DE1766147C

DE1766147C - Mikrowellenfensteranordnung

Info

Publication number: DE1766147C
Authority: DE
Inventors: Thaddeus M. Sunnyvale Calif. Buckley (V.StA.). H05k 3-36
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Publication date: 1971-11-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenfenster- röhre angekoppelt, um Mikrowellenenergie durch anordnung, bestehend aus einem Hohlleiter zur den Hohlleiter und dns wellendurchlässige Fenster Weiterleitung von Mikrowellenenergie in einem be- zu leiten.

stimmten dominierenden Hohlleiter-Übertragungs- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus modus und einem dielektrischen, wellendurchlässi- 5 der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der gen Fenster, das im Hohlleiter sich über dessen Zeichnung. Es zeigt

ganzen Querschnitt erstreckt und über diesem eine F i g. 1 einen Schnitt durch ein vorgeschlagenes

gasdichte Zwischenwand bildet und in dessen Fenster mit schematisch dargestellten Anschlüssen, Bereich wenigstens eine konzentrierte Induktivität Fi g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

für die Mikrowellenenergie des bestimmten domi- io F ί g, 3 einen Schnitt entsprechend F i g, 1 durch nierenden Modus angeordnet ist. ein erfindungsgemüßes Mikrowellenfenster,

Bei einem bekannten Fenster dieser Art sind Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie4-4 in Fig,3,

induktive Blenden unmittelbar auf der dielektrischen, F i g. 5 einen F i g. 3 entsprechenden Schnitt durch

wellendiirchlässigen Fensterstruktur in Form von eine andere Ausführungsform, Metallisierungen angebracht (britische Patentschrift 15 Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig.5, 875 245). F i g. 7 eine F i g. 3 entsprechende Darstellung

Der Erfindung Hegt demgegenüber die Aufgabe einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, zugrunde, die Bandbreite des Durchlaßbandes des F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in F: g. 7

Fensters zu vergrößern, und diese Aufgabe wird und

erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die konzen- ao F i g. 9 die Abhängigkeit des Spannungs-Stehtrierte Induktivität innerhalb des dielektrischen Wellenverhältnisses von der prozentualen Frequenzwellendurchlässigen Fensters derart angeordnet ist, abweichung von der Mitte des Durchlaßbandes für daß die Bandbreite des Durchlaßbandes des Fensters erfindungsgemäße Fenster, vergrößert wird. In F i g. 1 ist eine Mikrowellenschaltung mit einem

F.s isi zwar bekannt, Koppelöffnungen in metal- 25 Mikrowellenfenster *emäß einem älteren nicht verlischen Wänden derart mit Dielektrikum zu ver- öffentlichten Vorschlag dargestellt. Die Schaltung schließen, daß ein ringförmiger Bereich in die enthält ein Stück rechteckigen Hohlleiter 1 mit zwei Koppelöffnung herum beidseitig in dielektrisches Breitwänden 2 und zwei Schmalwänden 3. Der Hohl-Material eingeschlossen ist (USA.-Patentschrift leiter 1 ist an seinen Enden mit Flanschen 4 und 5 3 034 079). Dabei handelt es sich jedoch nicht um 30 versehen und dort mit einem Klystron 6 bzw. einer ein dielektrisches Fenster über den ganzen Quer- Last / verbunden. Zwei wellendurchlässige dielekschnitt, und überdies haben diese Übt rdeckungen von trische Platten 8 und 9, die eine Fensterstruktur 10 Teilen der Metall wand ersichtlich keine elektrische bilden, sind dicht, beispielsweise mit Metallötungen. Fun! tion, sondern dienen lediglich zur mechanischen an ihren Rändern mit den Innenwänden des Hohl-Befestigung des Dielektrikums am Metall. 35 leiters 1 verbunden, so daß ein gasdichter Abschluß

Die konzentrierte Induktivität kann in verschie- gebildet wird. Geeignete Dielektrika für die Platten R denen Formen ausgeführt werden, es kann sich um und 9 sind Tonerdekeiamik, Sap«hf und Beryllerde, eine induktive Blende handeln, um einen leitenden Die Fensterteile 8 und 9 sind in Längsrichtung des

Stab, der quer über den Hohlleiter reicht, wobei eine Hohlleiters 1 voneinander entfernt, und die gesamte erhebliche Komponente seiner Länge parallel zu den 40 elektrische Länge in Richtung des Mikrowellenelektrischen Feldlinien des dominierenden Hohl- Energieflusses im Hohlleiter zwischen den beiden leitermodus innerhalb des Fensters gerichtet ist, es Außenseiten der Teile 8 und 9 ist etwa gleich einer kann sich um eine leitende Platte handeln, die von halben Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des einer Seite des Hohlleiters zur Mitte des Hohlleiters Durchlaßbandes des Fensters. Mit anderen Worten, in einer Richtung senkrecht zu den elektrischen 45 es ergibt sich eine Phasenverschiebung von 18O¹ Feldlinien des dominierenden Modus innerhalb des der Schwingungsenergie, die längs des Hohlleiters Fensters vorsteht, es können aber auch zwei leitende zwischen den Außenseiten der Teile 8 und 9 wandert. Stäbe verwendet werden, die quer über den Hohl- und zwar bet der Mittenfrequenz des Durchlaßleiter von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden bandes des Fensters.

