DE919774C - Abstimmeinrichtung fuer ein Einkreis-Magnetron - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstimmeinrichtung für Einkreis-Magnetrons. Unter einem Einkreis-Magnetron ist hier ein Magnetron zu verstehen, dessen Resonator im Gegensatz zu demjenigen des Mehrkreis-Magnetrons (sog. Multicavity-Magnetron) aus einem einzigen Hohlraum besteht.

Mit dem Resonator eines solchen Magnetrons läßt sich eine Lecherleitung verbinden, welche gestattet, durch Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften, insbesondere ihrer wirksamen Länge oder der Größe einer an sie angeschlossenen Impedanz, die vom Magnetron erzeugte Frequenz zu verändern. Es kann also insbesondere ein Magnetronsender auf eine gewünschte Sendefrequenz innerhalb eines gewissen Bereiches abgestimmt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung eines besonders großen Abstimmbereiches.

Der Anschluß einer Lecherleitung an den Reso·- nator des Magnetrons hat das Auftreten mehrerer Eigenfrequenzen zur Folge, d. h. für eine gegebene Einstellung des mit der Lecherleitung verbundenen Abstimmsystems sind mehrere Seiidefrequenzen möglich. Dabei stellt sich stets die Frequenz mit den günstigsten Rückkopplungsbedingungen ein, welch letztere bei gegebenem Magnetfeld im wesentlichen von der Anodenspannung abhängen. Ein typisches Beispiel für die Abhängigkeit der Frequenz / (ausgedrückt in- ihrem Verhältnis zur Resonanzfrequenz /₀ des Resonators ohne Lecherleitung) von dem Verhältnis IjX₀ ist in Fig. 1 dargestellt (/ = elektrische Länge der Lecherleitung,

λ₀ = Wellenlänge der Schwingung des Resonators ahne Lecherleitung), und zwar in Form der ausgezogenen Kurven. Der erste Kurvenast (in der Figur links), der die größte Steilheit aufweist, kann praktisch nur für Frequenzen f/f₀ <C ι benutzt werden, weil die Abmessungen des vakuumdichten Gefäßes des Magnetrons ein näheres Heranrücken der längs der Lecherleitung verschiebbaren Kurzschlußbrücke an den Resonator verhindern. Die ίο Abstimmung im Bereich ///„ >· ι muß daher auf dem zweiten Kurvenast erfolgen. Zusammen ergeben diese beiden Äste wohl einen verhältnismäßig großen Abstimmbereich; dieser weist jedoch ungefähr in der Mitte einen Sprung von der tiefsten zur höchsten Frequenz auf. Ein solcher Sprung ist natürlich für die praktische Handhabung des Senders höchst unerwünscht. Soll er vermieden werden, so ist die Abstimmung allein, durcbf Fortschreiten auf dem zweiten Kurvenast vorzunehmen. Dies macht bei den Frequenzen ///„ >■ 1 keine besonderen Schwierigkeiten, wohl aber im Bereich f/f_Q <Ci, da bereits bei f/f₀ «a 0,9 die Abstimmkurve infolge ihrer Krümmung in die Nähe des darüberliegenden dritten Astes kommt, der genau an dieser Stelle eine entgegengesetztgerichtete Krümmung aufweist. Die Folge davon ist eine erhebliche Verkleinerung des nutzbaren Abstimmbereiches wegen der Gefahr des Umspringens der Senderschwingung vom zweiten auf den dritten Ast. Aus betrieblichen Gründen muß noch ein gewisser Sicherheitsbereich eingerechnet werden, welcher eine zusätzliche Verkleinerung des Abstimmbereiches bedingt.

Meist wird natürlich ein möglichst großer Abstimmbereich erwünscht sein,. Dieser Bereich hängt im wesentlichen vom Grad der Ankopplung der Lecherleitung an den Magnetronresonator ab. Der Vergrößerung dieses Kopplungsgrades ist jedoch eine· absolute Grenze gesetzt. Beim Einkreis-Magnetron setzt sich der gesamte Fluß des hochfrequenten Magnetfeldes aus zwei Teilen zusammen, von denen sich der eine zwischen, dem äußeren Mantel des z. B. toroidförmigen Resonators und den die Kapazität des Schwingsystems bildenden, auf der inneren Mantelfläche liegenden Anodensegmenten befindet, der zweite j edoch innerhalb der Anodensegmente im Anoden-Kathoden'-Raum. Nach experimentellen Befunden umfaßt bei einem Magnetron das äußere Feld etwa 6o°/o, das innere Feld etwa 40% des Gesamtflusses. Da sich durch die Kopplung das innere Feld nie erfassen läßt, kann im vorliegenden Fall ein Kopplungsgrad von höchstens 0,6 realisiert werden.

