DE954803C - Anordnung zur Anpassung eines Resonators niedriger Impedanz an einen Hohlleiter mit hoher Impedanz - Google Patents

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.

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. Von

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.

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.

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.

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.

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.

An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert.

Fig. ι zeigt einen Schnitt durch die Anode eines Mehrfachhohlraummagnetrons und die Ankopplung gemäß der Erfindung an einen Hohlleiter;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Fig. 1 längs der Linie 2^x-2*; in

Fig. 3 wird ein Teil des Magnetrons mit einer Änderung des Kopplungsloches wiedergegeben.

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.

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-

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.

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.

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.

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.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Anpassung eines Resonators niedriger Impedanz an einen Hohlleiter mit hoher Impedanz, bei welcher die Kopplung durch eine vom Resonator ausgehende öffnung und ein Paar sich von den entgegengesetzten Oberflächen des Hohlleiters zueinander erstreckender Flügel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die benachbarten Flächen der Flügel von der öffnung aus geradlinig und im wesentlichen parallel über ungefähr eine Viertelwellenlänge der Mittelfrequenz des Fre-·."
bandes erstrecken und anschließend mit iiumtr größer werdendem Abstand auf die Oberfläche des Hohlleiters treffen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergrößern des- Abstandes zwischen den Flächen der Flügel im wesentlichen exponentiell erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kopplung eines Hohlraumresonators eines Magnetrons mit einem Hohlleiter, in welchem die Flügel angeordnet sind, der Hohlleiter evakuiert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Resonator ausgehende Öffnung mit der Achse des Hohlleiters einen Winkel bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Gerhard M e g 1 a , »Dezimeterwellentechnik«, Leipzig, 1952, S. 73.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

15 609 546/317 6.56 (609 716 12.56)