DE1068324B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine gasdichte, für Hochfrequenzwellen durchlässige Fensteranordnung für Koaxialleitungen.

Bei einer gasdichten, für Hochfrequenzwellen durchlässigen Fensteranordnung für Koaxialleitungen ist erfindungsgemäß als Fenster ein wellendurchlässiger dielektrischer Zylinder mit seiner Längsachse wesentlich parallel zum Innenleiter der Übertragungsleitung vorgesehen und auf dem Innenleiter ist ein metallischer Flansch angeordnet, welcher mit dem einen Ende des Zylinders verbunden ist, und das Verhältnis des Innendurchmessers des Außenleiters zum Außendurchmesser des Innenleiters im Bereich des Fensters ist gegenüber den anschließenden Abschnitten vergrößert.

Die erfindungsgemäße Fensteranordnung besitzt Breitbandcharakter und gestattet zufriedenstellendes Arbeiten auch bei mittelhohen Leistungen, ohne daß, infolge der Spannungsbeanspruchung des Fensters, sich Überschläge und Durchbrüche desselben ergeben.

In einer Koaxialleitung liegt das elektrische Feld in senkrecht zu der Leitung sich erstreckenden Ebenen. Bei der erfindungsgemäßen Fensteranordnung wird durch Anwendung eines hohlzylindrischen axialen dielektrischen Fensters vermieden, daß sich die dielektrische Trennwand in ihrer hauptsächlichen Ausdehnung in Richtung des elektrischen Vektors erstreckt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß in der Querschnittsebene eines Hohlleiters liegende Isolatoren, wenn ein höherer Leistungstransport stattfindet, Anlaß zu Funkenbildung und Überschlägen geben.

Bei bekannten Koaxialleiteranordnungen hat man auch dielektrische Trennwände verwendet, die sich teilweise in Axialrichtung erstrecken. Man hat jedoch hierbei nicht auf das Vermeiden von sich in der Querschnittsebene des Hohlleiters erstreckenden Isolatorabschnitten Wert gelegt.

Es ist auch bekannt, koaxial zueinander verlaufende Hohlleiter, die von Rechteck- oder Kreisquerschnitt sind und Hohlwellen ausnutzen, welche einen sich von der einen Querseite zur anderen Querseite erstreckenden oder einen in senkrechter Richtung zu einem Durchmesser liegenden elektrischen Vektor besitzen, unter Anwendung eines dielektrischen Fensters zu koppeln, welches die Form eines Hohlzylinders besitzt, der an seinem einen Ende becherförmig durch eine Metallwand abgeschlossen ist. Es sind aber auch solchen Anordnungen Wandungsteile des Fensters, die in Richtung des elektrischen Feldvektors liegen, nicht vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in zwei Figuren dargestellt. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung für Koaxialleitungen,

Gasdichte Fensteranordnung
für Koaxial-Leitungen

Anmelder:

Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 38

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. August 1956

Richard Burton Nelson, Los Altos, Calif.,
und Robert Spencer Symons, Menlo Park, Calif.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Anordnung; die Schnittlinie ist in Fig. 1 mit 2-2 bezeichnet.

In Fig. 1 ist ein Hohlraumresonator 1 mit in der Mitte unterbrochenem Innenleiter dargestellt. Der Hohlraumresonator 1 ist mit einer Koaxialleitung 2 gekoppelt.

Die Kopplungsvorrichtung 3 überträgt Energie gleich gut nach beiden Richtungen; es soll für die Zwecke der Erläuterung jedoch angenommen werden, daß die Energie dem Hohlraumresonator 1 zugeführt wird.

Es tritt Energie von einer üblichen Koaxialleitung 2 an der Koaxialleitungskupplung 3 ein. Am Eingangsende der Koaxialleitung 2 befindet sich der Steckerteil 4, welcher auf seiner Außenseite ein Gewinde trägt, das einem Gewinde einer Überwurfmutter 5 angepaßt ist.