Erfindungsgemäß kann nun der frequenzmäßige, d. h. in. Richtung der Ordinate gemessene Abstand der Kurvenäste nach Fig. 1 im kritischen Frequenzgebiet dadurch erweitert und damit der nutzbare Abstimmbereich vergrößert werden, daß bei Unterteilung der an den Resonator des Magnetrons angeschlossenen Abstimmleitung in mindestens zwei Leitungsabschnitte der erste Abschnitt, welcher den in der Röhre befindlichen. Teil der Lecherleitung mit umfaßt, eine bestimmte feste Länge aufweist, während die Länge des zweiten Leitungsäbschnittes zum Zweck der Frequenzeinstellung veränderbar ist, wobei der zweite Abschnitt einen Wellenwiderstand aufweist, der von demjenigen des ersten Abschnittes stark verschieden ist (etwa ι : 4 bis ι : 10). Die feste Länge des ersten Leitungsabschnittes, d. h. der Abstand zwischen der Eintrittsstelle der Lecherleitung in den Resonator und der Stelle des Wellenwiderstandssprunges beträgt erfindungsgemäß wenigstens angenähert λ_ο/8, 5 λ_ΰ/8, 9 2₀/8 usw., wenn der Wellenwiderstand des zweiten Leitungsabschnittes größer, dagegen 3 2₀/8, 7 λ_ο/8 usw., wenn er kleiner als der Wellenwiderstand des ersten Abschnittes ist. Diese Beziehungen gelten sowohl für eine am Ende kurzgeschlossene als auch für eine offene Abstimmleitung. Von den möglichen Längen des ersten, Leitungsabschnittes ist die Verwendung der kürzesten anzustreben, da dann die vorteilhafteste Wirkung auf die Vergrößerung des Abstimmbereiches ausgeübt wird.

Die Wirkung des erfindungsgemäß angewandten Wellenwiderstandssprunges auf den Verlauf der Abstimmkurven läßt sich ebenfalls in Fig. 1 erkennen. Die gestrichelt gezeichneten Kurven geben das Verhältnis f/f₀ an in Abhängigkeit von der elektrischen Länge der Abstimmeinrichtung unter der Voraussetzung, daß der erste Leitungsabschnitt eine Länge von 3 λ_ο/8 aufweist und daß der Wellenwiderstand des zweiten Leitungsabschnittes Vs von demjenigen des ersten Abschnittes beträgt. Es ist aus der Figur ersichtlich, daß der zur Verwendung in Aussicht genommene zweite Kurvenast im fraglichen Frequenzgebiet, in dem die Sendefrequenz auf den nächsthöheren Kurvenast zu springen neigt, entgegen seinem früheren Verlauf eine Krümmung nach unten erfährt, während der darüberliegende dritte Ast, ebenfalls entgegen seinem früheren, Verlauf, eine Krümmung nach oben, erhält. Es werden somit im kritischen Frequenzgebiet die Kurvenäste frequenzmäßig weiter voneinander entfernt.

Der Wellenwiderstand des in der Röhre befindlichen Teils der Lecherleitung ist relativ hoch, so daß praktisch zur Erzielung eines Wellenwider- i°5 Standssprunges im gewünschten Verhältnis nur die Wahl eines niedrigeren Wertes als Wellenwiderstand für den zweiten Leitungsabschnitt in Betracht kommt. Es wird daher mit Vorteil zumindest der zwecks Frequenzeinstellung in der Länge veränderliehe Teil des zweiten Leitungsabschnittes durch eine niederohmige koaxiale Leitung gebildet, welche über einen Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator mit dem ersten Leitung'sabschnitt verbunden ist. Der erste Leitungsabschnitt selbst wird wenigstens zum Teil durch die in der Magnetronröhre liegende, relativ niederohmige Lecherleitung gebildet. Auf diese Weise läßt sich ein sehr großer Unterschied zwischen den, Wellenwiderständen der beiden Leitungsabschnitte und damit ein sehr günstiger Einfluß auf die· Größe des Abstimmbereiches erzielen. Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Abstimmeinrichtung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es bedeutet 1 den Resonator der Magnetronröhre, 2ü die mit diesem verbundene Lecherleitung, welche zusammen mit den als An-

