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Kochpaß für elektromagnetische Wellen unter Verwendung von Beugungsfiltern
Die Erfindugn betrifft einen Hochpaß für elektromagnetische Teilen unter Verwendung
von Beugungsfiltern, die durch Ausnutzen von Beugungsreichnungen an hintereinander
angeordneten Seiten aus einem Wellen höherer und niedrigerer Frequenz enthaltenden
trahlenbündel die elektromagnetischen Wellen von niedrigerer Frequenz in beträchtlicher
Maße entfernen, insbesondere für Wellen vom Meterwellenbereich der Radiostrahlung
bis zum Bereich der mittelharten Röntgenstrahlen. Derartige Nochpasse eignen sich
besonders gut für den Einbau in optische Geräte ie z.t. Spektrographen, welche im
extremen Ultraviolett und/oder im Bereich der weichen Röntgenstrahlen arbeiten,
zum Herausfiltern von störendem Licht größerer Wellenlänge (niedrigerer Frequenz).
Gleichzeitig stellen diese Beugungsfilter aber auch Kollimatoren mit veränderlichen
Öffnungswinkel der (ein Kollimator erzeugt ein Strahlenbündel mit einer bestimmten
Winkelöffnung der leicht divergierenden Strahlen).
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Die für die Hochphäse verwendeten BeugungsSil-ter sind Filter, aielehe
durch Ausnutzen der Beugungserscheinungen an hintereinander angeordneten Spalten
die elektromagnetischen Wellen niedrigerer Frequenz aus einem Wellen höherer und
niedrigerer Frequenz enthaltenden Strahlenbündel in beträchtlichem Maße entfernen.
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Dabei ist jeder Spalt eines solchem Systems durch zwei gegenüberliegende
Spaltbacken-Kanten begrenzt, an denen die einfallenden elektromagnetischen Wellen
gebeugt werden. Zwischen den Kanten, also om Spaltinneren, kann sich die Welle fortpflanzen,
Während außerhalb der beugenden Kanten keine Fortpflanzung möglich ist, es sei denn,
in einem gewissen seitlichen Abstand folgt ein benachbarter Spalte
Der
Filterprozeß kann im einfachsten Fall wie folgt beschrieben werden: Ein Spektrum
elektromagnetischer Wellen falle im den ersten Spalt 1 von mehreren hintereinander
angeordneten Spalten I + V entsprechender Dimensionierung ein (Fig. 1a).
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Dann werden die niederfrequenten Wellen im Gegensatz zu den höherfrequenten
Wellen in verschiedene , von der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung wesentlich
stärker abweichende Richtungen gebeugt. Gelangen die ungebeugten höherfrequenten
Wellen in den zweiten, in einem bestimmten Abstand hinter dem ersten befindlichen
Spalt II, so enthält das in diesem zweiten Spalt I1 untersuchte Spektrum einen relativ
zum Ausgangsspektrum verminderten niederfrequenten Anteil.
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Dieser Vorgang muß je nach der Aufgabestellung mehrfach und so oft
wiederholt werden, bis eine derartige Anordnung als Hochpaß für elektromagnetische
Wellen der gewünschten Wellenbereichs wirkt.
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Soll das gleiche Resultat unter Verwendung mehrerer nebeneinander
angeordneter Spalte (Fig. 1b) erhalten werden, so müssen sowohl die seitlich abgebeugten
elektromagnetischen Strahlen als auch die Querstrahlen (das sind Strahlen, deren
Richtung nicht mit derjeniger der hintereinander angeordneten Spalte übereinstimmt)
durch Querbalken als Strahlenhindernisse, welche bestimmten geometrischen Gesetzen
unterliegen, us dem Stra lenbilndel entfernt werden. Das alles geschieht durch -inhalten
einer bestimmten Geometrie der hintereinander und nebeneinander angeordneten Spalte.
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Derartige Beugungsfilter und ihre geometrischen und physikalischen
Gesetzmäßigkeiten sind bisher nur als starre Gebilde für ganz spezielle, feststehende
Bereiche bekannt (vgl. "Soller-Blendensystems als Kollimatoren und Beugungsfilter"
von G. SCHMIDTKE in Z. angew. Phys. 265 (1968) S. 314-318; "Kollimatoren-Beugungsfilter
und ihre Anwendungen in der physikalischen Weltraumforschung" von G.SCHMIDTKE, Forschungsbericht
W 68-77 des BMWF; "Spektrale Anpassung von Beugungsfiltern durch den Strahlenbündelungs-Effekt"
von G. SCHMIDTKE, OPTIK 28, 1368/69, S. 578-584). Das gilt auch flir die in diesen
Arbeiten
behandelten starren Kollimatoren; denn schon zwei hintereinander angeordnete Spalten
(Fig. 1a) bilden bereits einen einfachen starren Kollimator für elektromagnetische
Strahlung mit einem festen Öffnungswinkel #ß. Beim Aufbau eines Beugungsfilters
dürfen daher die geometrischen Gesetzmäßigkeiten des äquivalenten Kollimators nicht
verletzt werden.
