DE2214522A1 - Mikrowellenfenster - Google Patents

Description

Stand der Technik

Bs sind Mikrowellenfenster mit relativ großer 'Bandbreite bekannt» bei denen ein Abschnitt eines Hohlleiters xait relativ hoher Impedanz an beidenEnden mit zwei Hohlleiterabschnitten mit gleichem und niedrigem Wellenwiderstand angeschlossen ist· Ein wellendurchlässiges Fensterelement ist quer über dem Hohlleiter hoher Impedanz dicht eingesetzt, und zwar an einer Stelle im wesentlichen in der Längsmitte des Abschnittes. (US-Patentschrift 2 958 C34)« Dieses Fenster hat den Vorteil, daß relativ hohe Mikrovellen-Energiepegel hindurchtreten können, beispielsweise 4 W Spitzenleistung im S-Band, und relativ hohe mittlere Leistungen, etwa G k'.^r im Mittel, und zwar innerhalb eines relativ breiten Frequenzbandes, etwa 15 bis 30 %_e mit einem Stehwellenverhältnis kleiner als 1,1· -

Dieses bekannte Fenster v/ird üblicherweise als Ausgangsfenster einer Hochleistungs-Mikrcmellenröhre im Impulsbetrieb verwendet, beispielsweise einem Klystron₍ einer Lauffeldröhrs oder einem Magnetron. Bei diesen Anwendungsfällen weist jedoch der aus der Mikrowellenröhre heraus führende Hohlleiter im. allgemeinen eine kleinere Höhe als ein normaler Hohlleiter auf, um der magnetischen Stralilfokussierstruktur und dergl« Rechnung zu tragen, die üblicherweise die Röhre umgibt. Der Ausgengs-Kohlleiter hat auch üblicherweise eine kleinere Höhe, um einen kleineren Wellenwiderstand zu erhalten, so daß qino bessere Hohlleiteranpassung an die Ausgangs-Last-Impedanz dar Röhre erhalten wird»

£,-; ist deshalb eine mehrstufige* HoLlI,eiter"Transforiaat..--^>sii]ctXon zvri.sehen demAusgang der Mikrowellenr?5hre min iera Mikroweilenf.mater vorgesehen worden» so daß die Ungarn ssaite des

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ILikrowaj-lenfensters mit einem Hohlleiter üblicher Höhe verbunden werden konnte.

Ein solcher Kohlleitertransformator ist im allgemeinen relativ aufwendig» und es ist deshalb erwünscht, den getrennten Transformator zu eliminieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Mikrowellenfenster mit Hohlleitertransformator in einer Baueinheit verfügbar zu machen.

Erf indimgsgemäß wird ein mit einem Hohlleitertransformator zusammengesetztes Mikroirelleiifenster verfügbar gemacht, in dem ein erster Hohlleiterabschnitt, der ungefähr eine ganzzahlige Anzahl von halben Wellenlängen lang ist und über den ein 1-Iikro» vellen-Fensterelement dicht eingesetzt ist, über abrupte Hohlleiterübergänge an einen zweiten und dritten Anschluß°»Hohlleiter an beiden Baden angeschlossen. Einer der angesoSilosseaen Hohlleiter hat einen kleineren Wellenwiderstand als der eMer©_s und das Fenster element ist gogen die Mitte des erstgenannten Hohlleiter«

zum. Anschlußhohlleiter mit niedriger Impedanz hin um. eine brcitbandige Impedanzanpassung zn erhalten, so daß ein zusammengesetztes Bauelement aus Ilikrowellenfenster \md Transformator gebildet wird»

Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung hat der erste Fohlleiter kreisförmigen Querschnitt und haben die beiden angeschlossenen Hohlleiter rechteckigen Querschnitt, und die abrupten HoftDa&terübergSnge weisen "Wände an den beiden Enden des ersten Hoiil'i.e.tterabsoimittes auf, die rechteckig© Öffnungen aufweisen,, um eüjnz Wellenenergie-Verbinduag zwischen dem ersten Hohlleiter void ;Ι"·ο"λ beiden ar^niohlosssnen Hohlleitern zu erhaltene

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Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung hat der rechteckige Anschlußhohlleiter niedriger Impedanz eine Höhe, die etwa gleich einem Drittel seiner Tfeite ist, und ist der dritte Hohlleiter ein rechteckiger Hohlleiter, dessen Höhe etwa die Hälfte der Breite beträgt.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert v/erden; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ilikrowellenfensters bekannter Art;

Fig. 2 einen scheaatischen Längsschnitt entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1 durch ein Ilikrovrel^enfenster der in Fig» 1 dargestellten Art, jedoch mit einem bekannten Hohlleitörtransformator;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einsn Hohlleitertransformator mit Hikrowellenfenster nach der Erfindung; und

Fig. 4 graphisch den Zusammenhang zwischen dem Stehwellenverhältnis und der Frequenz zur Veranschaulichung der Bandbreiten-Charakteristik eines zusammengesetzten Fenster-Transformators nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Mikrowellenfenster 1 bekannter Art weist einen hohlzylindrischen Hohlleiter 2 auf, der ungefähr eine ganzzahlige Anzahl von halben Uellenlängen bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes des Fensters 1 lang ist. Der zylindrische Hohlleiterabschnitt 2 ist an beiden Enden

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mit Endwänden 3 und 4 abgeschlossen, die in der Mitte öffnungen aufweisen. Rechteckige Hohlleiter 5 und 6 mit erheblich geringerer Höhe als der zentrale zylindrische Abschnitt 2 sind über die rechteckigen öffnungen 7 und 8 in den beiden Endwänden 3 und an den Zentralabschnitt 2 angeschlossen. Die Öffnungen 7 und haben die gleichen Abmessungen wie das Innere der rechteckigen Hohlleiter 5 bzw. 6. Die mit zentralen Öffnungen versehenen Endwände 3 und 4 bilden abrupte HohlleiterübergSnge von den Hohlleitern 5 und 6 zum zentralen Hohlleiterabschnitt 2.

Ein scheibenförmiges, wellendurchlässiges Fensterelement 9» beispielsweise aus Tonerdekeramik, ist hermetisch dicht quer in den zentralen Hohlleiterabschnitt 2 an einer Stelle angesetzt, die im wesentlichen in dessen Längsmitte liegt, beispielsweise dort angelötet. Bin solches bekanntes Fenster ergibt eine relativ breitbandige Struktur, die typischerweise ein Durchlaßband von etwa 20 # hat und relativ hohe Leistungen durchlassen kann, etwa Spitzenleistungen im Megawattbereich und mittlere Leistungen im Kilowattbereich·

das bekannte Fenster nach Fig. 1 als Ausgangsfenster einer typischen Mikrowellenröhre verwendet wird, ist es erwünscht, einen Hohlleitertransformator zu verwenden, um den Hohlleiter 5, der normale Höhe hat, an den Ausgangshohlleiter der Mikrowellenröhre anzuschließen. Der Ausgangshohlleiter der Mikrowellenröhre ist in Fig. 2 bei 11 dargestellt und hat ncr malerweise eine reduzierte Höhe h, die beispielsweise 1/3 seiner Breite beträgt, wobei die Höhe h und die Breite w in Fig. 1 angedeutet sind. Der Transformator ist bei 12 in Fig. 2 dargestellt und kann aus einem gleichförmigen Taper der Höhe dee Hohlleiters bestehen oder die Höhe kann ein- oder mehrmals abgestuft sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist,

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um eine Impedanzanpassung zwischen dem Hohlleiter 11 geringer Höhe und dem Hohlleiter 5 normaler Höhe zu erhalten. Solche Impedanztransformatoren 12 benötigen zusätzlichen Raum und sind relativ aufwendig in der Herstellung.

In Fig. 3 ist ein zusammengesetztes Mikrowellenfenster mit Hohlleitertransformator 15 nach der Erfindung dargestellt. Dor Aufbau dieses zusammengesetzten Mikrowellenfensters und Hohlleitertransformators 15 ist im wesentlichen der gleiche wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 besprochen, nur daß der Eingangshohlleiter 5» der mit dem zentralen Hohlleiterabschnitt 2 verbunden ist, reduzierte Höhe aufweist. Insbesondere hat der Eingangshohlleiter 5 rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe h etwa gleich 1/3 seiner Breite w. Die Kopplungsöffnung 7 in der Endwand 4 hat einen rechteckigen Querschnitt mit den gleichen Abmessungen wie der lichte Querschnitt des Eingangshohlleiters 5 niedriger Impedanz.

Das Mikrowellenfensterelement 9 ist dicht quer über den zentralen zylindrischen Hohlleiterabschnitt 2 an einer Stelle eingesetzt, die aus der Mitte heraus zum Hohlleiter mit reduzierter Höhe, nämlich Hohlleiter 5, vorsetzt ist. Das Fensterelement 9 ist um einen solchen Betrag versetzt, daß sich eine breitbandige Anpassung derart ergibt, daß das zusammengesetzte Mikrowellenfenster mit dem versetzten Fensterelement 9 ein mit einem Impedanztransformator zusammengesetztes Mikrowellenfenster bildet. In einom typischen Ausführungsbeispiel ist die Mitte des Mikrowellenfensters 9 gegen die Längsmitte des zylindrischen Hohlleiters 2 um etwa 17 5^ der Länge des Hohlleiters 2 versetzt. Der Hohlleiter 2 hat eine Länge 1, die etwa 85 % der Hälfte einer Wellenlänge im freien Raum beträgt. Das Fenster 9 ist so dimensioniert, daß der Abstand d

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zwischen den Bereichen gerade innerhalb der Anschlußhohlleiter 5 und 6, an den abrupten Übergängen 7 und S, etwa die Hälfte einer elektrischen Wellenlänge ist, wenn die durch das Fenster 9.hervorgerufene Belastung und die Streufeldbereiche an den abrupten Übergängen berücksichtigt werden; diese Streufeldbereiche reichen etwas in die angrenzenden Hohlleiterabschnitte 5 und 6 hinein«

In einem typischen Ausfülirungsbeispiel für das 8-Baad Saat der Singangshohlleiter 5 eine Breite von etwa 72,2 mm (2,84") und eine Höhe, die 2/3 der normalen Höh© beträgt, nämlich 22,65 mm (0,892^tt). Der Ausgangshohlleiter 6 hat eine Breite von 72,2 mm (2,84") und eine Höhe von 34,1 mm (1>34^fI)· Der zylindrische Hohlleiterabschnitt 2 hat einen Durchmesser von 90,3 mm und eine Länge 1 von 33,5 mm. Das Fensteralement 9 besteht aus Tonerdekeramik und hat eine Stärke von 3 »6 mm.

Das zusammengesetzte Mikrowellenf enster mit Hohlleiter·» transformator mit solchen Dimensionen hat eine Durchlaßcharakteristik gemäß Fig. 4, d.h. ein Durchlaßband von etwa 13 ?$ oder 400 HHz zwischen Stellen mit einem Stehwellenverhältnis von 1,1 mit einer Mittenfrequenz von etvja 2,C GIIz. Das zusammengesetzte Ilikrowellenf enster mit Transformator läßt vier MV? Spitzenleistung und mehr als C k\i mittlere Leistung durch. Der Ausgangshohlleiter 6 und der Teil des zentralen Hohlleiterabschnittes 2, der damit in Gasverbindung steht, wurde mit SFg bei einem Druck von etwa 1,7 atm (25 psi gauge) überdruck gefüllt. Der Eingangshohlleiter 5 wurde über einen Flansch 17 an den Ausgangshohlleiter einer nicht dar» gestellten Mikrowellenröhre angeschlossen, und der Ausgangs- !'•ohlleiter 6 wurde über Flansch 18 mit einem konventioneller:, 3-Band-Hohll©iter normaler Größe verbunden.

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Claims (5)

1. 22U522

   V1 P 326 D

   Patentansprüche

   Gasdichtes , wellendurchlässlges Fenster für Hochfrequenz mit einen rohrförmigen Hohlleiter, an den zwei andere rohrfÖrmige Hohlleiter angeschlossen sind« deren Hohlleiterhöhen erheblich kleiner sind als die des ersten Hohlleiters, wobei mit zentralen öffnungen versehene Eadwände des ersten Hohlleiters abrupte HohllelterUbergänge zum Anschluß der beiden anderen Hohlleiter bilden, ein gasdichtes, wellendurchlässlges Fensterelement quer über dem und in dem ersten Hohlleiter angeordnet ist, dessen Dicke wesentlich kleiner ist als die Hälfte einer elektrischen Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes, und die Länge des ersten Hohlleiters plus der Streufeldbereiche» die in die angrenzenden beiden Hohlleiter an den abrupten übergängen hineinreichen bei eingesetztem wellendurchlässigen Fenster etwa n/2 elektrische Wellenlängen bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes des Fensters lang sind, wobei η eine ungeradzahlige ganze £ftM 1st, flartnrch gekennzeichnet« daß der zweite Hohlleiter eine erheblich kleinere Höhe hat als der dritte Hohlleiter und das wellendurchlässige Fenster gegenüber der Längemitte des ersten Hohlleiters zu dem Bode desselben hin versetzt 1st, das an den zweiten Hohlleiter angeschlossen 1st, so daß ein relativ breitbandlges zusammengesetztes Mikrowellenfenster mit Hohlleltertransformator gebildet wird.
2. 2. Fenster nach Anspruch 1, dadurch flffftfMlJTTClflftnftlfi ^{daß der} j

   erste Hohlleiter kreisförmigen Querschnitt hat, die beiden j

   angeschlossenen Hohlleiter rechteckige Querschnitte haben, j

   Und die öffnungen in den Endwänden des ersten Hohlleiters <

   rechteckig sind. >

   .../AZ J

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3. 3. Fenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlleiter eine Höhe etwa gleich 1/3 seiner Breite hat und der dritte Hohlleiter eine Höhe etwa gleich der Hälfte seiner Breite hat.
4. 4. Fenster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster um etwa 17 % der Länge des ersten Hohlleiters gegen die Längsmitte des ersten Hohlleiters versetzt ist.
5. 5. Fenster nach Anspruch 4, dadurch ffekennzeichnetj, daß die Länge des ersten Hohlleiters zwischen den Endwänden etwa 85 Yi der ¥ellenlänge im freien Raum bei der Mitte des Durchlaßbandes des zusammengesetzten Fensters mit Transformator ist.

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