupt strulktur liiegen. - ' · -

   14-, ilDchf requen ζ kr?eis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemejate der Sekundärstruktur die Form von Stäben oder Fingern haben, die im Inneren der benachbarten Zwischenräume der Hauptstruktur liegen;

   15. Hochfrequenz kreis nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente der Sekundär struktur T-förraig' in einem senkrechten Stab oder Steg enden, der parallel zu einem Außenrand der Leiterelemente der Haupt struktur liegt, die •Öffnungen gegenüber den Enden der senkrechten Stäbe oder Stege zur Erzielung einer Kopplung zwischen den Stäben oder Stegen aufweisen. *

   16. Höchstfrequenz-Elektronenröhre, gekennzeichnet durch einen Hochfrequenzkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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   L e e r s e it e