DE1212602B - Hohlraumresonator fuer hochfrequente elektrische Schwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 03 h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 69

Nummer: 1212 602

Aktenzeichen: V 23904IX d/21 a4

Anmeldetag: 6. April 1963

Auslegetag: 17. März 1966

Die Erfindung bezieht sich auf Hohlraumresonatoren und im besonderen auf preiswerte und mechanisch stabile Hohlraumresonatoren mit einem sehr hohen ß-Wert, die als Stabilisier- oder Vergleichsresonator in HF-Oszillatoren, als hochselektive Mikrowellenfilter oder auch für andere Zwecke verwendbar sind.

Es ist bekannt, daß ein Hohlraumresonator gleichzeitig in einer großen Anzahl verschiedener Schwingungstypen schwingen kann. Die gesamte Feldverteilung innerhalb des Resonators kann eine Überlagerung aller derjenigen elektromagnetischen Schwingungstypen sein, die sich in dem Resonator erregen lassen. Weiterhin ist bekannt, daß manche Schwingungstypen innerhalb des Resonators weniger gedämpft werden als andere. Diese Dämpfung, die mit einem besonderen Schwingungstyp oder mit einer besonderen Feldverteilung verbunden ist, ist eine Begleiterscheinung der Kreisströme in den Wänden des Hohlraumresonators und ist proportional PR.

Eine bestimmte Gruppe von Wellentypen besitzt nun bekanntlich eine geringere Dämpfung als irgendeine andere Gruppe von Wellentypen. Es ist dies der zylindersymmetrische TE-Schwingungstyp, der in kreisförmigen Wellenleitern auftritt. Genauer gesagt, ist es diejenige Gruppe, die in kreisförmigen Wellenleitern als TE_{0> m}_ „-Gruppe bezeichnet wird, bei der m und η ganze Zahlen sind. Innerhalb dieser dämpfungsarmen zylindersymmetrischen TE-Schwingungsgruppe gibt es nun eine Untergruppe, deren ß-Wert noch höher ist als der ß-Wert der restlichen Untergruppen, Dieses ist die TE_{0> x} „-Schwingungsgruppe, in der η jeden ganzzahligen Wert von 1 an annehmen kann. Wenn es gelingt, in einem Hohlraumresonator nur solche Schwingungstypen zu erregen, die der TE₀ J₁ „-Untergruppe angehören, so kann man einen außerordentlich hohen ß-Wert des Hohlraumresonators erreichen. Es müssen also die Nebenresonanzen anderer Schwingungsgruppen über einen weiten Frequenzbereich unterdrückt werden, ohne den Q-Wert des Resonators für den beabsichtigten Schwingungstyp zu vermindern.

Es sind bisher verschiedene Maßnahmen zur Nebenwellenunterdrückung verwendet worden, um die transversalmagnetischen Nebenresonanzen (TM) und um die transversalelektrischen Nebenresonanzen (TE) zu unterdrücken. Die transversalmagnetischen Nebenresonanzen, die sich im wesentlichen durch Längsströme in der Seitenwandung eines Hohlraumresonators auszeichnen, wurden beispielsweise dadurch unterdrückt, daß man zwischen die elektrisch leitenden Endwandungen und der Seitenwandung des Hohlraumresonator für hochfrequente elektrische Schwingungen

Anmelder:

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

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Vincent J. Grande, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. April 1962 (185 998) - -

Hohlraumresonators kreisförmige Spalte einsetzte, um das Fließen dieses Längsstromes zwischen den Endwandungen und der Seitenwandung des Resonators zu verhindern. Weiterhin sind Hohlraumresonatoren gebaut worden, in denen die Seitenwandungen aus einem elektrischen Leiter bestand, der als enge Schraube aufgewickelt und in ein verlustreiches Material eingebettet war. Auch dadurch werden Nebenresonanzen mit Längsströmen in den Resonatorseitenwandungen stark gedämpft oder erst gar nicht erregt. Weiterhin wurden Hohlraumresonatoren hergestellt, die zur Abstimmung mit einem Abstimmkolben versehen waren, dessen Oberfläche an seinem Ende gekrümmt war. Diese Abstimmkolben mußten am Ende des Hohlraumresonators bewegbar gehaltert werden und in axialer Richtung auf den Hohlraumresonator ausgerichtet sein.