Schlüsse dienenden Stücken 2 b den ersten Leitungsabschnitt mit relativ hohem Wellenwiderstand darstellt, 3 den als Koaxialleitung ausgebildeten, in seiner Länge veränderlichen zweiten Leitungsabschnitt, 4 den Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator mit seinen beiden Innenleitern 5 und 6. Die Länge des zweiten Leitungsabschnittes 3 ist veränderlich; sie ist gegeben, durch den Abstand zwischen der mit dem Innenleiter verbundenen Kurzschluß feder 7 und dem mit dem Innenleiter 5 des Transformators verbundenen Schleifkontakt 8. Die Veränderung der Leitungslänge des zweiten Abschnittes zum Zweck der Frequenzeinstellung des Senders kann in einfacher Weise durch Drehen der Gewindeachse 9 mittels des Knopfes 10 geschehen, wobei die Parallelführung 11 den Innenleiter des zweiten Leitungsabschnittes gegen Verdrehung sichert und ihn zu einer Verschiebung in Längsrichtung zwingt.

Durch die gezeigte Abwinkelung der Leitungsachse läßt sich eine besonders bequeme Anordnung zur Betätigung der Abstimmeinrichtung gewinnen. Außerdem kann leicht in der Symmetrieachse des Transformators ein Nachstimmorgan angebracht

as werden, welches beispielsweise zur Feinregulierung der Frequenz dienen kann. Dies ist um so eher möglich, als die durch den Wellenwiderstandssprung bedingte erheblich größere Steilheit des zweiten Kurvenastes zur Folge hat, daß für einen bestimmten Abstimmbereich die notwendige Veränderung der Länge des zweiten Leitungsabschnittes wesentlich kleiner ist, als wenn die Leitung homogen wäre. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, zwischen den beiden Innenleitern 5 und 6 des Transformators ein kapazitiv wirkendes Nachstimmorgan anzubringen. Dazu muß durch passende Bemessung des zweiten Leitungsabschnittes dafür gesorgt werden,, daß bei keiner Stellung der Abstimmeinrichtung ein Kurzschluß zwischen die Enden der beiden Innenleiter 5 und 6 transformiert wird, daß sich also an, dieser Stelle stets wenigstens angenähert ein Spannungsbauch befindet.

Ein, Ausführungsbei'spiel für ein Nachstimmorgan ist ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich. Die Nach-Stimmung der Frequenz geschieht durch Drehen des länglichen Metallflügels 13, der über ein Isolierstück 14 auf einer Achse 15 befestigt ist. Zur Vergrößerung der Wirkung können an den beiden Innenleitern 5 und 6 ebene Flächen 5 α und 6 α vorgesehen sein. Mittels der Schraube 16 kann die Eintauchtiefe des Nachstimmorgans in dem Transformator, d. h, der Abstand des Flügels 13 zu den beiden Flächen 5 α und 6 a und damit der gewünschte Bereich der Feinabstimmung eingestellt werden.

Das beschriebene Nachstimmorgan benötigt zur Betätigung nur sehr kleine Kräfte und eignet sich daher vorzüglich zum Antrieb durch einen Servomotor. Es hat ferner den Vorteil, daß der Nachstimmflügel ein quasistationäres Element darstellt, so daß im Sender keine zusätzlichen Eigenfrequenzen auftreten,.

