DE1491373B2

DE1491373B2 - Fensteranordnung fuer hohlleiter

Info

Publication number: DE1491373B2
Application number: DE19641491373
Authority: DE
Inventors: Yoshio Minoo Konosu Osamu Kyoto Kato, (Japan)
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1963-07-12
Filing date: 1964-07-10
Publication date: 1972-03-02
Also published as: SE316240B; DE1491372B2; GB1066644A; US3353057A; BE650409A; GB1067464A; NL6407743A; DE1491373A1; BE650408A; US3281729A; NL6407883A; DE1491372A1

Description

0,15(7 < f · / < 0,5a OJa < D₀ < l.Ofl
0.05 a < W < 0.25«
0.1 a < (D₁ - D₀) --. 0.3fl

wobei

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fensteranordnung zum hermetischen Abschließen oder Unterteilen von Hohlleitern für extrem hohe Frequenzen, insbesondere für Elektronenröhren, mit einem zwischen zwti im Querschnitt rechteckigen Hohlleitern eingeschalteten, in gleicher Längsrichtung angeordneten kreiszylindrischen Hohlleiterteil, der in der Mitte von einer radial liegenden, dicht mit der Wand verbundenen Scheibe von konstanter Dicke aus dielektrischem Material unterteilt ist.

Solche Fensteranordnungen sollen einerseits vollkommen dicht sein, andererseits eine hohe Präzision der Konstruktion aufweisen, um eine möglichst geringe und jedenfalls genau bestimmbare Beein-/ ^ Dicke der Scheibe,
f — relative Dielektrizitätskonstante des Materials der Scheibe.

W — Dicke des Zylinderraums im kreiszylindrischen Hohlleiterteil jeweils auf einer Seite der Scheibe. D₀ ·— Durchmesser des Zylinderraums.
D₁ = Durchmesser des Absatzes,
a — Breite des freien Raums in den im Querschnitt rechteckigen Hohlleitern.

Es hat sich ersviesen. daß durch diese Konstruktion und Bcmessungsgrcnzen vollkommene Dichtheit und gleichzeitig optimale Koppliingseigenschaften erreicht werden. Die an sich bekannte Art der Aufhängung der Scheibe wird hierbei dazu verwendet, die im Rahmen der Erfindung sehr dünne Scheibe vollkommen dicht einzusetzen. Die Bemessung führt dazu, daß die elektrische Feldkomponente im wesentlichen senkrecht auf der Ebene der dielektrischen

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Scheibe steht und die Reflexions- und Verlustverhältnisse über das gesamte Frequenzband sehr günstig sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden keine Frequenzen aus dem Standardband der im Querschnitt rechteckigen Hohlleiter herausgefiltert. Zur noch weiteren Verbesserung der Dichtheit kann die dielektrische Scheibe längs ihrer Umfangsfläche zusätzlich mit dem kreiszylindrischen Hohlleiterteil dicht verschmolzen sein. Als Bevorzugte Werkstoffe für die Scheibe dienen Glas, Keramik, Saphir oder Quarz und für den Hohlleiter Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, Titan oder Kupfer. Die Hohlleiter und Fenster eignen sich hierdurch ohne weiteres für den Millimeterwellenbereich, und zwar hierbei insbesondere für Hochvakuumröhren für stehende Wellen, fortschreitende Wellen oder Rückwärtswellen.

Weitere Vorteile. Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

In der Zeichnung sind

F i g. 1 und 2 je eine schaubildliche Darstellung der Ansicht eines Längsschnitts durch eine herkömmliche Konstruktion eines hermetisch abgedichteten Fensters.

Fig. 3a eine schaubildliche Darstellung der Ansicht eines Längsschnitts durch ein hermetisch verschlossenes Fenster nach der Erfindung.

Fig. 3b die Ansicht eines Querschnitts nach Linie A-A' in Fig. 3a und

F i g. 4 und 5 jeweils eine graphische Darstellung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung in der Ausführung nach F i g. 3.

