DE1285072B - Laufwellen-Maserverstaerker - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufwellen- Frequenzabhängigkeit bleibt im wesentlichen unver-

Maserverstärker mit einer kammartig ausgebildeten ändert.

Verzögerungsleitung, die zwischen zwei aus maser- Wie ferner gefunden wurde, ist ein zweiter, ebenaktivem Material bestehenden Platten festgelegt ist. falls mit der thermischen Kontraktion und Expansion Die USA.-Patentschrift 3 004 225 beschreibt einen 5 zusammenhängender Effekt ein unkontrollierbares Laufwellen-Maserverstärker mit einer kammartigen Auswandern oder Verschieben des Masermaterials Verzögerungsleitung, im folgenden kurz Kamm ge- gegenüber dem Kamm, wenn die Temperatur mehrere nannt, die mit einem maseraktiven Material zur Er- Male abgesenkt und wieder erhöht wird. Ein Auszeugung stimmulierter Strahlungsemission bei Signal- wandern über kleinere Entfernungen ist schon desfrequenz geeignet bestückt ist. Des weiteren ist dabei io wegen unerwünscht, weil hierdurch die Frequenzeine auf gyromagnetischen Effekten beruhende, nicht abhängigkeit verschlechtert wird, während ein Ausreziproke Einsatzdämpfung zur Erhöhung der Be- wandern über größere Entfernungen den Maser volltriebsstabilität vorgesehen. ständig zerstören kann.

Verstärker dieser Art sind zwar grundsätzlich In Weiterbildung der Erfindung wird dieses Ausbrauchbar, jedoch hat es sich gezeigt, daß diese Ver- 15 wandern einfach dadurch vermieden, daß die Abstärker mit unverhältnismäßig hoher sowie in zu- standhalter an zumindest einer der beiden maserfälliger Weise schwankender Dämpfung und mit aktiven Platten festgelegt sind. Auf diese Weise erebenso schwankenden Unregelmäßigkeiten in der hält man zugleich eine Fixierung der Platte gegen-Frequenzabhängigkeit behaftet sind. Ersichtlich über dem Kamm im ganzen zur Anwendung gelanschränken solche unkontrollierbaren Erscheinungen 20 genden Temperaturbereich.

die tatsächliche Einsatzmöglichkeit dieser Verstärker Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung

stark ein. sind die Abstandhalter durch einen Strang aus nach-

Es wurde nun gefunden, daß diese Erscheinungen giebigem Material, z. B. Kunststoff, gebildet, der in

in folgendem ihre Ursache haben: Die verschiedenen eine quer zu den Fingern verlaufende Nut eingelegt Bauteile des Verstärkers bestehen aus Materialien mit 25 ist, die ihrerseits auf der den Fingern zugekehrten

unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffi- Seite einer der Platten vorgesehen ist und einen klei-

zienten. So ist der Ausdehnungskoeffizient von neren Querschnitt als der des Stranges aufweist. Wenn

Rubin, einem typischen maseraktivem Material, dann die Kammfinger gegen den Kunststoffstrang

kleiner als der der typischen Materialien für den gepreßt werden, bilden sich Eindrücke im Kunststoff Kamm (kupferplattiertes Wolfram) und für den das 30 aus. Die auf diese Weise entstehenden, durch Kanten

ganze einschließenden Hohlleiter (Kupfer). Sind also begrenzte Zonen zwischen den Fingereindrücken

bei Zimmertemperatur gleiche Längen von beispiels- bilden dann die Abstandhalter,

weise Rubin und Kupfer vorhanden, so werden sich Im folgenden ist die Erfindung an Hand in der

diese Längen bei der wesentlich tieferen Arbeits- Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele betemperatur (Temperatur des flüssigen Heliums) be- 35 schrieben; es zeigt

trächtlich unterscheiden, weil Kupfer stärker kontra- F i g. 1 eine Schrägansicht eines ersten Ausfüb-

hiert als Rubin. Bei einem Maser, bei dem also zwei rungsbeispiels,

Rubinplatten unter Federeinwirkung gegen die Finger F i g. 2 die Kammfinger und das Masermaterial bei

