DE1068324B

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Publication number: DE1068324B
Application number: DENDAT1068324D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-05

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine gasdichte, für Hochfrequenzwellen durchlässige Fensteranordnung für Koaxialleitungen.The invention relates to a gas-tight window arrangement permeable to high-frequency waves for Coaxial lines.

Bei einer gasdichten, für Hochfrequenzwellen durchlässigen Fensteranordnung für Koaxialleitungen ist erfindungsgemäß als Fenster ein wellendurchlässiger dielektrischer Zylinder mit seiner Längsachse wesentlich parallel zum Innenleiter der Übertragungsleitung vorgesehen und auf dem Innenleiter ist ein metallischer Flansch angeordnet, welcher mit dem einen Ende des Zylinders verbunden ist, und das Verhältnis des Innendurchmessers des Außenleiters zum Außendurchmesser des Innenleiters im Bereich des Fensters ist gegenüber den anschließenden Abschnitten vergrößert.In the case of a gas-tight window arrangement for coaxial lines that is permeable to high-frequency waves is according to the invention as a window a wave-permeable dielectric cylinder with its longitudinal axis provided substantially parallel to the inner conductor of the transmission line and on the inner conductor a metallic flange is arranged which is connected to one end of the cylinder, and the ratio of the inner diameter of the outer conductor to the outer diameter of the inner conductor im The area of the window is enlarged compared to the subsequent sections.

Die erfindungsgemäße Fensteranordnung besitzt Breitbandcharakter und gestattet zufriedenstellendes Arbeiten auch bei mittelhohen Leistungen, ohne daß, infolge der Spannungsbeanspruchung des Fensters, sich Überschläge und Durchbrüche desselben ergeben.The window arrangement according to the invention has broadband character and allows satisfactory Work even with medium-high outputs without, as a result of the stress on the window, flashovers and breakthroughs of the same result.

In einer Koaxialleitung liegt das elektrische Feld in senkrecht zu der Leitung sich erstreckenden Ebenen. Bei der erfindungsgemäßen Fensteranordnung wird durch Anwendung eines hohlzylindrischen axialen dielektrischen Fensters vermieden, daß sich die dielektrische Trennwand in ihrer hauptsächlichen Ausdehnung in Richtung des elektrischen Vektors erstreckt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß in der Querschnittsebene eines Hohlleiters liegende Isolatoren, wenn ein höherer Leistungstransport stattfindet, Anlaß zu Funkenbildung und Überschlägen geben.In a coaxial line, the electric field lies in planes extending perpendicular to the line. In the window arrangement according to the invention, by using a hollow cylindrical axial dielectric window avoided that the dielectric partition wall in its main extent extends in the direction of the electrical vector. Experience has shown that in the Cross-sectional plane of a waveguide lying insulators, if a higher power transport takes place, Give cause for sparking and flashovers.

Bei bekannten Koaxialleiteranordnungen hat man auch dielektrische Trennwände verwendet, die sich teilweise in Axialrichtung erstrecken. Man hat jedoch hierbei nicht auf das Vermeiden von sich in der Querschnittsebene des Hohlleiters erstreckenden Isolatorabschnitten Wert gelegt.In known coaxial conductor arrangements, dielectric partitions have also been used, which are extend partially in the axial direction. However, one does not have to avoid oneself in the cross-sectional plane of the waveguide extending insulator sections is important.