Zwei herkömmliche Konstruktionen für hermetisch verschlossene Fenster für Kreisresonanzausführungen für Superhochfrequenzbänder sind in den F i g. 1 und 2 beispielsweise dargestellt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 hat man ein Paar von Sperrfilterflanschen benutzt, während bei der Ausführungsform nach F i g. 2 eine Scheibe 1 aus diel-ktrischem Material im Innern eines kreiszylindrischen Hohlleiters luftdicht untergebracht ist. Im Bereich der Millimeterwellen sollten diese Bauteile allerdings mit extrem hoher Präzision dimensioniert und ausgeführt sein. So sollte beispielsweise die Scheibe 1 aus dielektrischem Material eine Dicke von 0,1 mm haben und einen Durchmesser von etwa 2 mm. wenn die Vorrichtung im Bereich der Viermillimeterwellen benutzt wird. Infolgedessen ist bei einer so komplizierten Konstruktion, wie sie F i g. 1 zeigt, die gewünschte Präzision außerordentlich schwer zu erreichen und selbst bei Benutzung einer Konstruktion, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, wird die Scheibe 1 aus dielektrischem Material so dünn, daß der Berührungsbereich der Scheibe mit dem zugehörigen Teil aus Metall nicht genügend groß ist. um eine wirklich einwandfreie luftdichte Abdichtung und Verschmelzung mit diesem Teil herbeizuführen.

Beim Gegenstand der Erfindung tritt ein solch schwieriges Problem selbst im Bereich extrem hoher Frequenzen überhaupt nicht auf.

F i g. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung. Sie besteht im wesentlichen aus einem Hohlleiter 3 mit rechteckförmigem Querschnitt, in dessen Zug ein schmaler, zylindrischer Sperrfilterflansch mit einem Gehäuse 5 vorhanden ist, in welchem ein kleiner, kreiszylindrischer Hohlraum 4 vorhanden ist. dessen Durchmesser D₀ und dessen Dicke W₁ beträgt, wobei die Dicke IK im Vergleich zu der Größe des Durchmessers D_n verhältnismäßig gering ist. Das Gehäuse 3 besteht aus Metall, beispielsweise einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung aus Titan, Kupfer od. dgl. und blitzt an seiner einen äußeren Endflächen eine ringförmige, winkelförmige Schnittfläche 7 kreiszylindrischer Gestalt, in welcher eine Scheibe 6 aus dielektrischem Material mit dem Durchmesser D_x und mit der

ίο Dicke ι aus Glas, keramischem Werkstoff, Saphir, Quarz od. dgl. so eingesetzt ist, daß sie senkrecht zu der Achse des Hohlleiters 3 verläuft. Die Scheibe ist auf absolut zuverlässige Weise mit dem Gehäuse des Flansches 5 zwischen dem ringförmigen Um-

fangsteil der Scheibenebene und der ringförmigen Schulter verschmolzen, welche die ringförmigeSchnittfläche 7 darbietet, und zwar erfolgt die Verschmelzung durch Verschmelzung mit Glas, durch Verlöten oder mit Hilfe anderer Hilfsmittel, je nach Art des

ao benutzten Werkstoffs. Eine zwc.fe Hülle 9 aus Metall steht in axialer Berührung mit dem Gehäuseteil 5 des Flansches und besitzt einen kreiszylindrischen Innenraum 10 mit den gleichen Abmessungen wie sie der Innenraum 4 aufweist; sie gehört zu einem

zweiten Hohlleiter 8 mit rechteckförmigem Querschnitt und ist in genauer axialer Ausrichtung zu dem Gehäuseteil 5 angeordnet und an diesem befestigt.

