DE1259471B - UEber eine einstellbare Kopplungsoeffnung mit einem Hohlleiter gekoppelter, breitbandig abstimmbarer Hohlraumresonator fuer eine Klystronroehre - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIj

H03f

Deutsche Kl.: 21g-13/17

Nummer: 1259 471

Aktenzeichen: E 17081IX d/21 g

Anmeldetag: 29. Januar 1959

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung betrifft einen über eine einstellbare Kopplungsöffnung mit einem Hohlleiter gekoppelten, breitbandig abstimmbaren Hohlraumresonator rechteckigen Querschnitts für eine den Hohlraumresonator durchsetzende und mit ihm in Wechselwirkung stehende, im Hohlraumresonator rundum eine dielektrische Vakuumhülle aufweisende Klystronröhre. Der Hohlraumresonator erstreckt sich dabei quer zur Röhrenachse und symmetrisch zu einer die Röhrenachse enthaltenden Ebene (Längsebene). Er ist mit einer Vorrichtung zum Einstellen der zur genannten Längsebene klappsymmetrischen Kopplungsöffnung versehen; diese Vorrichtung soll im folgenden als Einstellvorrichtung bezeichnet werden. Sie besteht im wesentlichen aus zwei untereinander gleichen, plattenförmigen metallischen Teilen — Blendenteile genannt —, die bezüglich der genannten Längsebene einander mit ihren Schmalseiten gegenüberstehen und senkrecht zu dieser Längsebene verschiebbar angeordnet sind. Der Hohlraumresonator besitzt ferner eine Abstimmvorrichtung, die im wesentlichen aus zwei untereinander gleichen kurzschlußschieberartigen Abstimmelementen besteht (Abstimmschieber), welche bezüglich der genannten Längsebene einander mit konkav gekrümmten Flächen gegenüber- as stehen.

Hohlraumresonatoren mit Abstimm- und/oder Einstellvorrichtungen ähnlicher Art sind bekannt. Bei den bekannten Hohlraumresonatoren der eingangs genannten Art werden die Blendenteile aber nicht symmetrisch betätigt, wobei zusätzlich dafür gesorgt werden muß, daß die Betätigung der Abstimmschieber nicht die mit der Einstellvorrichtung veränderbare Kopplungsöffnung mit verändert.

Die Verwendung von zwei untereinander gleichen Abstimmschiebern mit einander zugewandten, konkav gekrümmten Flächen gehört dabei zum Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht und Gebrauch macht.

Um die oben angedeuteten Forderungen miteinander in Übereinstimmung zu bringen und die Anpassung des Hohlraumresonators einerseits an die gewünschte Frequenz, andererseits an die gewünschte Ausgangsleistung zu ermöglichen, ohne daß Fehlbedienungen auftreten können — die letztlich sogar zu einer Beschädigung der Klystronröhre führen können — wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die die Verschiebung der Blendenteile bewirkende Einstellvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Blendenteile gleichzeitig entweder symmetrisch aufeinander zu oder symmetrisch voneinander weg bewegt, und daß die Abstimmschieber so ausgebildet Über eine einstellbare Kopplungsöffnung mit
einem Hohlleiter gekoppelter, breitbandig
abstimmbarer Hohlraumresonator für eine
Klystronröhre

Anmelder:

Varian Associates,

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

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:
George K. Merdinian,
Daly City, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. Januar 1958 (712 354)

sind, daß ihre einander zugewandten konkav gekrümmten Flächen auf der der Kopplungsöffnung zugewandten Seite einen um so viel größeren Abstand voneinander haben als auf der der Kopplungsöffnung abgewandten Seite, daß beim Abstimmen die Kopplungsöffnung nie von den Abstimmschiebern abgedeckt wird.

Andere vorbekannte Hohlraumresonatoren für das Zusammenwirken mit Klystron- oder anderen Röhren benutzen nur ähnlich wie beim Erfindungsgegenstand ausgebildete Abstimmeinrichtungen oder sehen Anordnungen vor, bei denen die Kopplungsöffnung über zudem relativ komplizierte Einstelleinrichtungen nicht (wie beim Gegenstand der Erfindung) symmetrisch kontinuierlich variabel ist.

In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Klystronröhre mit einem Hohlraumresonator gemäß der Erfindung;

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F i g. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der einander zu ragen. Die einander gegenüberstehenden

F i g. 1 und veranschaulicht die Abstimmschieber mit Enden 32 und 33 der Wandteile 29 und 31 sind keil-Abstimmvorrichtung und die Kopplungsöffnung mit förmig gestaltet und liegen in einem Abstand von-

Einstellvorrichtung; einander, um eine feststehende Auskopplungsöffnung

F i g. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der 5 zu bilden. Die äußeren Abschnitte der Hohlraum-

Fig. 1; resonatoren können im übrigen auch als besonderer

F i g. 4 ist eine Vorderansicht auf einen erfindungs- Teil hergestellt werden, welcher dann in geeigneter

gemäß ausgebildeten Abstimmschieber; Weise an der Klystronröhre festgeklemmt ist. KIy-

F i g. 5 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, stronröhren dieser Art sind bekannt, des Abstimmschiebers der Fig. 4; io Der Ausgangsresonator ist mit einem Hohlleiter

F i g. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der gekoppelt. Hierzu ist das Hohlleiterstück 34, das an Fig.2 und veranschaulicht die einstellbare Kopp- den benachbarten Wandteilen29 und 31 sowie an lungsöffnung in Draufsicht; den Endplatten 26 und 27 des Ausgangsresonators

F i g. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 der befestigt ist, mit einem Flansch 35 versehen. Ein Fig. 2 und veranschaulicht die Führung eines der 15 Hohlleiter kann dann in geeigneter Weise an dem Blendenteile, und die Flansch 35 befestigt werden.

F i g. 8 bis 10 veranschaulichen verschiedene Mit- Die Hochfrequenzenergie wird in das Hohlleiter-

tel, um einen guten galvanischen Kontakt zwischen stück 34 mittels einer erfindungsgemäß einstellbaren den Blendenteilen und den Wandungen des Hohl- Kopplungsöffnung 37 gekoppelt. Die dargestellte raumresonators herzustellen. 20 Kopplungsöffnung ist eine induktive Irisblende, je-

In F i g. 1 der Zeichnung ist eine Klystronröhre doch kann, wenn dies erwünscht ist, auch eine kapamit abstimmbaren Hohlraumresonatoren und einstell- zitive Irisblende verwendet werden, barer Kopplungsöffnung dargestellt. Die Röhre weist Die Kopplungsöffnung 37 kann dadurch variiert

einen Strahlerzeuger 11 an dem einen Ende und eine werden, daß man die einstellbaren Blendenteile 38 Auffangelektrode 12 an dem anderen Ende auf. Der 25 und 39 verschiebt. In F i g. 6 sind die Blendenteile 38 Elektronenstrahl wird von dem Strahlerzeuger in und 39 in Draufsicht dargestellt. Die Enden eines Richtung der Auffangelektrode projiziert und geht jeden Blendenteils sind mit Zähnen 41, 42 versehen, durch einen Triftrohrabschnitt hindurch, der aus welche mit einer jeweils danebenliegenden Schnekmetallischen Abschnitten 13,14,15 und 16 besteht, kenschraube 43, 44 im Eingriff stehen. Die Schraudie in axialer Richtung hintereinander angeordnet 30 ben 43, 44 sind mit gegensinnigen Gewinden versind und drei Wechselwirkungsspalte aufweisen, von sehen, so daß eine Drehung der Welle 46, weiche denen einer bei 17 dargestellt ist. Die Wechsel- mit den Schrauben 43, 44 gekuppelt ist, die Blendenwirkungsspalte sind Teile der drei Hohlraum- teile 38 und 39 symmetrisch in entgegengesetzten resonatoren 18,19 und 20. Richtungen verschiebt. Durch Drehen der Welle 46

Jeder der Hohlraumresonatoren besteht aus zwei 35 werden also die Blendenteile 38 und 39 symmetrisch Abschnitten, einem inneren Abschnitt, der innerhalb aufeinander zu bzw. voneinander weg verschoben, der Vakuumhülle liegt, und einem äußeren Abschnitt, wodurch die Breite der Kopplungsöffnung 37 symder außerhalb der Vakuumhülle liegt. Dielektrische metrisch verändert wird.

kreiszylindrische Fenster 22, von denen in F i g. 1 Die Blendenteile 38 und 39 werden in Nuten 47

eines dargestellt ist, bilden Teile der Vakuumhülle 4° und 48 (F i g. 6) geführt, welche in den Endplatten und koppeln jeweils den inneren Resonatorabschnitt 26, 26 α einerseits und 27, 27 α andererseits gebildet mit dem äußeren Resonatorabschnitt. Die Fenster 22 sind. Die Seitenkanten der Blendenteile sind dabei umgeben den jeweils zugehörigen Wechselwirkungs- mit geeigneten Einrichtungen versehen, um einen spalt; ihre Stirnseiten sind mit den benachbarten guten galvanischen Kontakt mit den Endplatten hermetallischen Platten 26 und 27 vakuumdicht verbun- 45 zustellen. So können beispielsweise die Seitenkanten den. Die Abstimmvorrichtungen 25 werden von den gezahnt und leicht verbogen sein, um eine Reihe äußeren Teilen der Hohlraumresonatoren getragen. von Fingern 51 herzustellen, welche an den gegen-Die beschriebenen Teile wirken in der bei Klystron- überliegenden Seiten der Nuten 47 und 48 anliegen röhren üblichen Weise zusammen. Die abstimmbaren (F i g. 8). Die Seitenkanten der Blendenteile 38 und Hohlraumresonatoren 18, 19 und 20 dienen als 50 39 können auch mit Kontaktfingem 52 und 53 verfrequenzbestimmende Elemente. Sie enthalten Ab- sehen sein, welche an den gegenüberliegenden Seiten Stimmvorrichtungen, welche dazu dienen, die Hohl- der Nuten 47 und 48 anliegen (Fig. 9). Die Seitenraumresonatoren innerhalb eines bestimmten Fre- kanten der Blendenteile 38 und 39 können schließlich quenzbereichs abzustimmen. Die dargestellte Röhre auch in Nuten 47, 48 eingreifen, die mit einem metaldient als Verstärker, dessen Eingangssignal dem 55 lischen Material 55 gefüllt sind, welches einen guten Hohlraumresonator 18 zugeführt wird (Eingangs- galvanischen Kontakt mit ihnen herstellt (F i g. 10). resonator) und dem das verstärkte Signal am Hohl- Ein Paar einstellbarer Plättchen 54 und 56 ist in raumresonator 20 entnommen wird (Ausgangsreso- diesem Fall noch an der jeweiligen Endplatte vornator), entsprechend der üblichen Praxis bei einer gesehen, um zugleich die Blendenteile zu führen. Klystronröhre mit drei Hohlraumresonatoren. 60 Das Blendenteil 38 wird außerdem durch zwei

Die vom Elektronenstrahl durchsetzten Wände der Stifte 57' (F i g. 6) geführt, welche von dem Wandteil Hohlraumresonatoren werden von den metallischen 29 nach innen ragen, während das Blendenteil 39 Platten 26, 27 und den metallischen Ansatzplatten durch zwei Stifte 58' (Fig. 6) geführt wird, welche 26 α und 27 α gebildet, welche an den Platten 26, 27 von dem Wandteil 31 nach innen ragen. Diese Stifte befestigt sind (Endplatten). Wie aus F i g. 2 hervor- 65 werden von den Schäften von Schrauben 57, 58 gegeht, hat der Ausgangsresonator 20 außerdem eine bildet, die jeweils mit dem einen Ende der Schenkel Seitenwand 28, welche an den Endplatten befestigt 63 und 64 im Eingriff stehen (F i g. 2). Die Schrauben ist, sowie Wandteile 29 und 31, die symmetrisch auf- 61 und 62 stehen mit dem anderen Ende der Sehen-

kel 63 und 64 im Eingriff. Die Schenkel 63, 64 nehmen die Einstellschrauben 68 und 69 der Abstimmschieber 71 und 72 auf.

Die Blendenteile 38, 39 werden ferner durch Führungselemente 73 und 74 geführt (F i g. 6 und 7), welche an den Außenflächen der Blendenteile sitzen und in geeigneten Nuten 76 gleiten, welche in den benachbarten Wandteilen 29 und 31 vorgesehen sind.

Die Abstimmschieber 71, 72 sind (vom äußeren Ende aus gesehen) kastenförmig gestaltet und weisen jeweils vier Wandungen 77, 78, 79 und 80 auf (F i g. 4). Diese Wandungen werden von einem viereckigen Rahmen 81 (F i g. 5) getragen. Ein Bügel 82 verläuft quer zu dem Rahmen und nimmt das Ende der Einstellschraube 68 bzw. 69 auf. Das Ende der Einstellschraube wird dabei drehbar von dem zugehörigen Bügel 82 aufgenommen. Beispielsweise kann die Einstellschraube einen Bund 83 aufweisen, der innerhalb einer Ringnut 84 sitzt, die durch eine ringförmige Platte 90 abgedeckt ist. Durch Drehung der Einstellschraube 68 wird der Abstimmschieber 71 verschoben.

Jeder Abstimmschieber 71 bzw. 72 ist mit einer Vielzahl von Kontaktfingern 85 versehen, welche ringsum an den Wandungen des Abstimmschiebers sitzen und an den benachbarten Wandteilen des Hohlraumresonators anliegen, so daß ein guter galvanischer Kontakt zwischen dem Abstimmschieber und diesen Wandteilen gegeben ist. Die Wandungen

77 und 79 eines jeden Abstimmschiebers haben eine besondere Gestalt, welche einen geraden Abschnitt 87, der im wesentlichen rechtwinklig zu der Wandung

78 verläuft, einen konkav gekrümmten Abschnitt 88 und einen geradlinig verlaufenden Abschnitt 89, welcher eine Fortsetzung des gekrümmten Abschnitts ist, umfaßt. Der gekrümmte Abschnitt ist an die Gestalt des dielektrischen Fensters 22 angepaßt, so daß, wenn das Abstimmschieberpaar ganz einwärts bewegt ist, es das Fenster umgibt, um ein möglichst kleines Resonanzvolumen zu bilden. (Wenn die Wandungen 77 und 79 eben ausgebildet wären, würde das Volumen des Hohlraumresonators nicht so stark verringert werden können, und demzufolge würde die obere Resonanzfrequenzgrenze bedeutend niedriger sein.) Infolge der gekrümmten Gestalt der Abstimmschieberwandungen 77 und 79 kann der Hohlraumresonator über einen verhältnismäßig weiten Bereich abgestimmt werden. Der geradlinig verlaufende Abschnitt 89 liegt dabei neben der Kopplungsöffnung 37. Die Ausbildung ist dabei so, daß die Abstimmschieber die Kopplungsöffnung 37 nicht abdecken können (auch nicht teilweise).

Die genaue Gestaltung der Wandungen 77 und 79 kann durch Versuche bestimmt werden, um zu dem kleinsten Resonanzvolumen und der besten Kopplungstechnik zu gelangen. Im allgemeinen kann dies, wie oben auseinandergesetzt, dadurch erreicht werden, daß die Wandungen einen geraden Abschnitt 87, einen konkav gekrümmten Abschnitt 88, welcher sich dem dielektrischen Fenster 22 anpaßt, und einen weiteren geraden Abschnitt 89 aufweisen, welcher eine tangierende Fortsetzung des gekrümmten Abschnitts 88 darstellt.

Ein Gitter 86 ist in geeigneter Weise an den Wandungen 77, 78, 79 und 80 befestigt, um die Endwand des Hohlraumresonators zu bilden. Die offene, kastenförmige Bauart der Abstimmschieber und die gitterförmige Endwand ermöglichen es, Luft durch den Hohlraumresonator hindurch zirkulieren zu lassen und das dielektrische Fenster zu kühlen.

Der Kopplungsgrad zwischen dem Hohlraumresonator 20 und dem Hohlleiterstück 34 ist annähernd proportional zu der Breite der Kopplungsöffnung 37. Der erforderliche Kopplungsgrad ist im allgemeinen abhängig von dem im Hohlraumresonator gespeicherten Energiebetrag, der für eine bestimmte Belastung zur Verfügung steht. Es ist daher erwünscht, den Kopplungsgrad für eine optimale Leistungsabgabe einzustellen. Dieser hängt sowohl von der Leistungsabgabe als auch von der Arbeitsfrequenz ab. Durch die erfindungsgemäße einstellbare Kopplungsöffnung kann in Verbindung mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Abstimmschiebern die jeweils größte Leistungsabgabe über den weitestmöglichen Frequenzbereich erhalten werden.

Ein geeigneter Anzeiger kann mit den Einstellschrauben 43, 44 gekuppelt sein. Es kann eine Eichung für verschiedene Leistungsabgaben und Frequenzen vorgenommen werden, wonach dann die Einstellschrauben jeweils so gedreht werden können, daß, wenn der Anzeiger auf einen bestimmten Wert eingestellt ist, die wirksamste Kopplung erzielt wird.

Da die Kopplungsöffnung klappsymmetrisch zur Achse der Klystronröhre verläuft, können die Abstimmvorrichtungen ebenfalls symmetrisch ausgebildet sein. Innerhalb des Hohlraumresonators ist so stets ein symmetrisches Feld gewährleistet, das unter anderem auch eine symmetrische Kopplung mit dem Elektronenstrahl bewirkt, und damit verbesserte Frequenzcharakteristika für den Hohlraumresonator.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Über eine einstellbare Kopplungsöffnung mit einem Hohlleiter gekoppelter, breitbandig abstimmbarer Hohlraumresonator rechteckigen Querschnitts für eine den Hohlraumresonator durchsetzende und mit ihm in Wechselwirkung stehende, im Hohlraumresonator rundum eine dielektrische Vakuumhülle aufweisende Klystronröhre, der, quer zur Röhrenachse und symmetrisch zu einer die Röhrenachse enthaltenden Ebene (Längsebene) sich erstreckend, mit einer Vorrichtung zum Einstellen der zur genannten Längsebene klappsymmetrischen Kopplungsöffnung versehen ist (Einstellvorrichtung), die im wesentlichen aus zwei untereinander gleichen, plattenförmigen metallischen Teilen besteht (Blendenteile), die bezüglich der genannten Längsebene einander mit ihren Schmalseiten gegenüberstehen und senkrecht zu dieser Längsebene verschiebbar angeordnet sind, und der eine Abstimmvorrichtung besitzt, die im wesentlichen aus zwei untereinander gleichen kurzschlußschieberartigen Abstimmelementen besteht (Abstimmschieber), die bezüglich der genannten Längsebene einander mit konkav gekrümmten Flächen gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verschiebung der Blendenteile (38,39) bewirkende Einstellvorrichtung (41, 42, 43, 44, 46) so ausgebildet ist, daß sie die Blendenteile (38, 39) gleichzeitig entweder symmetrisch aufeinander zu oder symmetrisch voneinander weg bewegt, und daß die Abstimmschieber (71, 72) so ausgebildet sind, daß ihre einander zugewandten konkav gekrümmten Flächen auf der der Kopplungsöffnung

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   (37) zugewandten Seite einen um so viel größeren Abstand voneinander haben als auf der der Kopplungsöffnung (37) abgewandten Seite, daß beim Abstimmen die Kopplungsöffnung (37) nie von den Abstimmschiebern (71,72) abgedeckt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Französische Patentschriften Nr. 971484, 237,1131772;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 106 769.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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