WO1993013569A1

WO1993013569A1 - Coupling device with a variable coupling factor for coupling a coaxial supply line to a cavity resonator

Info

Publication number: WO1993013569A1
Application number: PCT/DE1992/001058
Authority: WO
Inventors: Dietmar Kiehlmann; Hanspeter Vogel; Peter Schäfer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 1994-06-20
Also published as: DE4142219A1; KR940704071A; JPH07502393A; EP0617849A1

Abstract

The invention relates to a coupling device with a variable coupling factor for coupling a coaxial supply line (1) to a cavity resonator (2) to which a beam tube (4) parallel to a beam axis (3) is connected and in which a resonant electromagnetic field with a resonant wavelength can be formed. The coupling device has a coaxial coupling line (5) which can be connected to the beam tube (4) and in which a coupling rod (9) can be moved along a coupling axis (8) and, to connect the supply line (1) with the coupling line (5), comprises a wide-band coaxial T-piece (11) with three arms (12, 13, 14), each of which has a length corresponding to an odd multiple of a quarter of the resonant wavelength. The coupling device is distinguished by a particularly large bandwidth with respect to the wavelength or frequency of the transmissible high-frequency electromagnic signals. It facilitates the use of coaxial supply lines (1) and renders the use of waveguides superfluous. It is especially suitable for use in accelerator installations ion or electrically charged elementary particle beams and also for use together with superconducting waveguide resonators (2).

Description

Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor zur Ankopplung einer koaxialen Speiseleitung an einen HohlraumresonatorCoupling device with variable coupling factor for coupling a coaxial feed line to a cavity resonator

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor zur Ankopplung einer Speiseleitung an einen Hohlraumresonator, der eine Strahlachse hat, an den ein parallel zu der Strahlachse gerichtetes Strahlrohr ange¬ schlossen ist und in dem ein resonantes elektromagnetisches Feld mit einer Resonanzwellenlänge aufbaubar ist, wobei die Koppelvorrichtung eine koaxiale Koppelleitung mit einer Koppelachse, einem parallel zur Koppelachse ausgerichteten Außenleiter und einem zugehörigen Innenleiter aufweist, wobei der Außenleiter in der Nähe des Hohlraumresonators an das Strahlrohr anschließbar ist -und der Innenleiter zumindest teilweise ein zum Strahlrohr zu richtender Koppelstab ist, der zur Variation des Koppelfaktors entlang der Koppelachse verschiebbar ist.The invention relates to a coupling device with a variable coupling factor for coupling a feed line to a cavity resonator, which has a beam axis to which a beam pipe directed parallel to the beam axis is connected and in which a resonant electromagnetic field with a resonance wavelength can be set up, the coupling device has a coaxial coupling line with a coupling axis, an outer conductor aligned parallel to the coupling axis and an associated inner conductor, the outer conductor being connectable to the beam pipe in the vicinity of the cavity resonator - and the inner conductor being at least partially a coupling rod to be directed towards the beam pipe, which is used to vary the Coupling factor is displaceable along the coupling axis.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Koppelvorrich- tungen zum Einsatz im Zusammenhang mit Hohlraumresonatoren, die Bestandteile von Beschleunigeranlagen für Strahlen von Ionen oder elektrisch geladenen Elementarteilchen sind. Die Erfindung betrifft auch Koppelvorrichtungen für supraleit- fähige Hohlraumresonatoren.The invention relates in particular to coupling devices for use in connection with cavity resonators which are components of accelerator systems for beams of ions or electrically charged elementary particles. The invention also relates to coupling devices for superconducting cavity resonators.

Aus der DE-32 08 655 C2 geht eine Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor für einen supraleitenden Hohlraumre¬ sonator hervor. Dieser Koppelvorrichtung wird ein elektro¬ magnetisches hochfrequentes Signal aus einem Generator durch einen Rechteckhohlleiter zugeführt und durch ein entspre¬ chendes Übergangsstück in eine koaxiale Koppelleitung eingespeist, in der zur Variation des Koppelfaktors ein teilweise den Innenleiter der Koppelleitung bildender Kop¬ pelstab verschiebbar ist. Besonderes Augenmerk gilt einer für das hochfrequente elektromagnetische Signal als Kurz- schluß wirkenden Verbindung zwischen dem Koppelstab und einer Wand des Rechteckhohlleiters.DE-32 08 655 C2 discloses a coupling device with a variable coupling factor for a superconducting cavity resonator. This coupling device is supplied with an electromagnetic high-frequency signal from a generator through a rectangular waveguide and through a corresponding transition piece into a coaxial coupling line fed in, in order to vary the coupling factor, a coupling rod partially forming the inner conductor of the coupling line can be displaced. Particular attention is paid to a connection, which acts as a short circuit for the high-frequency electromagnetic signal, between the coupling rod and a wall of the rectangular waveguide.

Die US-PS 3,713,035 betrifft eine Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor zur Speisung eines Hohlraumresonators, wobei die Variation des Koppelfaktors nicht durch Verschiebung eines Innenleiters einer koaxialen Koppelleitung bewerkstel¬ ligt wird, sondern durch die Versetzung von Löchern in einer Endplatte des Resonators, durch welche Löcher das hochfre¬ quente elektromagnetische Feld in der Koppelvorrichtung mit dem hochfrequenten elektromagnetischen Feld in dem Hohlraum¬ resonator kommuniziert. Weitere Hinweise betreffen das Vor¬ sehen einer Kühlung in Bereichen der Koppelvorrichtung, die dem Hohlraumresonator zugewendet sind. Die Koppelvorrichtung ist insbesondere anwendbar im Zusammenhang mit supraleitfä- higen Resonatoren und ist selbst teilweise supraleitfähig; die Kühlung dient daher hauptsächlich zur Aufrechterhaltung der Supraleitfähigkeit.US Pat. No. 3,713,035 relates to a coupling device with a variable coupling factor for feeding a cavity resonator, the variation of the coupling factor not being accomplished by shifting an inner conductor of a coaxial coupling line, but rather by displacing holes in an end plate of the resonator, through which holes the high-frequency electromagnetic field in the coupling device communicates with the high-frequency electromagnetic field in the cavity resonator. Further notes relate to the provision of cooling in areas of the coupling device which face the cavity resonator. The coupling device can be used in particular in connection with superconducting resonators and is itself partially superconducting; cooling is therefore mainly used to maintain superconductivity.

Die US-PS 4,286,192 betrifft einen Linearbeschleuniger für Elektronen oder Ionen, in dem jeweils zwei Hohlraumresonato¬ ren über einen weiteren Hohlraum aneinander gekoppelt sind. Zur Veränderung der Kopplung kann in diesen weiteren Hohl¬ raum ein Stab eingeführt werden, der durch einen Doppel- Viertelwellentransformator mit einer Wand des Hohlraums kurzgeschlossen ist. Da sowohl die Hohlraumresonatoren als auch der weitere Hohlraum zu evakuieren sind, ist der Kop¬ pelstab durch die Wand des weiteren Hohlraums geführt und endet in einer Endplatte, die über einen Faltenbalg mit der Wand des Hohlraums verbunden ist. Auf diese Weise wird das Eindringen von Luft oder dergleichen vermieden.US Pat. No. 4,286,192 relates to a linear accelerator for electrons or ions in which two cavity resonators are coupled to one another via a further cavity. To change the coupling, a rod can be inserted into this further cavity, which is short-circuited to a wall of the cavity by a double quarter-wave transformer. Since both the cavity resonators and the further cavity are to be evacuated, the coupling rod is guided through the wall of the further cavity and ends in an end plate which is connected to the Wall of the cavity is connected. In this way, the penetration of air or the like is avoided.

Hinweise zur Ausgestaltung von Koaxialleitungen zum Trans- port von Signalen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder gehen hervor aus dem Buch "Microwave Transmission Design Data" von Th. Moreno, Verlag Mc Graw-Hill, 1948. In diesem Buch sind insbesondere Hinweise aufgeführt, die Innen¬ leiter von Koaxialleitungen in koaxialen T-Stücken abzustüt- zen. Solche T-Stücke haben drei Arme in Form koaxialer Lei¬ tungsabschnitte, deren jeder eine Länge hat, die einem Vier¬ tel der Wellenlänge des zu übertragenden hochfrequenten elektromagnetischen Signals entspricht. Zwei parallel zu¬ einander ausgerichtete Arme dienen der Durchleitung des Fel- des, ein senkrecht zu diesen ausgerichteter dritter Arm ist an seinem den anderen Armen abgewandten Ende kurzgeschlossen. Dieser Kurzschluß ist eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Innenleiter und Außenleiter und bewerkstelligt auch die gewünschte Abstützung. Ein solches koaxiales T-Stück gestattet je nach Ausgestaltung nur die Übertragung von elektromagnetischen Signalen mit Wellenlängen bzw. Frequenzen innerhalb einer bestimmten, eingeschränkten Bandbreite. Aus dem Buch gehen jedoch auch Ausführungsformen hervor, die sich durch besonders hohe Bandbreiten hinsichtlich der Frequenz bzw. Wellenlänge der übertragbaren elektromagnetischen Signale auszeichnen.Information on the design of coaxial lines for the transport of signals by means of high-frequency electromagnetic fields can be found in the book "Microwave Transmission Design Data" by Th. Moreno, publisher Mc Graw-Hill, 1948. In this book, particular information is given that the interior to support the conductors of coaxial cables in coaxial T-pieces. Such T-pieces have three arms in the form of coaxial line sections, each of which has a length which corresponds to a quarter of the wavelength of the high-frequency electromagnetic signal to be transmitted. Two arms aligned parallel to one another serve to pass the field through, a third arm aligned perpendicular to these is short-circuited at its end facing away from the other arms. This short circuit is an electrically conductive connection between the inner conductor and the outer conductor and also provides the desired support. Depending on the design, such a coaxial T-piece only allows the transmission of electromagnetic signals with wavelengths or frequencies within a certain, restricted bandwidth. However, the book also shows embodiments which are distinguished by particularly high bandwidths with regard to the frequency or wavelength of the transmissible electromagnetic signals.

Wie bereits angedeutet, erfordern viele Anwendungen die Eva¬ kuierung von Hohlraumresonatoren; dies gilt insbesondere für Hohlraumresonatoren in Beschleunigeranlagen sowie für übliche supraleitfähige Hohlraumresonatoren. Dementsprechend müssen solche Hohlraumresonatoren und die möglicherweise zu ihnen führenden Leitungen und Rohre entsprechende Vakuumbarieren aufweisen. Aus einem Aufsatz von Y. Saito et al, Rev. Sei. Instrum. 6p_ (1989) 1736, geht eine Fensteranordnung mit einem keramischen Fenster für eine koaxiale Leitung hervor. Die Fensteranordnung ist hinsichtlich ihres Wellenwiderstan¬ des an eine mit ihr zu verbindende Koaxialleitung angepaßt.As already indicated, many applications require the evacuation of cavity resonators; this applies in particular to cavity resonators in accelerator systems and to conventional superconducting cavity resonators. Accordingly, such cavity resonators and the lines and pipes possibly leading to them must have corresponding vacuum barriers. From an article by Y. Saito et al, Rev. Sei. Instrument. 6p_ (1989) 1736, shows a window arrangement with a ceramic window for a coaxial line. The window arrangement is adapted in terms of its wave resistance to a coaxial line to be connected to it.

In Koppelvorrichtungen der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, muß zur Variation des Koppelfaktors ein Koppelstab linear bewegt werden. Zur Bewerkstelligung dieser Bewegung sind eine Vielzahl von Verschiebeeinrichtungen mit elektri- schem, pneumatischem oder hydraulischem Antrieb, abgesehen von Verschiebeeinrichtungen, die "von Hand" zu bedienen sind, bekannt. Eine Übersicht über verwendbare, elektrisch ange¬ triebene Verschiebeeinrichtungen findet sich in einem Auf¬ satz von H. Timmel, e & i (1991) 438.In coupling devices of the type to which the invention relates, a coupling rod must be moved linearly in order to vary the coupling factor. A large number of displacement devices with an electrical, pneumatic or hydraulic drive are known for accomplishing this movement, apart from displacement devices which can be operated “by hand”. An overview of usable, electrically driven displacement devices can be found in an article by H. Timmel, e & i (1991) 438.

Die bekannten Koppelvorrichtungen mit variablem Koppelfaktor weisen alle stets nur eine relativ geringe Bandbreite im Hinblick auf Frequenz oder Wellenlänge der zu übertragenden elektromagnetischen Signale auf. Dies ist nicht unbedingt von Bedeutung, wenn eine solche Koppelvorrichtung speziell ausgelegt wird für einen bestimmten Hohlraumresonator mit festgelegter Resonanzfrequenz oder Resonanzwellenlänge. Auch erfordern diese Koppelvorrichtungen die Verwendung teurer, aufwendig zu handhabender und voluminöser Hohlleiter als Speiseleitungen, was zwar dann, wenn höchste Leistungen (mehrere hundert Kilowatt und darüber) zu übertragen sind, geboten sein mag, im Regelfall, insbesondere bei kleinen bis mittleren Leistungen unterhalb von 100 kW, aus Gründen der Belastung allerdings keineswegs notwendig ist. Im übrigen bringen Übergänge von Hohlleitern auf Koaxialleiter stets bedeutende Einschränkungen der Bandbreite mit sich.The known coupling devices with variable coupling factor all always have only a relatively small bandwidth with regard to frequency or wavelength of the electromagnetic signals to be transmitted. This is not necessarily important if such a coupling device is specially designed for a specific cavity with a fixed resonance frequency or resonance wavelength. These coupling devices also require the use of expensive, complex and bulky waveguides as feed lines, which may be necessary when the highest outputs (several hundred kilowatts and above) have to be transmitted, as a rule, in particular with small to medium outputs below 100 kW, but not necessary for reasons of load. Moreover, transitions from waveguides to coaxial conductors always entail significant bandwidth restrictions.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Koppelvorrich- tung mit variablem Koppelfaktor, die möglichst universell einsetzbar ist, die sich durch eine möglichst hohe Bandbrei¬ te auszeichnet und damit qualifiziert ist sowohl zur Verwen¬ dung in relativ breitbandigen Systemen als auch zur serien¬ weisen Fertigung, wobei keine speziellen Anforderungen je- weiliger Einsatzfälle besonders berücksichtigt werden müssen, und die die Verwendung von Hohlleitern entbehrlich macht.The object of the invention is to provide a coupling device with a variable coupling factor that is as universal as possible can be used, which is characterized by the widest possible band width and is thus qualified both for use in relatively broadband systems and for series production, with no special requirements of the respective application cases having to be particularly taken into account, and which Makes use of waveguides unnecessary.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor angegeben zur Ankopplung einer ko- xialen Speiseleitung mit einem zugehörigen Wellenwiderstand an einen Hohlraumresonator, der eine Strahlachse hat, an den ein parallel zu der Strahlachse gerichtetes Strahlrohr ange¬ schlossen ist und in dem ein resonantes elektromagnetisches Feld mit einer Resonanzwellenlänge aufbaubar ist, wobei die Koppelvorrichtung folgende Bestandteile aufweist: a) eine koaxiale Koppelleitung mit einem zugehörigen Wellen¬ widerstand sowie einem zugehörigen Außenleiter und einem zu¬ gehörigen Innenleiter, welche Koppelleitung etwa parallel zu einer Koppelachse gerichtet ist, die mit der Strahlachse einen Winkel bildet, wobei der Außenleiter in der Nähe des Hohlraumresonators an das Strahlrohr anschließbar ist und der Innenleiter zumindest teilweise ein zum Strahlrohr zu richtender Koppelstab ist, der zur Variation des Koppelfak- tors entlang der Koppelachse verschiebbar ist; b) ein breitbandiges T-Stück mit drei koaxialen Armen, deren jeder einen zugehörigen Außenleiter, einen zugehörigen Innen¬ leiter und eine zugehörige Länge hat, die etwa einem jewei¬ ligen ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Resonanz¬ wellenlänge entspricht und bei welcher Koppelvorrichtung c) an einen ersten Arm die Koppelleitung angeschlossen ist, so daß der erste Arm etwa parallel zur Koppelachse ausgerichtet ist; d) der Innenleiter des ersten Arms eine Hülse aufweist, in der der Koppelstab gelagert ist und aus der er an einer Mündung, an der er mit der Hülse kurzgeschlossen ist, herausragt; e) an einen zweiten Arm die Speiseleitung angeschlossen ist, wobei der zweite Arm und die Speiseleitung etwa parallel zueinander gerichtet sind; f) ein dritter Arm abseits der anderen Arme einen den zuge¬ hörigen Außenleiter mit dem zugehörigen Innenleiter kurz¬ schließenden Verschluß aufweist.To achieve this object, a coupling device with a variable coupling factor is specified for coupling a coaxial feed line with an associated characteristic impedance to a cavity resonator that has a beam axis to which a beam pipe directed parallel to the beam axis is connected and in which a resonant electromagnetic Field with a resonance wavelength can be built up, the coupling device having the following components: a) a coaxial coupling line with an associated wave resistance and an associated outer conductor and an associated inner conductor, which coupling line is approximately parallel to a coupling axis, which is directed with the beam axis forms an angle, the outer conductor being connectable to the beam pipe in the vicinity of the cavity resonator and the inner conductor being at least partially a coupling rod to be directed towards the beam pipe and being displaceable along the coupling axis in order to vary the coupling factor t; b) a broadband T-piece with three coaxial arms, each of which has an associated outer conductor, an associated inner conductor and an associated length, which approximately corresponds to an odd multiple of a quarter of the resonance wavelength and with which coupling device c) the coupling line is connected to a first arm, so that the first arm is aligned approximately parallel to the coupling axis; d) the inner conductor of the first arm has a sleeve in which the coupling rod is mounted and from which it is attached to a Mouth, at which it is short-circuited with the sleeve, protrudes; e) the feed line is connected to a second arm, the second arm and the feed line being directed approximately parallel to one another; f) a third arm, apart from the other arms, has a closure which short-circuits the associated outer conductor with the associated inner conductor.

Ein wesentliches Merkmal der Koppelvorrichtung ist die Aus¬ legung zum Anschluß an eine koaxiale Speiseleitung anstelle einer Speiseleitung in Form eines Hohlleiters. Auf diese Weise wird das Problem der Schmalbandigkeit eines Übergangs¬ stückes zwischen Hohlleiter und Koaxialleiter von vorneherein vermieden. Anstelle eines Hohlleiters kann als Speiseleitung eine koaxiale Speiseleitung Verwendung finden, wie sie ins¬ besondere für allgemeine Anwendungen in dem für die Koppel¬ vorrichtung besonders interessierenden Frequenzbereich zwi¬ schen etwa 100 MHz und 10 GHz, insbesondere zwischen etwa 300 MHz und etwa 500 MHz, an sich bekannt ist. Insbesondere kann als Speiseleitung eine handelsübliche Koaxialleitung mit einem Wellenwiderstand von etwa 50 Ohm verwendet werden.An essential feature of the coupling device is the design for connection to a coaxial feed line instead of a feed line in the form of a waveguide. In this way, the problem of the narrow-band nature of a transition piece between the waveguide and the coaxial conductor is avoided from the outset. Instead of a waveguide, a coaxial feed line can be used as feed line, as is particularly the case for general applications in the frequency range between about 100 MHz and 10 GHz, in particular between about 300 MHz and about 500 MHz, which is of particular interest for the coupling device. is known per se. In particular, a commercially available coaxial line with a characteristic impedance of approximately 50 ohms can be used as the feed line.

Besonders bevorzugt zum Einsatz dieser Koppelvorrichtung ist der Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 1 GHz, wobei weiter¬ hin günstigerweise die Länge der Speiseleitung auf die Grö¬ ßenordnung von 10 m beschränkt bleibt. Die Leistung der mit der Koppelvorrichtung zu übertragenden elektromagnetischen Signale ist vorteilhafterweise beschränkt unter etwa 80 kW.The frequency range between 100 MHz and 1 GHz is particularly preferred for the use of this coupling device, the length of the feed line advantageously also being limited to the order of magnitude of 10 m. The power of the electromagnetic signals to be transmitted with the coupling device is advantageously limited to below approximately 80 kW.

Das erforderliche breitbandige T-Stück mit drei koaxialen Armen kann nach den Hinweisen aus dem oben zitierten Buch von Moreno ausgelegt werden. Wichtig ist, daß ein breitbandiges koaxiales T-Stück auf drei Frequenzen eine Anpassung zweier Koaxialleiter aneinander zugewährleisten vermag, wobei die¬ se Frequenzen so wählbar sind, daß zwischen zweien solcher Frequenzen der die mangelnde Anpassung beschreibende Refle- xionsfaktor auf eine vertretbar geringe Größe, insbesondere 1% oder darunter, beschränkt bleibt.The required broadband T-piece with three coaxial arms can be designed according to the instructions from Moreno's book cited above. It is important that a broadband Coaxial T-piece can ensure an adaptation of two coaxial conductors to one another on three frequencies, these frequencies being selectable in such a way that the reflection factor describing the lack of adaptation is limited to a reasonably small size, in particular 1% or less, between two such frequencies remains.

Zu den Längenangaben für die Arme des T-Stücks, sowie auch für die Auslegung der Koppelvorrichtung im allgemeinen, sei darauf hingewiesen, daß möglicherweise erforderliche Verbin¬ dungen von Außenleitern und/oder Innenleitern mit voneinan¬ der abweichenden Durchmessern Verzerrungen der elektromagne¬ tischen Felder mit sich bringen, denen durch geeignete, in der Regel nur auf der Grundlage von Erfahrungen bestimmbare Dimensionsänderungen oder dergleichen begegnet werden muß; wenn solche Maßnahmen im folgenden nicht im einzelnen erläu¬ tert werden, so deshalb, weil ihre Anwendung dem einschlägig tätigen Fachmann geläufig ist - dies insbesondere deshalb, weil sich die Berechnung der Felder an Unstetigkeiten in koaxialen Leitungsanordnungen in aller Regel der exakten theoretischen Erfassung und Berechnung entzieht.Regarding the length information for the arms of the T-piece, as well as for the design of the coupling device in general, it should be pointed out that possibly required connections of outer conductors and / or inner conductors with diameters that differ from one another also include distortions of the electromagnetic fields bring oneself, which must be countered by suitable dimension changes or the like, which can generally only be determined on the basis of experience; if such measures are not explained in detail below, it is because their application is familiar to the person skilled in the relevant art - this is particularly so because the calculation of the fields of discontinuities in coaxial line arrangements is generally the exact theoretical recording and calculation deprives.

Bevorzugtermaßen entspricht der Winkel zwischen der Koppel¬ achse und der Strahlachse etwa einem rechten Winkel, wodurch die Koppelvorrichtung besonders raumsparend auslegbar ist.The angle between the coupling axis and the beam axis preferably corresponds approximately to a right angle, as a result of which the coupling device can be designed to be particularly space-saving.

Ebenfalls im Hinblick auf räumliche Kompaktheit günstig ist es, wenn an dem T-Stück jedes erwähnte ungeradzahlige Viel¬ fache oder zumindest eines davon gleich Eins ist.With regard to spatial compactness, it is also favorable if each mentioned odd multiple or at least one of them is equal to one on the T-piece.

Der Koppelstab ist in der Hülse, die zumindest teilweise den Innenleiter der Koppelleitung bildet, verschiebbar, muß je¬ doch mit der Hülse über einen für die zu übertragenden elek- tro agnetischen Signale wirksamen Kurzschluß verbunden sein. Ein solcher Kurzschluß ist günstigerweise gebildet durch zumindest einen Schleifkontakt zwischen dem Koppelstab und der Hülse. Um die Belastung eines solchen Schleifkontaktes mit hochfrequenten elektrischen Strömen gering zu halten, ist dem Schleifkontakt vorteilhafterweise ein auf die Reso¬ nanzwellenlänge abgestimmter Doppel-Viertelwellentransforma¬ tor vorgeschaltet. Ein solcher Doppel-Viertelwellentransfor- mator ist zwar ein frequenzselektives Element, jedoch ist die Bandbreite eines Doppel-Viertelwellentransformators für die Zwecke der Erfindung in aller Regel ausreichend hoch und schränkt die Anwendbarkeit der damit ertüchtigten Kop¬ pelvorrichtung nicht wesentlich ein.The coupling rod is displaceable in the sleeve, which at least partially forms the inner conductor of the coupling line, but must be connected to the sleeve via a short circuit effective for the electromagnetic signals to be transmitted. Such a short circuit is advantageously formed by at least one sliding contact between the coupling rod and the sleeve. In order to keep the load on such a sliding contact with high-frequency electrical currents low, the sliding contact is advantageously preceded by a double quarter-wave transformer which is matched to the resonance wavelength. Such a double quarter-wave transformer is indeed a frequency-selective element, but the bandwidth of a double quarter-wave transformer is generally sufficiently high for the purposes of the invention and does not significantly restrict the applicability of the coupling device that has been strengthened with it.

Zwischen die Speiseleitung und das T-Stück der Koppelvor- richtung kann gegebenenfalls ein vakuumdichtes Fenster ein¬ gefügt sein, das vorteilhafterweise Teil einer an die Spei¬ seleitung angepaßten Fensteranordnung ist. Diese Fensteran¬ ordnung ist günstigerweise in koaxialer Bauart wie die Speiseleitung ausgeführt und weist einen Innenleiter sowie einen Außenleiter auf, wobei zu beiden Seiten des Fensters sowohl in dem Innenleiter als auch in dem Außenleiter eine induktiv wirksame Leitungsanordnung vorgesehen ist. Das Fenster besteht vorteilhafterweise aus einem keramischen Werkstoff; es stellt in der koaxialen Fensteranordnung eine Kapazität dar, der, beispielsweise durch das erwähnte Vor¬ sehen induktiver Leitungsanordnungen, Induktivitäten vor- und nachgeschaltet sind, um eine für eine Anpassung an die Speiseleitung und das T-Stück geeignete Anordnung nach Art eines Tiefpasses dritter Ordnung zu schaffen.A vacuum-tight window can optionally be inserted between the feed line and the T-piece of the coupling device, which window is advantageously part of a window arrangement adapted to the feed line. This window arrangement is advantageously designed in a coaxial design like the feed line and has an inner conductor and an outer conductor, an inductively effective line arrangement being provided on both sides of the window both in the inner conductor and in the outer conductor. The window advantageously consists of a ceramic material; it represents a capacitance in the coaxial window arrangement, which, for example due to the provision of inductive line arrangements mentioned above, inductors are connected upstream and downstream in order to provide a third-order low-pass arrangement suitable for adaptation to the feed line and the T-piece to accomplish.

Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Koppelvorrichtung jedweder Ausgestaltung hat die Koppel¬ leitung einen Wellenwiderstand, der etwa gleich dem Wellenwiderstand der Speiseleitung ist. In diesem Fall ist eine Anpassung der Koppelleitung an die Speiseleitung über das T-Stück in besonders einfacher Weise, wie unten auch n her erläutert wird, möglich.In the context of a particularly preferred development of the coupling device of any configuration, the coupling line has a characteristic impedance which is approximately equal to that Characteristic impedance of the feed line. In this case, an adaptation of the coupling line to the feed line via the T-piece is possible in a particularly simple manner, as will also be explained below.

Günstigerweise haben zusätzlich für diese Anpassung der Koppelleitung an die Speiseleitung alle Arme des T-Stücks im wesentlichen übereinstimmende Wellenwiderstände; damit ist insbesondere eine beträchtliche Vereinfachung des Aufbaus der Koppelvorrichtung vorbunden, was für eine Serienfertigung besonders vorteilhaft ist. Dies insbesondere deshalb, weil die bisher bekannten, aus Leitungsabschnitten mit verschie¬ denen Wellenwiderstäπden zusammengesetzten Strukturen nicht mehr notwendig sind.Conveniently, for this adaptation of the coupling line to the feed line, all arms of the T-piece have essentially matching characteristic impedances; This in particular considerably simplifies the construction of the coupling device, which is particularly advantageous for series production. This is particularly so because the previously known structures composed of line sections with different wave resistances are no longer necessary.

Besonders günstig ist es, wenn die Wellenwiderstände der die Arme des T-Stückes bildenden Leitungsabschnitte höchstens etwa 82 % des Wellenwiderstandes der Speiseleitung (und der Koppelleitung) betragen. Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Wahl im Rahmen der vorstehend beschriebenen be¬ sonderen Ausführungsform zu einer besonderen Breitbandigkeit des T-Stückes führen kann. Zwar war es bisher schon bekannt, ein koaxiales T-Stück mit Armen auszuführen, deren Wellen¬ widerstände im wesentlichen gleich dem Wellenwiderstand einer Koaxialleitung sind, in die das T-Stück einzufügen ist; ein solches T-Stück ist allerdings relativ schmalban- dig. Werden die Wellenwiderstände der Arme des T-Stücks auf einen Wert von höchstens 82% des Wellenwiderstandes der Koaxialleitungsanordnung, in die das T-Stück einzufügen ist, bemessen, so tritt Anpassung tatsächlich für drei Fre¬ quenzen bzw. Wellenlängen auf, wobei die mittlere Wellen¬ länge diejenige ist, auf die die geometrischen Abmessungen des T-Stückes abgestimmt sind, und wobei die beiden anderen Wellenlängen abhängig von dem Verhältnis der Wellenwider¬ stände der Arme und der übrigen Leitungsanordnung zueinander bestimmt sind, wobei die korrespondierenden Frequenzen sym-^~ metrisch bezüglich der mittleren Frequenz liegen.It is particularly favorable if the wave resistances of the line sections forming the arms of the T-piece amount to at most about 82% of the wave resistance of the feed line (and the coupling line). Surprisingly, it was found that this choice in the context of the particular embodiment described above can lead to a particular broadness of the T-piece. It was previously known to design a coaxial T-piece with arms whose wave resistances are essentially equal to the wave resistance of a coaxial line into which the T-piece is to be inserted; however, such a T-piece is relatively narrow. If the wave resistances of the arms of the T-piece are dimensioned to a value of at most 82% of the wave resistance of the coaxial line arrangement into which the T-piece is to be inserted, adaptation actually occurs for three frequencies or wavelengths, the middle waves ¬ length is the one to which the geometric dimensions of the T-piece are matched, and the other two Wavelength-dependent states of the arms and the rest of the conduit assembly are intended to each other on the ratio of Wellenwider¬, wherein the corresponding frequencies sym ^~ metric with respect of the mean frequency.