Die bisherigen Hohlraumresonatoren waren außerordentlich kompliziert und ihr Bau daher aufwendig. Außerdem mußten diese Hohlraumresonatoren zusätzlich mechanisch gehaltert werden, um eine Beeinträchtigung der Stabilität durch Mikrophonieeffekte zu verhindern.

Ein anderes Verfahren, Nebenresonanzen zu vermeiden, besteht darin, die Abmessungen des Resonators einem üblichen .Dimensionierungsdiagramm für gerade kreiszylindrische Hohlraumresonatoren zu entnehmen, in dem Nebenresonanzsteilen nicht vorhanden sind. Dieses Verfahren wird bei der Planung von Hohlraumresonatoren für eine TE_{0> lt} „-Schwingungsform häufig befolgt. Nun treten allerdings zusammen mit dem geeigneten TE_01-„-Schwingungstyp

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1 O 1 O β Λ Q 1 ZiZ Θ U Z

auch TM_{11 lf} „-Schwingungstypen auf, und es ist notwendig, Maßnahmen zu treffen, 'diese TM₁, ^ „-Schwingungstypen zu unterdrücken. Dazu bedient man sich im allgemeinen solcher Verfahren, die oben bereits beschrieben v/orden sind.

Die Erfindung betrifft einen Hohlrä"iim¥e*sonator mit einer halbkugelförmigen und mit einer_ diese abschließenden ebenen Endwand, in den HF-Energie ein- und auskoppelbar ist. Gemäß der Erfindung sind die Ein- und Ausköppelvorrichtüngen in der ebenen Endwand außerhalb der Achse des Hohlraums an einer Stelle angebracht, an der ein zirkularelektrischer Schwingungszustand ein Amplitudenmaximum besitzt.

Zwischen den beiden Endwänden ist vorzugsweise als Seitenwand ein Hohlzylinder eingesetzt, dessen •B&äMs mit 'ifem RMMs der Tialbkugelfö'rmigen Endwand übereinstimmt.

Dieser Aufbau ist mechanisch stabil und einfach "herzustellen. Er stört 'die TE-_Oln- und die TM₁₁ j_ „-Schwingungsformen auf verschiedene Weise, so daß Resonanzen dieser beiden Schwingungsformeh gleichzeitig nicht mehr auftreten können. Man nimmt an, daß in dem Hohlraumresonator nach der Erfindung ein Schwingungstyp auftritt, der dem TE_{Oi L} „-Schwinguhgsfyp in geraden. Kreiszylindern ähnlich ist. Der Hohlräumfesönafor nach ³der Erfindung zeichnet sich durch -einen g-Wert -aos-, der den der bisher üblichen HohlraumfesonatOren übertrifft, die für Resonanzen nach dem TE_0> -^ „-Schwingungsiyp ausgelegt sind.

Der Hohlraumresonator gemäß der Erfindung ist dadurch .abstimmba¥j daß man entweder die Länge ■seiner zylindrischen Seitenwandung ändert oder aber die Achse seiner halbkugelförmigen Endwandung bezüglich der Achse der zylindrischen Seitenwandung versetzt Oder verkantet. Außerdern ist der Hohlraumresonator mit 'einer Temperaturkompensation versehen, μηα .zwar dadurch, daß die verschiedenen Bauteile des Hohlraumresonators _k aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Dadurch werden Änderungen der HoMraumabmessungen in radialer.-Richtung durch ebensolche Änderungen in axialer Richtung kompensiert, um über einen großen Temperaturbereich hinweg eine hohe Konstanz der Resonanzfrequenz beizubehalten.

-Die Erfindung wird nun auch *an -Hand der Zeichnung ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Figuren hervorgehenden Einzelheiten oder Merlanale zur Lösung der Aufgabe.im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen ζμτ Patentierung in die Erfindung aufgenommen wurden.

¹F i.g. 1 ist. eine perspektivische Seitenansicht und zeigt einen. Hohlraumresonator nach der Erfindung; ..Fig. 2 ist.eine Ansicht des Aufbaus aus der Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Richtung der Pfeile; die F i g. 2 zeigt diesen Aufbau auseinandergenommen und teilweise geschnitten;

Fig. 2a ist ein vergrößerter Querschnitt und zeigt eine Einzelheit desjenigen Teiles aus-dem Hohlraumresonator aus Fig.l, der durch die Linien2a-2a abgegrenzt ist, in einer anderen Äusführungsform;

Fig. 3 bis 6 sind Seitenschnitte anderer Ausfiihrüngsf Ormen' der Erfindung.

