DE1591831B1

DE1591831B1 - Hochleistungsgenerator fuer Mikrowellen

Info

Publication number: DE1591831B1
Application number: DE19661591831
Authority: DE
Inventors: Terenzio Consoli; Rene Le Gardeur; Georges Mourier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-02-12
Filing date: 1966-01-31
Publication date: 1970-02-19
Also published as: CH450582A; BE675389A; US3344363A; LU50402A1; ES322838A1; NL6601792A; FR1433425A; IL25045A; GB1086235A; SE324417B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungs- Hohlraum eingebrachten Probe in keiner Weise aus-

generator für Mikrowellen zur thermischen Behänd- reicht.

lung von Proben mit einem Klystron, dessen aus- Ausgehend von diesem bekannten Stand der Tech-

gangsseitiger Wechselwirkungsraum über eine einen nik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Resonanzhohlraum enthaltende Rückkopplungs- 5 einen Hochleistungsgenerator für Mikrowellen anzu-

schleife auf seinen eingangsseitigen Wechselwirkungs- geben, bei dem in einem Resonanzhohlraum so große

raum rückgekoppelt ist. Energiebeträge konzentriert werden können, daß eine

Ein Bedürfnis für Hochleistungsgeneratoren dieser thermische Behandlung von in diesen Hohlraum ein-Art besteht sowohl dann, wenn man eine Feststoff- gebrachten Proben möglich wird und diese Energieprobe einer thermischen Behandlung an ihrer Ober- io betrage über einen weiten Frequenzbereich zur Verflache oder auch in ihrem Innern unterziehen will, fügung stehen.

als auch dann, wenn man ein räumlich begrenztes Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Hoch-Plasma aufheizen oder beschleunigen will. leistungsgenerator der eingangs erwähnten Art,

Für die Erzeugung eines zur thermischen Behänd- erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß in der lung von Proben ausreichend hohen elektromagne- 15 Rückkopplungsschleife in Reihe mit einem Isolator tischen Feldes ist es nun erforderlich, eine sehr hohe ein Resonanzkreis liegt, der aus dem die zu behanelektrische Leistung in den Resonanzhohlraum einzu- delnde Probe enthaltenden Resonanzhohlraum, einem bringen, in dem sich die zu behandelnde Probe be- diesen Resonanzhohlraum mit dem eingangsseitigen findet. Da aber Art, Abmessungen und Eigenschaften Wechselwirkungsraum des Klystrons verbindenden der Probe sich sehr stark auf die Resonanzfrequenz 20 Hohlleiter und diesem Wechselwirkungsraum besteht, des Resonanzhohlraumes auswirken, so ändert sich Zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ihrer diese während der Behandlung häufig in nicht von Vorteile und ihrer Arbeitsweise soll nunmehr auf die vornherein vorhersehbarer Weise und gegebenenfalls Zeichnung bezug genommen werden; dabei ist auch sehr rasch, und damit wird auch die Impedanz, F i g. 1 ein Blockschaltbild für eine bislang ins die von dem den Resonanzhohlraum speisenden 25 Auge gefaßte Anordnung zur thermischen Behand-Generator wahrgenommen wird, in entsprechender lung von Proben mittels der von einem Mikrowellen-Weise laufend eine andere. generator abgegebenen Energie und

Dies bedeutet aber, daß der den Resonanzhohl- F i g. 2 ein ähnliches Blockschaltbild für einen in raum speisende Generator nicht nur ganz allgemein erfindungsgemäßer Weise ausgebildeten Mikrowelleneine hohe Leistung in diesen Resonanzhohlraum ein- 3° generator für den gleichen Einsatzzweck, speisen können muß, sondern darüber hinaus auch Die in F i g. 1 dargestellte und insgesamt mit der eine große Betriebsbandbreite besitzen muß. Diese Bezugszahl 2 bezeichnete Anordnung enthält die zu Forderung steht aber im Widerspruch mit dem Ver- behandelnde Probe 4 im Inneren eines Resonanzlangen nach einer möglichst großen Ausgangsleistung, hohlräume 6, der an eine Mikrowellenröhre 8 angeda die meisten Mikrowellengeneratoren nur entweder 35 schlossen ist. Dabei ist in die eine Verbindungsdie eine oder die andere dieser beiden Forderungen schleife 10 zwischen der Mikrowellenröhre 8 und zu erfüllen vermögen. Zwar läßt sich eine gewisse dem Resonanzhohlraum 6 ein Ferritisolator 12 einMilderung in dem Ausmaß der Beeinflussung der gefügt, der dementsprechend mit dem Resonanzhohl-Leistungsabgabe des Generators durch die Eigen- raum 6 in Reihe liegt. Da bei einer solchen Anordschaften des mit ihm zusammengeschalteten Reso- 40 nung die Durchgangszeit des Ferritisolators etwa fünf nanzhohlraumes mittels Zwischenschaltung eines Mikrowellenperioden entspricht und sich die elek-Ferritisolators erreichen, da dieser dann den wesent- irischen Längen der Mikrowellenröhre 8 und des liehen Teil der von dem Generator wahrgenomme- Reinjektionsbereichs nicht auf weniger als einige nen Impedanz darstellt und seinerseits von den Perioden reduzieren lassen, vermag die in F i g. 1 Veränderungen in dem Resonanzhohlraum natur- 45 dargestellte Anordnung nur innerhalb eines sehr gemäß unberührt bleibt, eine praktisch befriedi- schmalen Bandbreitenbereichs zu arbeiten, was vor gende Bandbreite bei gleichzeitig ausreichender Lei- allem dann unbequem wird, wenn in den Resonanzstung läßt sich jedoch auch auf diesem Wege er- hohlraum Meßinstrumente und andere Geräte eingezielen. führt werden müssen.

Aus der USA.-Patentschrift 2445 811 oder auch 50 Diese Mängel lassen sich durch die erfindungsaus der französischen Patentschrift 946131 sind nun gemäße Generatorbauweise vollständig vermeiden, Mikrowellengeneratoren bekannt, bei denen ein ein- wie im folgenden an Hand des Ausführungsbeispiels gangsseitiger und ein ausgangsseitiger Wechsel- der Erfindung, das in F i g. 2 veranschaulicht ist, im wirkungsraum einer Mikrowellenröhre über eine einzelnen gezeigt wird.

Rückkopplungsschleife miteinander verbunden sind, 55 Der in F i g. 2 dargestellte und insgesamt mit der die einen Resonanzhohlraum enthält. Bei beiden be- Bezugszahl 12 bezeichnete erfindungsgemäß ausgekannten Generatoren werden die erzeugten Mikro- bildete Generator enthält eine Mikrowellenröhre 14 wellen jeweils an einem eigenen Anschluß entnommen vom Klystrontyp mit einer Kathode 16, einem ein- und nach außen beispielsweise zu einer Antenne ab- gangsseitigen Wechselwirkungsraum 18, einem ausgeführt. Der wesentliche Teil der bei diesen bekannten 60 gangsseitigen Wechselwirkungsraum 20, einem zwi-Generatoren erzeugten Mikrowellenenergie ist also sehen diesen beiden Wechselwirkungsräumen liegenauf die beiden Wechselwirkungsräume der Röhre und den Laufraum 22 und einem Kollektor 23. Außerdem die Ausgangsleitungen konzentriert, während in der ist eine Rückkopplungsschleife 24 vorgesehen, die Rückkopplungsschleife nur ein kleiner Bruchteil den ausgangsseitigen Wechselwirkungsraum 20 mit dieser Energie zirkuliert, und dementsprechend ist 65 dem eingangsseitigen Wechselwirkungsraum 18 verauch die in dem in dieser Rückkopplungsschleife bindet und einerseits einen Ferritisolator 26 und enthaltenen Resonanzhohlraum konzentrierte Energie andererseits einen Resonanzkreis R enthält. Dieser so gering, daß sie für eine Behandlung einer in diesem letztere besteht aus einem die zu behandelnde Probe

30 enthaltenden Resonanzhohlraum 28, einem den Resonanzhohlraum 28 mit dem eingangsseitigen Wechselwirkungsraum 18 des Klystrons 14 verbindenden, als Richtkoppler wirkenden Hohlleiter 34 und schließlich dem eingangsseitigen Wechselwirkungsraum 18 des Klystrons 14 selbst.

Der Ferritisolator 26 ist einerseits über ein Fenster

31 mit dem ausgangsseitigen Wechselwirkungsraum 20 des Klystrons 14 und andererseits über ein Kopplungsorgan 32 mit schwachem Kupplungsgrad mit dem Hohlraum 28 verbunden. Der eingangsseitige Wechselwirkungsraum 18 des Klystrons 14 bildet mit dem Resonanzhohlraum 28 eine Einheit, da es zwischen diesen beiden Teilen keine Trennung durch ein entsprechendes Kupplungsorgan mit schwachem Kopplungsgrad gibt. Der Hohlleiter 34, der den eingangsseitigen Wechselwirkungsraum 18 mit dem Resonanzhohlraum 28 verbindet, enthält lediglich ein Dichtungsfenster 36. Hinzuweisen ist noch darauf, daß in der Verbindung zwischen dem eingangsseitigen ao Wechselwirkungsraum 18 und dem Resonanzhohlraum 28 ein System stationärer Wellen vorhanden ist, während sich in der Verbindung zwischen dem ausgangsseitigen Wechselwirkungsraum 20 und dem Resonanzhohlraum 28 eine fortschreitende Welle ausbildet.

Die Mikrowellenröhren vom Klystrontyp, die mit Impulsbetrieb arbeiten können, haben den Vorteil, daß sie hohe Leistungsspitzen liefern können, und sie können außerdem in Anbetracht der großen Abmessungen von Kathode und Kollektor zur Erzeugung von Impulsen mit relativ langer Dauer dienen, und schließlich kann die Länge des Laufraumes so weit reduziert werden, daß sie einem Phasenumlauf von 4 π entspricht, wenn der Verstärkungsgrad nicht höher als 6 oder 10 Dezibel sein soll. Außerdem tritt der Elektronenstrahl im Klystron über eine kurze Länge mit einem starken stationären Feld in Wechselwirkung, und da der eingangsseitige Wechselwirkungsbereich 18 mit dem Resonanzhohlraum 28, in dem sich die zu behandelnde Probe 30 befindet, eine Einheit bildet, hat man an Stelle von drei Hohlräumen nur den ausgangsseitigen Wechselwirkungsraum 20 und einen komplex gestalteten Hohlraum.

Die Form des Resonanzhohlraums 28 und die Abmessungen des Wechselwirkungsraums 18 werden so festgelegt,· daß sie dem Elektronenstrahl gegenüber die gewünschten Felder aufweisen, damit eine definierte elektromagnetische Gesamtenergie auf die Probe 30 aufgeprägt werden kann; dieser gespeicherten bzw. aufgenommenen Energie entspricht eine Absorption definierter Leistung in der Probe 30. Die Stromstärke des Elektronenstrahls im Klystron 14 soll für die Lieferung dieser Leistung durch Wechselwirkung mit den vorhandenen Feldern ausreichen, und diese Bedingung kann stets erfüllt werden. Unabhängig von der Verstimmung durch die zu behandelnde Probe 30 gibt es im eingangsseitigen Wechselwirkungsraum 18 stets ein Feld, da dieser einen integrierenden Teil des Hohlraums 28 bildet.

Bei einem praktisch ausgeführten erfindungsgemäßen Generator beträgt die Gesamtdurchgangszeit in dem Kreis, der durch die Gesamtheit der Rückkopplungsschleife und den Laufraum gebildet wird, zehn Perioden, wovon fünf auf den Ferritisolator 26 entfallen und zwei auf den Laufraum 22; unter diesen Bedingungen kann die Bandbreite für automatische Abstimmung bzw. Resonanz 2 bis 3 % erreichen. Die Resonanz des Hohlraums 28 liegt bei einer Frequenz in der Gegend von 1250 MHz, und er schwingt mit einem Mode TE 110; seine Betriebsbandbreite ermöglicht die Einführung einer Metallprobe von etwa 500 cm³ Größe.

Claims

Patentanspruch:

Hochleistungsgenerator für Mikrowellen zur thermischen Behandlung von Proben mit einem Klystron, dessen ausgangsseitiger Wechselwirkungsraum über eine einen Resonanzhohlraum enthaltende Rückkopplungsschleife auf seinen eingangsseitigen Wechselwirkungsraum rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückkopplungsschleife (24) in Reihe mit einem Isolator (26) ein Resonanzkreis (R) liegt, der aus dem die zu behandelnde Probe (30) enthaltenden Resonanzhohlraum (28) einem diesen Resonanzhohlraum (28) mit dem eingangsseitigen Wechselwirkungsraum (18) des Klystrons (14) verbindenden Hohlleiter (34) und diesem Wechselwirkungsraum (18) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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