Beim Gegenstand der Erfindung kann die Scheibe 6

aus dielektrischem Material an dem Gehäuseteil 5 in zuverlässiger Weise längs des ringförmigen Kantenteils der Scheibe befestigt (angeschmolzen) werden, dessen radiale Breite '/a (^Di — A>) ist. Die Abdichtung kann also ^I!ings einer Ringfläche am Umfang

der Scheibe 6 vorgenommen werden, die ihrerseits eine Breite / aufweist. Eine Störung des elektromagnetischen Feldes könnte sich durch das Vorhandensein des Einschnitts in der Schnittfläche 7 mit der radialen Breite ¹Z₂ (D₁ — D₀) ergeben, es ist aber

gefunden worden, daß solche Störungen durch Anpassung der entsprechenden Dimensionen des Durchmessers D₀ und der Dicke W der kreiszylindrischen Hohlräume 4 und 10 sowie anderer Abmessungen kompensiert werden können, um gute Übertragungs-

eigenschaften über ein breites Frequenzband zu erzielen.

Vorzugsweise werden die Verhältnisse bei dem luftdicht abgeschlossenen Fenster nach der Erfindung so gewählt, daß bei einer bestimmten Dielektrizitäts-

konstanten e der Scheibe 6 und bei einer Breite a dtf rechteckigen Hohlleiter 3 und 8 folgende Beziehungen erfüllt sind:

0,15a < F · t < 0.5a OJa < D₀ < 1.0a 0,05a < Fi' < 0.25a 0,1a -.: (D₁ - D₀) < 0.3 a

Sind diese Bedingungen für die Dimensionen erfüllt, dann ist die Komponente des elektrischen Feldes der übertragenen elektromagnetischen Welle im wesentlichen so verteilt, daß sie senkrecht zu der Ebene der dielektrischen Scheibe 6 verläuft und daß der Welligkeitsfaktor der stehenden Welle (VSWR) und die Ubertiagungsverluste über den gesamten Frequenzbereich, der in den rechleckförmigen Hohlleitern 3 und 8 zur Anwendung gelangt, wesentlich herabgesetzt sind.

Vorzugsweise kann die Glasmetallverschmelzung oder -verlötung der dielektrischen Scheibe 6 an dem kreisringförmigen Kantenteil der Ebene der Scheibe 6 und mit der kreisringförmigen Schulter, welche die ringförmige Schnittfläche 7 darbietet, senkrecht zu der Achse des Hohlleiters verlaufen und außerdem eine Länge von

ß,-Oo _+/

des Abdichtungsbereichs zwischen gasförmigen Bereichen auf beiden Seiten der miteinander abzudichtenden Teile vorhanden sein, so daß man eine einwandfreie hermetische Abdichtung erhält, die den herkömmlichen Abdichtungen überlegen ist.

Das hermetisch abgedichtete Fenster nach der Erfindung wurde in dem Frequenzbereich von 8,2 bis 12,4 Gigahertz geprüft. Die Ergebnisse sind in der Zeichnung in den F i g. 4 und 5 wiedergegeben. Das praktisch ausgeführte hermetisch verschlossene Fenster, welches geprüft wurde, hatte folgende Abmessungen:

a — 22.9 mm

D₀- 0.96 a

D, - D₀ = 0,175α
W = 0,196ί7
ε · t von ungefähr 0,32α

ίο Die dielektrische Scheibe 6 bestand aus Borsilikat-Glas und hatte eine Dicke von 1,5 mm bei einer Elektrizitätskonstanten ε von ungefähr 5; das Glas kann mit der Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung der Hülle 5 luftdicht verbunden sein.