Tn den Fi g. 1 und 2 -ist ein abstimmbarer Hohlraumresonator "nach'der Erfindung gezeigt. Es ist ein Hohlraumresonator l4 %%gefeldet·, dessen Seitenwandung durch einen feirzle-H, metallischen Hohlzylinder 12 begrenzt 9&\ ©as eine Ende dieses Hohlzylinders ist mit einer einheitlichen, halbkugel- fäfrasmm Eödwaöekcng-lS versehe». Die «SeiteHwancPuriglL2 uaS fee Enlw%icffing lS "KmiMea a%s zWei Teilen hergestellt sein. Es ist allerdings günstiger, wenn »man -sie aus einem flachen Stück Rohmaterial, beispielsweise aus einem Stück Invarblech von etwa

ίο' 1,2 mm Stärke, in einem Arbeitsgang herstellt. Das andere Ende der zylindrischen Seitenwandung ist von einer kreisförmigen und ebenen metallischen Endwandung 14 abgeschlossen, die beispielsweise aus Invar besteht und mit Eingangs- und Ausgangs-Wenden 15 und 16 versehen ist, um die elektromagnetische Energie in den Hohlraumresonator ein- und aus ihm-auszukoppeln.

Die flache Endwandung 14 ist eine verhältnismäßig dünne Platte. Sie kann beispielsweise 1,2 mm dick sein. Sie _ist mit Versteifungsrippen hinterlegt·. Diese KonstruktionshÜfe verleiht dem Hohlraumresonator eine hohe mechanische Festigkeit bei niedrigem Gewicht. Das ist für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt vorteilhaft.

Die Kopplungsblenden .sind auf einem Radius der Endwandung Ϊ4 angeordnet, auf dem die Stromdichte in dem gewünschten ΤΕ^,,-Schwingüngstyp ein Maximum besitzt,
ϊη der -abstimmbaren Ausführungsfonn des Hotilraumresonators, die in den F i.g. 1 und 2 gezeigt ist, ist die zylindrische Seitenwandung 12 mit einem Innengewinde versehen, das in ein Führungsgewinde auf der Außenkante der Endwandung 14 eingreift. Über dieses Gewinde auf der Endwandung 14 ist noch ein Feststellring 17 aufgeschraubt, der dazu dient, die ineinandergreifenden Gewinde der flachen Endwandung 14 und der Seitenwandung 12 so festzustellen, wie diese beiden Bauteile auf die gewünschte Länge der 'Seitenwandung -12 einjustiert worden sind.

Die Eingangs- und Ausgangsweilenleiter 18 und 19 sind ah der Außenseite der flachen -Endwandüng 14 befestigt. "Sie umgeben die Eingängsblenäe Ϊ5 und die Äusgangsblende 16.

In der F Lg. 6 ist .gezeigt, wie der Hohlraumresonator -aus !Fig. 1 zur Stabilisierung der -Frequenz eines Hoohfrequenzoszillators verwendbar -ist. Ein Öochfrequenzoszillator 21-, der beispielsweise ein Reflexklystron sein kann, ist über den Eingangswellenleiter 18' -an den Hohlraumresonator ahgelcop-.pe'lt. Die Ankopplung einer Belastung 22 .geschieht über den Äusgangswellenleiter Ϊ9'.

Nun soll noch einmal auf die Fi.g.-l Bezug -genommen werden. Xn dem Eingangswellenleiter 18 ist

eine Phaseneinstellschraube '23 vorgesehen, die in diesen "Wellenleiter hineinr-ägt. Sie dient dazu, die elektrische Länge der Übertragungsleitung zwischen dem Hohlraumresonator und dem Oszillator 'einsteilbar zu ändern, wie es für eine bestmögliche Stabilisierung wünschenswert ist.

;Die Ko.ppelblenden-15 und 16 sind ^:äls fechteckige ^Schlitze .gezeigt. Diese Schlitze können durch ändere Formen und andere, unterschiedliche Xoppelvor-Hchiüngen, wie beispielsweise -Koppelschleifen, ersetzt werden. Das ist dem Fachmann bekannt.