Seitenwand ragen, wobei eine erhebliche Korn- 50 Zwei induktive Anpaßblenden 11 und 12 sind auf ponenle ihrer Längserstreckung parallel zu den elek- beiden Seiten der dielektrischen Fensterstruktur 10 trischen Feldlinien des dominierenden Modus inner- angeordnet und bilden konzentrierte Induktivitäten, halb des Fensters gerichtet ist. um das zusammengesetzte Hohlleiterfenster breit-

Die Fensterstruktur selbst, einschließlich der kon- bandig zu machen. Ein solches Fenster hat eine zentrierten Induktivität, wird zweckmäßigerweise so 55 Bandbreite von 2O°/o, gemessen bei Spannungsbemessen, dafi tie in Richtung des En«rgiefluue& Stehwellenverhältnissen von 1,2, und ein erheblicher durch da« Fenster eine elektrische Lang· etwa gMch Teil dieser Bandbreite, beiuptehweiw 15·/», kann einer halben Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des frei von Gefotermodi genweht werden, d. h. von DurchlaBbande· des Fensters hat. interferierenden Resonanzmodi, die mit den lokalen

Die dielektrische Fenstentruktur kann sowohl ein fe Hochfrequenzfeldern in und um die Fensterstruktur einheitlicher dielektrischer Mock sein, in dem die 10 zusammen auftreten.

konzentrierte Induktivität eingebettet Ist, oder sie In F i g. 3 und 4 ist ein erfindungsgemäßes MikrokaiM tu zwei voneinander entfernten dielektrischen weitenfenstar dargestellt. Dieses Fenster fet grundplatte* bestehen, zwischen die die konzentrierte sätzHch ebenso aufgebaut wie das nach F i g. 1 und 2, Induktivität eingesetzt ist. «β nur daß die OuBeren AnpaBblenden 11 und 12 durch

Dw HoWteHer katm beispielsweise ein recht- eine Induktive Blende 14 ersetzt sind, die Innerhalb eckiger Hohlleiter sein, rad vorzugsweise tot an eine der Fenstentruktur 10 angeordnet ist, so daß eine λ" r des MikroweHcnfcmters eine Mikrowellen· konzentrierte Induktivität innerhalb der Fenster·

struktur 10 gebildet wird. Wenn die breitbandige Blende 14 in diis Fenster 10 eingesetzt wird, wird die Bandbreite der Mikrowellen-Fensteranordnung wesentlich erhöht, und zwar von etwa 3ⁿ/n bis w zwischen 25 und 30¹Vn, und darüber hinaus werden die Geistermodi wesentlich besser unterdrückt, Tatsächlich wurden die Geistermodi im Durchlaßband der Fensteranordnung und außerhalb des Durchlaßbandes innerhalb eines gesamten Unterdrückungsbandes von 33°/n unterdrückt, Wie in Fig, 9 dargestellt ist, reicht das DurrV'.aßband über einen Bereich von 24% zwischen Spannungs-Stehwellenverhältnissen von 1,2. Zusätzlich kann die Fensteranordnung nach Fig. 2 und 3 viel kurzer aufgebaut werden,· d. h. kompakter als das vorgeschlagene Fenster.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4 ist die induktive Blende 14 durch den Raum zwischen zwei leitenden Stäben 15 und 16 definiert, die von einer Breitwand 2 zur gegenüberliegenden Breitwand 2 quer über den Hohlleiter 1 -eichen und damit parallel zu den elektrischen FeJdlinien des dominierenden Hjg-Hohlleiter-Yransmissionsmodus im Hohlleiter 1 und Fenster 10 verlaufen. Der H,._u-Modus wird erregt, um Mikrowellenleistung durch das Fenster zu übertragen.

Wie bei dem Fenster nach Fig. 1 und 2 sind die dielektrischen Platten 8 und 9 und die Stäbe 15 und 16 so bemessen, daß die zusammengesetzte Fensterstruktur 10 bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes des Fensters etwa eine halbe elektrische Weilenlänge lang ist. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel eines S-Band-Fensters mit einer Mitten-Frequenz des Durchiaßbandes von 3,03 GHz hatte das Fenster folgende Abmessungen: Innenbreite des Hohlleiters 72,1 mm, Innenhöhe des Hohlleiters 34 mm, Picke der Tonerde-Keramik-Platten 8 und 9 je 5,59 mm. Abstand zwischen den Platten 8 und 9 6,35 mm. Durchmesser der Stäbe 15 und 16 6,35 mm, Abstand zwischen den Mitten der Stäbe 15 und 16 9.8 mm, wobei jeder Stab von der nächsten Seitenwand 3 einen Abstand von 26 mm hatte.

In Fig. 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich der nach Fig. 3 und 4 aufgebaut, nur daß die Fensterstruktur 10 aus einem einheitlichen Block 21 aus einem Dielektrikum besteht, in den eine leitende Blende definierende Rohre 22 und 23 eingebettet sind. Ein Kühlmittel wird durch die Rohre 22 und 23 geschickt, um die Fensterstruktur 10 im Betrieb zu kühlen. Kühlmittelleitungen 24 sind an die Rohre 22 und 23 angeschlossen, um das Kühlmittel durch das Fenster 10 zu schicken. Die zusammengesetzte Fensterstruktur 10 ist ebenso für eine halbe elektrische Wellenlänge bemessen, wie bereits beschrieben.

In Fig. 7 und 8 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auch diese AusfUhrungsfnrm ist grundsätzlich ähnlich der nach F i g. 3 und 4, nur deB die die Blende definierenden Stäbe 15 und 16 durch zwei eine Blende definierende leitende Platten 26 und 27 ersetzt sind. Die Platten 26 und 27, die beispielsweise aus Kupfer bestehen, stehen von dep Setrenwänden 3 zur Mitte des Hohlleiters I hin vor und reichen von einer Breitwand 2 zur gegenüberliegenden Breitwand 2 quer Über den Hohlleiter 1 Durch die Platten 26 und 27 kann Kühlmitel geschickt werden, um die Fensterstruklur zu kühlen.

Das erfindungsgemiifte Fenster ist zwar in Verbindung mit einem rechteckigen Hohlleiter I beschrieben worden, es kann jedoch auch mit einem zylindrischen Hohlleiter verwendet werden, Die Modustrennung und damit die Modusuntsrdrückung und die Hundbreite sind jedoch besser, wenn ein rechteckiger Hohlleiter statt eines zylindrischen Hohlleiters verwendet wird

Claims

Patentansprüche:

1, Mikrowellenfensteranordnung, bestehend aus einem Hohlleiter zur Weiterleitung von Mikrowellenenergie in einem bestimmten dominierenden Hohlleiter-Übertragungsmodus und einem dielektrischen, wellendurchlässigen Fenster, das im Hohlleiter sich ü'vr dessen ganzen Qutrschnitt erstreckt und übe* diesem eine gasdichte Zwischenwand bildet und in dessen Bereich wenigstens eine konzentrierte Induktivität für die Mikrowellenenergie des bestimmten dominierenden Modus angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Induktivität innerhalb des dielektrischen wellendurchlässigen Fensters derart angeordnet ist, daß die Bandbreite des Durchlaßbandes des Fensters vergrößert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Induktivität eine induktive Blende ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Induktivität einen leitenden Stab aufweist, der quer über den Hohlleiter reicht, und daß eine erhebliche Korn ponente seiner Länge parallel zu den elektrischen Feldlinien des bestimmten dominierenden Hohlleitermodus innerhalb des Fensters gerichtet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Induktivität eine leitende Platte aufwei.s*. die von einer Seitenwand des Hohlleiters zur Mitte des Hohlleiters in einer Richtung senkrecht zu den elektrischen Feldlinien des gewissen dominierenden Hohlleitermodus innerhalb des Fensters vorsteht.
5. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Induktivität aus zwei leitenden Stäben besteht, die quer über den Hohlleiter von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden Seitenwand ragen, wobei eine erhebliche Komponente ihrer Längserstreckung parallel /u den elektrischen Feldlinien des bestimmten dominierenden Hohllcitermodus innerhalb de«· Fensters gerichtet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster-Struktur einschließlich der konrewtrierten Induktivität so bemessen ist, daß sie in Richtung des Energieflusse* durch das Fenster eine elektrische Länge eiva gleich einer halben Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes de-» Fensters hat.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Fensterstruktur ein einheitlicher dielektrischer Block ist, in den die konzentrierte Induktivität eingebettet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Ws 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Fenslerstmktur au» zwei voneinander entfernten dielektrischen Platten besteht, zwischen die die konzentrierte induktivität eingesetzt 1st.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1

feie 8, dadurch gekennzeichnet, daß der HeM* leiter ein rechteckiger Mehlleiter ist.
10. Ansrdnungflachefnemdef Ansprüche 1 bi»9, dadurch gekennzeichnet, daö an eine Seite dee Mt krowellenfenstefjeineMlkrewellenröhreangekop» 1st, um Mtkrewellenenergie durch dm Hohlleiter und das wellendurehlössige Fenster m leiten.

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