DE1261201B - Resonator fuer nichtsinusfoermige elektrische Schwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 69

1 261 201
U13167IXd/21a4

14. Oktober 1966

15. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzresonator für nichtsinusförmige elektrische Schwingungen.

Die Erfindung ist für verschiedene Arten von Resonatoren anwendbar, wird jedoch im folgenden insbesondere an Hand von Hohlraumresonatoren zur Veranschaulichung des Grundgedankens beschrieben. Ein Hohlraumresonator ist als ein abgeschlossener Bereich definiert, in welchem elektromagnetische Energie speicherbar ist und welcher Resonanzen besitzt, die durch die Geometrie der elektrisch leitenden Wandungen in der Frequenz festgelegt sind. Hohlraumresonatoren besitzen im allgemeinen viele Resonanzfrequenzen, wobei die verschiedenen Frequenzen, bei welchen in einem bestimmten Hohlraum Resonanzen auftreten, jeweils einzeln durch die Abmessungen und die Gestalt des Hohlraums bestimmt sind. Von Haus aus besteht dabei gewöhnlich kein harmonisches Verhältnis zwischen den verschiedenen Resonanzfrequenzen eines Hohlraumresonators, d. h., die Resonanzfrequenzen höherer Ordnung sind nicht Harmonische der niedrigsten Resonanzfrequenz. Wird daher ein derartiger Hohlraumresonator durch ein nichtsinusförmiges periodisches Eingangssignal mit einer Resonanzfrequenz erregt, so wird die Energie in dem Hohlraumresonator als sinusförmige Welle gespeichert, da keine harmonischen Resonanzfrequenzen zur Aufrechterhaltung eines nichtsinusförmigen Signals vorhanden sind.

Ein elektrisches Signal mit nichtsinusförmiger periodischer Wellenform ist bekanntlich durch eine Fourierreihe

OO

f(x) = ^ (A_n cos η χ + B_n sin η χ)

darstellbar, welche erkennen läßt, daß das Signal als eine Vielzahl zueinander harmonischen Sinuswellensignalen dargestellt werden kann. Ein nichtsinusförmiges periodisches Signal kann daher nur in einem solchen Hohlraumresonator aufrechterhalten werden, in welchem Resonanz bei den ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz auftritt.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Resonator geschaffen werden, der bei untereinander harmonischen Frequenzen Resonanzstellen besitzt, derart, daß nichtsinusförmige Signale im Resonator aufrechterhalten werden können. Insbesondere soll gemäß der Erfindung ein Resonator geschaffen werden, der sich als Funktionsgenerator eignet, d. h. bei welchem die Form des Ausgangssignals durch Verschiebung einer Ausgangssignalsonde bzw. Ausgangssignal-Auskoppelvorrichtung innerhalb eines

Resonator für nichtsinusförmige elektrische
Schwingungen

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
8000 München, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Quentin Alexander Kerns, Orinda, Calif.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Oktober 1965
(496 197)

weiten Bereiches beliebiger, insbesondere auch nichtsinusförmiger Wellenformen veränderbar ist. Der Resonator gemäß der Erfindung soll sich insbesondere auch zu nichtsinusförmigen Geschwindigkeits- bzw. Phasenmodulation eines Elektronenstrahls, wie beispielsweise in einem Klystron eignen sowie als Beschleunigungselektrode in Teilchenbeschleunigern für hohe Energien, um für die Steuerung des Beschleunigungsprozesses einen weiteren Variationsbereich zu gewinnen, als dies unter Verwendung herkömmlicher sinusförmiger Signale für die Beschleunigungselektrode möglich ist. Des weiteren soll der Resonator gemäß der Erfindung die Energiespeicherung mittels nichtsinusförmiger elektromagnetischer Felder gestatten.

Die Erfindung betrifft somit einen Resonator für periodische nichtsinusförmige Wewesfqrmen mit wenigstens zwei leitenden Elemente^ dk- an einem Ende miteinander verbunden und am anderen Ende durch einen maximalen Abstand voneinander getrennt sind, wobei der Abstand zwischen den Leiterelementen und dem einen Ende, an welchem sie miteinander verbunden sind, in Richtung auf das zweite Ende, an welchem sie voneinander den maximalen Abstand besitzen, progressiv zunimmt, sowie mit Vorrichtungen zur Anregung elektromagnetischer Wellen

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in dem Zwischenraum zwischen den beiden leitenden Elementen und Vorrichtungen zur Auskopplung bzw. Entnahme elektromagnetischer Energie aus dem Zwischenraum.

Gemäß der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Formgebung so erfolgt, daß der Wellenwiderstand in dem Zwischenraum einen mit dem Quadrat der Entfernung von dem Ende, an welchem die beiden Elemente maxigestaltungen verkörpern, die vom elektrischen Gesichtspunkt aus sämtlich im wesentlichen gleichartig sind.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Koaxialresonator 11 mit einem zylindrischen Außenleiter 12 und einem hierzu koaxialen Innenleiter 13 dargestellt. Der Durchmesser des Innenleiters 13 nimmt entlang des Resonators vom Wert Null an einem ersten Ende 14 des Hohlraums 11 zu, bis der Innenleiter die Innen

malen Abstand voneinander besitzen, umgekehrt pro- ίο oberfläche des Außenleiters 12 am gegenüberliegen-

portional verläuft.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Resonator, insbesondere Hohlraumresonator, gestattet die Aufrechterhaltung ganzzahliger Vielfacher einer Grundfrequenz. Die Erfindung ist nicht auf Resonatoren mit stehenden Wellen beschränkt, sondern eignet sich bei Einbeziehung eines geeigneten Zirkulators zwischen den Eingangs- und Ausgangsöffnungen (bzw. -anschlüssen) auch zur Anwendung auf Wanderwellen-Hohlräume.

Der Resonator gemäß der Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung in Beschleunigern und Detektoren für geladene Teilchen hoher Energie. Die Erfindung eignet sich sowohl für kontinuierlich beden Ende berührt. Der Raum 16 zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter 13 bzw. 12 bildet den aktiven Bereich, in welchem hochfrequente elektrische und magnetische Felder durch Anregung des Hohlraums 11 unter Verwendung weiter unten erläuterter Signaleingangsvorrichtungen erzeugt werden können.

Die Gestalt des Bereichs 16 ist in besonderer Weise so gewählt, daß er eine Resonanz bei einer Grundfrequenz und bei sämtlichen Harmonischen dieser Grundfrequenz besitzt, derart, daß sich in dem Raum 16 elektromagnetische Felder jeder beliebigen gewünschten Wellenform gemäß der Fourierreihe bilden können. Um dies zu erreichen, ist die Form

triebene Resonatoren, beispielsweise zur Erzeugung 25 des Innenleiters 13 so gewählt, daß er einen Wellen

besonderer Wellenformen für Beschleunigung, Trennung oder Auskoppelung geladener Teilchenstrahlen, wobei die Erfindung beispielsweise in Form eines Strahlbündlers vom Klystrontyp oder als Hohlraum zur Erzielung spezieller Wellenformen Anwendung finden kann; ebenso gut eignet sich die Erfindung jedoch, falls gewünscht, zur Erzielung einer impulsförmigen Ausgangsleistung, indem eine große Energiemenge in einem Hohlraum über eine längere Zeitperiode hin angesammelt wird, für eine nachfolgende schnelle Abgabe zur Erzielung schnell ansteigender Impulse bestimmter Form mit hoher Scheitelleistung. Derartige Impulse werden beispielsweise in Funkenkammern zum Nachweis energiereicher geladener Teilchen verwendet.

Die Erfindung eignet sich auch zur Anwendung als Funktionsgenerator. Die verschiedenen in dem Hohlraum stehenden Wellen addieren sich an verschiedenen Stellen innerhalb des Hohlraums in unterschiedlichen Verhältnissen, derart, daß durch geeignete Placierung der Auskoppelvorrichtung ein Ausgangssignal erhalten werden kann, dessen Wellenform von der des Eingangssignals verschieden ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von 50 Bereich 16 ist (die Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in geschwindigkeit ist), dieser zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt zwei Koaxialleiter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Querschnittansicht mit Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

Fig. 3 in Draufsicht eine Streifenleiter-Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen geschlossenen Hohlraum zur Energieauskopplung aus einem modulierten Elektronenstrahl, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen geschlossenen Hohlraumresonator zur Beschleunigung oder Phasenfokussierung eines Protonenstrahls in einem Synchrotron.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung läßt sich in verschiedenartigen konstruktiven Auswiderstand erhält, der sich umgekehrt proportional dem Quadrat der axialen Entfernung von dem offenen Ende 14 verhält, wobei zu bemerken ist, daß auf Grund der Technologie von Resonatoren eine derartige Beziehung nicht bis an die Grenzen ausdehnbar ist. Das Verhältnis von D₁ dem Innendurchmesser des Außenleiters 12, zu d, dem Außendurchmesser des Innenleiters 13, ist daher kontinuierlich mit der axialen Entfernung von dem offenen Ende 14 verändert. Der jeweilige Abstand zwischen dem Außenleiter 12 und dem Innenleiter 13 wird für viele Querschnitte durch den Resonator 11 berechnet. Verfahren zur Bestimmung der Abmessungen eines Resonators zur Erzielung einer bestimmten gewünschten Impedanz sind beispielsweise in dem 1956 von der International Telephone and Telegraph Corporation veröffentlichten Werk »Reference Data for Radio Engineers«, 4. Auflage, S. 591, behandelt. Die so berechneten Abmessungen dienen zur Festlegung der gewünschten Krümmung für den Innenleiter 13. Es ergibt sich, daß bei einem so konstruierten Resonator die Phasengeschwindigkeit des niedrigsten Grundschwingungsmode gleich der halben elektromagnetischen Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem gewöhnlich gleich der Licht-

55 Die Leiter des Resonators können alternativ auch flache Übertragungsleitungen (Streifenleiter) sein. Bei einer derartigen flachen Übertragungsleitung finden zwei leitende Oberflächen Anwendung, wobei die erforderliche Änderung des charakteristischen Wellenwiderstands durch nichtlineare Änderung entweder des Abstands zwsichen den beiden Leitern oder durch Änderung der Breite der Leiter oder durch eine Kombination beider dieser Änderungen erreicht wird. In den F i g. 3 und 4 ist eine derartige Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei der Abstand zwischen den Leitern sich entlang dem Resonator linear ändert, während der erforderliche WeI-lenwiderstand durch Änderung der Breite eines Leiters erzielt wird. Der als Ganzes mit 31 bezeichnete Resonator vom Flachleitungstyp weist eine Grundebene 32 auf, welche aus einem leitenden Material,

beispielsweise Kupfer, besteht. Ein leitender Leitungsstreifen 33 berührt mit seinem einen Ende 34 die Grundplatte 32, wie im einzelnen in F i g. 4 ersichtlich. Der übrige Teil des Streifens 33 verläuft in linear steigendem Abstand von der Grundebene

32 bis auf einen Maximalwert an der Spitze 35. Die Breite des Streifens 33 ändert sich in Längsrichtung im Verlauf von dem einen Ende 34 zu der Spitze 35, derart, daß man einen Wellenwiderstand erhält, der umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Spitze 35 in Richtung auf das erste Ende 34 längs einer zu diesem ersten Ende 34 quer verlaufenden Linie veränderlich ist. Wie im einzelnen aus F i g. 3 ersichtlich, ändert sich zur Erzielung der gewünschten Impedanz die Breite des Streifens

33 von einem sehr kleinen Wert an der Spitze 35 auf ein Maximum in der Nähe des Endes 34, wobei das Ende 34 selbst eine Breite etwa gleich der halben Maximalbreite besitzt.

In F i g. 4 ist eine Erregungsschaltung angedeutet, die von einer HF-Signalquelle 36 gespeist wird. Eine derartige Schaltung arbeitet gewöhnlich auf der Grundresonanzfrequenz des Hohlraums 31, das Ausgangssignal der Quelle 36 kann jedoch jede beliebige Wellenform besitzen. Über eine abgeschirmte Übertragungsleitung ist eine Eingangskopplungsschleife 37 mit der Quelle 36 verbunden; die Schleife 37 führt durch eine kleine Öffnung 38 in der Grundplatte 32 und ist mit dem Streifen 33 verbunden. Das Ausgangssignal wird mit Anschlüssen an der Spitze 35 und der Grundebene 32 an eine Verbraucherschaltung 39 angekoppelt. Die Spitze 35 bildet den Punkt höchster Spannung des Resonators 31, d. h. daß der Verbraucher 39 durch den Anschluß an der Spitze 35 die höchstmögliche Signalspannung von dem Resonator31 erhält. Irgendwelche kapazitive oder induktive Parameter des Verbrauchers stehen in solcher Beziehung zu dem Streifen 33, daß sie einen integralen Bestandteil der Resonatorschaltung bilden.

Im Betrieb wird der Resonator 31 durch von der Quelle 36 gelieferte Eingangssignale erregt. Die Wirkungsweise des Resonators 31 ist in gewisser Weise analog der eines Transformators, welcher Niedrigspannungs-Hochstromsignale in der Eingangsschleife 37 im Verbraucher 39 als Hochspannungs-Niedrig-Stromsignale verfügbar macht. Umgekehrt läßt sich eine Abwärtstransformation erzielen, wenn man die Quelle 36 an der Spitze 35 anschließt und den Verbraucher 39 mit der Schleife 37 verbindet. Der Resonator 31 kann auch zur Energiespeicherung dienen, wobei ein Signal niedriger Leistung aus der Eingangsleistung dem Resonator zugeführt wird, um in diesem elektromagnetische Felder aufzubauen. Der Verbraucher 39 wird dann plötzlich mit der Spitze 35 verbunden, derart, daß die in dem Hohlraum gespeicherte Energie rasch entladen wird.

Der Resonator 31 ist auch als Funktionsgenerator verwendbar, wobei man Gebrauch von den verschiedenartigen Art und Weisen, in welchen die elektromagnetischen Felder sich an verschiedenen Stellen innerhalb des Gebildes kombinieren, Gebrauch macht. Das elektromagnetische Feld besitzt für jede einzelne harmonische Frequenz eine verschiedene Feldkonfiguration in dem Resonator 31. Eine Ausgangsverbindung 40 zwischen den Leitern 32 und 33 liefert ein Ausgangssignal, das die Resultierende der verschiedenen elektromagnetischen Felder an der jeweiligen Stelle, an welcher die Schleife angebracht ist, darstellt. Wird der Anschluß 40 an eine andere Stelle verschoben, so ändern sich das Verhältnis und die Phase der elektromagnetischen Felder für die verschiedenen Frequenzen, so daß Ausgangssignale mit unterschiedlichen Wellenformen durch Verschieben der Ausgangsschleife erhalten werden können. Selbstverständlich muß das Eingangssignal die Signale mit den verschiedenen harmonischen Frequenzen enthalten, welche in verschiedenen Verhältnissen und Phasen zu dem Ausgangssignal kombiniert werden sollen.

Ein ähnlicher Effekt wie der aus der Verschiebung der Ausgangsschleife resultierende läßt sich durch Veränderung der Lage der Eingangsschleife erzielen. In beiden Fällen ist die Wellenform des Eingangssignals nicht notwendigerweise die gleiche wie die Wellenform des Ausgangssignals, und der Resonator 31 kann so zur Erzeugung von Signalen mit einer wesentlich von der Wellenform des Eingangssignals verschiedenen Wellenform dienen. Mit anderen Worten: Die die Fourierreihe für das Eingangssignal bildenden Signale werden in dem Resonator 31 voneinander getrennt und können so in verschiedenen Phasen und Anteilsverhältnissen rearrangiert werden.

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bildet die Grundebene 32 praktisch ein Spiegelbild des Streifens 33. Wird die Grundebene 32 entfernt und an der Stelle des früheren Streifen-Spiegelbilds ein tatsächlicher Streifen angeordnet, so bleibt die Wirkungsweise des Hohlraums unverändert, mit der Ausnahme, daß die Wellenwiderstandswerte verdoppelt werden.

Falls, wie weiter oben erwähnt, zur Erzielung des gewünschten Wellenwiderstandsverlaufs der Abstand zwischen den Streifenleitern 32 und 33 nichtlinear verändert wird, läßt sich ein Streifenleiterresonator mit dreieckförmigen Streifen herstellen.

Der in F i g. 5 dargestellte Hohlraumresonator veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher es sich praktisch um mehrere nebeneinander angeordnete und miteinander zu einem geschlossenen Gebilde verbundene Streifenleiterresonatoren der vorstehend beschriebenen Art handelt. Der Resonator 51 gemäß F i g. 5 wird praktisch in der Weise hergestellt, daß man zwei hornförmige Scheiben 52 und 53 an ihren Rändern miteinander verbindet. Die Mittelteile der beiden Scheiben 52, 53 weisen einen Abstand voneinander auf, wobei der größte Abstand zwischen den Mittelpunkten 59 und 61 längs der Achse des Gebildes besteht. Der Raum 54 zwischen den beiden Scheiben 52 und 53 bildet den aktiven Bereich, in welchem elektromagnetische Felder erzeugt werden; die höchsten Potentiale treten dabei zwischen den Mittelpunkten 59 und 61 der beiden Scheiben auf, wobei die Spannung gegen den Rand zu auf Null abnimmt. Die Mittelpunkte 59 und 61 der Scheiben 52 und 53 können mit der Spitze 35 des Resonators gemäß den F i g. 3 und 4 verglichen werden. Bei der Ausführungsform der F i g. 5 wird jedoch der gewünschte Wellenwiderstandsverlauf durch Änderung der Krümmung und damit des Abstands zwischen den scheibenförmigen Leitern 52 und 53 erreicht statt wie in den F i g. 3 und 4 durch Änderung der Breite der Leiter. Der Wellenwiderstand des Hohlraums 51 erhält somit einen umgekehrt proportional zum Quadrat des Radius veränderlichen Verlauf.

Der in F i g. 5 gezeigte Resonator 51 dient zur Energieauskopplung aus einem impulsförmigen Elektronenstrahl 56. In einer Strahlerzeugungsvorrichtung 57 wird ein impulsförmiger Elektronenstrahl 56 erzeugt; der Elektronenstrahl wird dabei beispielsweise in einem Klystron nach Maßgabe von aus einem Eingangssignalgenerator 58 gelieferten Signalen moduliert. Der Generator moduliert den Elektronenstrahl mit den Resonanzfrequenzen des Resonators 51. Der modulierte Elektronenstrahl 56 wird entlang der Achse des Resonators 51 gerichtet; er tritt dabei durch die Scheitelpunkte 59 und 61 der Scheiben 52 und 53, wo abgeschirmte Öffnungen oder Gitter 62 bzw. 63 zum Durchtritt des Elektronenstrahls 56 vorgesehen sind. Der Strahl 56 wird durch den Resonator 51 hindurch zu einem Kollektor 64 geschickt, welcher sich auf einem von einer Spannungsquelle 66 gelieferten positiven Potential befindet. Mittels aus dem Elektronenstrahl entnommener Energie werden in dem Resonator 51 elektromagnetische Felder zur Entstehung gebracht. Mittels einer Ausgangssonde 67, die in ähnlicher Weise wie die Eingangssonde 37 in F i g·. 4 ausgebildet ist, kann derartige Energie an eine äußere Schaltung angekoppelt werden. Der Elektronenstrahl durchsetzt somit den Resonator 51 in einem Bereich höchster elektrischer Feldstärke, während die Sonde bzw. Auskoppelschleife 67, falls erwünscht, beispielsweise so angeordnet sein kann, daß sie ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld schneidet. Die in F i g. 5 gezeigte Ausfuhrungsform zeigt in ihrer Wirkungsweise eine gewisse Analogie zur Wirkungsweise des Ausgangshohlraums eines herkömmlichen Klystrons, ist jedoch zum Unterschied von einem Klystron nicht auf sinusförmige Signale beschränkt.

Im folgenden soll nun ein typischer Anwendungsfall der Erfindung beschrieben werden; beispielsweise wird gewünscht, in dem Strahlbeschleunigungshohlraum eines Synchrotrons zur Beschleunigung geladener Teilchen eine bestimmte, nichtsinusförmige Wellenform zu erzeugen. In F i g. 6 ist ein derartiger Resonator 71 zur Beschleunigung eines Protonen-Impulsstrahls 72 dargestellt. Der Resonator 71 ist aus zwei hornförmigen Scheiben 73 bzw. 74 aufgebaut, die die gleiche Form wie die Scheiben 51 und 53 bei dem Hohlraum 51 in F i g. 5 aufweisen. Die Scheiben 73 und 74 besitzen jeweils einen Scheitelpunkt 76 und 77, die jeweils mit einer abgeschirmten Öffnung bzw. einem Gitter 78 bzw. 79 an der Spitze zum Durchtritt des Protonenstrahls 72 versehen sind. Zusätzlich sind in den Scheiben 72 und 74 koaxial zu den Scheitelgittern 78 und 79 und benachbart zu diesen ringförmige Gitter 81 bzw. 82 vorgesehen.

In dem Resonator 71 werden mittels eines den Protonenstrahl 72 koaxial umgebenden, hohlen zylindrischen Elektronenstrahls 83 elektromagnetische Felder erzeugt; zu diesem Zweck ist in der Nähe des Scheitelpunkts 76 der Scheibe 73 eine ringförmige Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung 84 vorgesehen. Der Elektronenstrahl 83 wird nach Maßgabe von Steuersignalen aus einem Eingangssignalgenerator 86 moduliert. Der Elektronenstrahl 83 tritt durch das ringförmige Gitter §1 in den Hohlraum des Resonators 71 ein und regt diesen an; durch das ringförmige Gitter 82 tritt der Strahl wieder aus dem Hohlraum aus. In der Nähe des Scheitelpunkts 77 ist ein ringförmiger Kollektor 87 angeordnet, der durch eine Spannungsquelle 88 auf einem relativ positiven Potential gehalten wird.

Die Wirkungsweise im Betrieb der Anordnung ist wie folgt: Der Elektronenstrahl 83 erregt den Hohlraum des Resonators 71, derart, daß sich in diesem elektromagnetische Feldschwingungen aufbauen, wobei das größte elektrische Feld zwischen den Scheitelpunkten 76 und 77 auftritt. Dieses elektrische Feld wirkt auf den Protonenstrahl 72 ein und beschleunigt diesen entsprechend. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird somit eine wesentlich umfassendere Beherrschung und Steuerung des Protonenstrahls als mit herkömmlichen Protonenbeschleunigungshohlräumen ermöglicht, da das elektrische Feld nicht auf eine einfache Sinuskonfiguration beschränkt ist.

Als Abwandlung besteht auch die Möglichkeit, nur eine der beiden in den F i g. 5 und 6 gezeigten Hohlräumen verwendeten Scheiben zu verwenden; in diesem Fall würde die Scheibe an ihrer offenen Seite mittels einer ebenen leitenden Grundplatte zu einem Hohlraum geschlossen.

Die Erfindung ist vorstehend an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert worden, die jedoch in für den Fachmann offensichtlicher Weise mannigfach in Einzelheiten abgewandelt werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Den beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen soll daher keinerlei einschränkende Bedeutung zukommen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Resonator für periodische, nichtsinusförmige Wellenformen mit wenigstens zwei leitenden Elementen, die an einem Ende miteinander verbunden und am anderen Ende durch einen maximalen Abstand voneinander getrennt sind, mit Vorrichtungen zur Erregung elektromagnetischer Wellen in dem Zwischenraum zwischen den beiden Elementen, sowie mit Vorrichtungen zur Auskopplung elektromagnetischer Energie aus dem Zwischenraum, wobei der Abstand zwischen den beiden leitenden Elementen von dem einen Ende, an welchem sie miteinander verbunden sind, in Richtung zu dem anderen Ende, an welchem sie durch einen maximalen Abstand voneinander getrennt sind, fortschreitend zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand in dem Zwischenraum(16 in Fig. 1; 54 in F i g. 5) zwischen den beiden leitenden Elementen (12,13 in F i g. 1; 32, 33 in F i g. 3 und 4; 52,53 in Fig. 5; 73,74 in Fig. 6) umgekehrt proportional mit dem Quadrat der Entfernung von dem anderen Ende (14 in Fig. 1; 35 in Fig. 3 und 4; 59 bis 61 in Fig. 5; 76,77 in Fig. 6), in welchem die beiden Elemente einen maximalen Abstand voneinander besitzen, bemessen ist.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden leitenden Elemente einander zugewandte leitende Flächen (32, 33 in F i g. 3 und 4) darstellen, von welchen wenigstens eine (33) ein breites Ende (34) und ein schmales Ende (35) besitzt, und daß die beiden Elemente längs des breiten Endes (34) miteinander verbunden sind und in Richtung auf das schmale Ende (35) voneinander divergieren und der Verlauf des Abstands zwischen den beiden EIe-

menten sowie ihrer Breite so gewählt sind, daß sich für den Wellenwiderstand in dem Zwischenraum zwischen den beiden Elementen ein zum Quadrat des Abstandes von dem schmalen Ende (35) umgekehrt proportionaler Verlauf ergibt.

3. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden leitenden Elementen (32, 33 in F i g. 3 und 4) sich zwischen dem einen Ende (34), an welchem die beiden Elemente miteinander verbunden sind, und dem anderen Ende (35), an welchem sie maximalen Abstand voneinander besitzen, linear veränderlich ist, und daß die dem Zwischenraum zugewandte Fläche wenigstens eines (33) der beiden Leiter mit veränderlicher Breite (F i g. 3) ausgebildet ist, derart, daß der Verlauf des Wellenwiderstands zum Teil durch den Verlauf der Breite des einen Leiters (33) bestimmt wird.

4. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche wenigstens eines der beiden Leiter zwischen dem ersten Bereich, in welchem die beiden Leiter miteinander verbunden sind, und dem zweiten Bereich, in welchem sie maximalen Abstand voneinander besitzen, einen linear sich ändernden Verlauf besitzt, derart, daß der Verlauf des Wellenwiderstands teilweise durch den Verlauf des Abstands zwischen den beiden Teilen bestimmt wird.

5. Resonator nach Anspruch 1, in Ausbildung als Koaxialresonator mit einem zylindrischen Außenleiter und einem koaxial in diesem angeordneten Innenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Innenleiters (13 in F i g. 1 und 2) sich von einem Maximalwert an dem einen stirnseitigen Ende, wo er in Berührung mit dem zylindrischen Außenleiter (12) steht, in Richtung auf das gegenüberliegende stirnseitige Ende (14) auf Null abnimmt, wobei der Verlauf des Durchmessers zwischen den beiden Enden so gewählt ist, daß sich für den Wellenwiderstand zwischen den beiden Leitern ein zum Quadrat der Entfernung von dem zweiten Ende (14) umgekehrt proportionaler Verlauf ergibt.

6. Resonator nach Anspruch 1 in Ausbildung als Hohlraumresonator, gekennzeichnet durch zwei hornförmige kreisrunde Leiter (52,53 in Fig. 5; 73,74 in Fig. 6), die koaxial mit ihren offenen Grundflächen gegeneinander angeordnet und an den Rändern der Grundflächen miteinander zu einem Hohlraum (54) verbunden sind, welcher entlang der durch die Scheitelpunkte (59, 61 in Fig. 5; 76,77 in Fig. 6) verlaufenden Achse seine maximale Weite besitzt, die radial nach außen so abnimmt, daß sich der gewünschte Verlauf des Wellenwiderstands in dem Hohlraum umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der die Scheitelpunkte verbindenden Achse ergibt.

7. Resonator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hornförmigen Leiterelemente (52,53 in Fig. 5; 73,74 in Fig. 6) im Bereich ihrer Scheitelpunkte (59,61 in Fig. 5; 76,77 in F i g. 6) jeweils eine Öffnung (62,63 in F i g. 5; 81,82 in F i g. 6) aufweisen, durch welche hindurch ein modulierter Elektronenstrahl (56 in Fig. 5; 83 in Fig. 6) entlang der die Scheitelbereiche verbindenden Achse zur Anregung elektromagnetischer Wellen in dem Hohlraum gerichtet wird.

8. Resonator nach Anspruch 7 zur Anwendung in einem Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anregung dienende Elektronenstrahl (83) im Querschnitt hohlzylindrisch ausgebildet ist und durch entsprechende Öffnungen (81, 82 in Fig. 6), welche in Nähe der Scheitelpunkte und zu diesen koaxial vorgesehen sind, in den Hohlraum ein- bzw. aus ihm austritt und daß innerhalb des hohlzylindrischen Elektronenstrahls und koaxial mit diesem ein Strahlbündel (72 in F i g. 6) der zu beschleunigenden Teilchen durch im Bereich der Scheitelpunkte vorgesehene Öffnungen (78,79 in F i g. 6) in den Hohlraum ein bzw. aus ihm austritt und den Hohlraum entlang der die Scheitelpunkte verbindenden Achse durchsetzt und hierbei elektromagnetische Energie aus den durch den Elektronenstrahl erregten Hohlraumresonanzschwingungsfeldern aufnimmt.

9. Resonator nach Anspruch 1 in Ausbildung als Hohlraumresonator zur Verwendung in einem Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen, gekennzeichnet durch einen kreisrunden, hornförmigen abgeschlossenen Hohlraum, dessen Erstreckung in der zu seiner durch den Scheitelpunkt gehenden Achse parallelen Richtung von einem Maximum entlang dieser Achse in Richtung radial nach außen progressiv so abnimmt, daß der Wellenwiderstand in dem Hohlraum einen zum Quadrat der Entfernung von der Achse umgekehrt proportionalen Verlauf zeigt, mit Öffnungen zum Durchtritt eines Strahls der zu beschleunigenden geladenen Teilchen entlang der Achse durch den Hohlraum sowie mit einer Vorrichtung zur Anregung des Hohlraums.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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