Oft ist es erwünscht, daß der Resonator des Magnetrons galvanisch vom Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator und der koaxialen Leitung getrennt ist, damit eine Modulation oder Tastung der erzeugten Schwingungen, vorgenommen werden kann. Zu diesem Zweck können in die Doppelleitung die Isolierrohre 12 eingebaut werden, deren, elektrische Länge wenigstens angenähert λ/4 beträgt. Für die Modulationsfrequenzen stellen diese sehr kleinen Kapazitäten hohe Impedanzen dar, für die Hochfrequenz des Senders jedoch praktisch einen Kurzschluß. Diese Isolierrohre bestehen mit Vorteil aus· Keramik oder Quarz oder aus anderem Stoff mit großer Dielektrizitätskonstante.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich die Stelle des Wellenwiderstandssprunges gerade beim Übergang von der symmetrischen auf die unsymmetrische Leitung. Diese Disposition ist bei Anwendung einer koaxialen Leitung im zweiten Leitungsabschnitt vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion der Abstimmeinrichtung. Demgegenüber ist es auch möglich, natürlich unter Beobachtung der weiter oben angegebenen. Bedingungen für die Länge des ersten Leitungsabschnittes, die Sprungstelle in die symmetrische Leitung zu legen. Deren Wellenwiderstand zwischen der Sprungstelle und dem in seiner elektrischen Länge veränderlichen Leitungsteil muß dann dem Wellenwiderstand des letzteren,, entsprechen,

Mit einer Anordnung, wie sie den gestrichelten Kurven der Fig. 1 zugrunde gelegt ist, wurde experimentell ein Abstimmbereich realisiert, der sich zwischen / = 0,94/0 und /= 1,14/0 erstreckt, wobei die Frequenz /₀ = 2000 MHz betrug. Dieser Bereich ist in der Fig. 1 durch das strichpunktierte Rechteck umrahmt. Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt geht aus dem Vergleich dieses Rechteckes mit dem punktiert gezeichneten Rechteck hervor, welches zu den ausgezogenen Abstimmkurven und zu demselben Abstimmbereich gehört. Es ist ersichtlich, daß dieses punktierte Rechteck an seiner oberen, Grenze einen Teil des dritten Kurvenastes enthält und an seiner unteren Grenze in der Nähe des ersten Kurvenastes Hegt. Das strichpunktierte Rechteck liegt jedoch gänzlich in genügendem Abstand von den beiden benachbarten Kurvenästen entfernt.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Abstimmeinrichtung für ein Emkreis-Magnetron zum symmetrischen Anschluß an dessen Resonator, welche aus mindestens zwei Leitungsabschnitten besteht, von denen der zweite zwecks Einstellung der Schwingfrequenz in seiner elektrischen Länge veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei te Leitungsabschnitt einen Wellenwiderstand aufweist, der iao erheblich verschieden ist von demjenigen, des ersten Abschnittes, und daß die Länge des -ersten

   Abschnittes wenigstens annähernd -^- (2»—1)

   beträgt, worin η eine kleine ganze Zahl bedeutet, welche ungerade ist, wenn der Wellenwiderstand

   des zweiten Abschnittes größer ist als derjenige des ersten Abschnittes, dagegen gerade, wenn er kleiner ist als derjenige des ersten Abschnittes.
2. 2. Abstimmeinrichtung· nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt

   einen wesentlich kleineren Wellenwiderstand als der erste aufweist, wobei mindestens der in seiner Länge veränderbare Teil des zweiten Abschnittes als koaxiale Leitung ausgebildet ist, ίο welche über einen Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator mit dem symmetrischen Teil der Einrichtung verbunden ist.
3. 3. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des symmetrischen Teils und des unsymmetrischen Teils rechtwinklig zueinander stehen.
4. 4. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Symmetrieachse des symmetrischen Teils ein Organ zur Feinregulierung der Frequenz angeordnet ist.
5. 5. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ einen kapazitiv wirkenden, gegenüber den Innenleitern des Symmetrie- Unsymmetrie - Transformators drehbaren Flügel enthält. as
6. 6. Abstimmeinrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Innenleiter des Transformators an den Stellen, die dem drehbaren. Flügel benachbart sind, ebene Flächen aufweisen.
7. 7. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Abstimmflügel und den Innenleitern veränderbar ist.
8. 8. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichstrom- und niederfrequenten Trennung des Magnetronresonators vom Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator in jeden Leiter der symmetrischen Leitung kapazitive Trennglieder eingebaut sind, welche eine elektrische Länge von wenigstens angenähert λ_ο(4 aufweisen.
9. 9. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierung für die Trennglieder dünnwandige Keramik- oder Quarzrohre verwendet werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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