des Kammes gedrückt werden, bewirkt eine solche Zimmertemperatur,

ungleiche thermische Kontraktion ein Verbiegen der 40 Fig. 3 die ausgebogenen Kammfinger und das Kammfinger. Das Ausmaß dieser Verbiegung hängt Masermaterial bei tiefen Temperaturen, von der weitgehend zufälligen Verteilung der Reibung F i g. 4 keramische Fingerabstandhalter, die an längs des Berührungsgebietes zwischen den einzelnen einem Ende des Masermaterials befestigt sind, Fingern und den Rubinplatten ab. Art und Größe F i g. 5 die Kammfinger und das Masermaterial bei der Ausbiegung der einzelnen Finger sind daher nicht 45 tiefer Temperatur zusammen mit den Fingerabstandvorausbestimmbar, und es sind diese unkontrollier- haltern,

baren Ausbiegungen, die zu den erwähnten unkon- F i g. 6 und 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel

trollierbaren Erschemungen führen. zum Erzeugen eines gleichmäßigen Fingerabstandes

Diese unkontrollierbaren Erscheinungen werden und

beseitigt, wenn, wie dies gemäß der Erfindung vor- ₅o Fig. 8 eine Anordnung zum Verhindern des Ausgesehen ist, zwischen den Fingern der Verzögerungs- wanderns des Masermaterials.

leitung Abstandhalter aus festem Isoliermaterial, vor- Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform eines zugsweise aus Keramik, vorgesehen sind. Laufwellen-Maserverstärkers ist in seinem grund-Es wird also eine gleichförmige Ausrichtung der sätzlichen Aufbau ähnlich demjenigen, wie er in der Kammfinger durch diese Abstandhalter erreicht. Die ₅₅ vorstehend genannten USA.-Patentschrift beschrie-Abstandhalter und die Kammfinger greifen so inein- ben ist. Der Verstärker weist einen rechteckigen ander, daß die Zwischenräume zwischen benach- Hohlleiterteil 10 auf, der stirnseitig durch leitende barten Kammfingern über einen weiten Temperatur- Glieder 11 bzw. 12 begrenzt ist. Der resultierende bereich gleichgehalten werden. Bevorzugt sind die Hohlraum 13 ist zur Ausbildung stehender Wellen Abstandhalter aus Aluminiumoxyd oder Tonerde 60 bei der Pumpfrequenz dimensioniert. Die Pumphergestellt, wenn für das Masermaterial Rubin ver- energie wird von einem Pumpgenerator (nicht darwendet wird. Da Aluminiumoxyd und Tonerde den gestellt) über einen Hohlleiter 14 und eine Öffnung gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf- 15 im Glied 12 in den Hohlraum 13 eingespeist, weisen wie Rubin, werden bei tiefen Temperaturen Die kammartig ausgebildete Verzögerungsleitung, die Kammfinger fächerähnlich aufgespreizt. Wegen 65 im folgenden kurz Kamm genannt, innerhalb des der Abstandhalter erfolgt aber das Ausbiegen gleich- Hohlraums 13 ist durch ein leitendes Basisglied 16 förmig. Da sonach die Finger-zu-Finger-Impedanzen im Verein mit einer Reihe leitender Finger 17 rechtgleichbleiben, ist die Einsatzdämpfung klein, und die eckigen Querschnittes gebildet. Die Finger 17 ver-

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laufen senkrecht zur Hohlleiterlängsachse, sind vor- zufälligen Verteilung der Reibungskräfte eine un-

teilhaft durch kupferplattierte Wolframstäbe gebildet gleichförmige Abstandsverteilung zwischen den Fin-

und sind mit dem Basisglied 16 elektrisch leitend, gern. Derartige Unregelmäßigkeiten haben, wie gefun-

z. B. durch Löten oder Hartlöten, verbunden. Das den wurde, ein Ansteigen der Einsatzdämpfung und

Basisglied 16 ist seinerseits an einer der Längsschmal- 5 eine Veränderung der Frequenz-Bandpaß-Kennlinie

sehen des Hohlleiters 10 befestigt. Alternativ hierzu des Maserverstärkers zur Folge,

können die Finger 17 auch direkt an einer der Längs- Wie erwähnt, wird in der Ausführungsform nach

Schmalseiten des Hohlleiters 10 befestigt sein. F i g. 1 ein gleichförmiger Fingerabstand sichergestellt

Die Signalenergie wird über Impedanzanpaßglieder durch die keramischen Abstandhalter 38, die zwi-

ein- und ausgekoppelt. Diese Anpaßglieder sind durch io sehen den freien Enden der Kammfinger 17 angeord -

endständige Stäbe 18 und 19 als Fortsetzung der net sind. Fig. 4 stellt eine Teilschrägansicht dieses