Während des-Betriebs wird der Oszillatöraüsgäng über den Wellenleiter 18 und -die -KoppelbTeriae 1-5 in den Hohlraumresonator 11 einge'köppelt. Da die

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Kopplung zwischen dem Hohlraumresonator 11 ^:un'd sowie --einen Stabilisierungsfäktor von etwa 20, der dem Oszillator sehr fest ist, stabilisiert der Hohl- sich in einem Frequenzbereich zwischen 8,5 und ranHiresonator die Oszillatorfrequenz bei einer 9,6 kMHz nicht änderte. Das heißt, daß der solchen Frequenz, die dem erregten Resonanzmodus Hohlraumresonator einen Abstfrnmbereioh von mindes Hohlraumresonators Il entspricht. Ein Teil des 5 destens -12% besitzen kann, ohne daß der Q-Wert frequenzstabilisierten HF-Signals wird aus dem des Resonators merklich geändert wird. Ein solcher Hohlraumresonator 11 ausgekoppelt und über die Hohlräumresonator ist außerordentlich kompakt und Ausgangsblende 16 und den Aus.gangswellenleiter 19 leicht. Sein Durchmesser betrug etwa 49 mm. Die dem Verbraucher zugeführt. Lange des Hohlraumresonators von der Endwandung

Um einen hohen Stabilisierungsfaktor zu erreichen, io 14 bis zur Spitze der halbkugelförmigen Endwandung ist es notwendig, daß der Q-Wert des Resonators 13 betrug etwa 33,8 mm. Der Hohlraumresonator entsprechend hoch ist. Der höchstmögliche Q-Wert wog weniger als 120 g. Er ist daher »vorzüglich für eines Hohlraumresonators läßt sich — wie bereits eine Verwendung in der 'Luftfahrt oder Raumfahrt oben -betont wurde *—erreichen, -wenn die Resonanz geeignet. Der Q-WeBt eines solchen Hohlraumes <ist des Resonators ausschließlich eine Resonanz einer 1.5 höher als der Q-Wert irgendeines geraden kreis-TE._O ^,„-Schwingung ist. zylindrisöhen Hohlraumresonators, der mit der

Die Abmessungen des Hohlraumresönators sind gleichen Frequenz und im .gleichen SchwingungStyp dem üblichen DimensionieruQgsdiagramm für gerade, schwingt, da das Verhältnis Volumen zu Oberfläche kreiszylindrische Hohlraumresonatoren entnehmbar. für den Hohlraumresonator nach der Erfindung Außer -dem unerwünschten TM₁^_n-MOdUs sollen 20 größer ist als für einen ähnlichen geraden kreiskeine weiteren unerwünschten Nebenresonanzen zylindrischen Hohlraum.

gleichzeitig mit den -erwünschten -Resonanzen vom Baut man einen Hohlraumresonator nach den

TJE_0;i „-Modus -auftreten. Dieses Dimensionierüngs- Lehren der vorliegenden Erfindung auf, so ist seine diagramm-ist in vielen'Hand--und Lehrbüchern !über mechanische Stabilität etwa <10mal größer als die Elektronik zu -finden. Durch die Verwendung >der as mechanische Stabilität des vergleichbaren geraden halbkugelförmigen Endwandung 13 in dem Hohl- Kreiszylinderhohlraums. Seine Frequenzstabilität ist r-aramresonator -gemäß -der -Erfindung werden die daher außerordentlich hoch, auch wenn man ihn Resonanzfrequenzen -des TM₁₁^_n-MOdUS so -weit von Schwingungen und Vibrationen aussetzt. Das ist der den Resonanzfrequenzen des TE₀^₁-„-Modus ver- halbkugelförmigen Endwandung 13 zuzuschreiben, sGhoben, daß -sich die Resonanzfrequenzen dieser 30 da «'die Halbkugel diejenige gekrümmte Oberfläche beiden unterschiedlichen Sehwingungstypen inner- mit der größten Festigkeit'ist, die auf-das Ende-der halb des Abstimmbereiches -des Hohlraumresonators zylindrischenSeitenwandung aufgesetzt werden kann, nicht mehr stören. Macht sman -nun -den Radius der Halbkugel und den