Wie man aus den F i g. 4 und 5 ersieht, ist der Welligkeitsfaktor der stehenden Welle kleiner als 1,4 und der Ubertragungsverlust (Dämmungswert) kleiner als 0,4 Dezibel. Derartig ungewöhnlich günstige Eigenschaften kann man in jedem beliebigen

ao Bereich noch höherer Frequenzen erreichen, was sich aus dem Prinzip der Ähnlichkeit elektromagnetischer Wellen ohne weiteres ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fensteranordnung zum hermetischen Abschließen oder Unterteilen von Hohlleitern für extrem hohe Frequenzen, insbesondere für Elektronenröhren, mit einem zwischen zwei im Querschnitt rechteckigen Hohlleitern eingeschalteten, in gleicher Längsrichtung angeordneten kreiszylindrischen Hohlleiterteil, der in der Mitte von einer radial liegenden, dicht mit der Wand verbundenen Scheibe von konstanter Dicke aus dielektrischem Material unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Scheibe (6) in einem umlaufenden Absatz (7) in der Stirnfläche mindestens einer (S) der Hälften (5,9) des in Axialrichtung zweiteilig ausgebildeten zylindrischen Hohlleiterteils verankert ist und daß die Bemessung der Anordnung den Beziehungen genügt

0,15a < ε ■ t < 0,5a OJa < D₀ < 1,0a 0,05a < W < 0,25a 0,\a < (D₁ — D₀) < 0.3a
wobei

/ = Dicke der Scheibe (6),
ε = relative Dielektrizitätskonstante des Materials der Scheibe (6),

W — Dicke des Zylinderraums (4,10) im kreiszylindrischen Hohlleiterteil jeweils auf einer Seite der Scheibe,

D₀ = Durchmesser des Zylinderraums (4, 10),
D₁ = Durchmesser des Absatzes (7).
a = Breite des freien Raums in den im Querschnitt rechteckigen Hohlleitern (3, 8).

2. Fensteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) zusätzlich an ihrer Umfangsfläche am kreiszylindrischen Hohlleiterteil dicht angeschmolzen ist.

3. Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) aus einem Werkstoff der Gruppe Glas, Keramik, Saphir, Quarz und der Hohlleiter aus einem Metall der aus Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Titan und Kupfer bestehenden Werkstoffgruppe bestehen.

flussung der im Hohlleiter laufenden Wellen zu ergeben.

Es sind Fensteranordnungen der eingangs genannten Art bekannt (USA -Patentschrift 2 958 8,34, britische Patentschrift 837 192), bei denen die die Unterteilung bewirkende Scheibe allseitig an der zylindrischen Innenwand des zylindrischen Hohlleiterteils anliegend befestigt ist oder auch mit einer Stirnfläche an einem Absatz einer besonderen Halteplatte anliegt.

ίο Sollen diese bekannten Konstruktionen dicht sein, se muß die Scheibe eine erhebliche Dicke aufweisen, die das Fenster für Höchstfrequenzen ungeeignet erscheinen läßt.

Auch ist eine Befestigung der Scheibe bekannt (französische Patentschrift 1 303 962), bei der diese zwischen zwei in Radialebenen des zylindrischen Teils nach innen oder außen abstehenden Flanschen an der Wand des zylindrischen Hohlleiterteils eingespannt ist. Es handelt sich hierbei freilich um eine Fensteranordnung für Hohlleiter anderer Gattung mit für erfindungsgemäß zu verbessernde Fensteranordnungen ungünstiger Bemessung.

Die Abmessungen der bekannten Fensteranordnungen in bezug zu den Hohlleitern erweisen sich als nicht optimal, da die Fenster auf Grund der auftretenden Reflexions- und Verlustverhältnisse die hochfrequenten Wellen in unerwünschter Weise beeinflussen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die zwei Räume mit unterschiedlichem Gasdruck so elektromagnetisch miteinander zu verbinden, daß der Kopplungsgrad hoch und die Beeinflussung der durchlaufenden hochfrequenten Wellen gering ist. Hierbei darf freilich die Fensteranordnung keinen ungebührlich hoi ;r. Konstruktionsaufwand erfordern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rand der Scheibe in einem umlaufenden Absatz in der Stirnfläche mindestens einer der Hälften des in Axialrichtung zweiteilig ausgebildeten zylindrischen Hohlleiterteils verankert ist und daß die Bemessung der Anordnung den Beziehungen genügt