DE1264547B

DE1264547B - Coaxial feed-through for coupling and decoupling high-frequency energy in power pipes

Info

Publication number: DE1264547B
Application number: DE1965S0098139
Authority: DE
Inventors: Arno Hinckeldey
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-12
Filing date: 1965-07-12
Publication date: 1968-03-28

Description

Koaxiale Durchführung zum Ein- und Auskoppeln von Hochfrequenzenergie bei Leistungsröhren Die Erfindung betrifft eine koaxiale Durchführung für das Ein- oder Auskoppeln von HF-Energie bei Leistungsröhren, bei der ein mit einer zentralen Bohrung versehener Keramikkörper innerhalb des Außenleiters mit Innen- und Außenleiter zu einer mechanischen Verbindung vakuumdicht verlötet ist. Koaxiale Durchführungen werden dazu benutzt, um z. B. die von einer Leistungsröhre, wie z. B. Klystron, Magnetron, Wanderfeldverstärkerröhre, Carcinotron, gelieferte Hochfrequenzenergie den äußeren Schwingkreisen zuzuführen.Coaxial feedthrough for coupling in and out of high frequency energy for power tubes The invention relates to a coaxial feedthrough for the input or decoupling of RF energy in the case of power tubes, in which one with a central Ceramic body provided with holes within the outer conductor with inner and outer conductor is soldered vacuum-tight to a mechanical connection. Coaxial feedthroughs are used to e.g. B. that of a power tube such. B. Klystron, Magnetron, traveling field amplifier tube, carcinotron, supplied high-frequency energy to feed the outer oscillating circles.

Derartige Durchführungen müssen unbedingt zwei maßgebliche Bedingungen erfüllen; sie müssen einmal die Anpassung zwischen den Röhrenkreisen und den äußeren Stromkreisen richtig herstellen oder sie zumindest nicht hochfrequenzmäßig beeinträchtigen und zum anderen einen vakuumdichten Abschluß des betreffenden Entladungsgefäßes gewährleisten. Sie müssen deshalb ein Verbindungsteil besitzen, das auf der einen Seite in elektrischer Hinsicht gleichstrommäßig isoliert und auf der anderen Seite die Hochfrequenzenergie durchläßt. Darüber hinaus muß das betreffende Verbindungsstück mit den Metallteilen, d. h. mit Innen- und Außenleiter einer beispielsweise Auskoppelanordnung, vakuumdicht verbunden sein. Das Verbindungsteil, auch Fenster genannt, muß die thermische Belastung infolge der Hochfrequenzdurchsetzung mechanisch gut ertragen können. Aus Festigkeitsgründen ist es deshalb wünschenswert, einen derartigen Verbindungskörper aus Keramik herzustellen, da die Technik der vakuumdichten Metall-Keramik-Verbindungen heute schon einen beachtlichem Stand erreicht hat und mit Erfolg weitestgehend Anwendung auf dem Sektor der Höchstfrequenz- und Leistungsröhren gefunden hat.Such implementations must necessarily have two defining conditions fulfill; you have to do the adjustment between the tube circles and the outer ones Establish circuits correctly or at least do not affect them in terms of high frequencies and on the other hand a vacuum-tight seal of the discharge vessel in question guarantee. You must therefore have a connector that is on the one One side is electrically isolated from the electrical point of view and on the other side which allows high frequency energy to pass through. In addition, the connector in question with the metal parts, d. H. with inner and outer conductors of, for example, a decoupling arrangement, be connected vacuum-tight. The connecting part, also called window, must be thermal Can bear mechanical loads well as a result of the high frequency penetration. the end For reasons of strength, it is therefore desirable to have such a connecting body made of ceramics, using the technology of vacuum-tight metal-ceramic connections has already reached a considerable level today and is widely used with success in the sector of ultra-high frequency and power tubes.

Bei einer bisher bekanntgewordenen derartigen koaxialen Durchführung hat man eine dem Innendurchmesser des Außenleiters entsprechend große Keramikscheibe mit einer zentralen Bohrung verwendet, derart, daß der Innenleiter nach Art einer Einbuchtung abgesetzt durch die Bohrung eine Fortführung erfährt. Zu diesem Zweck wurde die Keramikscheibe an ihren Stirnseiten mit den jeweiligen Teilen des Innenleiters und an ihrer äußeren Mantelfläche mit dem Außenleiter vakuumdicht verlötet.In a previously known coaxial implementation of this type one has a ceramic disk corresponding to the inner diameter of the outer conductor used with a central bore, such that the inner conductor in the manner of a Indentation set off by the bore is continued. To this end became the ceramic disc on its end faces with the respective parts of the inner conductor and soldered vacuum-tight to the outer conductor on their outer jacket surface.

Zur Vermeidung einer störenden Beeinträchtigung der Anpassung wurde der Durchmesser des durch die Bohrung der Keramikscheibe hindurchführenden Innenleiters kleiner gewählt, derart, daß der Innenleiter innerhalb der Keramikscheibe entsprechend abgesetzt ist. Eine derartige Verbindung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß bei der technischen Herstellung der betreffenden mechanischen Verbindung, insbesondere infolge der relativ großen mit der Keramikstirnwand zu verlötenden Kreisringflächen des Innenleiters, in der Lötstelle Keramikscheibe-Innenleiter erhebliche Zugspannungen auftreten, die zu Undichtigkeiten infolge teilweiser Zerstörung der Keramik führen können.To avoid a disruptive impairment of the adjustment was the diameter of the inner conductor passing through the hole in the ceramic disc selected smaller, so that the inner conductor within the ceramic disk accordingly is discontinued. However, such a connection has the major disadvantage that in the technical production of the mechanical connection concerned, in particular due to the relatively large circular ring surfaces to be soldered to the ceramic end wall of the inner conductor, considerable tensile stresses in the solder joint between the ceramic disc and the inner conductor occur that lead to leaks as a result of partial destruction of the ceramic can.

Es sind aber auch andere vakuumdichte Durchführungen von koaxialen Leitungen bekanntgeworden, bei denen der Keramikkörper bzw. das Fenster als Zylinder oder Kegelrohr ausgebildet ist. Hierzu ist meist eine erhebliche Erweiterung sowohl von Außen- als auch Innenleiter erforderlich. Derartige bekannte Anordnungen sind im Aufbau und somit auch in der Herstellung meist recht kompliziert und kostspielig.But there are also other vacuum-tight passages of coaxial Lines become known in which the ceramic body or the window as a cylinder or conical tube is formed. This is usually a considerable extension of both of outer and inner conductors required. Such known arrangements are usually quite complicated and expensive in structure and thus also in production.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, bei der zuerst beschriebenen bekannten einfachen Anordnung mit einer Keramikscheibe mit zentraler Bohrung als Fenster die maßgeblichen Teile der Durchführung durch besondere Formgebung so zu gestalten, daß die betreffende mechanische Verbindung die thermisch bedingten Beanspruchungen sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb ohne Störung aushält.The object on which the invention is based is therefore in the known simple arrangement described first with a ceramic disc with a central hole as a window through the relevant parts of the implementation to make special shaping so that the mechanical connection in question the thermal stresses both during manufacture and in operation endures without disturbance.

Erreicht wird dies bei einer koaxialen Durchführung zum Ein- bzw. Auskoppeln von Hochfrequenzenergie bei Leistungsröhren, wie z. B. Magnetron, Klystron, Wanderfeldröhren jeglicher Art od. dgl., bei der eine mit einer zentralen Bohrung versehene Keramikscheibe innerhalb des Außenleiters mit Innen- und Außenleiter vakuumdicht verlötet ist, nach der Erfindung dadurch, daß der massive Innenleiter, z. B. auf der Vakuumseite, mit einem an seinem Ende befestigten (angelöteten) dünnwandigen Metallrohr (Zwischenrohr) gleichen äußeren Durchmessers auf der entsprechenden metallisierten Stirnfläche der Keramikscheibe aufgelötet ist und die galvanische Verbindung durch die enge Bohrung der Scheibe in an sich bekannter Weise mit einem zentralen Stift hergestellt ist und daß die innerhalb des Metallrohres befindliche Kreisringfläche der Keramikscheibe mit einem mit dem Innenleiter verbundenen Metallbelag, z. B. einem Metallisierungsüberzug, einer Blechscheibe od. dgl., versehen ist.This is achieved with a coaxial feed-through for entry or exit. Decoupling of high-frequency energy in power tubes, such as. B. Magnetron, Klystron, Traveling wave tubes of any kind or the like, in which one with a central bore Ceramic disc inside the outer conductor with inner and outer conductor vacuum-tight is soldered, according to the invention in that the massive inner conductor, for. B. on the vacuum side, with a thin-walled one attached (soldered) to its end Metal tube (intermediate tube) of the same outer diameter on the corresponding metallized The face of the ceramic disc is soldered on and the galvanic connection through the narrow bore of the disc in a known manner with a central pin is made and that the annular surface located within the metal tube the ceramic disc with a metal coating connected to the inner conductor, e.g. B. a metallization coating, a sheet metal disk or the like. Is provided.

Die galvanische Verbindung für den Innenleiter mittels eines durch die Keramikscheibe hindurchgeführten zentralen Stiftes ist von einer lösbaren koaxialen Durchführung mit Gummidichtungen bekannt, bei der nämlich auf der Vakuumseite das Anpressen des mit einem Gummiabdichtungsring versehenen Innenleiters gegen die Keramikscheibe von der anderen Seite her durch eine zentrale Schraube erfolgt. Die bekannte Durchführungsanordnung hat den wesentlichen Nachteil; daß sie nicht ausheizbar ist und nur eine geringe mechanische Stabilität hat und deshalb bei elektrischen Entladungsgefäßen praktisch nicht verwendet werden kann.The galvanic connection for the inner conductor by means of a through the central pin passed through the ceramic disk is of a detachable coaxial Implementation with rubber seals known, namely on the vacuum side the Pressing the inner conductor with a rubber sealing ring against the ceramic disc takes place from the other side by a central screw. The known bushing arrangement has the main disadvantage; that it cannot be baked out and only a small one has mechanical stability and is therefore practical for electrical discharge vessels cannot be used.

Eine besonders zuverlässig arbeitende Ausführungsform einer derartigen Durchführung wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß bei vorgegebenem äußerem Radius r des Innenleiters Wandstärke d und Länge L des Zwischenrohres so gewählt werden, daß sie die Beziehung erfüllen. Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand des in der Figur rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.A particularly reliable embodiment of such a passage is achieved in an advantageous manner that for a given outer radius r of the inner conductor, wall thickness d and length L of the intermediate tube are chosen so that they match the relationship fulfill. Further details of the invention are to be explained with reference to the embodiment example shown purely schematically in the figure.

In der Figur, die einen Axialschnitt durch eine koaxiale Durchführung, wie sie z. B. zum Auskoppeln einer HF-Leistung einer Leistungsröhre An-Wendung findet, darstellt, ist mit 1 der aus einem Metallrohr bestehende Außenleiter bezeichnet. Lediglich für die herzustellende Verbindung ist an seinem einen Ende eine etwa im Ausmaß seiner Wandstärke geringfügige Erweiterung vorgesehen. In seinem Innern befindet sich dazu koaxial der massive Innenleiter 2, der durch die zentrale Bohrung 4 der das Fenster darstellenden Keramikscheibe 3 mit einem geringen Querschnitt seine Fortsetzung hat. Vakuumdicht verlötet ist die Keramikscheibe 3 am äußeren Leiter 1 mit ihrer Zylinderfläche 5 und am Innenleiter 2 mit ihrer Stirnfläche 6. Dazu ist der massive Innenleiter 2 in seinem im Vakuum befindlichen Ende mit einem dünnwandigen Rohrstück 7 (Zwischenrohr) gleichen äußeren Durchmessers derart verlängert, daß das freie Ende des Zwischenrohres 7 mit seinem Stirnrand an der Stirnwand 6 der Keramikscheibe 3 verlötet ist. Selbstverständlich kann im Bedarfsfall das dünnwandige Metallrohr auch auf der anderen Stirnseite der Keramikscheibe oder sogar auf beiden Seiten vorgesehen sein und unabhängig davon die Keramikscheibe auch auf beiden Seiten verlötet sein. Die dazu erforderliche Metallisierung auf der Stirnfläche der Keramikscheibe läßt man vorteilhafterweise bis zum zentralen Stift 9 des Verlängerungsinnenleiters 10 reichen, so daß der gebildete, für den HF-Übergang an sich schädliche Hohlraum 11 HF-mäßig geschlossen ist. Da die Eindringtiefe der ein- oder auszukoppelnden HF-Energie infolge ihrer hohen Frequenz sehr gering ist, kann die Verbindung sehr dünnwandig ausgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird in Weiterbildung der Erfindung die Länge L des Zwischenrohres derart gewählt, daß bei vorgegebenem äußerem Radius r, Länge L und Wandstärke d der Beziehung entsprechen. Bei Ausführung der HF-Leiter aus Vacon oder Molybdän und der Keramikscheibe aus einer hochwertigen Oxydkeramik, wie z. B. Aluminiumoxyd, ist trotz der nicht besonders ausdehnungsmäßigen Anpassung die vakuumdichte Verbindung durch ihre besondere Dimensionierung der maßgeblichen Teile genügend elastisch. Die Spannung in der Keramikscheibe hängt nur noch im wesentlichen von der Verbindung Keramik-Zwischenrohr ab und ist praktisch unabhängig von Form und Material des Innenleiters. Durch die beschriebene Maßnahme ist praktisch eine Trennung von mechanischer Befestigung und Hochfrequenzübergang geschaffen.In the figure, which is an axial section through a coaxial implementation, as it is, for. B. for decoupling an RF power of a power tube application, represents, is denoted by 1 of the outer conductor consisting of a metal tube. Only for the connection to be established is provided at one end with a slight widening approximately to the extent of its wall thickness. In its interior there is coaxially the solid inner conductor 2, which has its continuation through the central bore 4 of the ceramic disk 3 representing the window with a small cross section. The ceramic disc 3 is soldered vacuum-tight on the outer conductor 1 with its cylindrical surface 5 and on the inner conductor 2 with its end face 6. For this purpose, the massive inner conductor 2 is extended in its vacuum-located end with a thin-walled pipe section 7 (intermediate pipe) of the same outer diameter in such a way that the free end of the intermediate tube 7 is soldered with its end edge to the end wall 6 of the ceramic disk 3. Of course, if necessary, the thin-walled metal tube can also be provided on the other end face of the ceramic disk or even on both sides and, independently of this, the ceramic disk can also be soldered on both sides. The metallization required for this on the end face of the ceramic disk is advantageously allowed to extend as far as the central pin 9 of the inner extension conductor 10, so that the cavity 11 which is formed and which is harmful to the HF transition is closed in terms of HF. Since the penetration depth of the RF energy to be coupled in or out is very small due to its high frequency, the connection can be made very thin-walled. In a particularly advantageous manner, in a further development of the invention, the length L of the intermediate tube is selected such that, for a given outer radius r, length L and wall thickness d, the relationship correspond. If the HF conductor is made of Vacon or molybdenum and the ceramic disc is made of a high-quality oxide ceramic, such as B. aluminum oxide, despite the not particularly expansionary adaptation, the vacuum-tight connection is sufficiently elastic due to its special dimensioning of the relevant parts. The tension in the ceramic disk only depends essentially on the connection between the ceramic and the intermediate tube and is practically independent of the shape and material of the inner conductor. The measure described practically separates the mechanical fastening and the high-frequency transition.

An Stelle des zum HF-mäßigen Schließen des Hohlraumes 11 vorgesehenen durchgehenden Metallbelages kann auch im Bedarfsfalle eine dünne Blechscheibe aufgelötet werden. Im Falle größerer Durchmesser des Innenleiters kann an Stelle des beschriebenen Zwischenrohres mit besonderem Vorteil ein entsprechend dünnwandiger Metalltopf mit einer entsprechenden zentralen Bohrung in seinem Boden derart vorgesehen werden, daß dieser mit seinem Boden auf der Keramikstirnfläche aufgelötet wird.Instead of the one provided for closing the cavity 11 in terms of HF Continuous metal covering can also be soldered onto a thin sheet metal disc if necessary will. In the case of a larger diameter of the inner conductor, instead of the one described Intermediate tube with a correspondingly thin-walled metal pot with particular advantage a corresponding central bore can be provided in its bottom in such a way that that this is soldered with its bottom on the ceramic face.

Claims

Claims: 1. Coaxial feedthrough for coupling in and out of high frequency energy in power tubes such as B. Magnetron, Klystron, traveling wave tubes of any kind od. dgL, in which a ceramic disc provided with a central bore is soldered vacuum-tight inside the outer conductor on the inner and outer conductor, thereby characterized in that the massive inner conductor (2), for. B. on the vacuum side, with a thin-walled metal tube (7 [intermediate tube]) attached to its end (soldered on) of the same outer diameter on the correspondingly metallized face ($) the ceramic disc (3) is soldered and the galvanic connection through the tight Bore (4) of the disc in a manner known per se with a central pin (9) is made and that the annular surface located within the intermediate tube the ceramic disc with a metal coating (8) connected to the inner conductor, e.g. B. a metallization coating, a sheet metal disk or the like. Is provided.

2. Coaxial feedthrough according to claim 1, characterized in that, for a given outer radius r of the inner conductor, the wall thickness d and length L of the intermediate tube are chosen to be so large that is.

3. Coaxial bushing according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe part attached to the inner conductor consists of a thin-walled pot whose The bottom is soldered to the face of the ceramic. Considered publications: U.S. Patent No. 2,831,047.