DE1110704B - Durch Drehbewegung abgestimmter Hohlraumresonator, insbesondere fuer unmittelbar ablesbare Frequenzmesser - Google Patents

Description

Bei der Konstruktion von Breitbandfrequenzmessern für Höchstfrequenzen — z. B. über 3000MHz — bereitet die gleichzeitige Geltendmachung zweier wichtiger Gesichtspunkte große Schwierigkeiten. Der erste ist die Sicherung einer verhältnismäßig schnellen Bedienung und einer unmittelbaren Ablesung, der zweite die Gewährleistung einer kontaktlosen Abstimmung ohne Anwendung von Leitungsabschnitten verschiedener Impedanzen oder kontaktlosen »Sa-Kurzschlußkolben.

Die schnelle Bedienung und die unmittelbare Ablesung setzt den Verzicht auf die Anwendung von Vorschubmechanismen mit Mikrometer-Antrieb voraus, wobei der Durchgriff eines nicht allzu breiten Frequenzbereiches der mehrmaligen Umdrehung des Abstimmgliedes mit Schraubenantrieb bedarf. Die Lösung mittels einer kontaktlosen Abstimmung ist darum unentbehrlich, weil der Übergangswiderstand der Schleifkontakte und die verhältnismäßig große Kraftentfaltung, welche zu ihrer Bedienung notwendig ist, die reproduzierbare Einstellgenauigkeit des Resonators — d. h. die Möglichkeit der Wiederholung der Messungen von demselben Meßergebnis — sehr ungünstig beeinträchtigt. Dasselbe gilt im Falle der Anwendung von kontaktlosen »S«-Kurzschlußkolben, die einen hochfrequenten Kurzschluß in einer Resonatorebene ohne Kontakt zwischen dem Kolben und der Resonatorwandung ermöglichen; da entsteht wiederum die Notwendigkeit einer geradlinigen Bewegunggung des Abstimmgliedes, welche aber die oben bewerteten Vorschubmechanismen voraussetzt.

Besonders bei Betriebs - Höchstfrequenzmessern können derartige Vorschubmechanismen von langwieriger Bedienung kaum angewendet werden. Die Anwendung eines solchen Antriebes kann jedoch bei der üblichen Abstimmung eines Hohlraumresonators von Schwingungsart TM₁₀₀ nicht entbehrt werden, wobei in den Hohlraum ein eine konzentrierte kapazitive Belastung darstellender Leiter eingeschoben wird, dessen Vorschub von wenigen Millimetern schon die Durchstimmung des gesamten Frequenzbereiches zur Folge hat; dabei besteht noch die Notwendigkeit der Schleifkontakte und Abschlußglieder, deren Herstellung große technische Schwierigkeiten bereitet.

Dieselben Probleme sind auch bei der Abstimmung von koaxialen Hohlraumresonatoren vorhanden, bei denen die Abstimmung mittels eines in der koaxialen Leitung bewegten Kurzschlußkolbens erfolgt. Bei den in Schwingungsart TE₁₀₁ schwingenden Hohlräumen wird die Länge des Hohlraumes mittels einer längs des Hohlraumes von außen bewegbaren leitenden Durch Drehbewegung abgestimmter

Hohlraumresonator, insbesondere

für unmittelbar ablesbare Frequenzmesser

Anmelder:

Elektronikus Merökeszülekek Gyära,
Budapest

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner,

Berlin-Grunewald, Herbertstr. 22,

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Ungarn vom 8. Juli 1959

Mihäly Wodicska, fird (Ungarn),
ist als Erfinder genannt worden

Scheibe verändert, selbstverständlich auch hier unter Verwendung eines Mikrometer-Antriebes. Hohlraumresonatoren dieser Art besitzen aber einen ganz beträchtlichen Rauminhalt und sind insbesondere für Präzisionsmessungen geeignet. Die Erfindung bezieht sich auf die derartige Ausbildung eines vorzugsweise in Schwingungsart TM₁₀₀ — oder der anderen weitverbreiteten Bezeichnung entsprechend E₀ — schwingenden Hohlraumresonators, die die einen Frequenzbereich von mindestens 1:2 umfassende Abstimmung unmittelbar durch Drehbewegung ohne die Anwendung von Schleifkontakten oder diesen entsprechenden Abschlußgliedern bei unmittelbarer, schneller Ablesbarkeit derart gewährleistet, daß der Zusammenhang zwischen dem Drehbewegungswinkel und der dadurch hervorgerufenen Frequenzänderung annähernd linear bleibt.

Die erfindungsgemäße Lösung erreicht dieses Ziel durch eine derartige Gestaltung des Schwingungsraumes des Hohlraumresonators, wobei das Höhenmaß des Resonators in Raummitte durch — vorzugsweise beiderseitige — Erhöhungen vermindert, das Breitenmaß des Raumes demgegenüber durch eine Wandungsausbuchtung örtlich vergrößert wird, wodurch ein zwischen Hohlraummitte und Wandung auf einer Kreisbogenbahn bewegter, seiner Größe nach

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der nützlichen Höhe des Hohlraumes nahekommen- Fig. 6 zeigt drei Frequenzbereich- bzw. Frequenz-

der metallischer Abstimmkörper den elektromagne- gang-Kennlinien, und zwar bei der Anwendung der

tischen Kraftraum des Resonators in entscheidender bekannten Lösung (I), im Falle der Weiterentwicklung

Weise derart verändert, daß eine sprungfreie Umge- dieser bekannten Lösung (II) und nach der Erfin-

staltung der Schwingungsart eintritt, wobei die Fre- 5 dung (III).

quenzänderung des Hohlraumes in einem linearen Aus Fig. la, Ib und 2a, 2b und den KennlinienI

Verhältnis zum Drehungswinkel ψ des Abstimm- und II der Fig. 6 ist es ersichtlich, daß für den Fre-

körpers steht und der Frequenzdurchgriff des Reso- quenzbereich eines Hohlraumresonators nach der be-

nators eine Wertzahl von etwa 1:2,2 beträgt. kannten Lösung—bei nichtlinearem Frequenzgang—

Es gibt eine bekannte Lösung für die Abstimmung io nur eine Verhältniszahl von etwa 1:1,2 kennzeichvon Hohlraumresonatoren, nach welcher ein Ab- nend ist; dieser Verhältniswert kann nicht einmal Stimmkörper in einem geometrisch regelmäßig aus- durch Weiterentwicklung des bekannten Lösungsgebildeten Hohlraum um eine Achse gedreht wird. gedankens über einen Wert von 1:1,5 erhöht werden. Diese Lösung ruft aber wegen der Ausgestaltung des zusätzlich gestaltet sich dabei der Verlauf der Kenn-Hohlraumes und der Bemessung des Abstimmkörpers 15 linie gerade in ungünstigem Sinne,
nur eine begrenzte, quantitative und keinesfalls eine Der in Fig. 3 dargestellte, erfindungsmäßige Hohlwesentliche, qualitative Änderung in dem elektro- raumresonator enthält in zwei Ausdehnungen geomemagnetischen Kraftraum des Resonators hervor. Die irisch unregelmäßige Gestaltungen.
Verhältniszahl der Frequenzänderung des Raumes Erstens: Der Hohlraum Ü wird durch eine ungebei einem derart ausgebildeten Resonator bzw. Ab- 20 radlinige Wandung F umschlossen, die eine Wanstimmkörper beträgt höchstens nur 1:1,15; auch im dungsausbuchtung KiI enthält, in welcher sich der an Falle einer Weiterentwicklung dieser Lösung durch einer zwischen der ungefähren Raummitte K und der Erhöhung des Abstimmkörpers bis zur annähernd Wandung F angeordneten Achse T angebrachte mevollen Höhe des Raumes erreicht der Resonator nur tallische Abstimmkörper Ft in seiner Wandungssteleinen Frequenzdurchgriff von etwa 1:1,5. Das be- 25 lung teilweise befindet.

deutet in Frequenzwerten, daß ein Hohlraumresonator Die zweite geometrische Unregelmäßigkeit der

von 3500 MHz Mindestfrequenz nur eine Höchst- Ausbildung des Hohlraumresonators ist eingehender

frequenz von etwa 3900 MHz bzw. 5200 MHz er- aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich: Vorzugsweise beide

reicht, wobei der Zusammenhang zwischen dem Abschlußflächen des Resonators weisen in ihrer

Drehungswinkel ψ des Abstimmkörpers und der Fre- 30 Mitte, wo der metallische Abstimmkörper Ft in seiner

quenzänderung des Resonators keinesfalls als linear Anfangsstellung angebracht ist, je eine Erhöhung Kt

erachtet werden kann. Den heutigen Erfordernissen auf, die die nützliche Höhe des Hohlraumresonators

kann aber nur ein solcher Hohlraumresonator Genüge vermindert; dieses Gebilde folgt in seiner gebogenen

leisten, der einen Frequenzbereich von 1:2, Vorzugs- Form der Bewegungsbahn des Abstimmkörpers Ft,

weise 1:2,2, bei linearem Frequenzgang besitzt, d. h. 35 nimmt aber seiner Höhe nach in Wandungsrichtung

von z. B. 3500 MHz bis zu 7500 MHz möglichst ständig ab. So gelangt der auf einer Halbkreisbogen-

linear abstimmbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung bahn bewegte metallische Abstimmkörper Ft aus

und eine mögliche Ausführungsform dieses Gedankens einem Resonatorraum verminderten Ausmaße in

wird an der Hand folgender Beschreibung und Zeich- einen Raum voller Höhe, dann verläßt er aber mit

nungen erläutert: 40 seinem überwiegenden Rauminhalt den Schwingungs-

In den Hohlraumresonatoren der Schwingungsart raum des Resonators und nimmt in der Wandungs-

TMj₀₀(E₀) besteht in der Mitte des Resonators eine ausbuchtung Kü Stellung.

maximale elektrische Feldstärke E, in der Wandungs- Der vorzugsweise zylindrische metallische Abnähe dagegen eine maximale magnetische Feld- stimmkörper nimmt in seiner Mittenstellung (niedristärke M. Durch eine konzentrierte kapazitive Be- 45 gere Frequenzen) den überwiegenden Teil der verlastung wird diese Kraftraumanordnung in Abhängig- minderten Resonatorraumhöhe in Anspruch und konkeit von der förmlichen Ausgestaltung des Resonator- zentriert in dieser Stellung den elektrischen Kraftraums, der Bemessung des Abstimmkörpers und raum in der Mittellinie des Resonators. In seiner seiner Bewegungsbahn verändert. Wandungsstellung (höhere Frequenzen) befindet sich

Fig. 1 a, 1 b veranschaulichen die Kraftraumanord- 50 aber der metallische Abstimmkörper in der Wannung eines bekannten, geometrisch regelmäßig recht- dungsausbuchtung Kü, also überwiegend außerhalb eckigen Hohlraumresonators bei der Mittenstellung des elektrischen und innerhalb des magnetischen eines zylindrischen Abstimmkörpers von einem Aus- Kraftraumes des Resonators, dessen magnetische maße, welches nur einen Bruchteil der Resonator- Kraftraumanordnung im Vergleich mit der elekraumhöhe in Anspruch nimmt; 55 irischen in entgegengesetztem Sinne beeinflußt. Die

Fig. 2 a, 2 b zeigen dieselbe Anordnung in der wan- Kennlinie III der Fig. 6 zeigt diesen seinem Wesen

dungsnahen Stellung des Abstimmkörpers; nach umgestalteten elektromagnetischen Raum des

Fig. 3 zeigt die erfindungsmäßige geometrisch un- Resonators, betreffs seines Frequenzbereiches und regelmäßige Ausgestaltung eines Hohlraumresonators Frequenzganges, wobei für den ersten eine Verhältnisin Querschnittdarstellung unter Hinweis auf die Lage 60 zahl von etwa 1:2,2 und für den zweiten eine weitdes Abstimmkörpers ungefähr in Raummitte und in gehende Linearität kennzeichnend ist.
Wandungsnähe; Über die grundsätzliche Wirkungsweise der erfin-

Fig. 4 zeigt die elektromagnetische Kraftraum- dungsmäßigen Lösung sei noch bemerkt, daß, solange

anordnung eines erfindungsmäßig ausgeführten Reso- die bekannte Lösung nur einen Perturbations-Lei-

nators in der Mittenstellung des erfindungsmäßig be- 65 tungskörper im Resonatorraum in Bewegung setzt,

messenen Abstimmkörpers; die Erfindung bei der Wandungsstellung des metalli-

Fig. 5 stellt die Kraftraumanordnung in der wan- sehen Abstimmkörpers (höhere Frequenzen), inzwi-

dungsnahen Stellung des Abstimmkörpers dar; sehen er fast die volle nützliche Resonatorhöhe in

Anspruch nimmt, die Ausgestaltung der Kraftraumordnung eines Topfresonators, in der Mittenstellung des Abstimmkörpers aber (niedrigere Frequenzen) diejenige eines beiderseitig mit Abschlußkapazitäten begrenzten Koaxialresonators erzielt. Bei der erfindungsmäßigen Lösung unterscheidet sich qualitativ das elektromagnetische Kraftraumbild in den zwei Extremstellungen des metallischen Abstimmkörpers; in Wandungsstellung besteht ein üblicher, geteilter elektrischer und magnetischer Kraftraum, kennzeichnend für die Topfresonatoren, in der Mittenstellung des Abstimmkörpers gestaltet sich aber in der Raummitte aus den zwischen dem abgestimmten Resonator und dem Abstimmkörper entstandenen Abschlußkapazitäten ein konzentrierter elektrischer, in der Wandungsnähe demgegenüber ein zylindersymmetrisch angeordneter magnetischer Kraftraum, während die erfindungsmäßige Lösung einen sprungfreien Resonatormodus-Übergang und einen linearen Schwingungsfrequenzgang gewährleistet. Der Frequenzgang läßt sich durch die entsprechende Ausgestaltung der Abschlußkapazitäten in der Hand halten.

Für die grundsätzliche Umgestaltung der Kraftraumordnung des Hohlraumresonators nach der erfindungsmäßigen Lösung ist auch die Tatsache kennzeichnend, daß sich die Eigenfrequenz eines an sich bekannten Hohlraumresonators mit Hilfe der sogenannten Perturbationslehre mit guter Annäherung berechnen läßt, wobei für eine derartige Berechnung die restlose Unveränderlichkeit der Kraftraumanordnung eine wesensnotwendige Voraussetzung ist. Bei einem Hohlraumresonator nach der Erfindung aber führt diese Berechnungsart zu völlig falschen formellen Ergebnissen, und die Eigenfrequenz eines erfindungsmäßigen Hohlraumes ist nur auf Grund einer anderen Methode, d. h. der Lehre der radialen Hohlleiter, festzustellen.

Die erfindungsmäßige Lösung ermöglicht auf diese Weise die Ausbildung eines solchen Hohlraumresonators, welche durch die Ausgestaltung des Hohlraumes und die Bemessung des Abstimmkörpers eine wesentliche Umgestaltung des Resonatorkraftraumes und dadurch eine bedeutende Erweiterung des Frequenzbereiches bei möglichst linearem Frequenzgang gewährleistet. Dadurch wird es möglich, einen breitbandigen Hohlraumresonator — vorzugsweise als Frequenzmesser für Höchstfrequenzen — durch Drehbewegung so abzustimmen, daß mittels der Drehbewegung des Abstimmkörpers das Ausmaß der Frequenzänderung auch unmittelbar — in an sich bekannter Weise — abzulesen sei, unter Verzicht auf geradlinige Fortbewegung des Abstimmkörpers, ohne Schleifkontakte oder diesen entsprechende Abschlußglieder.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Durch Drehbewegung abgestimmter Hohlraumresonator, insbesondere für unmittelbar ablesbare Frequenzmesser, bei dem ein auf Halbkreisbogenbahn bewegter metallischer Abstimmkörper die elektromagnetische Kraftraumanordnung und zugleich die Schwingungsart des Hohlraumresonators für die Erweiterung des Frequenzbereiches, weiterhin für die Linearisierung des Zusammenhanges zwischen dem Drehungswinkel y: des Abstimmkörpers und der Änderung der Eigenfrequenz des Hohlraumresonators weitgehend umgestaltet, gekennzeichnet durch einen geometrisch unregelmäßig ausgebildeten Resonatorraum, dessen Höhenabmessung in der Anfangsstellung des metallischen Abstimmkörpers in der Raummitte durch vorzugsweise je eine Erhöhung beider Abschlußflächen des Resonators verringert, und dessen Breitenabmessung in der Wandungsstellung des metallischen Abstimmkörpers durch eine zur teilweisen Aufnahme des metallischen Abstimmkörpers dienende Wandungsausbuchtung örtlich vergrößert wird, während die Höhenabmessung des metallischen Abstimmkörpers der nützlichen Höhe des Hohlraumresonators nahekommt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bogenförmige Abschlußflächenerhöhung in der Resonatormitte, deren Höhenabmessung sich in der Bewegungsrichtung des aus der Mittellage herausgeschwenkten metallischen Abstimmkörpers gleichmäßig verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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