Es ist auch bekannt, koaxial zueinander verlaufende Hohlleiter, die von Rechteck- oder Kreisquerschnitt sind und Hohlwellen ausnutzen, welche einen sich von der einen Querseite zur anderen Querseite erstreckenden oder einen in senkrechter Richtung zu einem Durchmesser liegenden elektrischen Vektor besitzen, unter Anwendung eines dielektrischen Fensters zu koppeln, welches die Form eines Hohlzylinders besitzt, der an seinem einen Ende becherförmig durch eine Metallwand abgeschlossen ist. Es sind aber auch solchen Anordnungen Wandungsteile des Fensters, die in Richtung des elektrischen Feldvektors liegen, nicht vermieden.It is also known to have waveguides which run coaxially to one another and which have a rectangular or circular cross-section and use hollow shafts that extend from one transverse side to the other transverse side extending or an electrical vector lying in a direction perpendicular to a diameter have to couple using a dielectric window which is in the shape of a hollow cylinder has, which is closed at one end cup-shaped by a metal wall. But there are also such arrangements wall parts of the window, which in the direction of the electrical Field vector lie, not avoided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in zwei Figuren dargestellt. Von den Figuren zeigtAn embodiment of the invention is shown in two figures. From the figures shows

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung für Koaxialleitungen,1 shows a longitudinal section of a coupling device according to the invention for coaxial lines,

Gasdichte Fensteranordnung
für Koaxial-LeitungenGastight window arrangement
for coaxial lines

Anmelder:Applicant:

Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 38Representative: Dr. phil. GB Hagen, patent attorney,
Munich 22, Widenmayerstr. 38

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. August 1956Claimed priority:
V. St. v. America August 16, 1956

Richard Burton Nelson, Los Altos, Calif.,
und Robert Spencer Symons, Menlo Park, Calif.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt wordenRichard Burton Nelson, Los Altos, Calif.,
and Robert Spencer Symons, Menlo Park, Calif.
(V. St. A.),
have been named as inventors

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Anordnung; die Schnittlinie ist in Fig. 1 mit 2-2 bezeichnet.Figure 2 is a cross-section of part of the arrangement shown in Figure 1; the section line is in FIG. 1 labeled 2-2.

In Fig. 1 ist ein Hohlraumresonator 1 mit in der Mitte unterbrochenem Innenleiter dargestellt. Der Hohlraumresonator 1 ist mit einer Koaxialleitung 2 gekoppelt.1 shows a cavity resonator 1 with an inner conductor interrupted in the middle. The cavity resonator 1 is coupled to a coaxial line 2.

Die Kopplungsvorrichtung 3 überträgt Energie gleich gut nach beiden Richtungen; es soll für die Zwecke der Erläuterung jedoch angenommen werden, daß die Energie dem Hohlraumresonator 1 zugeführt wird.The coupling device 3 transfers energy equally well in both directions; however, it should be assumed for the purposes of explanation that the energy is supplied to the cavity resonator 1.

Es tritt Energie von einer üblichen Koaxialleitung 2 an der Koaxialleitungskupplung 3 ein. Am Eingangsende der Koaxialleitung 2 befindet sich der Steckerteil 4, welcher auf seiner Außenseite ein Gewinde trägt, das einem Gewinde einer Überwurfmutter 5 angepaßt ist.Energy enters from a conventional coaxial line 2 at the coaxial line coupling 3 . At the input end of the coaxial line 2 is the plug part 4, which has a thread on its outside that is matched to a thread of a union nut 5.

Der Außenteil des Steckerteiles 4 ist in der Längsrichtung geschlitzt und bildet eine Mehrzahl federnder Finger, welche mit dem äußeren einführbaren Teil 6 der Kupplung zusammenwirken.The outer part of the plug part 4 is slotted in the longitudinal direction and forms a plurality of resilient fingers which cooperate with the outer insertable part 6 of the coupling.

Eine sich ringsherum erstreckende Nut 7 ist an der Außenwandung des anderen Steckerteiles 6 vorgesehen, in der sich ein gespaltener Haltering 8 befindet. Dieser Ring dient dem Zweck, den Überwurfkragen 5 zu halten, und gestattet, denselben zu drehen. A groove 7 extending all around is provided on the outer wall of the other plug part 6 , in which a split retaining ring 8 is located. This ring serves the purpose of holding the cap collar 5 and allows it to be turned.

909' 647/286909 '647/286

i 068 i 068

Der Innenleiter 9 besitzt an seinem Ende mehrere in der Längsrichtung sich erstreckende Schlitze, die eine Mehrzahl federnder Kontaktfinger bilden. Die fingerartigen Enden des Innenleiters 9 bilden den Buchsenteil für den Innenleiter der Koaxialleitung 2. Ein steckerartig wirkender Innenleiter 11 bildet einen Innenleiterabschnitt geringeren Durchmessers, welcher mit den fingerartigen Enden des Innenleiters des oberen Kupplungsteiles zusammenwirkt. Guter elektrischer Kontakt zwischen den Leitern der Koaxialleiteranordnungen wird dadurch erzielt, daß die Überwurfmutter 5 fest gedreht wird und beide Teile zusammengepreßt werden.At its end, the inner conductor 9 has a plurality of slots which extend in the longitudinal direction and which form a plurality of resilient contact fingers. The finger-like ends of the inner conductor 9 form the socket part for the inner conductor of the coaxial line 2. An inner conductor 11 acting like a plug forms an inner conductor section of smaller diameter which interacts with the finger-like ends of the inner conductor of the upper coupling part. Good electrical contact between the conductors of the coaxial conductor arrangements is achieved in that the union nut 5 is tightly rotated and both parts are pressed together.

In der Innenwandung des Außenteiles 6 der Kupplung befindet sich eine Rippe 10 zu dem Zweck, an den miteinander verbundenen Innenleitern 11 und 9 einen Impedanzabgleich sicherzustellen. Die Rippe 10 bildet eine kapazitive Reaktanz, welche die induktive Reaktanz an der sich am Innenleiter bildenden Nut auszugleichen bestimmt ist; diese Nut ergibt sich dadurch, daß die fingerförmigen Fortsätze des Innenleiters 9 nicht vollständig bis zu der Schulter des Steckerteiles des Innenleiters 11 der Kupplung herunterreichen. Es ist ein Flansch 12 am inneren Koaxialleiter 9 vorgesehen, der beispielsweise aus Kupfer bestehen und hart angelötet sein kann. Für die Befestigung des Fensters ist eine dünne ringförmige Scheibe 13, beispielsweise aus Kovar bestehend, an dem Flansch 12 des Innenleiters vorgesehen. Ein hohles zylindrisches Fenster 14, beispielsweise aus Keramik, wird an dem einen Ende durch die querverlaufende Scheibe 13 getragen. Eine zweite Scheibe 15 trägt das andere Ende des dielektrischen Fensters 14. Ein dünner nachgiebiger, mit einer öffnung versehener becherförmiger Körper 16 aus leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, trägt die zweite ringförmige Scheibe 15 der Fensteranordnung auf seiner querverlaufenden Bodenfläche. Das keramische Fenster 14 ist mit der Kovarscheibe 13 verlötet, und das Kovar wiederum ist mit dem kreisförmigen, aus Kupfer bestehenden Flansch 12 und dem becherförmigen Teil 16 vakuumdicht hart verlötet. Der becherförmige Teil 16 ist nachgiebig, so daß sich unter dem Einfluß der Temperatur eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen der Fensteran-Ordnung ergeben kann.In the inner wall of the outer part 6 of the coupling there is a rib 10 for the purpose of ensuring an impedance matching on the interconnected inner conductors 11 and 9. The rib 10 forms a capacitive reactance, which is intended to compensate for the inductive reactance at the groove formed on the inner conductor; this groove results from the fact that the finger-shaped extensions of the inner conductor 9 do not extend all the way down to the shoulder of the plug part of the inner conductor 11 of the coupling. A flange 12 is provided on the inner coaxial conductor 9 , which can consist of copper, for example, and can be hard-soldered. For fastening the window, a thin annular disk 13, for example made of Kovar, is provided on the flange 12 of the inner conductor. A hollow cylindrical window 14, for example made of ceramic, is carried at one end through the transverse disk 13 . A second disk 15 carries the other end of the dielectric window 14. A thin, flexible, cup-shaped body 16 made of conductive material, for example copper, and provided with an opening, carries the second annular disk 15 of the window arrangement on its transverse bottom surface. The ceramic window 14 is soldered to the Kovar disk 13 , and the Kovar in turn is hard soldered to the circular flange 12 made of copper and the cup-shaped part 16 in a vacuum-tight manner. The cup-shaped part 16 is flexible, so that the window arrangement can expand and contract under the influence of temperature.

Der äußere einsteckbar ausgebildete Leiterteil 6 besitzt einen vergrößerten Innendurchmesser in der Nähe der dielektrischen Fensteranordnung. Weiterhin besitzt der Innenleiter 9 an dieser Stelle einen geringeren Durchmesser. Dieser Abschnitt, in welchem der Abstand zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter größer ist, dient dem Zweck, den induktiven Widerstand dieses Teiles der Koaxialleitung zu vergrößern, zu dem Zweck, die Kapazitätsvergrößerung, die sich durch die Flansche 12, die Scheiben 13 und 15 der Fensteranordnung, das dielektrische Fenster 14 und den becherförmigen Teil 16 ergibt, auszugleichen. Es findet auf diese Weise eine Anpassung des Fensterteiles der Energieleitung an dem übrigen Teil der Koaxialleitung statt, so daß sich eine elektrisch glatte Leitung, d. h. eine Leitung ohne stehende elektrische Wellen ergibt. Der nachgiebige becherförmige Teil wird an seinem unteren Ende von einem hohlen zylindrischen Anschlußteil 17 getragen.The outer plug-in conductor part 6 has an enlarged inner diameter in the vicinity of the dielectric window arrangement. Furthermore, the inner conductor 9 has a smaller diameter at this point. This section, in which the distance between the inner conductor and the outer conductor is greater, serves the purpose of increasing the inductive resistance of this part of the coaxial line, for the purpose of increasing the capacitance created by the flanges 12, the discs 13 and 15 of the Window arrangement, the dielectric window 14 and the cup-shaped part 16 results to compensate. In this way, the window part of the power line is matched to the remaining part of the coaxial line, so that an electrically smooth line, ie a line without standing electrical waves, results. The resilient cup-shaped part is supported at its lower end by a hollow cylindrical connecting part 17 .

Der zylindrische Anschlußteil 17 besitzt einen Teil vergrößerten Innendurchmessers, welcher dem Teil von vergrößertem Innendurchmesser des äußeren Hohlleiterteiles 6 angepaßt ist. An der AußenseiteThe cylindrical connecting part 17 has a part of enlarged inside diameter which is adapted to the part of enlarged inside diameter of the outer waveguide part 6. On the outside

des zylindrischen Anschlußteiles 17 befindet sich ein Gewindeteil, auf welchem ein Teil des koaxialen Leiterteiles 6 aufgeschraubt ist.of the cylindrical connecting part 17 is a threaded part on which a part of the coaxial conductor part 6 is screwed.