Der Außenteil des Steckerteiles 4 ist in der Längsrichtung geschlitzt und bildet eine Mehrzahl federnder Finger, welche mit dem äußeren einführbaren Teil 6 der Kupplung zusammenwirken.

Eine sich ringsherum erstreckende Nut 7 ist an der Außenwandung des anderen Steckerteiles 6 vorgesehen, in der sich ein gespaltener Haltering 8 befindet. Dieser Ring dient dem Zweck, den Überwurfkragen 5 zu halten, und gestattet, denselben zu drehen.

909' 647/286

i 068

Der Innenleiter 9 besitzt an seinem Ende mehrere in der Längsrichtung sich erstreckende Schlitze, die eine Mehrzahl federnder Kontaktfinger bilden. Die fingerartigen Enden des Innenleiters 9 bilden den Buchsenteil für den Innenleiter der Koaxialleitung 2. Ein steckerartig wirkender Innenleiter 11 bildet einen Innenleiterabschnitt geringeren Durchmessers, welcher mit den fingerartigen Enden des Innenleiters des oberen Kupplungsteiles zusammenwirkt. Guter elektrischer Kontakt zwischen den Leitern der Koaxialleiteranordnungen wird dadurch erzielt, daß die Überwurfmutter 5 fest gedreht wird und beide Teile zusammengepreßt werden.

In der Innenwandung des Außenteiles 6 der Kupplung befindet sich eine Rippe 10 zu dem Zweck, an den miteinander verbundenen Innenleitern 11 und 9 einen Impedanzabgleich sicherzustellen. Die Rippe 10 bildet eine kapazitive Reaktanz, welche die induktive Reaktanz an der sich am Innenleiter bildenden Nut auszugleichen bestimmt ist; diese Nut ergibt sich dadurch, daß die fingerförmigen Fortsätze des Innenleiters 9 nicht vollständig bis zu der Schulter des Steckerteiles des Innenleiters 11 der Kupplung herunterreichen. Es ist ein Flansch 12 am inneren Koaxialleiter 9 vorgesehen, der beispielsweise aus Kupfer bestehen und hart angelötet sein kann. Für die Befestigung des Fensters ist eine dünne ringförmige Scheibe 13, beispielsweise aus Kovar bestehend, an dem Flansch 12 des Innenleiters vorgesehen. Ein hohles zylindrisches Fenster 14, beispielsweise aus Keramik, wird an dem einen Ende durch die querverlaufende Scheibe 13 getragen. Eine zweite Scheibe 15 trägt das andere Ende des dielektrischen Fensters 14. Ein dünner nachgiebiger, mit einer öffnung versehener becherförmiger Körper 16 aus leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, trägt die zweite ringförmige Scheibe 15 der Fensteranordnung auf seiner querverlaufenden Bodenfläche. Das keramische Fenster 14 ist mit der Kovarscheibe 13 verlötet, und das Kovar wiederum ist mit dem kreisförmigen, aus Kupfer bestehenden Flansch 12 und dem becherförmigen Teil 16 vakuumdicht hart verlötet. Der becherförmige Teil 16 ist nachgiebig, so daß sich unter dem Einfluß der Temperatur eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen der Fensteran-Ordnung ergeben kann.

Der äußere einsteckbar ausgebildete Leiterteil 6 besitzt einen vergrößerten Innendurchmesser in der Nähe der dielektrischen Fensteranordnung. Weiterhin besitzt der Innenleiter 9 an dieser Stelle einen geringeren Durchmesser. Dieser Abschnitt, in welchem der Abstand zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter größer ist, dient dem Zweck, den induktiven Widerstand dieses Teiles der Koaxialleitung zu vergrößern, zu dem Zweck, die Kapazitätsvergrößerung, die sich durch die Flansche 12, die Scheiben 13 und 15 der Fensteranordnung, das dielektrische Fenster 14 und den becherförmigen Teil 16 ergibt, auszugleichen. Es findet auf diese Weise eine Anpassung des Fensterteiles der Energieleitung an dem übrigen Teil der Koaxialleitung statt, so daß sich eine elektrisch glatte Leitung, d. h. eine Leitung ohne stehende elektrische Wellen ergibt. Der nachgiebige becherförmige Teil wird an seinem unteren Ende von einem hohlen zylindrischen Anschlußteil 17 getragen.

Der zylindrische Anschlußteil 17 besitzt einen Teil vergrößerten Innendurchmessers, welcher dem Teil von vergrößertem Innendurchmesser des äußeren Hohlleiterteiles 6 angepaßt ist. An der Außenseite

des zylindrischen Anschlußteiles 17 befindet sich ein Gewindeteil, auf welchem ein Teil des koaxialen Leiterteiles 6 aufgeschraubt ist.

Der zylindrische Anschlußteil 17 und der innere Leiter 11 bestehen aus nicht oxydierendem leitendem Material, beispielsweise aus Cupronickel (70% Cu, 30% Ni), und besitzen eine Oberfläche, welche leicht bei hohen Temperaturen bearbeitet werden kann, ohne daß sich Verzunderung oder andere Schädigungen der leitenden Oberfläche ergeben. Es ist, wenn der Kupplungsteil einen Teil des Vakuumgefäßes einer Hochfrequenzröhre bildet, wie dies Fig. 1 veranschaulicht, erforderlich, daß die Anordnung in einem Ofen auf Temperaturen der Größenordnung von 400 bis 600° C erwärmt wird, zu dem Zweck, schädliche Gase innerhalb des Vakuumgefäßes zu entfernen. Wenn die Flächen, die sich außerhalb des Vakuums befinden, aus Kupfer bestehen und so erhitzt werden, würde die Oberfläche oxydieren und eine Verzunderung erfahren, die einen guten Kontakt verhindert. Der Anschlußteil 17 wird von einem leitenden metallischen Hohlkörper 18, beispielsweise aus Kupfer, getragen, derart, daß der Anschlußteil 16 sich koaxial tzu der zylindrischen Bohrung befindet. Ein Teil des becherförmigen Teiles 16 erstreckt sich in die Bohrung 19 hinein und ist dort so befestigt, daß er mit den Seitenwandungen abschließt; er kann hart vakuumdicht eingelötet sein.

Der Teil des Innenleiters, welcher geringeren Durchmesser besitzt, erstreckt sich bis hinter das dielektrische Fenster 14 und zum Teil bis hinter den Innenteil des nachgiebigen becherförmigen Teiles 16. Dieser Abschnitt bietet einen vergrößerten induktiven Widerstand, welcher den vergrößerten kapazitiven Widerstand, der sich durch die Nähe der Bodenfläche des nachgiebigen becherförmigen Teiles 16 relativ zum Innenleiter 9 ergibt, ausgleicht.

Auf diese Weise ergibt sich in der Nähe des becherförmigen Teiles 16 eine Impedanzanpassung der Koaxialleitung.

Eine ovale Bohrung 21 ist in dem Metallklotz 18 vorgesehen. Die ovale Bohrung erstreckt sich rechtwinklig zu der zylindrischen Bohrung 19. Der Innenleiter 9 erstreckt sich durch die zylindrische Bohrung 19 und die ovale Bohrung 21. In der ovalen Bohrung besitzt der Innenleiter 9 eine rechtwinklige Biegungsstelle und ragt aus der ovalen Bohrung 21 heraus. Die ovale Bohrung 21 hat deswegen einen ovalen Querschnitt, weil dadurch die Montage des Innenleiters 9 innerhalb des metallischen Klotzes 18 erleichtert wird. Die zylindrische Bohrung 19 und die ovale Bohrung 21 sind so bemessen, daß sie Energiereflexion an der Anschlußstelle vermeiden. Es können indessen bei gewissen Anwendungsformen Änderungen des Wellenwiderstandes an der Zusammenschlußstelle der Bohrungen wünschenswert sein, um bestimmte Kopplungseigenschaften zu erzielen.

Der zurückgebogene Teil des Innenleiters 9, insoweit er außerhalb des metallischen Klotzes 18 liegt, bildet eine induktive Kopplungsschleife 23. Der Klotz 18 ist in einer Öffnung 25 des Resonators 1 eingesetzt.

Eine kapazitive Belastung 24, beispielsweise aus Kupfer, ist fest an dem Innenleiter 9 angeordnet und befindet sich in nächster Nähe der magnetischen Kopplungsschleife 23. Der Zweck dieser kapazitiven Belastung 24 liegt darin, eine kapazitive Reaktanz im Zusammenwirken mit der induktiven Reaktanz der Kopplungsschleife 23 zu bilden, so daß eine gewünschte Kopplungscharakteristik erzielt wird.

Claims (9)

Im Betrieb tritt Hochfrequenzenergie in das Kupplungsstück von der Koaxialleitung, welche den Innenleiter 9 besitzt, ein. Das elektromagnetische Feld der Koaxialleitung ist für den vorherrschenden Wellentyp so ausgebildet, daß der elektrische Feldvektor sich radial zwischen dem Innenleiter 9 und dem Außenleiter der Energieleitung 2 erstreckt. In der Nähe des vakuumdichten Fensters 14 durchsetzt der elektrische Feldvektor wesentlich unter einem rechten Winkel die Wandung des Fensters 14; wenn das Fenster 14 in dieser Weise angeordnet ist, ist die durch dasselbe bedingte kapazitive Sprungstelle minimal, wodurch die Impedanzanpassung an die Koaxialleitung beiderseits des keramischen Fensters erleichtert wird. Infolge der kapazitiven Spannungsaufteilung zwischen Luft, Vakuum und dielektrischem Material ist in dem Raum zwischen Innenleiter 9 und dem Außenleiter der Koaxialleitung das elektrische Feld, insoweit es sich in dem dielektrischen Fenster ausbildet, gering und dementsprechend auch die Energieverluste, so daß die Fensteranordnung für hohe Leistungen geeignet ist. Nachdem die Hochfrequenzwellen das elektrische Fenster durchsetzt haben, wird die Energie durch den zylindrischen Teil 19 der Hochfrequenzleitung und von dort durch die ovale Bohrung 21 und dann in den Hohlraumresonator 1 geleitet. Patentansprüche

1. Gasdichte, für Hochfrequenzwellen durchlässige Fensteranordnung für Koaxialleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Fenster ein wellendurchlässiger dielektrischer Zylinder (14) mit seiner Längsachse wesentlich parallel zum Innenleiter (9) der Übertragungsleitung vorgesehen ist und daß auf dem Innenleiter ein metallischer Flansch (12) angeordnet ist, welcher mit dem einen Ende des Zylinders verbunden ist, und daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Außenleiters (17) zum Außendurchmesser des

Innenleiters (9) im Bereich des Fensters gegenüber den anschließenden Abschnitten vergrößert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner nachgiebiger becherförmiger Körper (16) einerseits mit dem Außenleiter (17) der Energieleitung und andererseits mit dem Zylinder (14) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Innenleiters (9) in einem an den Zylinder anschließenden Abschnitt innerhalb des becherförmigen Körpers (16) der gleiche ist wie innerhalb des Zylinders und daß daran anschließend der Durchmesser vergrößert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiterdurchmesser an der dem Fenster abgewandten Seite des Flansches (12) vergrößert ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Flansch (12) angrenzende Innenleiter (9) vergrößerten Durchmessers über eine bestimmte Länge in den normalen Innendurchmesser besitzenden Außenleiter (6) verläuft.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (12) eine Abstufung aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder über praktisch seine gesamte Länge sowohl von dem inneren Leiter (9) als auch von dem äußeren Leiter (17) der Koaxialleitung räumlich getrennt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung B 23001 VIII a/21 a⁴ (bekanntgemacht am

9. August 1956);
französische Patentschrift Nr. 1 108 517;
Collins, George B., »Microwave Magnetrons«, 1948, New York, S. 483 und 484.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 647/286 10.59