In einer 'bevorzugten 'Ausführungsform sind die Radius-des Zylinders gleich groß, so ergibt sich eine Abmessungen des -HohlraumresonatoXs nach den 35 ganz besonders hohe mechanische Festigkeit.
Füg. 1 und-2 so gewählt, daß in ihm eine Resonanz Der Hohlraumresonator gemäß der Erfindung ist

auftritt, die der TE_0ill-Resonanz in einem geraden, außerdem «ehr wirtschaftlich herzustellen, da die kreiszylindrischen Hohlraum ähnlich ist. Dieser hälbkugelförmige Endwandung -und die zylindrische Schwingungstyp zeichnet sich durch eine Verteilung Seitenwandung aus einem dünnen Stück Blech in des elektrischen Feldes aus, die ringförmig in Trans- 40 einem Arbeitsgang gedruckt werden können,
versalrichtung verläuft. Das Abstimmgewinde, mit dem die ebene End-

-In anderen Ausführungsfofmen ist der Hohlraum- wandung versehen ist, besitzt ebenfalls eine außerresonator 11 so-dimensioniert, daß TE₀, _Χι „-Resonan- ordentliche mechanische Stabilität und ist sehr billig zen höherer Ordnung als die TE₀ ^₁, ^Resonanz auf- herzustellen. An Stelle *der 'ineinandergreifenden Getreten. Das erreicht man dadurch, daß man -den 45 winde an der flachen Endwandung und an den Hohlraumresonator langer macht. Um Nebenreso- Seitenwandungen können zur Abstimmung des Hohlnanzen von Schwingungstypen'höherer Ordnung zu raumresonators auch andere Vorrichtungen ververmeiden,-die sich durch iängsströme in den Seiten- wendet werden, die die effektive elektrische Länge wandungen auszeichnen und-die TE₀,-_lt „-Resonanzen des Hohlraumresonators ändern. Man kann den höherer Ordnung stören könnten, ist zwischen der 50 Hohlraumresonator 'beispielsweise mit Seitenwanekktrisch leitenden Endwandung'und-den Seiten- duftgen-ausrüsten, die sich teleskopartig auseinanderwandungen -des Resonators in bekannter Weise ein ziehen lassen. Man kann auch die flache Endwankreisförmiger Spalt vorgesehen, der verhindert, daß dung auf einem 'bewegbaren ^Kolben montieren, zwischen -diesen Bauteilen ein Strom in Längsrich- Solche Konstruktionen besitzen allerdings nicht die rung fließen kann. Das ist in der Fig.2a im ein- 55 mechanische Festigkeit der gerade beschriebenen zelnen gezeigt. Ebenso werden in längeren Hohl- Konstruktion und sind auch nicht so billig 'herzuräumen, in denen TE_{0 t} „-Resonanzen höherer Ord- stellen.

nung auftreten, manche Nebenresonanzen, wie bei- Gemäß einer vereinfachten Ausführungsform der

spielsweise TE_{Oi 2} „-Resonanzen, durch die in den Erfindung kann ein fest abgestimmter Hohlraum-Hohlraum -eingekoppelte ^Energie nicht angeregt, da 60 resonator aus einer halbkugelförmigen Endwandung die Minima der Stromdiehten in TE_Oi2j „-Resonanzen 13 Und einer Seitenwandung 12 geeigneter Länge an Orten liegen, an denen die Stromdichte von bestehen, die an einer flachen-Endwandung 14 bei-TE₀₁-„-Resonanzen ein Maximum besitzt. Für nor- spielsweise durch Hartlöten 'starr befestigt ist. Die male Zwecke ist -diese Michterregung einer Unter- Resonanzfrequenz dieses und auch der ^anderen 'hier driiokungderTE₀;_2>„-Resonanzengleichwertig. 65 beschriebenen Hohlraumresonatoren kann dadurch

-Ein typischer Hohlraumresonator für Stabilisie- etwas 'verändert werden, ;daß -man entweder die rungszwecke, der -nach den Fig. 1 und 2 aufgebaut Resonatoren etwas deformiert -'oder aber ^:in den ist, hatte einen effektiven Q-Wert von etwa 22000 Resonatoren eine Störung anbringt. Diese Störungen

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können beispielsweise Zähne oder Schrauben sein, axialer Richtung erstrecken und ineinandergreifen,

die von der halbkugelförmigen Endwandung in den Die Achsen der Schultern 48 sind bezüglich der

Resonator hineinragen, nachdem der Resonator zu- Achse der Seitenwandung 42 exzentrisch verschoben,

sammengesetzt ist und getestet wird. Dreht man nun die halbkugelförmige Endwandung