Mittelleiter zweier koaxialer Übertragungsleitungen Details der Ausführungsform in Fig. 1 in ausein-

20 und 21 gebildet. Die Leitung 20 dient als Eingang andergezogenem Zustand dar, und zwar einen Teil für die zu verstärkende Signalwelle, und die Leitung der Platte 30 und der hierauf angeordneten Abstand-

21 dient zum Auskoppeln der verstärkten Signal- 15 halteranordnung zum Einsetzen zwischen die Kammwelle. Die Stäbe 18 und 19 durchqueren den Hohl- finger 17. In der Ausführungsform nach F i g. 4 liegen raum 13 parallel zu den Fingern 17 und sind mit der die Abstandhalter 30 in Form von Zähnen eines eingegenüberliegenden Längsschmalseite des Hohlleiters teiligen keramischen Kammes 40 vor. Wird Rubin als leitend verbunden. Die Entfernung zwischen jedem das Masermaterial verwendet, dann wird der keramider Stäbe 18 und 19 und dem hierzu benachbarten 20 sehe Kamm 40 vorteilhaft aus Aluminiumoxyd her-Kammfinger ist gleich dem Finger-zu-Finger-Abstand gestellt, das den gleichen thermischen Ausdehnungsdes Kammes. Verstellbare Blöcke 25 und 26 sind be- koeffizienten wie Rubin besitzt. So aufgebaut, erhält nachbart den Stäben 18 und 19 zur Impedanzfein- man durch den zwischen benachbarte Finger eingeabstimmung angeordnet. setzten Keramikkamm einen gleichförmigen Abstand

Zwischen der Fingerreihe und der oberen und 25 zwischen benachbarten Fingern 17. Bei tiefen Tem-

unteren Längsbreitseite des Hohlleiters 10 ist je eine peraturen werden die Kammfinger fächerförmig

aus maseraktivem Material bestehende Platte 30 bzw. etwas auseinandergespreizt, da die von den kerami-

31 angeordnet. sehen Abstandhaltern auf die Finger ausgeübten

Der gleichförmige Abstand der Finger voneinander Kräfte die Reibungskräfte zwischen den Fingern und

wird durch Befestigen einer Mehrzahl Abstandhalter 30 dem Masermaterial überwinden. Das sich dann bei

38 an dem freien Ende der Finger 17 benachbarten tiefen Temperaturen ergebende Bild ist in F i g. 5 dar-

Ende der Platte 30 erreicht. Die Abstandhalter 38 gestellt. Obgleich die Finger leicht ausgebogen sind,

sind zwischen benachbarten Fingern angeordnet und sind die Abstände zwischen den benachbarten Fin-

haben die gleiche Breite wie der Finger-zu-Finger- gern gleich, und die Frequenzabhängigkeit behält

Abstand bei Zimmertemperatur. 35 ihren Verlauf.

Das Auswandern der anderen Platte 31 wird ver- Versuche haben ergeben, daß durch Verwendung hindert durch eine Reihe Abstandglieder 39, die auf der Abstandhalter Verbesserungen erreicht werden, der dem Kamm zugekehrten Seite der Platte 31 be- Typische Reduzierungen der Einsatzdämpfung von 2 festigt sind. Diese Abstandglieder 39 sind Vorzugs- bis 8 Dezibel über den verwendbaren Teil des Bandweise benachbart den kurzgeschlossenen Enden der 40 passes wurden bei einem L-Band-Maser realisiert. Finger 17 angeordnet, wo diese mechanisch von der Zusätzlich hierzu wird die Frequenzabhängigkeit über Hohlleiterwand gehalten werden. einen wesentlich größeren Teil der gesamten Band-

Da ein Laufwellen-Maser vorteilhafterweise bei breite akzeptabel.

tiefen Temperaturen betrieben wird, hat die verschie- Eine alternative Methode zum Erzeugen gleicher

dene thermische Kontraktion zwischen dem Maser- 45 Abstände zwischen den Kammfingern 17 ist in F i g. 6

material und dem metallischen Hohlleiter einen und 7 dargestellt. Wie aus F i g. 6 hervorgeht, ist eine

großen Einfluß auf das Betriebsverhalten. Bei einem Nut 60 in die Maserplatte 61 eingearbeitet. Die Nut

Maser der hierin beschriebenen Art, bei dem zwei 60 verläuft hierbei längs der den Fingern 17 züge-

Maserplatten unter Federvorspannung gegen die kehrten Seite der Platte 61 benachbart den freien

Kammfinger gedrückt werden, bewirkt die thermische 50 Enden der Finger. Ein nachgiebiges Material 62, z. B.

