DE1274690B - Hohlraumresonator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Ent. CL:

H 03 j

Deutsche KL: 21 a4 - 69

Nummer: 1274 690

Aktenzeichen: P 12 74 690.6-35 (P 40247)

Anmeldetag: 24. August 1966

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Hohlraumresonator mit einem Abstimmstempel und Mitteln zur Ein- und Auskopplung der elektromagnetischen Energie sowie zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Resonanzfrequenz.

Der Einfluß der Temperatur auf die Resonanzfrequenz eines Hohlraumresonators wird zum Teil durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des verwendeten Werkstoffes bestimmt. Für Messing ergibt sich dabei pro Grad Celsius eine Frequenzäbwanderung von rund 0,02 °/oo der jeweiligen Resonanzfrequenz. Diese verhältnismäßig hohe Drift der Resonanzlage kann im entsprechenden Maße verringert werden, wenn statt Messing ein Werkstoff mit kleinerem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Invar, verwendet wird. Dies führt jedoch zu relativ hohen Material- und Herstellungskosten.

Zur Kompensation des werkstoffbedingten Temperatureinflusses auf die Resonanzfrequenz wurde vorgeschlagen, den Abstimmstempel mit dem Resonatorgehäuse über ein teleskopartiges Zwischenstück aus Teilen unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten derart zu verbinden, daß bei Temperaturänderungen eine zusätzliche Verschiebung des Abstimmstempels hervorgerufen wird, welche die normale, thermisch bedingte Resonanzabwanderung des Resonators gerade aufhebt. Die Praxis zeigt jedoch, daß ein derartiges Zwischenstück oft zu untragbar großen Baulängen führt.

Aus der USA.-Patentschrift 3 252116 ist ferner eine Einrichtung zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Resonanzfrequenz bekannt, bei der in dem Hohlraumresonator ein von seiner Innenwand spiralförmig in den Resonatorhohlraum hineinragender Blechstreifen vorgesehen ist, der mit dem Innenleiter des Resonators die regelbare Abstimmkapazität formt. Die Abstimmung erfolgt mit Hilfe einer Justierschraube, die gegen den Blechstreifen drückt und diesen je nach ihrer Stellung mehr oder weniger verbiegt. Am freien Ende des Blechstreifens ist ein Bimetallstreifen befestigt, der durch seine temperaturabhängige Verbiegung den Temperatureinfluß auf die Resonanzfrequenz kompensiert. Diese bekannte Einrichtung ist wegen ihrer besonderen Konstruktion jedoch mechanisch nicht sehr stabil, so daß schon geringe mechanische Erschütterungen eine Abwanderung der Resonatorfrequenz bewirken können. Ein weiterer Nachteil besteht in den erhöhten, durch den unsymmetrischen Aufbau bedingten Verlusten im Resonatorhohlraum.

Bei zwei weiteren bekannten Anordnungen gemäß dem französischen Patent 928 238 erfolgt die Tempe-Hohlraumresonator

Anmelder:

PATELHOLD

Patentverwertungs- & Elektro-Holding A. G.,

Glarus (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
8000 München, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

El.-Ing. Alfred Käch, Nussbaumen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 25. Juli 1966 (10 702)

raturkompensation der Resonanzfrequenz ebenfalls mittels eines Bimetallstreifens. Bei der einen Anordnung ist am Ende eines Bimetallstreifens ein kleiner Stempel aufgesetzt, dessen Kapazität zum gegenüberliegenden Abstimmstempel geändert wird. Die Anordnung neigt zu mechanischen Schwingungen, ferner kann der Hohlraum, innerhalb dessen der Bimetallstreifen befestigt ist, zu elektrischen Schwingungen angeregt werden oder sein Impedanzgang mindestens die Gangkurve des Resonators, d. h. Eintauchtiefe des Abstimmstempels in Funktion der Frequenz, beeinflussen, wodurch zusätzliche Fehler entstehen können. Bei der zweiten Anordnung drückt der Bimetallstreifen mit seinem Ende auf eine kreisförmige Membran, welche den Hohlraumresonator elektrisch abschließt. Hier ist eine verhältnismäßig große mechanische Vorspannung erforderlich, da das Gebilde ansonsten nicht genügend stabil ist. Überdies können bei Membranen durch Temperatureinfluß noch einige mechanische Deformationen auftreten, so daß im Kompensationsvorgang zumindest diffuse, eventuell sogar unkontrollierbare Verhältnisse auftreten. Mechanische Schwingungen, allerdings in stark gedämpfter Form, sind ebenfalls möglich.

Die jeweilige Resonanzlage des Resonators wird außer von den Dimensionen seines Gehäuses auch von den Reaktanzen in den Ein- und Auskopplungskreisen beeinflußt, deren temperaturbedingte Änderungen besonders dann in erhöhtem Maße zur Resonanzdrift beitragen können, wenn sie durch nicht-

809 589/183

lineare Schaltelemente gebildet werden. Dies ist speziell bei Frequenzvervielf achern der Fall, wo in einem der Ankopplungskreise eine Kapazitätsdiode verwendet wird. Kapazitätsdioden zeigen nämlich mit steigender Temperatur eine starke Kapazitätszunähme, welche in Verbindung mit einem abgestimmten Resonanzkreis eine beträchtliche Verschiebung der jeweiligen Resonanzlage zur Folge hat. Um diese Temperaturabhängigkeit zu kompensieren, wurde von den Diodenlieferanten empfohlen, einen Kaltleiter in den Richtstromkreis der Diode aufzunehmen, dessen positiver Temperaturkoeffizient so groß ist, daß bei wachsender Temperatur die am Richtwiderstand erzeugte Sperrgleichspannung stets um einen solchen Betrag zunimmt, daß die bei der jeweiligen Resonanzfrequenz wirksame Kapazität konstant bleibt. Bei dieser Kompensationsart ist man jedoch an gewisse bestimmte Vervielfacherschaltungen gebunden. Es ist das Ziel der Erfindung, einen Hohlraumresonator zu schaffen, der ein System zur Kompensation des ao Temperatureinflusses auf die Resonanzfrequenz aufweist, das sich durch einen einfachen und stabilen mechanischen Aufbau auszeichnet, dessen Kompensationsgrad durch einfache Maßnahmen einstellbar ist und das die genannten Nachteile der bekannten Systeme nicht aufweist.

Gemäß der Erfindung ist der Hohlraumresonator durch eine in den Resonatorhohlraum hineinragende Hülse aus Bimetall gekennzeichnet, deren freies Ende durch Längsschlitze in Bimetallamellen unterteilt ist und in die zur Bildung einer ausgeprägten temperaturabhängigen kapazitiven Belastung des Resonators der Abstimmstempel eintaucht, wobei sich die Lamellen bei Temperaturzunahme radial nach außen und bei Temperaturabnahme radial nach innen verbiegen.

Der erfindungsgemäße Hohlraumresonator wird an Hand der Figuren beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Grundform des erfindungsgemäßen Hohlraumresonators mit einem zylindrischen Gehäuse 1 und Mitteln 2, 3 zur Ein- und Auskopplung der elektromagnetischen Energie. Der Abstimmstempel 4 ist in einer der Stirnwände des Gehäuses wie üblich in einem Gewinde geführt und taucht in die Bimetallhülse 5 ein, die, koaxial zum Abstimmstempel 4 angeordnet, von der dem Stempel gegenüberliegenden Stirnwand des Gehäuses 1 in den Resonatorhohlraum hineinragt. Die Bimetallhülse weist Längsschlitze 6 auf, die ihr freies Ende in eine Anzahl Bimetallamellen unterteilen. Abstimmstempel 4 und Bimetallhülse S bilden für den Resonator eine ausgeprägte temperaturabhängige kapazitive Belastung. Die Bimetallhülse 5 ist dabei vorzugsweise aus einem nahtlosen Bimetallrohr oder aus einem um einen Dorn gewickelten Bimetallblech hergestellt und so ausgelegt, daß sich ihre Lamellen bei Temperaturzunähme radial nach außen und bei Temperaturabnahme radial nach innen verbiegen. Im erster Fall wird die jeweilige Abstimmkapazität vermindert, im zweiten Fall dagegen vergrößert und damit die Resonanzdrift entsprechend kompensiert.

Fig. 2 zeigt den Hohlraumresonator mit der Grundform gemäß Fig. 1 in seiner Anwendung in einem Frequenzvervielfacher. Die Bimetallhülse 5 wird von einer Schraube 7 getragen, die in der Stirnwand des Gehäuses 1, die dem Abstimmstempel 4 gegenüberliegt, geführt wird und so den einfachen Ein- und Ausbau und gegebenenfalls die axiale Verschiebung der Bimetallhülse 5 gewährleistet. Diese vorteilhafte Ein- und Ausbaumöglichkeit ist zum Zweck des bequemen Abgleiche der Schlitzlängen wünschenswert, während die axiale Verschiebbarkeit eine zusätzliche Abgleichmöglichkeit ergibt. Im Auskopplungskreis befindet sich eine Kapazitätsdiode 8, welche die gewünschte Nutzharmonische auf den Hohlleiter 9 überträgt. Die Zuleitung der Diodenvorspannung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Ein zusätzlicher Abstimmstempel 10 dient zum Anpassungsabgleich und wird zusammen mit dem Abstimmstempel 4 jeweils auf Resonanzanpassung bzw. auf maximale Leistungsabgabe des Vervielfachers eingestellt.

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung läßt sich aus folgenden Überlegungen erkennen: Unter dem Einfluß der Temperatur ändert sich außer der Eigenfrequenz des Resonatorgehäuses 1 auch die Kapazität der Diode 8 und damit ihre Rückwirkung auf den Resonator, was eine zusätzliche temperaturabhängige Resonanzverschiebung zur Folge hat. Da die mittlere Kapazität der Kapazitätsdiode 8 über den ganzen Durchstimmbereich des Resonators praktisch konstant bleibt, ist diese Rückwirkung bei den hohen Frequenzen im oberen Teil des Durchstimmbereichs wegen der relativ kleineren Abstimmkapazität und des höheren Kopplungsgrades größer als bei den niedrigen Frequenzen im unteren Teil des Durchstimmbereichs. Dieses Verhalten entspricht dem Verlauf der relativen Änderungen der kapazitiven Belastung, die durch die temperaturabhängigen Verformungen der Bimetallhülse hervorgerufen werden. Für die relative Änderung der kapazitiven Belastung ist nämlich die mittlere Auslenkung jener Bereiche der Bimetallamellen maßgebend, die den Abstimmstempel 4 überdecken, und diese ist um so größer, je weniger der Stempel in die Hülse eintaucht, d. h. je höher die Resonanzfrequenz ist.

Durch Wahl der Dicke des Bimetallbleches, durch Abgleich der Schlitzlänge sowie der axialen Lage der Bimetallhülse kann, wie Versuche ergeben haben, eine nahezu exakte Kompensation des Temperatureffektes auf die Resonanzfrequenz für einen relativ breiten Durchstimmbereich erzielt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hohlraumresonator für Mikrowellen mit einem Abstimmstempel und Mitteln zur Ein- und Auskopplung der elektromagnetischen Energie sowie mit einem Bimetallelement, welches zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Resonanzfrequenz die vom Abstimmstempel gebildete kapazitive Belastung des Resonators temperaturabhängig verändert, dadurch gekennzeichnet, daß als Bimetallelement eine in den Resonatorhohlraum hineinragende Hülse aus Bimetall (5) verwendet wird, deren freies Ende durch Längsschlitze (6) in Bimetallamellen unterteilt ist und in die zur Bildung einer ausgeprägten temperaturabhängigen kapazitiven Belastung des Resonators der Abstimmstempel (4) eintaucht, wobei sich die Lamellen bei Temperaturzunahme radial nach außen und bei Temperaturabnahme nach innen verbiegen.

2. Hohlraumresonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallhülse (5) axial verschiebbar ist.

3. Hohlraumresonator gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Bimetallhülse (S)

tragende Schraube (7), die in der zweiten Stirnaxial verschiebbar ist.

4. Verwendung des Hohlraumresonators nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Frequenzvervielfacher, bei dem die an den Hohlraumresonator angekoppelten Kreise eine Kapazitätsdiode (8) enthalten, dessen temperaturabhängige Rückwirkung auf die Resonanzfrequenz durch die temperaturabhängigen Deformationen der Bimetallhülse (S) im wesentlichen kompensiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 928 238;
USA.-Patentschrift Nr. 3 252116.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 589/183 7.68 © Bundesdruckerei Berlin