Nun soll auf die F i g. 2 a Bezug genommen wer- 5 43, so verschiebt sich die Achse der Endwandung 43 den. In dieser Figur ist in einem vergrößerten Schnitt bezüglich der Achse der Seitenwandung 42. die Art und Weise gezeigt, wie die zylindrische Man hat gefunden, daß eine kleine gegenseitige Seitenwandung 12' derart schraubbar mit einer Verschiebung der Achsen der beiden Hohlraumflachen Endwandung 14' zu verbinden ist, daß zwi- resonatorwandungen 42 und 43 die Resonanzfreschen diesen beiden Bauteilen ein kreisfönniger Spalt io quenz des Resonators um einen kleinen Betrag an-24 entsteht, der die transversalmagnetischen (¹TM) hebt. Verschiebt man beispielsweise in einem Hohl-Schwingungstypen wirksam unterdrückt, die sich raumresonator der oben in Verbindung mit den durch Längsströme in den Resonatorwandungen aus- F i g. 1 und 2 beschriebenen Abmessungen, dessen zeichnen. Obwohl dieser kreisförmige Spalt für ein Resonanzfrequenz ursprünglich bei 8700MHz lag, zufriedenstellendes Arbeiten des Hohlraumresona- 15 die Achsen der Resonatorteile gegenseitig um tors nach der Erfindung nicht notwendig ist, kann 1,2 mm, so wird die Resonanzfrequenz um 20MHz er doch zur Unterdrückung solcher Nebenresonanzen größer. Es hat sich herausgestellt, daß diese Abeine HiMe sein, die mit der erwünschten Haupt- Stimmung von der Richtung der Verschiebung unresonanz störend interferieren, wenn der Hohlraum- abhängig war. Auf diese Weise kann die Frequenz resonator größer gemacht wird, um mit TE_{Oi L n}-Re- 20 des Hohlraumresonators etwas nachgestimmt wersonanzen höherer Ordnung zu arbeiten. Die End- den. Die beiden Resonatorwandteile können dann wandung 14' ist mit einem Teil 25 versehen, der entweder mit einem Klammerring 49 festgehalten einen größeren Durchmesser hat. Dieser Teil 25 er- werden, oder man kann sie beispielsweise durch streckt sich außerhalb des Hohlraumresonators in Hartlöten an ihrem Ort befestigen. Auf diese Weise axialer Richtung nach außen und trägt ein Gewinde, 25· ist es möglich, einen Hohlraumresonator mit einer das in das Innengewinde der Seitenwandung 12' ein- einzigen Resonanzfrequenz herzustellen, die innergreift. Das geschieht, um die Länge des Hohlraum- halb eines kleinen Frequenzbereiches liegt. Der resonators einstellen und damit die Resonanzfre- Hohlraumresonator wird dann in der Fabrik auf eine quenz des Resonators ändern zu können. Wenn eine genaue Frequenz innerhalb dieses kleinen Frequenzweitere Unterdrückung der unerwünschten TM-Re- 30. bereiches abgestimmt, und zwar dadurch, daß die sonanzen erwünscht ist, so können die Seitenwände Achse der halbkugelförmigen Endwandung gegendes Spaltes 24 zwischen der Seitenwand 12' und der über der Achse der zylindrischen Seitenwandung Endwandung 14' mit einem verlustreichen Material verschoben wird.

versehen werden, um die längsgerichteten Ströme der Ein anderes Verfahren und eine andere Anord-

Resonanzen störender Schwingungstypen zu unter- 35· nung nach der Erfindung, die Resonanzfrequenz