Der zylindrische Anschlußteil 17 und der innere Leiter 11 bestehen aus nicht oxydierendem leitendem Material, beispielsweise aus Cupronickel (70% Cu, 30% Ni), und besitzen eine Oberfläche, welche leicht bei hohen Temperaturen bearbeitet werden kann, ohne daß sich Verzunderung oder andere Schädigungen der leitenden Oberfläche ergeben. Es ist, wenn der Kupplungsteil einen Teil des Vakuumgefäßes einer Hochfrequenzröhre bildet, wie dies Fig. 1 veranschaulicht, erforderlich, daß die Anordnung in einem Ofen auf Temperaturen der Größenordnung von 400 bis 600° C erwärmt wird, zu dem Zweck, schädliche Gase innerhalb des Vakuumgefäßes zu entfernen. Wenn die Flächen, die sich außerhalb des Vakuums befinden, aus Kupfer bestehen und so erhitzt werden, würde die Oberfläche oxydieren und eine Verzunderung erfahren, die einen guten Kontakt verhindert. Der Anschlußteil 17 wird von einem leitenden metallischen Hohlkörper 18, beispielsweise aus Kupfer, getragen, derart, daß der Anschlußteil 16 sich koaxial tzu der zylindrischen Bohrung befindet. Ein Teil des becherförmigen Teiles 16 erstreckt sich in die Bohrung 19 hinein und ist dort so befestigt, daß er mit den Seitenwandungen abschließt; er kann hart vakuumdicht eingelötet sein.The cylindrical connecting part 17 and the inner conductor 11 are made of non-oxidizing conductive material, for example cupronickel (70% Cu, 30% Ni), and have a surface which can easily be machined at high temperatures without scaling or other damage the conductive surface. If the coupling part forms part of the vacuum vessel of a high-frequency tube, as illustrated in FIG Remove the vacuum vessel. If the surfaces that are outside the vacuum are made of copper and are heated in this way, the surface would oxidize and experience scaling, which prevents good contact. The connecting part 17 is carried by a conductive metallic hollow body 18, for example made of copper, in such a way that the connecting part 16 is located coaxially with the cylindrical bore. A part of the cup-shaped part 16 extends into the bore 19 and is fixed there so that it is flush with the side walls; it can be soldered in hard and vacuum-tight.

Der Teil des Innenleiters, welcher geringeren Durchmesser besitzt, erstreckt sich bis hinter das dielektrische Fenster 14 und zum Teil bis hinter den Innenteil des nachgiebigen becherförmigen Teiles 16. Dieser Abschnitt bietet einen vergrößerten induktiven Widerstand, welcher den vergrößerten kapazitiven Widerstand, der sich durch die Nähe der Bodenfläche des nachgiebigen becherförmigen Teiles 16 relativ zum Innenleiter 9 ergibt, ausgleicht.The part of the inner conductor, which has a smaller diameter, extends behind the dielectric window 14 and partly behind the inner part of the resilient cup-shaped part 16. This section offers an increased inductive resistance, which the increased capacitive resistance, which is due to the proximity the bottom surface of the resilient cup-shaped part 16 relative to the inner conductor 9 results, compensates.

Auf diese Weise ergibt sich in der Nähe des becherförmigen Teiles 16 eine Impedanzanpassung der Koaxialleitung.In this way, there is an impedance matching of the coaxial line in the vicinity of the cup-shaped part 16.

Eine ovale Bohrung 21 ist in dem Metallklotz 18 vorgesehen. Die ovale Bohrung erstreckt sich rechtwinklig zu der zylindrischen Bohrung 19. Der Innenleiter 9 erstreckt sich durch die zylindrische Bohrung 19 und die ovale Bohrung 21. In der ovalen Bohrung besitzt der Innenleiter 9 eine rechtwinklige Biegungsstelle und ragt aus der ovalen Bohrung 21 heraus. Die ovale Bohrung 21 hat deswegen einen ovalen Querschnitt, weil dadurch die Montage des Innenleiters 9 innerhalb des metallischen Klotzes 18 erleichtert wird. Die zylindrische Bohrung 19 und die ovale Bohrung 21 sind so bemessen, daß sie Energiereflexion an der Anschlußstelle vermeiden. Es können indessen bei gewissen Anwendungsformen Änderungen des Wellenwiderstandes an der Zusammenschlußstelle der Bohrungen wünschenswert sein, um bestimmte Kopplungseigenschaften zu erzielen.An oval bore 21 is provided in the metal block 18 . The oval bore extends at right angles to the cylindrical bore 19. The inner conductor 9 extends through the cylindrical bore 19 and the oval bore 21. In the oval bore, the inner conductor 9 has a right-angled bending point and protrudes from the oval bore 21 . The oval bore 21 has an oval cross section because it facilitates the assembly of the inner conductor 9 within the metallic block 18. The cylindrical bore 19 and the oval bore 21 are dimensioned so that they avoid energy reflection at the connection point. However, in certain forms of application, changes in the wave resistance at the junction of the bores may be desirable in order to achieve certain coupling properties.

Der zurückgebogene Teil des Innenleiters 9, insoweit er außerhalb des metallischen Klotzes 18 liegt, bildet eine induktive Kopplungsschleife 23. Der Klotz 18 ist in einer Öffnung 25 des Resonators 1 eingesetzt.The bent back part of the inner conductor 9, insofar as it lies outside the metallic block 18 , forms an inductive coupling loop 23. The block 18 is inserted in an opening 25 of the resonator 1.

Eine kapazitive Belastung 24, beispielsweise aus Kupfer, ist fest an dem Innenleiter 9 angeordnet und befindet sich in nächster Nähe der magnetischen Kopplungsschleife 23. Der Zweck dieser kapazitiven Belastung 24 liegt darin, eine kapazitive Reaktanz im Zusammenwirken mit der induktiven Reaktanz der Kopplungsschleife 23 zu bilden, so daß eine gewünschte Kopplungscharakteristik erzielt wird.A capacitive load 24, for example made of copper, is fixedly arranged on the inner conductor 9 and is in close proximity to the magnetic coupling loop 23. The purpose of this capacitive load 24 is to create a capacitive reactance in cooperation with the inductive reactance of the coupling loop 23 so that a desired coupling characteristic is obtained.

Claims

During operation, high-frequency energy enters the coupling piece from the coaxial line which has the inner conductor 9. The electromagnetic field of the coaxial line is designed for the prevailing wave type in such a way that the electric field vector extends radially between the inner conductor 9 and the outer conductor of the power line 2. In the vicinity of the vacuum-tight window 14, the electric field vector penetrates the wall of the window 14 substantially at a right angle; if the window 14 is arranged in this way, the capacitive jump point caused by it is minimal, whereby the impedance matching to the coaxial line on both sides of the ceramic window is facilitated. As a result of the capacitive voltage distribution between air, vacuum and dielectric material, the electrical field in the space between the inner conductor 9 and the outer conductor of the coaxial line, insofar as it forms in the dielectric window, is low and, accordingly, the energy losses, so that the window arrangement for high performance suitable is. After the high-frequency waves have penetrated the electrical window, the energy is conducted through the cylindrical part 19 of the high-frequency line and from there through the oval bore 21 and then into the cavity resonator 1. Claims

1. Gas-tight window arrangement for coaxial lines permeable to high frequency waves, characterized in that a wave-permeable dielectric cylinder (14) is provided with its longitudinal axis substantially parallel to the inner conductor (9) of the transmission line and that a metallic flange (12) is arranged on the inner conductor is, which is connected to one end of the cylinder, and that the ratio of the inner diameter of the outer conductor (17) to the outer diameter of the

Inner conductor (9) is enlarged in the area of the window compared to the subsequent sections.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a thin, resilient cup-shaped body (16) is connected on the one hand to the outer conductor (17) of the power line and on the other hand to the cylinder (14) .

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the diameter of the inner conductor (9) in a section adjoining the cylinder within the cup-shaped body (16) is the same as within the cylinder and that the diameter is then increased.

4. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the inner conductor diameter is enlarged on the side of the flange (12) facing away from the window.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the inner conductor (9 ) adjoining the flange (12) of enlarged diameter extends over a certain length into the outer conductor (6) having the normal inner diameter.

6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the flange (12) has a gradation.

7. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the cylinder is spatially separated over practically its entire length both from the inner conductor (9) and from the outer conductor (17) of the coaxial line.

Considered publications:
German patent application B 23001 VIII a / 21 a ⁴ (published on

August 9, 1956);
French Patent No. 1 108 517;
Collins, George B., "Microwave Magnetrons," 1948, New York, pp. 483 and 484.

1 sheet of drawings