Kontraktion eine Ausbiegung der Kammfinger. ein Kunststoffstrang, etwas größeren Querschnittes

Gemäß F i g. 2 sind die Kammfinger, die an dem wird in die Nut eingelegt. Wenn die Kammfinger metallischen (Kupfer-) Basisglied 16 befestigt sind, gegen die Maserplatte gedrückt werden, bilden sich zwischen den beiden Platten 30 und 31 des Maser- Eindrücke 70 im Kunststoffstrang 62 (F i g. 7) aus. materials (Rubin) angeordnet. Bei Zimmertemperatur 55 Die hierbei entstehenden Vorsprünge 71 bilden dann haben die Platten und der Kamm gleiche Länge. Bei die Abstandhalter, die die Finger im gleichen Abstand tiefen Temperaturen jedoch, z. B. bei Temperaturen voneinander auch bei tiefen Temperaturen halten,
des flüssigen Heliums, sind die Platten langer als der Jede dieser beiden vorstehend beschriebenen Maß-Kamm. Infolge der Relativbewegung der Platten ge- nahmen, die zur Schaffung eines gleichmäßigen genüber dem Kamm (als Ergebnis der thermischen 60 Fingerabstandes dienen, dienen zugleich dazu, die Kontraktion) werden einige Finger 17' auswärts ge- relative Stellung des Kammes gegenüber der einen bogen. Dieser Effekt ist in F i g. 3 dargestellt. Das Maserplatte 30 zu fixieren. Beim Fehlen derartiger Ausbiegen tritt dort auf, wo in zufälliger Weise die Vorsichtsmaßnahmen würde diese Maserplatte, eben-Reibungskräfte zwischen den Platten und den Fin- so auch die andere, zur Auswanderung bei mehrgern groß sind. Die restlichen Finger 17, die zufällig 65 maligem Abkühlen und Wiedererwärmenlassen neiin einem Bereich geringerer Reibungskräfte liegen, gen. Aus F i g. 1 und 4 ist ersichtlich, daß die Platte behalten ihre ursprüngliche gerade Ausrichtung. Da- 30 gegenüber dem Kamm dauernd festgelegt ist, weil her entsteht bei Betriebstemperatur als Folge der die Abstandhalter an dieser befestigt sind.

Die Vorrichtung, die zur Fixierung auch der zweiten Maserplatte 31 vorgesehen ist, ist, im Detail, in Fig. 8 dargestellt. Sie ist, wie erwähnt, durch mehrere (etwa sechs) keramische Abstandhalter 39 gebildet, die an der Platte 31 im Bereich der kurzgeschlossenen Enden der Finger 17 befestigt sind. Die Abstandhalter 39 füllen den Zwischenraum zwischen benachbarten Fingern 17 aus und fixieren so die Platte 31 gegenüber dem Kamm. Man erreicht also insgesamt, daß jegliche Verbiegung und Auswanderung des Maseraufbaues verhindert wird, die sonst nach mehreren Temperaturzyklen auftreten würde.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Laufwellen-Maserverstärker mit einer kammartig ausgebildeten Verzögerungsleitung, die zwischen zwei aus maseraktivem Material bestehenden Platten festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Fingern (17) der Verzögerungsleitung Abstandhalter (38, 39) aus festem Isoliermaterial, vorzugsweise aus Keramik, vorgesehen sind.

2. Lauf wellen-Maserverstärker mit einer kammartig ausgebildeten Verzögerungsleitung, die zwischen zwei aus maseraktivem Material bestehenden Platten festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Fingern (17) der Verzögerungsleitung Abstandhalter (71) vorgesehen sind, die durch die Finger (17) bewirkte Eindrücke (70) in einen Strang (62) aus nachgiebigem Material, vorzugsweise Kunststoff, gebildet sind, wobei dieser Strang in eine quer zu den Fingern verlaufende Nut (60) eingelegt ist, die ihrerseits in einer der Platten vorgesehen ist und einen kleineren Querschnitt als der Strang aufweist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (38, 62 oder 39) an zumindest einer (30, 61 bzw. 31) der beiden Platten festgelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen