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Zylindrischer Hohlraumresonator für die TE-Schwingungsmode
Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Hohlraumresonator für die TEoln Schwingungsmode.
Hohlraumresonatoren dieser Art weisen bei gegebenem Volumen den höchsten Gütefaktor auf. Ein weiterer Vorteil derselben besteht darin, dass ihr Abstimmkolben aus einer einfachen ebenen Platte be- stehen kann, die mit der Hohlraumwand nicht in Berührung zu stehen braucht. Wie bekannt, können aber diese Hohlraumresonatoren nur in einem verhältnismässig schmalen Frequenzband (von 10 bis 20%) ver- wendet werden, da bei breiteren Frequenzbändern störende Moden im Hohlraum auftreten. Das Betriebs- frequenzband kann nur durch umständliche Modenunterdrückung erweitert werden.
Um unerwünschte Schwingungsmoden in zylindrischen Hohlraumresonatoren zu unterdrücken, wird nach einem bekannten Vorschlag der den Resonatorraum bildende Mantel an seiner inneren Fläche mit einer dünnen leitenden Schicht in Form von Streifen derart überzogen, dass die über die Begrenzungslinien der Streifen gelegten Ebenen zur Achse des Hohlraumresonators senkrecht zu liegen kommen ; die einzelnen Streifen sind dabei voneinander metallisch getrennt.
Die Erfindung bezieht sich auf Hohlraumresonatoren der erwähnten Art und befasst sich mit der Aufgabe, bei solchen Resonatoren auch die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz zu verringern.
Dies wird dadurch erreicht, dass der in an sich bekannter Weise den Resonatorraum bildende Mantel gemäss der Erfindung aus mindestens einem Ferritring besteht. Durch die erfindungsgemässe Massnahme kommen drei vorteilhafte Eigenschaften des Ferrits zur Geltung. Erstens ist die Wärmedehnungszahl des Ferrits gering, so dass auch die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz gering ist. Zweitens ist der Ferrit ein schlechter Wärmeleiter, so dass die Resonanzfrequenz plötzlichen Temperaturänderungen gegenüber unempfindlich ist. Drittens wird die Mirkowellenleistung durch den Ferrit absorbiert, d. h. der Ferrit kann auch als ein Werkstoff zum Unterdrücken von störenden Moden benutzt werden.
Durch die Erfindung wird demnach nicht nur die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators weitgehend verringert, vielmehr werden auch durch plötzliche Temperaturänderungen bedingte sprunghafte Frequenzänderungen praktisch vollständig beseitigt, was aus den angeführten Eigenschaften des Ferrits folgt. Die Metallschichtdicke ist dabei derart zu wählen, dass sie grösser ist als das Fünffache der bei der geringsten Resonanzfrequenz des Hohlraumes gemessenen Skintiefe. Eine Schichtdicke, die grösser ist als das Zehnfache der Skintiefe ist nicht mehr zweckmässig.
Die Ferritringe müssen derart nebeneinander angeordnet sein, dass ihre Achsen gleichmittig sind. Der Metallüberzug muss an der inneren Ringfläche derart ausgebildet werden, dass bei Anordnung der Ringe nebeneinander die Ränder der Metallüberzüge nicht in gegenseitige Berührung gelangen. Hiedurch wird die Entstehung von längsgerichteten Strömen im Hohlraumresonator verhindert, wogegen Ströme, die im zylindrischen Mantel fliessen und zur Achse des Hohlraumresonators senkrecht gerichtet sind, nicht gestört werden. Die TEoln Mode kann sich demnach in Hohlraumresonatoren dieser Art praktisch ohne Dämpfung ausbilden, während Moden, die einen Wandstrom mit axial gerichteter Komponente enthalten, stark gedämpft werden.
Durch die geringe Wandstärke des Hohlraumes und durch das hinter der Wand befindliche verlustbehaftete Ferritmaterial wird verhindert, dass die axial gerichteten Komponenten der Wandströme mit Verschiebungsströmen kapazitiv geschlossen werden. Das Ferritmaterial wirkt besonders
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dämpfend, da es ausser mit elektrischen Verlusten auch mit magnetischen Verlusten behaftet ist. Hie- durch kann demnach das verwendbare Frequenzband des Hohlraumresonators wesentlich erweitert werden, so dass mittels eines einzigen Hohlraumresonators gemäss der Erfindung ein volles Hohlleiterfrequenzband umspannt werden kann.
Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Wärmedehnungskoeffizient des Ferrits wesentlich geringer ist als jener der Metalle. (Der Wärmedehnungskoeffizient des Kupfers ist 165. 10-7/eo. der Wärmedehnungskoeffizient des Aluminiums ist 238. 10-7/C , wogegen der durch- schnittliche Wärmekoeffizient der Ferrite 50. 10-7/eo beträgt. ) Die Wärmeleitfähigkeit des Ferrits ist ebenfalls wesentlich geringer als jene der Metalle. (Der Wärmeleitungskoeffizient des Kupfers ist 0. 92 cal/cm. sec. C , der Wärmeleitungskoeffizient des Aluminiums ist 0, 53 eal/cm. sec.
Co. während der durchschnittliche Wärmeleitungskoeffizient der Ferrite 0, 0050 cal/cm. sec. C beträgt.) Durch eine Ände- rung der Umgebungstemperatur wird demnach die Resonanzfrequenz des Hohlraumes nur in sehr geringem
Mass geändert, während jähe Temperaturänderungen der Umgebung von der Temperatur des Hohlraumes nicht befolgt werden.
Ein weiterer Vorteil der Ferrite besteht darin, dass diese Materialien keramischer Art äusseren korro- dierenden Wirkungen hohen Widerstand leisten, so dass besondere Schutzmassnahmen wegfallen können.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Hohlraumresonators ist in der Zeichnung im Längs- schnitt dargestellt.
Die innere Fläche von Ferritringen 1 ist mit einer dünnen Silberschicht 6 überzogen. Der Hohlraumresonator kann durch Bewegung eines Kolbens 2 abgestimmt werden, wobei die Bewegung des Kolbens mittels einer Schraubenspindel 7 erfolgt, die sich in einer Deckplatte 3 bewegt. Der zum Teil von den Ringen 1 umschlossene Hohlraum ist unten durch eine Bodenplatte 4 abgeschlossen, die an einer der breiteren Seiten eines viereckigen Hohlleiters 5 befestigt ist. Die Kopplung zwischen Hohlraum und Hohlleiter erfolgt über Kopplungsöffnungen 8. Die einzelnen Bestandteile sind durch Kleben aneinander befestigt. Zwecks stärkerer Unterdrückung von störenden Moden kann die Bodenplatte 4 ebenso wie ein den Hohlraumresonator oben abschliessender Kolben 2 aus Ferrit bestehen, der ebenfalls derart mit einer dünnen leitenden Schicht zu überziehen ist, wie die innere Fläche der Ringe 1.
In der leitenden Schicht des Kolbens 2 bzw. der Bodenplatte 4 können gleichmittige kreisförmige Riffeln vorgesehen sein. Somit können auf der Oberfläche des Kolbens 2 bzw. der Bodenplatte 4 lediglich zur Achse des Hohlraumresonators konzentrische Kreisströme entstehen.
Der Zylindermantel kann auch aus einem einzigen Ferritzylinder bestehen, wobei dann in der leitenden Schicht entsprechende Riffeln auszubilden sind, damit nur Kreisströme entstehen können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylindrischer Hohlraumresonator für die TEoln Schwingungsmode mit einem den Resonatorraum bildenden Mantel, an dessen innerer Oberfläche eine dünne leitende Schicht in Form von Streifen derart vorgesehen ist, dass die über die Begrenzungslinien der Streifen gelegten Ebenen zur Achse des Höhlraum- resonators senkrecht liegen, wobei die einzelnen Streifen metallisch voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel aus mindestens einem Ferritring besteht.