drücken. eines Hohlraumresonators etwas zu ändern, ist in

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Fig. 5 gezeigt. In dieser Anordnung wird die der Erfindung gezeigt. Ein Hohlraumresonator 31 Achse des Hohlraumresonators bezüglich der Achse enthält eine Endwandung 33, .die als hohle Halb- einer flachen Endwandung 54 ,etwas verkantet. Aus kugel ausgebildet ist. Das offene Ende dieser Halb- 40'· diesem Grund smd~die"Seitenwandung52 und die kugel ist von einer flachen Endwandung 34 abge- flache Endwandung 54 mit Flanschen 55 und 56 schlossen, die Koppelblenden 35 und 36 aufweist. versehen, die gleitend ineinandergreifen. Die Ober-Obwohl auch in diesem Resonator die Frequenzen flächen der Flansche 55 und 56, die aufeinander der TE_{Oi 1(} ^Resonanz und der TM_{lj h} ^Resonanz gleiten, liegen in einer Ebene, die auf der Achse der verschieden sind, genauso wie in den anderen, hier 45" zylindrischen Seitenwandung 52 nicht senkrecht beschriebenen Hohlraumresonatoren, hat man ge- steht. Wenn also die Seitenwandung 52 gegenüber funden, daß der Q-Wert des Hohlraumresonators der flachen Endwandung 54 gedreht wird, wird die nach F i g. 3 niedriger ist als der ß-Wert solcher Achse der zylindrischen Seitenwandung 52 und der Hohlraumresonatoren, die zusätzlich zu der halb- halbkugelförmigen Endwandung 53 gegenüber der kugelförmigen Endwandung noch eine zylindrische 50 Achse der flachen Endwandung 54 verkantet. Das Seitenwandung enthalten. Es hat sich herausgestellt, ist in der Fig. 5 ebenfalls angedeutet. Verkantete daß der Q-Wert des Hohlraumresonators kleiner man die Achse der zylindrischen Seitenwandung wird, wenn man die Länge der Seitenwandung des gegenüber der Achse der flachen Endwandung 54 Hohlraumresonators nach den F i g. 1 und 2 auf Null um 2Vä^o, so nahm die Frequenz des Hohlraumreduziert. 55 resonators um 120 MHz ab, wenn die ursprüngliche

In der F i g. 4 ist eine Vorrichtung gezeigt, die Frequenz des Hohlraumresonators 9350 MHz betrug, zum Abgleichen der Frequenz eines Hohlraumreso- Auch in diesem Falle war die Frequenzverschiebung nators nach der Erfindung dient. Man hat gefunden, unabhängig von der Richtung der Verkantung, daß man die Frequenz eines Hohlraumresonators Die F i g. 6 zeigt einen Hohlraumresonator nach nach der Erfindung dadurch abgleichen kann, daß 60 der Erfindung, der mit einer Temperaturkompenman die Achse der halbkugelförmigen Endwandung sation ausgestattet ist, um die Resonanzfrequenz des 43 bezüglich der Achse der zylindrischen Seiten- Hohlraumes innerhalb eines großen Temperaturwandung 42 verschiebt. Das läßt sich folgender- bereiches konstant zu halten. Die Seitenwandung 62 maßen erreichen: Die halbkugelförmige Endwandung und die halbkugelförmige Endwandung 63 sind aus 43 und die zylindrische Seitenwandung sind mit 65 einem Material mit einem niedrigen thermischen ringförmigen Flanschen 46 und 47 versehen, die ein- Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Invar, ander ähnlich sind. Die beiden ringförmigen Flansche hergestellt. Dagegen ist zumindest ein Teil 65 der 46 und 47 sind mit Schultern versehen, die sich in flachen Endwandung 64, der sich außen in axialer

Richtung erstreckt, aus einem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt, das einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Wählt .man die Länge des außen eich parallel zur Achse erstreckenden Teiles 65 richtig, so können Änderungen in den Abmessungen in radialer Richtung, die von Temperaturänderungen herrühren, durch Änderungen der Resonatorabmessungen in axialer Richtung ausgeglichen werden, um die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators über einen großen Temperaturbereich konstant zu halten. Das rührt von den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauteile des Resonators her. Ebenso ist es nach dieser Ausführungsform der Erfindung sehr einfach, zur Nebenresonanzunter- drückung zwischen der Seitenwandung 62 und der Endwandung 64 einen kreisförmigen Spalt 66 vorzusehen.

Wenn in einem Resonator nach der Erfindung keine Temperaturkompensation vorgesehen ist, so nimmt die Resonanzfrequenz des Resonators mit steigender Temperatur ab. Es sei folgendes Beispiel angegeben: Ein temperaturkompensierter Resonatorhohlraum nach der F i g. 6 hatte eine Seitenwandung aus Invar, deren Durchmesser etwa 10 cm betrug. Der sich außen parallel zur Achse erstreckende Teil 65 war etwa 9,5 mm lang. Er war aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators betrug 5,9 kMHz. Sie nahm trotz großer Temperaturerhöhung nur sehr wenig zu. Verkürzt man die Länge des außen parallel zur Achse verlaufenden Teiles 65 um einen kleinen Betrag, so kann die Resonanzfrequenz dieses Resonators im wesentlichen konstant gehalten werden.

Wie ebenfalls in der F i g. 6 gezeigt ist, können der Eingangs- und der Ausgangswellenleiter jede beliebige Form annehmen, die für einen bestimmten Verwendungszweck des Hohlraumresonators erforderlich ist. Die Koppelvorrichtungen, die die Verbindung zwischen den Wellenleitern und dem Hohlraumresonator herstellen, können sich auch in den Wellenleiterseitenwandungen anstatt in den Wellenleiterenden befinden.

Bisher ist der Hohlraumresonator als Stabilisierungsresonator dargestellt worden. Er kann aber auch als Vergleichshohlraum verwendet werden. In diesem Falle ist nur eine Koppelblende erforderlich, um ihn gemeinsam mit anderen Mikrowellenbauteilen verwenden zu können.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die Seitenwandungen verwenden, benutzen zylindrische Seitenwandungen. Diese Seitenwandungen brauchen aber nicht genau zylindrisch zu sein, sondern sie können auch etwas abgeschrägt sein. So wird beispielsweise der Q-Wert des Hohlraumresonators nicht beeinträchtigt, wenn man an Stelle einer zylindrischen Seitenwandung als Seitenwandung einen Kegelstumpf verwendet, dessen Seiten gegenüber den Seiten eines Zylinders um 5° geneigt sind.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Hohlraumresonator für hochfrequente elektrische Schwingungen mit einer halbkugelförmigen und einer diese abschließenden ebenen Endwand, in den HF-Energie ein- und auskoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auskoppelöffnungen in der ebenen Endwand außerhalb der Achse des Hohlraumes an einer Stelle angebracht sind, an der ein zirkularelektrischer Schwingungszustand ein Amplitudenmaximum besitzt.

2. Hohlraumresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Endwände (13,14) als Seitenwand ein Hohlzylinder (12) eingesetzt ist.

3. Hohlraumresonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendurchmesser der halbkugelförmigen Endwand (13) und des Hohlzylinders (12) gleich sind.

4. Hohlraumresonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators die Länge des Hohlzylinders (12) veränderbar ist.

5. Hohlraumresonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators der Hohlzylinder (12) mit einem Innengewinde versehen ist, das in ein Führungsgewinde auf einer der beiden Endwände eingreift und mittels dessen die effektive elektrische Länge des Hohlzylinders (12) zwischen den beiden Endwänden (13,14) einstellbar ist (F i g. 2 a).

6. Hohlraumresonator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators auf dem Hohlzylinder (42) und zumindest auf einer der Endwände ineinandergreifende ringförmige Führungsflächen (48) vorgesehen sind, deren Achsen nicht mit der Achse des Hohlzylinders zusammenfallen, so daß bei einer Drehung der Endwand (43) gegenüber dem Hohlzylinder (42) die Bewegung dieser Endwand bezüglich des Hohlzylinders exzentrisch verläuft.

7. Hohlraumresonator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (48) Schultern in ringförmigen Flanschen (46,47) sind, die an dem Hohlzylinder und der halbkugelförmigen Endwand (43) angebracht sind.

8. Hohlraumresonator nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators der Hohlzylinder (52) und eine der Endwände (54) mit gleitend ineinandergreifenden Flanschen (55, 56) versehen sind, deren Gleitflächen in einer Ebene liegen, die nicht senkrecht zur Achse des Hohlzylinders (54) verläuft, so daß bei einer Drehung der Endwand (54) gegenüber dem Hohlzylinder deren beide Achsen gegeneinander verkantet werden.

9. Hohlraumresonator nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators die Gestalt der halbkugelförmigen Endwand z. B. durch Deformation oder durch eintauchende Schrauben veränderbar ist.

10. Hohlraumresonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Endwand (64 in Fig. 6) außen einen Ansatz (65) trägt, der sich parallel zu ihrer Achse erstreckt, und daß dieser Ansatz (65) und der Hohlzylinder (62) aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, die Änderungen der Resonatorabmessungen in radialer Richtung auf

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Grund von Temperaturänderungen durch Änderungen der Resonatorabmessungen in axialer Richtung ausgleichen und die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators temperaturunabhängig machen. ■

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 544 682; USA.-Patentschrift Nr. 2 913 685; »Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, Bd. 1, 5 1941, S. 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen