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Koaxiale Durchführung zum Ein- und Auskoppeln von Hochfrequenzenergie
bei Leistungsröhren Die Erfindung betrifft eine koaxiale Durchführung für das Ein-
oder Auskoppeln von HF-Energie bei Leistungsröhren, bei der ein mit einer zentralen
Bohrung versehener Keramikkörper innerhalb des Außenleiters mit Innen- und Außenleiter
zu einer mechanischen Verbindung vakuumdicht verlötet ist. Koaxiale Durchführungen
werden dazu benutzt, um z. B. die von einer Leistungsröhre, wie z. B. Klystron,
Magnetron, Wanderfeldverstärkerröhre, Carcinotron, gelieferte Hochfrequenzenergie
den äußeren Schwingkreisen zuzuführen.
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Derartige Durchführungen müssen unbedingt zwei maßgebliche Bedingungen
erfüllen; sie müssen einmal die Anpassung zwischen den Röhrenkreisen und den äußeren
Stromkreisen richtig herstellen oder sie zumindest nicht hochfrequenzmäßig beeinträchtigen
und zum anderen einen vakuumdichten Abschluß des betreffenden Entladungsgefäßes
gewährleisten. Sie müssen deshalb ein Verbindungsteil besitzen, das auf der einen
Seite in elektrischer Hinsicht gleichstrommäßig isoliert und auf der anderen Seite
die Hochfrequenzenergie durchläßt. Darüber hinaus muß das betreffende Verbindungsstück
mit den Metallteilen, d. h. mit Innen- und Außenleiter einer beispielsweise Auskoppelanordnung,
vakuumdicht verbunden sein. Das Verbindungsteil, auch Fenster genannt, muß die thermische
Belastung infolge der Hochfrequenzdurchsetzung mechanisch gut ertragen können. Aus
Festigkeitsgründen ist es deshalb wünschenswert, einen derartigen Verbindungskörper
aus Keramik herzustellen, da die Technik der vakuumdichten Metall-Keramik-Verbindungen
heute schon einen beachtlichem Stand erreicht hat und mit Erfolg weitestgehend Anwendung
auf dem Sektor der Höchstfrequenz- und Leistungsröhren gefunden hat.
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Bei einer bisher bekanntgewordenen derartigen koaxialen Durchführung
hat man eine dem Innendurchmesser des Außenleiters entsprechend große Keramikscheibe
mit einer zentralen Bohrung verwendet, derart, daß der Innenleiter nach Art einer
Einbuchtung abgesetzt durch die Bohrung eine Fortführung erfährt. Zu diesem Zweck
wurde die Keramikscheibe an ihren Stirnseiten mit den jeweiligen Teilen des Innenleiters
und an ihrer äußeren Mantelfläche mit dem Außenleiter vakuumdicht verlötet.
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Zur Vermeidung einer störenden Beeinträchtigung der Anpassung wurde
der Durchmesser des durch die Bohrung der Keramikscheibe hindurchführenden Innenleiters
kleiner gewählt, derart, daß der Innenleiter innerhalb der Keramikscheibe entsprechend
abgesetzt ist. Eine derartige Verbindung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß
bei der technischen Herstellung der betreffenden mechanischen Verbindung, insbesondere
infolge der relativ großen mit der Keramikstirnwand zu verlötenden Kreisringflächen
des Innenleiters, in der Lötstelle Keramikscheibe-Innenleiter erhebliche Zugspannungen
auftreten, die zu Undichtigkeiten infolge teilweiser Zerstörung der Keramik führen
können.
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Es sind aber auch andere vakuumdichte Durchführungen von koaxialen
Leitungen bekanntgeworden, bei denen der Keramikkörper bzw. das Fenster als Zylinder
oder Kegelrohr ausgebildet ist. Hierzu ist meist eine erhebliche Erweiterung sowohl
von Außen- als auch Innenleiter erforderlich. Derartige bekannte Anordnungen sind
im Aufbau und somit auch in der Herstellung meist recht kompliziert und kostspielig.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
bei der zuerst beschriebenen bekannten einfachen Anordnung mit einer Keramikscheibe
mit zentraler Bohrung als Fenster die maßgeblichen Teile der Durchführung durch
besondere Formgebung so zu gestalten, daß die betreffende mechanische Verbindung
die thermisch bedingten Beanspruchungen sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb
ohne Störung aushält.
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Erreicht wird dies bei einer koaxialen Durchführung zum Ein- bzw.
Auskoppeln von Hochfrequenzenergie bei Leistungsröhren, wie z. B. Magnetron,
Klystron,
Wanderfeldröhren jeglicher Art od. dgl., bei der eine mit einer zentralen Bohrung
versehene Keramikscheibe innerhalb des Außenleiters mit Innen- und Außenleiter vakuumdicht
verlötet ist, nach der Erfindung dadurch, daß der massive Innenleiter, z. B. auf
der Vakuumseite, mit einem an seinem Ende befestigten (angelöteten) dünnwandigen
Metallrohr (Zwischenrohr) gleichen äußeren Durchmessers auf der entsprechenden metallisierten
Stirnfläche der Keramikscheibe aufgelötet ist und die galvanische Verbindung durch
die enge Bohrung der Scheibe in an sich bekannter Weise mit einem zentralen Stift
hergestellt ist und daß die innerhalb des Metallrohres befindliche Kreisringfläche
der Keramikscheibe mit einem mit dem Innenleiter verbundenen Metallbelag, z. B.
einem Metallisierungsüberzug, einer Blechscheibe od. dgl., versehen ist.
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Die galvanische Verbindung für den Innenleiter mittels eines durch
die Keramikscheibe hindurchgeführten zentralen Stiftes ist von einer lösbaren koaxialen
Durchführung mit Gummidichtungen bekannt, bei der nämlich auf der Vakuumseite das
Anpressen des mit einem Gummiabdichtungsring versehenen Innenleiters gegen die Keramikscheibe
von der anderen Seite her durch eine zentrale Schraube erfolgt. Die bekannte Durchführungsanordnung
hat den wesentlichen Nachteil; daß sie nicht ausheizbar ist und nur eine geringe
mechanische Stabilität hat und deshalb bei elektrischen Entladungsgefäßen praktisch
nicht verwendet werden kann.
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Eine besonders zuverlässig arbeitende Ausführungsform einer derartigen
Durchführung wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß bei vorgegebenem
äußerem Radius r des Innenleiters Wandstärke d und Länge L des Zwischenrohres so
gewählt werden, daß sie die Beziehung
erfüllen. Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand des in der Figur rein
schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
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In der Figur, die einen Axialschnitt durch eine koaxiale Durchführung,
wie sie z. B. zum Auskoppeln einer HF-Leistung einer Leistungsröhre An-Wendung findet,
darstellt, ist mit 1 der aus einem Metallrohr bestehende Außenleiter bezeichnet.
Lediglich für die herzustellende Verbindung ist an seinem einen Ende eine etwa im
Ausmaß seiner Wandstärke geringfügige Erweiterung vorgesehen. In seinem Innern befindet
sich dazu koaxial der massive Innenleiter 2, der durch die zentrale Bohrung 4 der
das Fenster darstellenden Keramikscheibe 3 mit einem geringen Querschnitt seine
Fortsetzung hat. Vakuumdicht verlötet ist die Keramikscheibe 3 am äußeren Leiter
1 mit ihrer Zylinderfläche 5 und am Innenleiter 2 mit ihrer Stirnfläche 6. Dazu
ist der massive Innenleiter 2 in seinem im Vakuum befindlichen Ende mit einem dünnwandigen
Rohrstück 7 (Zwischenrohr) gleichen äußeren Durchmessers derart verlängert, daß
das freie Ende des Zwischenrohres 7 mit seinem Stirnrand an der Stirnwand 6 der
Keramikscheibe 3 verlötet ist. Selbstverständlich kann im Bedarfsfall das dünnwandige
Metallrohr auch auf der anderen Stirnseite der Keramikscheibe oder sogar auf beiden
Seiten vorgesehen sein und unabhängig davon die Keramikscheibe auch auf beiden Seiten
verlötet sein. Die dazu erforderliche Metallisierung auf der Stirnfläche der Keramikscheibe
läßt man vorteilhafterweise bis zum zentralen Stift 9 des Verlängerungsinnenleiters
10 reichen, so daß der gebildete, für den HF-Übergang an sich schädliche Hohlraum
11 HF-mäßig geschlossen ist. Da die Eindringtiefe der ein- oder auszukoppelnden
HF-Energie infolge ihrer hohen Frequenz sehr gering ist, kann die Verbindung sehr
dünnwandig ausgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird in Weiterbildung
der Erfindung die Länge L des Zwischenrohres derart gewählt, daß bei vorgegebenem
äußerem Radius r, Länge L und Wandstärke d der Beziehung
entsprechen. Bei Ausführung der HF-Leiter aus Vacon oder Molybdän und der Keramikscheibe
aus einer hochwertigen Oxydkeramik, wie z. B. Aluminiumoxyd, ist trotz der nicht
besonders ausdehnungsmäßigen Anpassung die vakuumdichte Verbindung durch ihre besondere
Dimensionierung der maßgeblichen Teile genügend elastisch. Die Spannung in der Keramikscheibe
hängt nur noch im wesentlichen von der Verbindung Keramik-Zwischenrohr ab und ist
praktisch unabhängig von Form und Material des Innenleiters. Durch die beschriebene
Maßnahme ist praktisch eine Trennung von mechanischer Befestigung und Hochfrequenzübergang
geschaffen.
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An Stelle des zum HF-mäßigen Schließen des Hohlraumes 11 vorgesehenen
durchgehenden Metallbelages kann auch im Bedarfsfalle eine dünne Blechscheibe aufgelötet
werden. Im Falle größerer Durchmesser des Innenleiters kann an Stelle des beschriebenen
Zwischenrohres mit besonderem Vorteil ein entsprechend dünnwandiger Metalltopf mit
einer entsprechenden zentralen Bohrung in seinem Boden derart vorgesehen werden,
daß dieser mit seinem Boden auf der Keramikstirnfläche aufgelötet wird.