DE1186915B - Abstimmeinrichtung fuer Hohlleiter fuer elektrische Hochfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03h

H03j

Deutsche Kl.: 21 a4 - 69

Nummer: 1186 915

Aktenzeichen: V 20449 IX d/21a 4

Anmeldetag: 5. April 1961

Auslegetag: 11. Februar 1965

Die Erfindung betrifft Abstimmeinrichtungen zur Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Hohlleiters für elektrische Hochfrequenzschwingungen, insbesondere für den äußeren Abstimmhohlraum eines Klystrons.

Abstimmeinrichtungen für diese Zwecke sind bekannt. Sie beruhen üblicherweise darauf, daß ein Abstimmstempel von außen her durch eine Öffnung in der Wandung eines Hohlraumresonatorkörpers oder eines Hohlleiters mehr oder weniger tief hineingeschoben wird. Da es ungünstig ist, wenn der Abstimmstempel die Wandung des Hohlleiters oder des Hohlraumresonators berührt, da dann elektrisch leitende Berührungen zustande kommen, die ein zusätzliches Rauschen hervorrufen können, ist die Öffnung, durch die der Abstimmstempel in den Hohlraumresonator hineingeschoben wird, im allgemeinen größer als der Abstimmstempel selbst. Um zu verhindern, daß durch den zwischen dem Abstimmstempel und der Wandungsöffnung des Hohlraumresonators vorhandenen freien Raum Hochfrequenzenergie entweichen kann, ist es ferner bekannt, die Traghülse, in der der Abstimmstempel geführt ist, so auszubilden, daß sie zusammen mit dem Abstimmstempel eine Hf-Drossel bildet, so daß der Abstimmstempel gegenüber dem Hohlleiter oder dem Hohlraumresonator durch diese Drossel isoliert ist. Diese Traghülse ist im allgemeinen außen an dem Hohlleiter oder dem Hohlraumresonator befestigt und so eingerichtet, daß sich der Abstimmstempel in ihr herauf oder herunter bewegen läßt, wozu beispielsweise eine Schraube verwendet werden kann.

Diese bekannten Abstimmeinrichtungen sind nun aus folgendem Grund nachteilig. Die Drossel, durch die der Abstimmstempel von dem Hohlleiter isoliert ist, ist zweckmäßigerweise als ein kurzes Stück einer Koaxialleitung ausgebildet. Dabei wird der untere Teil des Abstimmstempels als Innenleiter verwendet, während der Außenleiter die Traghülse selbst ist oder in sie eingeschoben wird. Aus diesem Aufbau ergibt sich, daß der Abstimmstempel nur an seinem einen Ende gehaltert werden kann, während er innerhalb der Drossel frei tragend geführt ist. Die Abstimmeinrichtungen sind daher vibrationsempfindlich und nicht ausreichend robust genug, um eine lange Betriebszeit zu gewährleisten.

Ziel der Erfindung ist daher eine Abstimmeinrichtung, die diese Nachteile nicht besitzt, in der also der Abstimmstempel schwingungsunempfindlich gehaltert oder gelagert ist.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß für den Abstimmstempel ein weiteres unteres Lager

Abstimmeinrichtung für Hohlleiter für
elektrische Hochfrequenzschwingungen

Anmelder:

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

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Curtis Eugene Ward, Los Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. April 1960 (20 330) - -

vorgesehen ist, das aus einer dielektrischen Hülse besteht, die den Abstimmstempel umgibt, daß die Hülse von dem Drosselglied umgeben ist und von diesem gegen den Abstimmstempel gedrückt ist, so daß sich ein Gleitlager ergibt, und daß das obere Lager durch das Innengewinde der Stützhülse gebildet ist, die in ein am Abstimmstempel vorgesehenes Außengewinde eingeschraubt ist.

Damit nun das Drosselglied die dielektrische Hülse besser an den Abstimmstempel andrücken kann, ist es günstig, wenn das Drosselglied ein Metallzylinder mit einem unrunden Querschnitt ist. Weiterhin wird zweckmäßig angrenzend an das obere Lager eine Schmiervorrichtung vorgesehen. Die Isolation zwischen dem Abstimmstempel und dem Hohlraumresonator oder dem Hohlleiter läßt sich verbessern, wenn man zwischen das Drosselglied und das obere Lager ein weiteres Drosselglied einsetzt.

Der Aufbau der Abstimmeinrichtung wird dann besonders einfach, wenn man die dielektrische Hülse mit einem Flansch versieht, der zwischen den angrenzenden Enden der beiden Drosselglieder liegt. Weiterhin wird das zweite Drosselglied zweckmäßig so ausgebildet, daß es einen unteren Teil mit einem

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größeren Durchmesser aufweist, der das untere Drosselglied umgibt, und daß das untere Ende des Teiles von kleinerem Durchmesser auf dem Flansch der dielektrischen Hülse aufliegt. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Traghülse aus rostfreiem Stahl und der damit verschraubte Teil des Abstimmstempels aus graphitiertem Gußstahl besteht.

Durch die Verwendung zweier Lager, von denen das eine als dielektrische Hülse ausgebildet ist, ist es möglich, _tden Abstimmstempel schwingungsfrei zu haltern, ohne daß Kontakte zwischen dem Abstimmstempel und Metallteilen auftreten, die Hochfrequenzströme führen. Durch die besondere Wahl der Materialien sowie durch die Schmiervorrichtung ist darüber hinaus eine wesentlich längere Betriebszeit der Abstimmeinrichtung sichergestellt, da dadurch der Abstimmstempel in seinen Führungen wesentlich besser gleiten kann.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Abstimmeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Querschnittes der unteren Drossel und der dielektrischen Hülse entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;.

F i g. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der unteren Drossel, und

Fig. 4 zeigt eine Abstimmeinrichtung an einem äußeren Hohlraumresonator eines abstimmbaren Klystrons zur Schwingungserzeugung.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Hohlraumresonator dargestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Abstimmvorrichtung in anderen Schaltungen und Geräten für. Mikrowellen verwandt werden kann, wie z.B. für Wellenleiter. Der Hohlraumresonatorkörper 1 besitzt eine zentrale öffnung und an der Oberseite eine durch eine zylindrische Bohrung hergestellte öffnung 1', die das Einführen eines kapazitiven Abstimmstempels 3 in die innere Kammer 4 des Hohlraumresonatorkörpers 1 ermöglicht. Der Durchmesser des Stempels 3 ist kleiner als die zentrale öffnung 1', so daß kein metallischer Kontakt zwischen der Innenwand des Hohlraumresonators 1 und dem Stempel 3 auftreten kann. In der zylindrischen Bohrung des Hohlraumresonatorkörpers 1 befindet sich eine Hochfrequenzdrossel 5, die aus einem Hohlzylinder 5' besteht, der z. B. aus silberplattiertem Stahl hergestellt ist und einen unteren Flansch 5" besitzt. Der Flansch 5" der Drossel 5 ist in die Basis der zylindrischen Bohrung des Hohlraumresonatorkörpers 1 eingesetzt. Die dielektrische Hülse 6, die z. B. aus Teflon besteht, ist eng an die Innenseite der Drossel S angepaßt und dient als Lager, in dem sich der Stempel 3 bewegt. Die dielektrische Hülse 6 besitzt einen Flansch 6', um zu verhindern, daß die dielektrische Hülse 6 innerhalb der Innenseite der unteren Drossel 5 herabgleitet.

Eine obere Drossel 7 wird durch eine hohlzylindrische Bohrung T gebildet, die mit einer äußeren Schulter 1" versehen ist, die ebenso in die Gegenbohrung des Hohlraumresonatorkörpers 1 eingepaßt ist und einen metallischen Kontakt mit dem Flansch 5' der unteren Drossel 5 ergibt. Die innere Stufe der Gegenbohrung der oberen Drossel 7 ist so ausgebildet, daß der Flansch 6' der dielektrischen Hülse 6 in geeigneter Weise aufgenommen werden kann. Eine Gummidichtung 8 befindet sich zwischen der Außenwand des Hohlraumresonatorkörpers 1 und der äußeren Schulter 7" der oberen zylindrischen Drossel 7', um eine hermetische Abdichtung des Hohlraumresonators, falls dies erwünscht ist, zu ermöglichen. Der innere Durchmesser der oberen zylindrischen Drossel T ist größer als der Durchmesser des kapazitiven Stempels 3, so daß kein metallischer Kontakt zwischen der oberen Drossel 7 und dem Stempel 3 besteht. Der Stempel 3 wird dadurch in einer geeigneten Lage in der dielektrischen Hülse 6 gehalten, daß die untere zylindrische Drossel 5' und die dielektrische Hülse 6 so deformiert werden, daß an drei Stellen ein Umbiegen nach innen erfolgt, wodurch sich eine etwa dreieckförmige Gestalt ergibt, so daß dann, wenn der Stempel 3 in die Resonatorkammer 4 durch die obere Drossel 7, die dielektrische Hülse 6 und die untere Drossel 5 geführt wird, die durch Deformation erhaltene dreieckförmige Gestalt der dielektrischen Hülse 6 eine radiale elastische Kraft auf den Stempel 4 ausübt.

Die äußere Schulter der oberen Drossel 7 nimmt die Stufe der Gegenbohrung einer zweistufigen, hohlen, gegengebohrten Stützhülse 9 der Abstimmeinrichtung auf, die z. B. aus rostfreiem Stahl besteht. Der obere Teil der Traghülse 9 der Abstimmeinrichtung ist mit einem Innengewinde versehen und besitzt eine kleine, nach außen vorspringende Lippe 9', während der untere Teil der Stützhülse 9 einen mit Öffnungen versehenen Flansch besitzt, damit die Stützhülse 9 durch Schrauben 18 an dem Hohlraumresonatorkörper 1 befestigt werden kann.

Eine Justiereinrichtung 10 für die Abstimmvor-

riehtung, die aus graphitiertem Gußeisen besteht und einen zentral ausgebohrten unteren Teil zur Aufnähme des oberen Endes des Stempels 3 im Klemmsitz besitzt, ist für die Führung der Bewegung des Stempels 3 in der Kammer 4 vorgesehen. Diese Bewegung wird mit Hilfe eines mit einem Gewinde versehenen äußeren unteren Teils der Einrichtung 10 bewirkt, die in den inneren, mit einem Gewinde versehenen Teil der Stützhülse 9 hineinpaßt. Ein metallischer Sprengring 16 ist 'um die Außenseite der Gewinde gelegt, um eine radiale Kraft auf die Gewinde auszuüben. Ein Schlitz 10' ist am oberen Ende der Einrichtung 10 vorgesehen, damit mit Hilfe eines Schraubenziehers die Einrichtung 10 gedreht werden kann. Die Drehung des mit einem Gewinde versehenen Teils der Einrichtung 10 bewirkt eine longitudinale Bewegung des Stempels 3. Eine eingebaute, mit Filz ausgelegte Schmiervorrichtung 11 ist vorgesehen, um die Gewindeoberflächen der Einrichtung 10 und der Hülse 9 zu schmieren. Als Schmiermittel wird eines auf Silikonbasis verwendet, weil Silikone im allgemeinen nicht temperaturempfindlich sind. Das graphitierte Gußeisen der Einrichtung 10 in Verbindung mit dem Gewinde der Befestigungshülse 9 aus Edelstahl und dem Silikon in der Schmiereinrichtung 11 gewährleisten eine außergewöhnlich lange Lebensdauer der Gewinde bei geringer Reibung. Die gute Lebensdauer ist auf die Graphit- und Eisenteilchen von der Einrichtung 10 zurückzuführen, die sowohl die Gewindeoberflächen der Hülse 9 als auch die Laufflächen der Einrichtung 10 glätten. Die Graphit- und die Eisenteilchen werden von dem Silikon getragen, das selbst ein verhältnismäßig schlechtes Schmiermittel ist. Die Kombination von graphitiertem Gußeisen der Einrichtung 10, die im Gegengewinde aus Edelstahl der Hülse 9 läuft, ergibt einen

Faktor 10 bei der Verbesserung der Lebensdauer, z.B. im Vergleich zu Edelstahl, der auf Edelstahl läuft. Die Schmiereinrichtung 11 wird in ihrer Lage um die Einrichtung 10 durch Dichtungen 12 und 13 gehalten. Ein Ring 14 aus Gummi ist um die Einrichtung 10 gelegt, um die Abstimmeinrichtung hermetisch abzuschließen.