Zwischen den drei Wellenlängen, bei denen Anpassung auftritt, tritt an dem T-Stück eine gewisse Fehlanpassung auf; diese Fehlanpassung bleibt dann besonders gering, wenn die Wellen¬ widerstände der Arme des T-Stücks zumindest 75 % des Wellen- Widerstandes der Speiseleitung betragen. In diesem Falle ist die Bandbreite des T-Stücks auf eine bestimmte Maximalgröße beschränkt; wenn die Wellenwiderstände der Arme 75 % des Wellenwiderstandes der Speiseleitung betragen, entspricht die höchste Frequenz, bei der Anpassung auftritt, etwa dem 1,3-fachen der mittleren Frequenz und die niedrigste Frequenz etwa dem 0,7-fachen der mittleren Frequenz.Between the three wavelengths at which adaptation occurs, a certain mismatch occurs at the T-piece; this mismatch remains particularly low if the wave resistance of the arms of the T-piece is at least 75% of the wave resistance of the feed line. In this case, the bandwidth of the T-piece is limited to a certain maximum size; if the wave impedance of the arms is 75% of the wave impedance of the feed line, the highest frequency at which adjustment occurs is approximately 1.3 times the mean frequency and the lowest frequency is approximately 0.7 times the mean frequency.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung betra¬ gen die Wellenwiderstände der Arme zwischen 78 % und 80 % des Wellenwiderstandes der Speiseleitung; in diesem Fall liegt die höchste Frequenz, bei der Anpassung auftritt, etwa bei dem 1,25-fachen der mittleren Frequenz und die niedrigste Frequenz, bei der Anpassung auftritt, bei dem 0,75-fachen der mittleren Frequenz. Im Rahmen dieser Weiterbildung beträgt der Reflexionsfaktor des koaxialen T-Stücks, der den Grad der Fehlanpassung beschreibt, zwischen der höchsten und der niedrigsten Frequenz, bei der jeweils Anpassung auftritt, stets unter 1%. Damit liegt über die gesamte Bandbreite zwischen höchster und niedrigster Frequenz eine im wesent- liehen vollkommene Anpassung vor, woraus die enorme Band¬ breite des koaxialen T-Stücks und der mit diesem T-Stück aufgebauten Koppelvorrichtung ersichtlich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die angegebenen Zahlenwerte aus einer einfachen Theorie der Leitungen für elektromagne¬ tische Felder erhalten wurden und eventuell aufgrund von Feldverzerrungen, die insoweit keine Berücksichtigung gefun- den haben, leicht modifiziert werden müssen. Ausführungen hierzu sind z. B. dem oben zitierten Buch von Moreno ent¬ nehmbar.In the context of a particularly advantageous further development, the wave resistances of the arms are between 78% and 80% of the wave resistance of the feed line; in this case the highest frequency at which adaptation occurs is approximately 1.25 times the mean frequency and the lowest frequency at which adaptation occurs is 0.75 times the mean frequency. In the context of this further development, the reflection factor of the coaxial T-piece, which describes the degree of mismatch, between the highest and the lowest frequency at which adaptation occurs, is always below 1%. There is thus an essentially perfect adaptation over the entire bandwidth between the highest and lowest frequency, from which the enormous bandwidth of the coaxial T-piece and the coupling device constructed with this T-piece can be seen. It should be pointed out that the numerical values given were obtained from a simple theory of the lines for electromagnetic fields and may have to be modified slightly due to field distortions, which have not been taken into account in this respect. Comments on this are, for. B. from the book cited above by Moreno.

Die Koppelvorrichtung jedweder Ausgestaltung erfordert zur Variation des Koppelfaktors das Verschieben des Koppelsta¬ bes, der zumindest teilweise den Innenleiter der koaxialen Koppelleitung bildet. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, den dritten Arm des T-Stücks etwa parallel zur Koppelachse (und damit zum ersten Arm) auszurichten, für den ersten Arm und den dritten Arm als Innenleiter die Hülse, in der der Koppelstab gelagert ist, vorzusehen sowie den Koppelstab hinter dem dritten Arm aus dem T-Stück herauszuführen und dort an eine Verschiebeeinrichtung, durch die er verschieb¬ bar ist, anzuschließen. So ist die Verschiebeeinrichtung, die in vielen Fällen ein Elektromotor ist und größere Mengen an elektrisch leitfähigen Materialien enthält, außerhalb der mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern beaufschlagten Bereichen der Koppelvorrichtung angeordnet und unterliegt so keiner besonderen Gefahr der Störung durch elektromagnetische Streufelder. Gegebenenfalls kann die Verschiebeeinrichtung auch in einfacher Weise zusätzlich abgeschirmt werden. Vor¬ zugsweise sind der Außenleiter des dritten Arms und der Außenleiter des ersten Arms einstückig ausgeführt.To vary the coupling factor, the coupling device of any configuration requires the displacement of the coupling rod, which at least partially forms the inner conductor of the coaxial coupling line. For this it is particularly advantageous to align the third arm of the T-piece approximately parallel to the coupling axis (and thus to the first arm), to provide the sleeve in which the coupling rod is mounted and the coupling rod for the first arm and the third arm as the inner conductor to lead out of the T-piece behind the third arm and to connect it there to a displacement device through which it can be displaced. The displacement device, which in many cases is an electric motor and contains large amounts of electrically conductive materials, is arranged outside the areas of the coupling device which are exposed to high-frequency electromagnetic fields and is therefore not subject to any particular risk of interference from stray electromagnetic fields. If necessary, the displacement device can also be shielded in a simple manner. The outer conductor of the third arm and the outer conductor of the first arm are preferably made in one piece.

Bevorzugtermaßen ist der aus dem dritten Arm des T-Stücks herausgeführte Koppelstab an einer Endplatte befestigt, von wo ein Faltenbalg zum Außenleiter des dritten Arms führt; dabei liegt hinter dem dritten Arm ein abgeschlos- sener und evakuierbarer Raum, in dem der Koppelstab endet. In allen Fällen, in denen eine Evakuierung der Koppelvor¬ richtung erforderlich ist, ist dies nützlich, da gleitfähige Vakuumdichtungen und dergleichen entfallen. Die Verschiebe¬ einrichtung wird vorteilhafterweise außerhalb der eigentli- chen Koppelvorrichtung an die Endplatte angeschlossen und beispielsweise gegen den Außenleiter des dritten Arms abge¬ stützt.The coupling rod led out of the third arm of the T-piece is preferably fastened to an end plate, from where a bellows leads to the outer conductor of the third arm; behind the third arm there is a closed and evacuable room in which the coupling rod ends. In all cases in which an evacuation of the coupling device is required, this is useful since there are no sliding vacuum seals and the like. The shifting device is advantageously connected to the end plate outside the actual coupling device and is supported, for example, against the outer conductor of the third arm.

Im Rahmen einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Kop- pelvorrichtung, die gegebenenfalls zu verschiedenen der vor¬ stehend beschriebenen Ausgestaltungen hinzutreten kann, ist eine Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung des Koppelstabes in der Hülse angeordnet, und Anschlußleitungen für die Ver¬ schiebeeinrichtung, beispielsweise elektrische Kabel, sind durch den Innenleiter des dritten Arms aus dem T-Stück herausgeführt. Auch das Innere der Hülse ist ein weitgehend feldfreier Raum, zumal dann, wenn zwischen der Hülse und dem Koppelstab ein hinreichend guter Kurzschluß gebildet ist. Eine kleine Verschiebeeinrichtung, beispielsweise ein elek- trischer Linearmotor, kann somit in einfacher und platzspa¬ render Weise im Inneren der Koppelvorrichtung eingebaut werden.In the context of another preferred development of the coupling device, which can optionally be added to various of the configurations described above, a displacement device for displacing the coupling rod is arranged in the sleeve, and connecting lines for the displacement device, for example electrical cables, are through the inner conductor of the third arm led out of the T-piece. The interior of the sleeve is also a largely field-free space, especially when a sufficiently good short circuit is formed between the sleeve and the coupling rod. A small displacement device, for example an electric linear motor, can thus be installed in a simple and space-saving manner inside the coupling device.

Die vorstehend beschriebene Weiterbildung ermöglicht es auch, daß nicht der dritte Arm, sondern der zweite Arm etwa paral¬ lel zur Koppelachse ausgerichtet ist; auf diese Weise liegen die Koppelleitung und die Speiseleitung weitgehend in einer Linie, und es ist keine Leitung der elektromagnetischen Energie "um die Ecke herum" erforderlich. Derart werden grö- ßere Feldverzerrungen vermieden, was insbesondere im Hinblick auf eine Serienfertigung der einfachen Auslegung der Koppel¬ vorrichtung entgegenkommt. Günstigerweise sind die Außenlei¬ ter sowie die Innenleiter des ersten bzw. zweiten Arms im Rahmen dieser Weiterbildung einstückig ausgeführt. Im Rahmen einer zusätzlichen Ausgestaltung sind in der Kop¬ pelvorrichtung Mittel zur Kühlung des Koppelstabes, gegebe¬ nenfalls zusätzlich zu Mitteln zur Kühlung des Außenleiters der Koppelleitung und/oder anderer Bestandteile, vorgesehen. Insbesondere weist der Koppelstab zumindest einen Kühlkanal auf, durch den ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser oder flüssiger Stickstoff, führbar ist. Ein solcher Kühlkanal ist vorteilhafterweise angeschlossen an Kühlleitungen, die durch den Innenleiter des dritten Arms aus dem T-Stück herausge- führt sind.The development described above also makes it possible for the second arm, rather than the third arm, to be oriented approximately parallel to the coupling axis; in this way, the coupling line and the feed line lie largely in one line, and no line of electromagnetic energy "around the corner" is required. In this way, larger field distortions are avoided, which in particular with regard to series production complies with the simple design of the coupling device. The outer conductors and the inner conductors of the first and second arms are advantageously made in one piece within the scope of this development. As part of an additional embodiment, means for cooling the coupling rod are provided in the coupling device, optionally in addition to means for cooling the outer conductor of the coupling line and / or other components. In particular, the coupling rod has at least one cooling channel through which a cooling fluid, for example water or liquid nitrogen, can be passed. Such a cooling duct is advantageously connected to cooling lines which are led out of the T-piece through the inner conductor of the third arm.

Ausführungsbeispiele der Koppelvorrichtung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert; zum Zwecke der Herausstellung spezifischer Merkmale ist die Zeichnung teilweise schemati- siert und/oder leicht verzerrt ausgeführt. In den Figuren der Zeichnung sind Teile mit gleicher Funktion jeweils mit dem¬ selben Bezugszeichen versehen. Im einzelnen zeigen:Embodiments of the coupling device will now be explained with reference to the drawing; For the purpose of highlighting specific features, the drawing is partially schematic and / or slightly distorted. In the figures of the drawing, parts with the same function are each provided with the same reference numerals. In detail show:

Figur 1 und Figur 2 zwei Ausführungsbeispiele von Koppelvor- richtungen;FIG. 1 and FIG. 2 show two exemplary embodiments of coupling devices;

Figur 3 eine koaxiale Fensteranordnung zur Verwendung im Rahmen einer Koppelvorrichtung.3 shows a coaxial window arrangement for use in the context of a coupling device.

Zur Erläuterung von Merkmalen, die den Koppelvorrichtungen gemäß Figur 1 und Figur 2 gemeinsam sind, wird zunächst auf Figur 1 und Figur 2 gemeinsam Bezug genommen. Jede Koppel¬ vorrichtung dient der Ankopplung einer koaxialen Speiselei¬ tung 1 an einen Hohlraumresonator 2, der eine Strahlachse 3 hat, entlang derer an den Hohlraumresonator 2 Strahlrohre 4 angeschlossen sind. Durch die Strahlrohre 4 und den Hohl¬ raumresonator 2 kann entlang der Strahlachse 3 ein Strahl von Ionen oder elektrisch geladenen Elementarteilchen ge¬ leitet werden; ein in dem Hohlraumresonator 2 aufgebautes elektromagnetisches Feld vermag die Ionen oder Elementar- teilchen zu beschleunigen. In der Nähe des Hohlraumresonators 2 mündet in ein Strahlrohr 4 eine koaxiale Koppelleitung 5 mit einem Innenleiter 7 und einem Außenleiter 6, wobei der Innenleiter 7 zum Teil von einem durch eine Verschiebeein- richtung 10 entlang einer Koppelachse 8 (hier der Symmetrie¬ achse der Koppelleitung 5) verschiebbaren Koppelstab 9 ge¬ bildet ist. An einer Mündung 22 ragt der Koppelstab 9 aus einer Hülse 21 heraus; an dieser Mündung 22 liegt zwischen der Hülse 21 und dem Koppelstab 9 ein für ein durch die Koppelvorrichtung zu führendes hochfrequentes elektromagne¬ tisches Signal wirksamer Kurzschluß vor. Da der Innenleiter 7 einen variierenden Durchmesser aufweist, weist zur Gewähr¬ leistung eines über die Länge der Koppelleitung 5 konstanten Wellenwiderstandes auch der Außenleiter 6 einen variierenden Durchmesser auf. Problematisch hierbei ist, daß an Unstetig- keitsstellen in einer Koaxialleitung stets Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes auftreten; ein Einfluß solcher Verzerrungen auf den Wellenwiderstand muß durch geeignete konstruktive Maßnahmen ausgeschlossen werden. Theoretisch sind solche Feldverzerrungen nur sehr schwer faßbar, so daß die Auslegung von Koaxialleitern, deren Innenleiter und Außenleiter im Durchmesser variieren, in der Regel auf der Basis von vorher gemachten Erfahrungen erfolgt. Zwischen die Koppelleitung 5 und die Speiseleitung 1 ist ein koaxiales T-Stück 11 eingefügt; dieses koaxiale T-Stück 11 weist drei koaxiale Arme 12, 13 und 14 auf, deren jeder einen zugehö¬ rigen Außenleiter 15, 16 bzw. 17, einen zugehörigen Innen¬ leiter 18, 19 bzw. 20 und eine zugehörige Länge hat, die etwa einem jeweiligen ungeradzahligen Vielfachen eines Vier- tels der Resonanzwellenlänge des in dem Hohlraumresonator 2 aufzubauenden elektromagnetischen Feldes entspricht. Die drei Arme 12, 13 und 14 haben im dargestellten Fall über¬ einstimmende Wellenwiderstände, die geringer sind als die ebenfalls miteinander übereinstimmenden Wellenwiderstande von Speiseleitung 1 und Koppelleitung 5. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses der Wellenwiderstände kann erreicht werden, daß das koaxiale T-Stück 11 über einen relativ breiten Fre¬ quenz- bzw. Wellenlängenbereich eine im wesentlichen refle- xionsfreie Anpassung der Speiseleitung 1 an die Koppelleitung 5 erlaubt. Einzelheiten zur Wahl des Verhältnisses der Wel¬ lenwiderstände sind bereits erläutert worden. An einen ersten Arm 12 des T-Stücks 11 ist die Koppelleitung 5 angeschlossen; die Speiseleitung 1 ist verbunden mit einem zweiten Arm 13, und der dritte Arm 14 ist abseits des ersten Arms 12 und des zweiten Arms 13 mit einem Verschluß 23 verschlossen. Dieser Verschluß 23 bildet einen Kurzschluß zwischen dem Außenleiter 17 und dem Innenleiter 20 des dritten Arms 14. Die Längen der Arme 12, 13 und 14 können jeweils einem beliebigen ungerad- zahligen Vielfachen eines Viertels der Resonanzwellenlänge entsprechen; vorteilhafterweise, nämlich zur Erzielung einer möglichst kompakten und raumsparenden Koppelvorrichtung, wird jede Länge auf ein einziges Viertel der Resonanzwellenlänge bemessen.To explain features that are common to the coupling devices according to FIGS. 1 and 2, reference is first made to FIGS. 1 and 2. Each coupling device is used to couple a coaxial feed line 1 to a cavity resonator 2, which has a beam axis 3, along which beam tubes 4 are connected to the cavity resonator 2. A beam of ions or electrically charged elementary particles can be guided through the beam tubes 4 and the cavity resonator 2 along the beam axis 3; an electromagnetic field built up in the cavity resonator 2 is capable of carrying the ions or elementary accelerate particles. In the vicinity of the cavity resonator 2, a coaxial coupling line 5 with an inner conductor 7 and an outer conductor 6 opens into a beam pipe 4, the inner conductor 7 being partially connected to one by a displacement device 10 along a coupling axis 8 (here the axis of symmetry of the coupling line) 5) displaceable coupling rod 9 is formed. At a mouth 22, the coupling rod 9 protrudes from a sleeve 21; at this mouth 22 there is a short circuit effective for a high-frequency electromagnetic signal to be guided through the coupling device between the sleeve 21 and the coupling rod 9. Since the inner conductor 7 has a varying diameter, the outer conductor 6 also has a varying diameter to ensure a wave impedance that is constant over the length of the coupling line 5. The problem here is that distortions of the electromagnetic field always occur at points of discontinuity in a coaxial line; the influence of such distortions on the wave impedance must be excluded by suitable design measures. In theory, such field distortions are very difficult to grasp, so that the design of coaxial conductors, whose inner conductors and outer conductors vary in diameter, is generally based on previous experience. A coaxial T-piece 11 is inserted between the coupling line 5 and the feed line 1; this coaxial T-piece 11 has three coaxial arms 12, 13 and 14, each of which has an associated outer conductor 15, 16 or 17, an associated inner conductor 18, 19 or 20 and an associated length, which is approximately corresponds to a respective odd multiple of a quarter of the resonance wavelength of the electromagnetic field to be built up in the cavity resonator 2. In the case shown, the three arms 12, 13 and 14 have matching wave resistances which are lower than the wave resistances which also correspond to one another of feed line 1 and coupling line 5. By a suitable choice of the ratio of the wave resistances it can be achieved that the coaxial T-piece 11 over a relatively broad frequency or wavelength range an essentially reflection-free adaptation of the feed line 1 to the coupling line 5 allowed. Details on the choice of the ratio of the shaft resistances have already been explained. The coupling line 5 is connected to a first arm 12 of the T-piece 11; the feed line 1 is connected to a second arm 13, and the third arm 14 is closed off from the first arm 12 and the second arm 13 with a closure 23. This closure 23 forms a short circuit between the outer conductor 17 and the inner conductor 20 of the third arm 14. The lengths of the arms 12, 13 and 14 can each correspond to any odd multiple of a quarter of the resonance wavelength; Advantageously, namely to achieve the most compact and space-saving coupling device, each length is dimensioned to a single quarter of the resonance wavelength.

Nunmehr werden die spezifischen Merkmale der Ausführungsform nach Figur 1 näher erläutert. In Figur 1 sind der erste Arm 12 und der dritte Arm 14 parallel zueinander und koaxial bezüglich der Koppelachse 8 ausgerichtet; die Innenleiter 18 und 20 der Arme 12 und 14 sind gegeben durch die Hülse 21, die sich von der Koppelleitung 5 bis zum Verschluß 23 er¬ streckt. An dem Verschluß 23 ist der Koppelstab 9 aus der Hülse 21 herausgeführt; er endet an einer Endplatte 31, die über einen Faltenbalg 32 mit dem Außenleiter 17 des dritten Arms 14 verbunden ist. So entsteht zwischen der Endplatte 31 und dem Verschluß 23 ein weitgehend abgeschlossener, eva¬ kuierbarer Raum, der eine Evakuierung der gesamten Koppel¬ vorrichtung ermöglicht und dabei ansonsten notwendige gleit- fähige Vakuumdichtungen zwischen Koppelstab 9 und Hülse 21 oder Verschluß 23 entbehrlich macht. Zur Verschiebung des Koppelstabes 9 stützt sich eine entsprechende Verschiebe¬ einrichtung 10 gegen den Außenleiter 17 des dritten Armes 14 ab. Wie bereits erwähnt, muß an der Mündung 22 zwischen Hülse 21 und Koppelstab 9 ein Kurzschluß gebildet sein; dieser Kurzschluß ist in der Vorrichtung gemäß Figur 1 realisiert mit Schleifkontakten 24 zwischen der Hülse 21 und dem Kop¬ pelstab 9, denen ein in der Hülse 21 gebildeter Doppel-Vier¬ telwellentransformator 25 vorgeschaltet ist. Dieser Doppel- Viertelwellentransformator 25 besteht aus zwei verbundenen koaxialen Hohlräumen, deren jeder eine Länge hat, die einem Viertel oder einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Resonanzwellenlänge entspricht. Mit Hilfe eines solchen Doppel-Viertelwellentransformators 25 kann die Strombelastung der Schleifkontakte 24 gering gehalten werden, was für aus¬ gesprochene Hochleistungsanwendungen der Koppelvorrichtung von Vorteil ist. In der Ausführungsform nach Figur 1 ist der zweite Arm 13 des T-Stücks 11 winklig, und zwar senkrecht, zu den beiden anderen Armen 12 und 14 gerichtet. Elektromagne- tische Energie muß also zwischen der Speiseleitung 1 und der Koppelleitung 5 "um die Ecke herum" geführt werden, was zu gewissen Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes führt und möglicherweise geringe Modifikationen der Längen der drei Arme 12, 13 und 14 erfordert. Diese Problematik ist, wie be- reits näher erläutert, mit an sich bekannten Maßnahmen pro¬ blemlos bewältigbar.The specific features of the embodiment according to FIG. 1 will now be explained in more detail. In FIG. 1, the first arm 12 and the third arm 14 are aligned parallel to one another and coaxially with respect to the coupling axis 8; the inner conductors 18 and 20 of the arms 12 and 14 are given by the sleeve 21, which extends from the coupling line 5 to the closure 23. The coupling rod 9 is guided out of the sleeve 21 on the closure 23; it ends at an end plate 31 which is connected to the outer conductor 17 of the third arm 14 via a bellows 32. Thus, a largely closed, evacuable space is created between the end plate 31 and the closure 23, which enables the entire coupling device to be evacuated and, at the same time, the necessary lubricious vacuum seals between the coupling rod 9 and the sleeve 21 or makes closure 23 unnecessary. To move the coupling rod 9, a corresponding displacement device 10 is supported against the outer conductor 17 of the third arm 14. As already mentioned, a short circuit must be formed at the mouth 22 between the sleeve 21 and the coupling rod 9; This short circuit is realized in the device according to FIG. 1 with sliding contacts 24 between the sleeve 21 and the coupling rod 9, which are preceded by a double quarter-wave transformer 25 formed in the sleeve 21. This double quarter wave transformer 25 consists of two connected coaxial cavities, each of which has a length corresponding to a quarter or an odd multiple of a quarter of the resonance wavelength. With the aid of such a double quarter-wave transformer 25, the current load on the sliding contacts 24 can be kept low, which is advantageous for pronounced high-performance applications of the coupling device. In the embodiment according to FIG. 1, the second arm 13 of the T-piece 11 is angled, specifically perpendicular, to the other two arms 12 and 14. Electromagnetic energy must therefore be routed "around the corner" between the feed line 1 and the coupling line 5, which leads to certain distortions of the electromagnetic field and may require minor modifications to the lengths of the three arms 12, 13 and 14. As already explained in more detail, this problem can be overcome without problems using measures known per se.

In der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind der erste Arm 12 und der zweite Arm 13 parallel zueinander ausgerichtet, und der den Verschluß 23 aufweisende dritte Arm 14 senkrecht dazu. Die Verschiebeeinrichtung 10 ist in der Hülse 21 angeordnet, und zwar in dem Teil der Hülse 21, der den Innenleiter 19 des zweiten Armes 13 bildet. Die Hülse 21 ist geradlinig fortge- setzt in die Speiseleitung 1 hinein und bildet auch deren Innenleiter. Anschlußleitungen 33 für die Verschiebeeinrich¬ tung 10, beispielsweise Kabel zur Speisung eines elektri¬ schen Linearmotors, sind durch den Innenleiter 20 und die Hülse 21 hindurch geführt. Weiterhin ist der Koppelstab 9 kühlbar, indem durch einen Kühlkanal 34 in der Nähe des Strahlrohres 4 ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser oder flüssiger Stickstoff je nach Anwendung, geleitet wird. Zur Zu-bzw. Abführung des Kühlfluids sind Kühlleitungen 35 vor¬ gesehen, die gleichfalls durch den Verschluß 23, den Innen- leiter 20 des dritten Arms 14 und die Hülse 21 dem Koppel¬ stab 9 zugeführt sind.In the embodiment according to FIG. 2, the first arm 12 and the second arm 13 are aligned parallel to one another, and the third arm 14 having the closure 23 is perpendicular thereto. The displacement device 10 is arranged in the sleeve 21, specifically in the part of the sleeve 21 which forms the inner conductor 19 of the second arm 13. The sleeve 21 continues in a straight line into the feed line 1 and also forms it Inner conductor. Connection lines 33 for the displacement device 10, for example cables for supplying an electric linear motor, are passed through the inner conductor 20 and the sleeve 21. Furthermore, the coupling rod 9 can be cooled by passing a cooling fluid, for example water or liquid nitrogen, depending on the application, through a cooling channel 34 in the vicinity of the jet pipe 4. For access or Cooling lines 35 are provided for removing the cooling fluid and are likewise supplied to the coupling rod 9 through the closure 23, the inner conductor 20 of the third arm 14 and the sleeve 21.

Figur 3 zeigt eine Fensteranordnung 26, mit der eine Koppel¬ vorrichtung nach Art der in Figur 1 oder 2 dargestellten Koppelvorrichtungen ertüchtigt werden kann, wenn beispiels¬ weise nicht zusätzlich zu der Koppelvorrichtung die gesamte Speiseleitung evakuiert werden soll. Die Fensteranordnung 26 ist bezüglich einer Achse 36 koaxial mit einem Innenleiter 28 und einem Außenleiter 29, zwischen denen ein kreisringförmi- ges, keramisches Fenster 27 eingefügt ist. Ein solches Fen¬ ster 27 führt zu einer lokalen Erhöhung der Kapazität zwi¬ schen Innenleiter 28 und Außenleiter 29 und verändert damit lokal den Wellenwiderstand; dies ist kompensiert, indem in dem Innenleiter 28 und dem Außenleiter 29 beiderseits des Fensters 27 induktiv wirksame Leitungsanordnungen 30, die Einfräsungen in Innenleiter 28 bzw. Außenleiter 29 sein kön¬ nen, vorgesehen sind. Eine solche Anordnung aus induktiven Leitungsanordnungen 30 und Fenster 27 stellt einen Tiefpaß dritter Ordnung dar, der im Bereich einer bestimmten Wellen- länge einen Wellenwiderstand hat, der mit dem Wellenwider¬ stand der übrigen koaxialen Anordnung übereinstimmt. Eine solche Fensteranordnung 26 kann eingefügt werden in die Speiseleitung 1 oder auch an die Stelle, wo die Speiseleitung 1 in den ersten Arm 13 der Koppelvorrichtung eintritt. Die Koppelvorrichtung zur Ankopplung einer koaxialen Speise¬ leitung an einen Hohlraumresonator zeichnet sich aus durch eine hohe Bandbreite und macht die Verwendung von Hohlleitern als Speiseleitung überflüssig. Die Koppelvorrichtung ist qualifiziert zur Verwendung in relativ breitbandigen Syste¬ men und eignet sich auch zur serienweisen Fertigung, wobei sie im Regelfall speziellen Anforderungen des jeweiligen Einsatzfalls nicht mehr besonders angepaßt werden muß. FIG. 3 shows a window arrangement 26 with which a coupling device of the type of the coupling devices shown in FIG. 1 or 2 can be upgraded if, for example, the entire feed line is not to be evacuated in addition to the coupling device. The window arrangement 26 is coaxial with an inner conductor 28 and an outer conductor 29 with respect to an axis 36, between which an annular, ceramic window 27 is inserted. Such a window 27 leads to a local increase in the capacitance between inner conductor 28 and outer conductor 29 and thus locally changes the characteristic impedance; this is compensated for by the fact that in the inner conductor 28 and the outer conductor 29 on both sides of the window 27 there are inductively effective line arrangements 30, which can be milled into the inner conductor 28 and the outer conductor 29, respectively. Such an arrangement of inductive line arrangements 30 and window 27 represents a third-order low-pass filter which, in the region of a certain wavelength, has a characteristic impedance which corresponds to the characteristic impedance of the other coaxial arrangement. Such a window arrangement 26 can be inserted into the feed line 1 or also at the point where the feed line 1 enters the first arm 13 of the coupling device. The coupling device for coupling a coaxial feed line to a cavity resonator is characterized by a high bandwidth and renders the use of waveguides as feed lines superfluous. The coupling device is qualified for use in relatively broadband systems and is also suitable for series production, it generally no longer having to be specially adapted to the special requirements of the respective application.

Claims

1. Coupling device with variable coupling factor for coupling a coaxial feed line (1) with an associated wave resistance to a cavity resonator (2) which has a beam axis (3) to which a beam pipe directed approximately parallel to the beam axis (3) (4) is connected and in which a resonant electromagnetic field with a resonance wavelength can be built up, which coupling device has the following components: a) a coaxial coupling line (5) with an associated characteristic impedance and an associated outer conductor (6) and an associated inner conductor ( 7), which coupling line (5) is directed approximately parallel to a coupling axis (8) which forms an angle with the beam axis (3), the outer conductor (6) near the cavity resonator (2) to the beam Pipe (4) can be connected and the inner conductor (7) is at least partially a coupling rod (9) to be directed towards the beam pipe (4), which for variation of the coupling factor along de r coupling axis (8) is displaceable; b) a broadband T-piece (11) with three coaxial arms (12, 13, 14), each of which has an associated outer conductor

(15, 16, 17), an associated inner conductor (18, 19, 20) and an associated length which corresponds approximately to a respective odd multiple of a quarter of the resonance wavelength; and in which coupling device c) the coupling line (5) is connected to a first arm (12), so that the first arm (12) is aligned approximately parallel to the coupling axis (8); d) the inner conductor (18) of the first arm (12) has a sleeve (21) in which the coupling rod (9) is mounted and from which it is at an opening (22), on which it is short with the sleeve (21) ¬ is closed, protrudes; e) the feed line (1) is connected to a second arm (13), the second arm (13) and the feed line (1) being aligned approximately parallel to one another; f) a third arm (14) apart from the other arms (12, 13) has an associated outer conductor (17) with the associated inner conductor (20) short-circuiting closure (23).

2. Coupling device according to claim 1, wherein the angle between the coupling axis (8) and the beam axis (3) is approximately equal to a right angle.

3. Coupling device according to claim 1 or 2, wherein each odd multiple is equal to one.

4. Coupling device according to one of the preceding claims, in which the coupling rod (9) is short-circuited to the sleeve (21) via at least one sliding contact (24).

5. Coupling device according to claim 4, wherein the sliding contact (24) is tuned to the resonance wavelength

Double quarter-wave transformer (25) is connected upstream.

6. Coupling device according to one of the preceding claims, in which between the feed line (1) and the T-piece (11) is adapted to the feed line, a window arrangement (26) with a vacuum-tight window (27) is inserted.

7. Coupling device according to claim 6, wherein the Fenster¬ arrangement (26) is coaxial with an inner conductor (28) and an outer conductor (29), with on both sides of the window (27) each having an inductive line arrangement (30) in the inner conductor (28) and the outer conductor (29).

8. Coupling device according to claim 6 or 7, wherein the window (27) consists of ceramic.

9. Coupling device according to one of the preceding claims, in which the coupling line (5) has a characteristic impedance which is approximately equal to the characteristic impedance of the feed line (1).

10. Coupling device according to claim 9, wherein all arms (12, 13, 14) of the T-piece (11) are substantially the same

Have wave impedance.

11. Coupling device according to claim 10, wherein the Wellen¬ resistances of the arms (12, 13, 14) are at most 82% of the wave resistance of the feed line (1).

12. Coupling device according to claim 10 or 11, wherein the wave resistances of the arms (12, 13, 14) are at least 75% of the wave resistance of the feed line (1).

13. Coupling device according to one of claims 10 to 12, wherein the wave resistances of the arms (12, 13, 14) between 78% and 80% of the wave resistance of the feed line (1).

14. Coupling device according to one of the preceding claims, in which a) the third arm (14) is aligned approximately parallel to the coupling axis (8), preferably the outer conductor (17) of the third arm (14) and the outer conductor (15) the first arm (12) is in one piece; b) for the first arm (12) and the third arm (14) the inner conductor (18, 20) is in each case the sleeve (21); c) the coupling rod (9) protrudes from the T-piece (11) behind the third arm (14) and is connected there to a displacement device (10) through which it can be displaced.

15. Coupling device according to claim 14, in which a) the coupling rod (9) is attached to an end plate (31) which is connected via a bellows (32) to the outer conductor (17) of the third arm (14); b) the displacement device (10) is connected to the end plate (32).

16. Coupling device according to one of claims 1 to 13, in which the displacement device (10) lies in the sleeve (21) and connecting lines (33) for a displacement device (10) through which the coupling rod (9) can be displaced the inner conductor (20) of the third arm (14) is led out of the T-piece (11).

17. Coupling device according to claim 16, in which a) the second arm (13) is aligned approximately parallel to the coupling axis; b) the outer conductors (15, 16) and the inner conductors (18, 19) of the first (12) and second arm (14) are each in one piece.

18. A coupling device according to any preceding Ansprü¬ che, in which a) the coupling rod (9) at least one cooling channel (34) ^• has up, through which a cooling fluid can be guided; b) the cooling channel (35) is connected to cooling lines (35) which are led out of the T-piece (11) through the inner conductor (20) of the third arm (14).

19. Coupling device according to one of the preceding claims, in which the resonance wavelength is between 3 cm and 3 m.

20. Coupling device according to claim 19, in which the resonance wavelength is at least 30 cm, preferably between 50 cm and 1 m.