DE1000479B - UEbertragungssystem fuer elektromagnetische Hoechstfrequenzschwingungen mit dielektrischem Fenster - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Diese Erfindung befaßt sich mit Höchstfrequenzgeräten für elektromagnetische Schwingungen und insbesondere mit Geräten der Art, in denen Höchstfrequenzenergie aus einem luftdicht abgeschlossenen Raum heraus oder in einen luftdicht abgeschlossenen Raum hinein übertragen werden muß.

In jedem Apparat, in dem Höchstfrequenzenergie durch die Wandung eines luftdicht abgeschlossenen Raumes ein- oder ausgespeist werden muß, wird ein dielektrisches Fenster in der Wandung vorgesehen, um sowohl den luftdichten Abschluß zu gewährleisten als auch gleichzeitig die Höchstfrequenz durch das Fenster hindurchtreten zu lassen. Es ist daher bei Geräten, bei denen in der Vakuumhülle eines Magnetrons oder Klystrons Zentimeterwellen erzeugt werden, üblich, die Energie entweder mittels eines Koaxialleiters zu entnehmen, dessen Halterungsdielektrikum als Fenster wirkt und mit der Vakuumhülle der Röhre einen Teil bildet oder mittels eines Hohlleiters mit einem vakuumfesten Fenster, das als Teil des Röhrenkolbens ausgeführt ist. Die Anordnung mit Koaxialleiter ist wegen der Gefahr des elektrischen Durchschlags hinsichtlich der Ausgangsleistung besonders bei höheren Frequenzen stark beschränkt. Die Ausführung mit Hohlleiter wird daher bei höheren Ausgangsleistungen sehr bevorzugt, aber auch diese Art der Ausführung unterliegt bedeutenden Beschränkungen, die später hier beschrieben werden und die zu vermeiden Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Bei einem Höchstfrequenzübertragungssystem, das einen Eingangskanal und einen Ausgangskanal, die aus Hohlleitern gebildet werden, für die elektromagnetische Schwingungsenergie sowie ein Fenster aus dielektrischem Material zur luftdichten Abtrennung des Ausgangskanals vom Eingangskanal umfaßt, und bei dem das Fenster einen Energiepfad zwischen diesen beiden Kanälen darstellt, ist dieses erfindungsgemäß so angeordnet, daß seine gesamte wirksame Oberfläche im wesentlichen senkrecht zur im Ausgangs- und Eingangskanal beiderseits vorherrschenden Richtung des elektrischen Feldes verläuft.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Verluste im dielektrischen Fenster auf ein Minimum reduziert werden. Sofern in bekannten Übertragungskanälen dielektrische Fenster vorgesehen sind, verlaufen diese mit ihrer wirksamen Oberfläche gar nicht oder nur teilweise parallel zur Ausbreitungsrichtung der Energie bzw. senkrecht zum elektrischen Feldvektor. Keine dieser bekannten Anordnungen ist so ausgebildet, daß die gesamte wirksame Oberfläche des Dielektrikums senkrecht zur elektrischen Feldstärke verläuft, und keine dieser Anordnungen hat übertragungssystem

für elektromagnetische Höchstfrequenz-

schwingungen mit dielektrischem Fenster

Anmelder: English Electric Valve Company Limited, London

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Robert Latham, London, Frederick Charles Thompson, Danbury, Essex, Herbert Sixsmith, Reading, Berkshire, Maurice Esterson, Great Baddow, Essex, Andrzej Folkierski, London, und Alan Hugh Pickering, Chelms-

ford, Essex (Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden

daher so geringe Verluste, wie sie bei der vorliegenden Erfindung auftreten.

Die Erfindung ist dargestellt und weiter erläutert in Verbindung mit den schematischen Zeichnungen.

Fig. ι zeigt schematisch eine bekannte Anordnung;

Fig. 2, 3 und 4 sind schematische Darstellungen typischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1, die eine bekannte Ausführung darstellt, besteht ein dort gezeigter Hohlleiter aus einem Eingangsteil WGI und einem in der gleichen Achse verlaufenden Ausgangsteil WGO. Die Schwingungsenergie pflanzt sich entlang des Hohlleiters fort, und ihre Ausbreitungsrichtung ist durch die Pfeile P gekennzeichnet. Zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsteil befindet sich ein dielektrisches Fenster DW, das von Drossel- oder Verschlußnuten CD umgeben und vakuumfest in ein rahmenförmiges Metallteil FM

luftdicht eingefügt ist. Das Teil FM ist abgebrochen dargestellt und bildet einen Teil der Wandung einer luftleeren Kammer (z. B. des Kolbens einer im übrigen nicht gezeigten Röhre), in der der Eingangsteil WGI liegt.

Bei dieser Konstruktion hat das elektrische Feld entsprechend der Darstellung durch die Pfeile F eine im großen und ganzen zu der Oberfläche des dielektrischen Fensters DW parallel laufende Richtung, da die Ebene dieses Fensters rechtwinklig zum Verlauf des Hohlleiters liegt und sich quer über eine Öffnung erstreckt, durch die die Energie übertragen wird. Bei dieser Anordnung des Fensters kann der Teil der Energie, der im Fenster verlorengeht, auch durch Veränderung einzelner Teile der Konstruktion innerhalb des Gesamtplanes wesentlich nicht verkleinert werden. Abgesehen von der Möglichkeit elektrischer Durchschläge längs der Oberfläche des Fensters sind also die Möglichkeiten der Energieübertragung durch die dielektrischen Verluste im Fenstermaterial beschränkt. Daher ist, wenn hier die Grenze erreicht ist, der einzige Weg, die übertragene Energie zu erhöhen, der, die Maße des Hohlleiters und die Fensterfläche zu vergrößern. Dieses aber bringt andere Schwierigkeiten mit sich; so wird es z. B. immer schwieriger, das Fenster wirksam zu kühlen, und ein größerer Hohlleiter schließt im Betrieb die Gefahr von störenden Nebenerscheinungen ein.

In Fig. 2, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, sind zwei Hohlleiterstücke WGI und WGO, wie gezeigt, überlappt angeordnet. Die Wände des Hohlleiters können, wie gezeigt, im Bereich der Überlappung für beide Leiterstücke gemeinsam sein. Ein Höchstfrequenzübertragungspfad von WGI nach WGO ist durch ein vakuumfestes dielektrisches Fenster DW gegeben, das von Drossel- oder Verschlußnuten CD kreisförmig umgeben ist. Die Oberfläche des Fensters DW liegt im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des elektrischen Feldes. Dieses ist angezeigt durch die Pfeile F, während die Pfeile P den Energiefluß andeuten. Mit dieser Anordnung ist — wenn dasselbe dielektrische Material benutzt wird — der Bruchteil der Energie, der verlorengeht, beträchtlich geringer als mit der oben beschriebenen bisherigen Anordnung. Die Drossel- oder Verschlußnuten sind nicht wesentlich, da der luftdichte Abschluß des Fensters auch direkt ohne dieselben ausgeführt werden kann. Aber es ist aus Gründen des leichteren Zusammenbaues vorzuziehen, die erwähnten Nuten zu verwenden.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 sieht man einen einzigen durchlaufenden Hohlleiter, dessen linker oder Eingangsteil luftdicht von dem Ausgangsteil abgeschlossen sein muß. Dieser Abschluß wird durch eine Fensterkonstruktion bewirkt, die ein Metallrahmenglied FM' enthält, das entlang seiner ganzen Peripherie mit der Wand des Hohlleiters fest verbunden ist, sowie ein röhrenförmiges dielektrisches Fenster DW', das an einem Ende in dem Rahmenteil verankert ist, und endlich eine Metallscheibe MD, die im anderen Ende der Röhre fest eingebaut ist. Die Röhre liegt koaxial zum Hohlleiter und die Scheibe rechtwinklig zur allgemeinen Zentralachse. Wie zuvor zeigen die Pfeile P den Energiefluß an und die Pfeile F die Richtung des elektrischen Feldes, die wiederum im wesentlichen rechtwinklig zu der Oberfläche des eigentlichen Fensters verläuft, d. h. zur Röhre DW'. In Fig. 3 sind die Hohlleiter rechtwinklig ausgebildet oder rund, und das eigentliche Fenster ist im Schnitt rund zu denken.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der der Eingangshohlleiter WGl über dem Ausgangshohlleiter WGO ruht. Dazwischen befindet sich ein ebenes dielektrisches Fenster DW, das senkrecht zu der Richtung F des elektrischen Feldes liegt und von Drossel- oder Verschlußnuten CD umgeben ist. Der Ausgangshohlleiter WGO verläuft zeichnungsgemäß zunächst als Gegenstück zu dem des Eingangs und entfernt sich dann von diesem in einem Bogen. Die Pfeile P in Fig. 4 zeigen wiederum den Energiefluß an.

Anordnungen, die dieser Erfindung entsprechen, können bei gegebenen· Abmessungen viel größere Energie als bekannte durch die Fig. 1 in typischer Weise dargestellte Anordnungen übertragen. Sie erfüllen, wenn passende, an sich bekannte und hier nicht dargestellte Mittel zur Impedanzanpassung vorgesehen sind, bei geeigneter Einstellung alle Forderungen, die man an ein zufriedenstellendes Höchstfrequenzfenster stellen muß.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Übertragungssystem für elektromagnetische Höchstfrequenzschwingungen, bestehend aus einem Eingangskanal und einem Ausgangskanal, die aus Hohlleitern gebildet werden und durch ein dielektrisches Fenster, durch das die elektromagnetische Schwingungsenergie von dem Eingangskanal in den Ausgangskanal übertritt, gegeneinander abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fenster so angeordnet ist, daß seine gesamte wirksame Oberfläche im wesentlichen senkrecht zu der beiderseits im Eingangs- und Ausgangskanal vorherrschenden Richtung des elektrischen Feldes verläuft.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Eingangskanals den gegenüberliegenden Teil des Ausgangskanals überlappt, wobei die Achse des Eingangskanals im wesentlichen parallel zu der Achse des Ausgangskanals und gegenüber dieser versetzt verläuft und das Fenster im Bereich der Überlappung der beiden Kanäle angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster auf beiden Seiten von wenigstens einer Drossel- oder Verschlußnut umgeben ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander überlappenden Teile des Eingangs- und Ausgangskanals Wände haben, die beiden Leiterstücken gemeinsam sind, und daß die Drossel- oder Verschluß nuten als Vertiefungen in den Wänden ausgebildet sind.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs- und Ausgangskanal koaxial verlaufen.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster röhrenförmig gestaltet ist und mittels einer Haltevorrichtung axial zu den koaxialen Kanälen gehaltert ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des röhrenförmigen Fensters in einem Rahmenglied verankert ist, das seinerseits an den Wänden der koaxialen Kanäle befestigt ist, und daß das andere Ende des röhrenförmigen Fensters durch eine metallische Scheibe, die am anderen Ende fest eingefügt ist, luftdicht abgeschlossen wird.

8. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskanal anfangs parallel zum Eingangskanal verläuft, sich dann aber von diesem Eingangskanal in einer Krümmung entfernt, und durch diese Anordnung das der hindurchtretenden Schwingungsenergie zugehörige Eingangskanal etwa um einen rechten Winkel gedreht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. ι 064 885; George B. Collins, »Microwave Magnetrone«,

elektrische Feld bezüglich der Feldrichtung im New York, 1948, S. 483 und 484.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 740/303 12.56