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Es handelt sich also bei den bisher bekannten Systemen um starre
Gebilde mit ganz speziellen Aufgabenstellungen in vorgegebenen Wellenlängenbereichen
und/oder mit festen Öffnungswinkeln. Jede geringfügige Änderung bzw. optimale Anpassung
benachbarte Wellenlängenbereiche bzw. und/oder jede Veränderung des Öffnungswinkels
des betreffenden Kollimators ist daher sehr aufwendig, umständlich um zeitraubend,
da das ganze Gebilde von zusammengesetzt und genau eingestellt werden muß.
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Der Erfindung liegt num die Aufgabe zugrunde, vereinfachende Maßnahmen
zur Einstellung der Beugungsfilter für Hochphase der oder in Frage stehenden Art
zu treffen.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Beugungsfiltern
selbsttätig wirkende oder von Hand betätigbare Steuerungsmittel zugeordnet sind,
durch die die Spaltbreiten (2d) der hintereinander angeordneten Spalte (I...V) und/oder
die Abstande (A) der einzelnen Spaltbacken voneinander und/oder die Anzahl der hintereinander
angeordneten Spalte stetig veränderbar sind.
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Die Erfindung gestattet somit die Herstellung von verstellbaren Beugungsfiltern
und/oder von Kollimatoren mit veränderbaren Öffnungswinkeln, mit deren Hilfe in
einfacher und sicherer Weise sehr weite Frequenz- bzw. Winkelbereiche erfaßt werden
können.
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Auf welche Weise die Beugungsfilter bzw. Kollimatoren veränderbar
gemacht werden, wird anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben.
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Es zeigen: die Schon erwähnte Figur 1a+b das Grundprizip eines bekannten
starren Beugungsfilters bzw. Kollimators mit mehreren
hintereinander
und/oder nebeneinander angeordneten Spalten; Fig. 2 Beugungsfilter (Kollimator)
mit veränderbarer Spaltbreite; Fig. 3 Beugungsfilter (Kollimator) mit veränderbarem
gegenseitigen Abstand der Spaltbacken; Fig. 4a+c Beugungsfilter (Kollimator) mit
veränderbaren Zahl der Spaltbacken; Fig. 5a+c Beugungsfilter (Kollimator) mit veränderbarer
Zahl der Spaltbacken; Fig. 6 Beugungsfilter (Kollimator) mit veränderbarer Spaltbreite
und veränderbarem Abstand der Spaltbacken.
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Bei dem in einem Gehäuse 5 untergebrachten Hochpaß (Kollimator) gemäß
Fig. 2 als einfachster Ausführung sind mehrere in zwei parallelen Reihen angeordnete
Spaltbacken 1, 2, 3...; 1', 2', 3'... vorgesehen, zwischen deren Kanten die Spalte
gebildet sind. Dabei sind alle Spaltbacken derselben Reihe, z.B. 1, 2, 3..., an
einer gemeinsamen im Gehäuse 5 gelagerten Tragplatte 4 befestigt, deren Abstand
von der Tragplatte 4' der anderen Spaltbackenreihe 1I,'2t, 3'... stetig veränderbar
ist, z.B. durch eine Nikrometerschraube 6 mit Rechts- bzw. Linksgewinde für die
eine oder andere Tragplatte. Die beiden Spaltbackenreihen können aber auch in irgendeiner
anderen bekannten Weise elektrisch, elektromagnetisch, pneumatisch, elektronisch
gesteuert, automatisch oder mit sonstigen mechanischen oder kombinierten Hilfsmitteln
derart bewegt werden, daß sich die Spaltbreite 2d kontinuierlich oder aber auch,
wenn erforderlich, in bestimmten Schritten vergrößert oder verkleinert. Eine derartige
Bewegung ergibt dann eine kontinuierliche oder schrittweise Verschiebung der aus
den vorstehend genannten Veröffentlichungen bekannten Filterkurven des Beugungsfilters
bei gleichzeitiger Änderung des Strahlungsöffnungswinkels # Bei dem in einem Gehäuse
15 untergebrachten Hochpaß gemäß Fig. 3 sind Spaltbacken 11, 12, 13...; 11', 12',
13'... ebenfalls wieder in zwei Reihen angeordnet. Hier sind jedoch alle Spaltbacken
auf parallel zur Achse des Wellenbindels verlaufenden, fest im Gehäuse
15
angebrachten Führungen 14, 14' gelagert und außerdem miteinander durch ein bekanntes
Getriebe» gegebenenfalls mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis oder in einfachster
Weise durch eine Art Scherengitter 17 verbunden, das in jeder Spaltbacke mit einem
Führungsstift in einem Langloch bewegbar ist. Auf das Scherengitter wirkt eine Steuerungseinrichtung
gemäß der in Fig. 2 genannten Art (Mikrometerschraube 16 odergl.) ein, durch die
der gegenseitige Abstand X der einzelnen Spaltbacken voneinander stetig oder aber
schrittweise veranderbar ist.
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Die Fig. 4a+c zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hochpasses, bei der es möglich ist, bestimmte Spaltbacken herauszunehmen oder aber
hinzuzufügen. In Fig. 4a ist der in einem Gehäuse 25 untergebrachte Hochpaß in einer
gewissen Grundstellung gezeigt, in der die Spalte zwischen allen Spaltbacken 21,
22, 23..., 31, 32, 33 der einen Reihe und allen Spaltbacken 21-3, 22', 23'..., 31',
32', 33' der anderen Reihe gleich breit sind.
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Ein Teil der Spaltbacken ist jedoch auf Tragplatten 24, 24', ein anderer
Teil auf den Tragplatten 34, 34' befestigt. Der gegenseitige Abstand der entaprechendep
Tragplatten ist dabei wteder durch steuerungseinrichtungen 26, 96 ähnlich denen
der Big. 2 schrittweise oder stetig veränderbar. Da die Tragplattengruppen -24,
24' und 34, 34' unabhängig voneinander einstellbar sind, lassen sich die Spaltabstände
gruppenweise in gewünschter Weise z.B. gemäß der Anordnung nach Fig, 4a und 4b mit
drei Spaltbacken an der einen un neuen Spaltbacken an der anderen Tragplatte verändern.
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Ein anderes Beispiel der Anordnung der Spaltbacken 41, 42, 43...,
51, 52, 53..., 61, 62, 63..., bzw. 41', 42', 43'..., 51', 52', 53'..., 61', 62',
63'..., zeigt die Fig. 5a+c, deren Grundstellung mit Fig. 4a übereinstimmt. Hier
werden die Spaltbacken su drei voneinander unabhängigen Gruppen zusammengefaßt.
Je nach den Erfordernissen sind beliebige Spaltbackenkombinationen möglich.
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Die Fig. 4c gibt ein Bild von der Seitenansicht des Hochpasses gem.
Fig. 4a. Wenn es ereorderlich ißt, können bei einem Hochpaßfilter
aber
auch sowohl die Spaltbreite 2d als auch der gegenseitige Abstand X der Spaltbacken
verstellbar ausgebildet werden. Ein Beispiel dafür zeigt die Fig. 6. Jede Reihe
der Spaltbacken 71, 72... 71', 72'... ist zunächst einmal - ahniich wie bei Fig.
3 - auf parallel zur Achsrichtung des Wellenbündels verlaufenden Führungen 74, 74'
gelagert. Diese Führungen sind je Reihe an einem tragrahmen 73, 73' angebracht,
der durch eine Steuerungseinrichtung 78 entsprechend Fig. 2 im Gehäuse 75 senkrecht
zur Achsrichtung des Wellenbündels stetig oder schrittweise bewegbar ist und somit
die Spaltbreite beeinflußt. Unabhängig hiervon ist aber auch noch eine zweite Bewegung
der Spaltbacken möglich: ihr gegenseitiger Abstand X kann nämlich - entsprechend
Fig. 3 - durch eine Art Scherengitter 77, das von einer MikrometerschraUbe 76 oder
der gl. gesteuert wird, stetig oder schrittweise verändert werden.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind als Steuerungseinrichtung
zur Verstellung der Beugungsfilter Mikrometerschrauben oder dergl, angegeben. Eine
Kombination der aufgezählten Möglichkeiten läßt sich aber beispielsweise auch durch
Verwenaung einer numerischen Steuerung (vgl. z.B. AEG-Hilfsbuch, 10.Auflage, 1967,
S. 547-552) für die Anzahl der erforderlichen Spalte sowie der Spaltbreite und des
-abstandes erreichen. Damit ist es dann möglich, mit-tels eines Rechners die für
eine gewünschte Filterkurve erforderlichen Werte zu ermitteln und diese direkt der
elektronischen Steuerung einzugeben, welche dann die einzelnen Elemente (Zahl und
Breite der Spalte, gegenseitigen Abstand der Spaltbacken) des Filters in die richtigen
Positionen steuert.
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Damit sind viele verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Hochphasen
für elektromagnetische Strahlung bzw. zur Konstruktion ton Kollimatoren aufgezeigt,
Die entsprechenden Veränderungen des Öffnungwinkels der Kollimatoren ergeben sich
in erster Näherung stets, aus dem Quotienten der doppelten Spaltweite und der Kollimatorlänge.