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Gasdich-t wellendurchlässige Fensteranordnung Die Erfindung betrifft
eine gasdichte wellendurchlässige Fensteranordnung für Hochfrequenz-Hohlleiter mit
einem wellendurchlässigen Fenster etwa in der Mitte eines zylindrischen Hohlleiter-Abschnitts
(Mittelabschnitt), welcher gegenüber anschließenden Rechteck-Hohlleiterabschnitten
(Sei.tenabschnitten) einen vergrößerten Querschnitt hat, mit den Seitenabschnitten
durch sprunghafte UbergangsstelE-nverbunden ist und eine elektrische Länge aufweist,
die einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Bandmittenfrequenz entspricht.
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Ein solches Mikrowellenfenster ist aus der DAS 1 048 301 bekanntgeworden.
Bei dieser vorbekannten Anordnung hat die Fensterdicke stets kleiner als eine halbe
Wellenlänge der Mittenfrequenz (Mittenwellenlänge lm)zu svin und bemißt sich der
Abstand zwischen den beiden Hohlleiteranschlüssen vorzugsweise zu #m/2. Die Ausführung
ist relativ breitbandig angepaßt und zeichnet sich durch kleine Abmessungen aus,
verlangt jedoch, insbesondere bei höchsten Frequenzen, fragile Fensterstärken und
gibt Wärmeabfuhrprobleme auf.
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Es sind daneben auch Fenster-Einheiten bekannt, bei denen das Dielektrikum
eine Dicke von etwa der halben Mitten-Wellenlänge aufweist (sogenannte /2-Fenster).
Hierbei sucht man die erforderliche Breitbandigkeit durch-Einbringen von induktiven
Belastungen herzustellen, die die kapazitive Wirkung der dielektrischen Leiter-Beschwerung
ausgleichen sollen. Bei derartigen E-luveiäen ist aufgrund des breitflächigen Umfanges
der dielekrischen Fensterscheibe ein dauerhaft vakuumdichter Verschluß und ein guter
Wärmeübergang gegeben, müssen aber aufwendigere Konstruktionen und - im Falle von
Übergangs strecken von dem einen in den anderen Hohlleiterquerschnitt - größere
Baulängen hingenommen werden (vergleiche hierzu auch den zusamnaenfassenden Überblick
in Proc. IEEE, Vol. 61, Nr. 3, 1973, Abschnitt II. D.).
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Die Erfindung steht vor der Aufgabe, eine kompakte, einfach aufgebaute
und leicht herzustellende Fensteranordnung zu schafen, die dennoch über ein thermisch
stabiles Fenster verfügt und in einem gewissen Frequenzbereich sehr gut angepaßt
ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Abstand zwischen
einer jeden Ubergangsstelle und der ihr zugewandten Stirnseite des Fensters sowie
in an sich bekannter Weise die elektrische Dicke des Fensters selbst je eine halbe
Wellenlänge der Bandmittenfrequenz betragen.
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Mit der erfindungsgemäßen Fensteranordnung wird gegenüber den beiden
anfangs geschilderten, bisher seit über einem Jahrzehnt stets getrennt verfolgten
Fensterbau-Prinzipien ein Weg beschritten, der weitgehend alle Vorteile der genannten
Prinzipien wahrt, ohne deren Mängel zu übernehmen. Die dabei erzielten
Anpassungswerte
liegen über Erwarten günstig, wie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
hervorgeht. Die Ursache für diese außerordentlich geringe Fehlanpassung mag im folgendem
Summeneffekt liegen: Es kompensieren sich einmal die beiden Stoßstellen an den Fenster-Stirnseiten,
zum anderen die beiden sprunghaften Hohlleiter-Übergänge. Wegen der im Mittelabschnitt,
insbesondere im Dielektrikum auftretenden Leitungsverluste, gelingen diese Auslöschungen
jedoch nicht vollständig, jedes der betrachteten Sprungstellenpaare reflektiert
vielmehr noch eine amplitudenschwache Restwelle. Die erfindungsgemäß vorgesehene
Bemessungsregel ist aber gerade so ausgelegt, daß beide Restwellen noch einmal destruktiv
miteinander interferieren.
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Die Anpassung des vorgeschlagenen Fensters kann noch weiter verbessert
werden, wenn man die Wellen-Widerstande der an den Mittelabschnitt angeschlossenen
Rechteck-Leiter erhöht, beispielsweise deren Schmalseiten vergrößert. Zweckmäßigerweise
sollte das Verhältnis von Breite zur Höhe dabei kleiner als 2 sein, insbesondere
zwischen 1.7 und 2 liegen.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn man für die Seitenwandung
des Mittelabschnittes ein sehr dünnes, beispielsweise ein nur Millimeter-Bruchteile
starkes Metallrohr wählt. Bei einer nachgiebigen, duktilen Fensterfassung entfallen
die Bruch- und Dichtigkeitsprobleme, die sonst aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Keramik einerseits und gut wärmeleitendem Metall andererseits bestehen und gewöhnlich
nur durch schwierig aufzubringende Molybdänmanschetten gemildert werden können.
Derartige Rohrfassungen sind für dürinwandige Fenster an sich bereits bekannt (vergleiche
hierzu auch die DOS 2 214 522). Versuche im
Zusammenhang mit der
Erfindung haben aber ergeben, daß auch die Verbindung mit einem relativ breiteren
2/2-Fenster, das dem Rohr über einen beträchtlich größeren Längsabschnitt anliegt
und zu größeren Wärmeverspannllngen führt, langlebig vakuumdicht gehalten werden
kann.
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Anhand eines in den Figuren der Zeichnung nur schematisch dargestellten
Ausführungsbe i spiels soi die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen und
Einzelheiten näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Fensteranordnung im Seitenschnitt, Figur 2 das Ausführungsbeispiel
der Figur 1 in Pfeilrichtung gesehen; Figur 3 in einem Diagramm den Reflexionsfaktor
der Ausführung aus Figur 1 und 2, in Abhängigkeit von der Frequenz.
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Die dargestellte Fensteranordnung ist für Millimeter-Wellen-Röhren
hoher Leistung vorgesehen. Sie enthält einen Mittelabschnitt 1, einen ersten Seitenabschnitt
2 und einen zweiten Seitenabschnitt 3. Mittelabschnitt 1 hat runden Querschnitt
(Durchmesser d), die Seitens'cbnitte 2,3 sind Rechteck-Leiter mit je zwei Breit-
und Schmalseiten (Breite b und Höhe h). Dem Mittelabschnitt 1 ist auf halber Höhe
seiner Längserstreckung ein Fenster 4 aus dielektrischem Material, beispielsweise
BeO, eingesetzt und verlötet. Die elektrische Lange des Mittelabschnitts 1 beträgt
3/2 Mitten-Wellenlängen 2 m, wobei der Abstand zwischen den Abschnittsübergängen
und den ihnen benachbarten Stirnseiten des Fensters 4 sowie die elektrische Fensterdicke
eine halbe Mittenwellenlänge groß sind (ein Medium ist eine Wellenlänge dick, wenn
eine Welle beim Durchsetzen dieses Mediums in Fortpflanzungsrichtung eine Phasenverschiebung
von 2 jr erfährt In einer konkreten Ausführung betrugen der Durchmesser d des Mittelabschnitts
sowie die Seitenabschnittsbreiten
etwa 7 mm und waren die Höhen
h der Seitenabschnitte ungefähr 3,8 mm groß.
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Das geschilderte Beispiel kann besonders einfach zusammengebaut werden.
So ist zunächst die aus einem dünnen Kupferrohr 6 bestehende Seitenwandung des Mittelabschnittes
mit dem Fenster 4 zu verZestigen, beispielsweise über eine Metall-Keramik-Verbindung.
Diese Einheit wird sodann in eine hohlzylindrische Ausnehmung eines ersten massiven
Teils 7 geftShrt und auf eine zentrale Erhebung im Ausnehmungsboden gesteckt. Daraufhin
wird die Öffnung der Ausnehmung mit einem weiteren, den zweiten Seitenabschnitt
5 enthaltenden Massiv-Teil 8 verschlossen, wobei eine zentrale Erhebung auf der
Stirnseite dieses Massiv-Teils in das Kupferrohrgleitet.
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Die Anlageflächen zwischen den massiven Teilen sowie zwischen diesen
Teilen und dem dünnen Kupferrohr sind miteinander verlötet. Der zwischen Kupferrohr-Außenandungund
Seitenwand der Ausnehmung verbliebene Hohlraum -9 kann zur Flüssigkeitskühlung genutzt
werden. Die gesamte Baugruppe ist über einen Flansch 1oim zweiten Massiv-Teil an
eine Rechteck-Leitung anzuschließen.
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Im Diagramm der Figur 3 ist der gemessene Reflexionsfaktorr des beschriebenen
Ausführungsbeispiels gegen die Frequenz f aufgetragen (Kurve 11). Kurve 11 zeigt,
wie in einem Bereich von etwa 37,5 bis 40,7 GHz um die Mittenfrequenz von etwa 39,2
GHz eine besonders gute Anpassung mit Reflexionsfaktoren r kleiner als 10Va vorliegt.
Dieses Ergebnis (Bandbreite von über 8,4 für r<10%) ist bei den genannten sehr
hohen Frequenzen überraschend günstig.
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3 Patentansprüche 3 Figuren