DE1000479B

DE1000479B - Transmission system for electromagnetic high frequency oscillations with a dielectric window

Info

Publication number: DE1000479B
Application number: DEE9698A
Authority: DE
Inventors: Robert Latham; Frederick Charles Thompson; Herbert Sixsmith; Maurice Esterson; Alan Hugh Pickering
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1954-10-16
Filing date: 1954-10-16
Publication date: 1957-01-10

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.This invention is concerned with high frequency electromagnetic vibration devices and especially with devices of the kind in which maximum frequency energy from an airtight seal Space must be transferred out or into an airtight room.

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.In every apparatus in which the highest frequency energy is sealed through the wall of an airtight Must be fed in or out of the room, a dielectric window is provided in the wall, to ensure both the airtight seal and at the same time the maximum frequency through to let the window come through. It is therefore used in devices in which in the vacuum envelope of a magnetron or klystrons centimeter waves are generated, usually the energy either by means of a To remove coaxial conductor, whose support dielectric acts as a window and with the vacuum envelope the tube forms a part or by means of a waveguide with a vacuum-tight window that forms part of the tubular piston is carried out. The arrangement with coaxial conductors is because of the risk of electrical Breakdown is severely limited in terms of output power, especially at higher frequencies. The design with a waveguide is therefore very preferred for higher output powers, but also this type of implementation is subject to significant limitations, which are described later herein and which is the object of the present invention to be avoided.

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. In a high frequency transmission system that has an input channel and an output channel, the are formed from waveguides, for the electromagnetic vibration energy as well as a window comprises dielectric material for airtight separation of the output channel from the input channel, and in which the window represents an energy path between these two channels, this is according to the invention arranged so that its entire effective surface is substantially perpendicular to in the exit and entrance channels on both sides of the prevailing direction of the electric field.

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 übertragungssystemThis arrangement ensures that the losses in the dielectric window are kept to a minimum be reduced. If dielectric windows are provided in known transmission channels, they run these with their effective surface are not at all or only partially parallel to the direction of propagation of the energy or perpendicular to the electrical Field vector. None of these known arrangements is designed so that the entire effective surface of the dielectric is perpendicular to the electric field strength, and has none of these arrangements transmission system

für elektromagnetische Höchstfrequenz-for electromagnetic high frequency

schwingungen mit dielektrischem Fenstervibrations with dielectric window

Anmelder: English Electric Valve Company Limited, LondonApplicant: English Electric Valve Company Limited, London

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt, Braunschweig, Am Bürgerpark 8Representative: Dr. W. Müller-Bore, patent attorney, 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-Robert Latham, London, Frederick Charles Thompson, Danbury, Essex, Herbert Sixsmith, Reading, Berkshire, Maurice Esterson, Great Baddow, Essex, Andrzej Folkierski, London, and Alan Hugh Pickering, Chelms-

ford, Essex (Großbritannien), sind als Erfinder genannt wordenford, Essex (Great Britain), have been named as inventors

daher so geringe Verluste, wie sie bei der vorliegenden Erfindung auftreten.hence such low losses as occur in the present invention.

Die Erfindung ist dargestellt und weiter erläutert in Verbindung mit den schematischen Zeichnungen.The invention is illustrated and further explained in connection with the schematic drawings.

Fig. ι zeigt schematisch eine bekannte Anordnung;Fig. Ι shows schematically a known arrangement;

Fig. 2, 3 und 4 sind schematische Darstellungen typischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Figures 2, 3 and 4 are schematic representations of typical embodiments of the present invention.

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 According to FIG. 1, which represents a known embodiment, a waveguide shown there consists of an input part WGI and an output part WGO running in the same axis. The vibration energy propagates along the waveguide and its direction of propagation is indicated by the arrows P. Between the input and the output part there is a dielectric window DW, which is surrounded by throttle or locking grooves CD and is vacuum-tight in a frame-shaped metal part 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.is inserted airtight. The part FM is shown broken off and forms part of the wall of an evacuated chamber (for example the piston of a tube, otherwise not shown) in which the input part WGI is located.

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 this construction, the electric field, as shown by the arrows F, has a direction that is largely parallel to the surface of the dielectric window DW , since the plane of this window is perpendicular to the course of the waveguide and extends across an opening which the energy is transmitted. With this arrangement of the window, the part of the energy that is lost in the window cannot be significantly reduced by changing individual parts of the construction within the overall plan. Apart from the possibility of electrical breakdowns along the surface of the window, the possibilities of energy transfer are limited by the dielectric losses in the window material. Therefore, once the limit is reached, the only way to increase the transmitted energy is to increase the dimensions of the waveguide and the window area. But this brings with it other difficulties; so it is z. B. more and more difficult to effectively cool the window, and a larger waveguide includes the risk of annoying side effects during operation.

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 FIG. 2, which shows an embodiment of the invention, two waveguide sections WGI and WGO are arranged in an overlapping manner, as shown. As shown, the walls of the waveguide can be common to both conductor pieces in the area of the overlap. A maximum frequency transmission path from WGI to WGO is given by a vacuum-tight dielectric window DW , which is circularly surrounded by throttle or locking grooves CD. The surface of the window DW is essentially perpendicular to the direction of the electric field. This is indicated by the arrows F, while the arrows P indicate the flow of energy. With this arrangement, if the same dielectric material is used, the fraction of the energy that is lost is considerably less than with the previous arrangement described above. The throttle or locking grooves are not essential, since the airtight closure of the window can also be carried out directly without them. But it is preferable to use the grooves mentioned for ease of assembly.

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.In the embodiment according to FIG. 3, one sees a single continuous waveguide, the left or input part of which must be hermetically sealed from the output part. This closure is effected by a window construction which contains a metal frame member FM ' which is fixedly connected along its entire periphery to the wall of the waveguide, and a tubular dielectric window DW' which is anchored at one end in the frame part, and finally one Metal disc MD, which is permanently installed in the other end of the tube. The tube is coaxial with the waveguide and the disc is perpendicular to the general central axis. As before, the arrows P indicate the flow of energy and the arrows F the direction of the electric field, which in turn runs essentially at right angles to the surface of the actual window, ie to the tube DW '. In Fig. 3 the waveguides are rectangular or round, and the actual window is to be thought of as round in section.

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.Fig. 4 shows a further embodiment in which the input waveguide WG1 rests above the output waveguide WGO . In between there is a planar dielectric window DW which is perpendicular to the direction F of the electric field and is surrounded by throttle or locking grooves CD . As shown in the drawing, the output waveguide WGO initially runs as a counterpart to that of the input and then moves away from it in an arc. The arrows P in Fig. 4 again indicate the flow of energy.

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.Arrangements in accordance with this invention can, given the dimensions, be much larger Transmit energy as known by the Fig. 1 typically shown arrangements. You meet if suitable means for impedance matching, known per se and not shown here are provided, with a suitable setting, all the requirements that are made of a satisfactory maximum frequency window must ask.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Transmission system for electromagnetic high frequency oscillations, consisting of an input channel and an output channel, which are formed from waveguides and through a dielectric window through which the vibrational electromagnetic energy from the input channel passes into the outlet channel, are closed off from one another, characterized in that that the dielectric window is arranged so that its entire effective surface in the essentially perpendicular to the direction prevailing on both sides in the inlet and outlet channels of the electric field.

2. System according to claim 1, characterized in that one end of the input channel is the opposite part of the output channel overlaps, the axis of the input channel in the runs essentially parallel to the axis of the output channel and offset from this and the window is arranged in the area of the overlap of the two channels.

3. System according to claim 2, characterized in that the window on both sides of at least one throttle or locking groove is surrounded.

4. System according to claim 3, characterized in that the overlapping parts of the input and output ducts have walls which are common to both conductor pieces, and that the throttle or closure grooves are formed as depressions in the walls.

5. System according to claim 1, characterized in that the input and output channels are coaxial get lost.

6. System according to claim 5, characterized in that the window is tubular and is held axially to the coaxial channels by means of a holding device.

7. System according to claim 6, characterized in that one end of the tubular window is anchored in a frame member which in turn is attached to the walls of the coaxial channels is fixed, and that the other end of the tubular window by a metallic disc, which is firmly inserted at the other end, is hermetically sealed.

8. System according to claim 2, characterized in that the output channel is initially parallel runs to the entrance channel, but then moves away from this entrance channel in a curve, and through this arrangement that associated with the vibrational energy passing through Input channel is rotated about a right angle.

Documents considered: French Patent No. ι 064 885; George B. Collins, "Microwave Magnetrone",

electric field with respect to the field direction in New York, 1948, pp. 483 and 484.

1 sheet of drawings