Der mit einem Gewinde versehene Teil der Hülse 9, der mit einem Gewinde versehene Teil der Einrichtung 10 und die Schmiereinrichtung 11 bilden das obere Lager für die Abstimmeinrichtung. Diese Teile werden von Schmutz- und Staubteilchen durch ein Gehäuse 15 geschützt, das aus einem Metallzylinder mit einem nach innen gerichteten Flansch 15' auf der Oberseite und einem nach außen ragenden, mit öffnungen versehenen Flansch auf der Unterseite besteht. Der Flansch 15' an der Oberseite des Gehäuses 15 ergibt zusammen mit der Metalldichtung 13 ein Gehäuse für den Ring 14, während der untere Flansch des Gehäuses 15 Öffnungen besitzt, so daß das Gehäuse 15 an der Hülse 9 angeschraubt werden kann. Die Schrauben 19 verlaufen durch öffnungen in dem unteren Flansch des Gehäuses 15 und sind in Gewindebohrungen in der Hülse 9 eingeschraubt. Eine Gummidichtung 17 ist zwischen dem unteren Ende des Gehäuses 15 und der Hülse 9 für eine hermetische Abdichtung vorgesehen. Der Stempel 3 wird an zwei Stellen getragen, an dem oberen Lager oder dem mit Gewinde versehenen Teil der Abstimmeinrichtung 10 und der Hülse 9 und durch das radial belastete untere Lager, das aus der unteren Drossel 5 und der dielektrischen Hülse 6 besteht. Wenn die untere Drossel 5 in eine rechteckförmige Gestalt deformiert wird, wie am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, federt sie in radialer Richtung, um sich den verschiedenen Durchmessern des Stempels 3 anzupassen, ohne ein Spiel in dem unteren Lager zuzulassen. Da das untere Lager aus einem Dielektrikum besteht, ergibt sich kein veränderlicher Kontakt von Metall zu Metall, der Störgeräusche beim Abstimmen oder auf Grund einer Abnutzung beim Abstimmen zur Folge haben könnte. Im folgenden soll die Arbeitsweise der kapazitiven Abstimmeinrichtung, die zwei Drosseln zur Vermeidung eines metallischen Kontakts besitzt, in Verbindung mit einem Hohlraumresonator beschrieben werden. Das obere Ende der unteren Drossel 5 erstreckt sich eine Viertelwellenlänge von der Wand 1 des Hohlraumresonators. Dieses obere Ende stellt einen offenen Kreis das wegen des durch Kontakt bedingten Kurzschlusses an seinem unteren Ende zwischen dem Flansch 5", der unteren Drossel 5' und dem unteren Ende der oberen Drossel 7'. Der offene Kreis an dem oberen Ende der Drossel 5 ist mit einem Abstand von λ/Α zurückgesetzt, um einen Kurzschlußkreis für Hochfrequenz zwischen dem Stempel 3 und der Innenwand des Hohlraumresonatorkörpers 1 zu ergeben. Die untere Drossel 5 ist durch die obere Drossel 7 hinterlegt, die in derselben Weise, wie für die untere Drossel beschrieben wurde, den Kontakt für den Kurzschlußkreis bewirkt, der an der oberen Oberfläche der Schulter 7" und der Hülse 9 auftritt. Durch die Verwendung dieser Kombination wird ein Kurzschlußkreis für Hochfrequenz zwischen der Wand des Hohlraumresonatorkörpers 1 und dem kapazi- 6g tiven Abstimmstempel 3 bewirkt, bei dem kein Schleifkontakt von Metall zu Metall an irgendeinem Punkt auftritt, der hochfrequenten Strom führt.

Auf Grund des Kurzschlusses für Hochfrequenz zwischen der Innenwand des Hohlraumresonatorkörpers 1 und dem Stempel 3 und dem unteren und oberen Drosselsystem kann eine hochfrequente Energie in den mit Gewinde versehenen Teil der Abstimmeinrichtung gelangen und zu einer Reflexion des Störgeräusches zurück in den Hohlraumresonator führen.

In F i g. 4 ist die Abstimmeinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, die auf dem äußeren abstimmbaren Hohlraumresonator eines bekannten Reflexklystrons 22 mit innerem und äußerem Hohlraumresonator aufgebaut ist. Diese Abstimmeinrichtung gewährleistet eine wesentlich längere Betriebszeit des äußeren Hohlraumresonators, als dies bei früheren Abstimmeinrichtungen der Fall war. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist die Erfindung jedoch nicht auf die Anwendung für Hohlraumresonatoren von Klystronen beschränkt, da sie allgemein für Wellenleiter usw. verwendbar ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abstimmeinrichtung zur Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Hohlleiters für elektrische Hochfrequenzschwingungen, insbesondere für den äußeren Abstimmhohlraum eines Klystrons, mit einem gegen den Wellenleiter über ein Drosselglied isolierten Abstimmstempel, der in einem am Wellenleiter befestigten Stützglied drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abstimmstempel (3) ein weiteres unteres Lager vorgesehen ist, das aus einer dielektrischen Hülse (6) besteht, die den Abstimmstempel umgibt, daß die Hülse (6) von dem Drosselglied (5) umgeben ist und von diesem gegen den Abstimmstempel gedrückt wird, so daß sich ein Gleitlager ergibt, und daß das obere Lager durch das Innengewinde der Stützhülse (9) gebildet ist, in die ein am Abstimmstempel vorgesehenes Außengewinde eingeschraubt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (5) ein Metallzylinder mit einem unrunden Querschnitt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmiervorrichtung (11) angrenzend an das obere Lager vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Drosselglied (7) zwischen dem ersten Drosselglied (5) und dem oberen Lager vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Hülse (6) mit einem Flansch versehen ist, der zwischen den angrenzenden Enden der beiden Drosselglieder liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drosselglied (7) einen unteren zylindrischen Teil mit einem größeren Durchmesser aufweist, der das untere Drosselglied (5) umgibt, und daß das untere Ende des zylindrischen Teils mit kleinerem Durchmesser auf dem Fansch der dielektrischen Hülse (6) aufliegt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülse (9) aus rostfreiem Stahl und der damit

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verschraubte Teil (10) des Abstimmstempels aus deutsche Auslegeschrift Nr. 1038133;

graphitiertera Gußstahl besteht. französische Patentschriften Nr. 1252 363,

1156 944 (73 968);

In Betracht gezogene Druckschriften: »Electronic Engineering«, September 1956, S.

Deutsche Patentschrift Nr. 858 709; 5 bis 397.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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