DE2405444B2 - Gasdichte wellendurchlassige Fensteranordnung - Google Patents

Description

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 (Seitenabschnitten) einen vergrößerten Querschnitt hat, mit den Seiienabschnitten durch sprunghafte Übergangsstellen verbunden ist und eine elektrische Länge aufweist, die einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Bandmittenfrequenz entspricht.

Ein solches Mikrowellenfenster ist aus der DT-AS 10 48 301 bekanntgeworden. Bei dieser vorbekannten Anordnung hat die Fensterdicke stets kleiner als eine halbe Wellenlänge der Mittenfrequenz (Mittenwellenlänge Am) zu sein und bemißt sich der Abstand zwischen den beiden Hohlleiteranschlüssen vorzugsweise zu XmIl. 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.

Es sind daneben auch Fenstereinheiten bekannt, bei .denen das Dielektrikum eine Dicke von etwa der halben Mitten-Wellenlänge aufweist (sogenannte λ/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 Bauweiden ist auf Grund des breitflächigen Umfanges der dielektrischen Fensterscheibe ein dauerhaft vakuumdichter Verschluß und ein guter Wärmeübergang gegeben, müssen aber aufwendigere Konstruktionen und — im Falle von Übergangsstrecken von dem einen in den anderen Hohlleiterquerschnitt — größere Baulängen hingenommen werden (vgl. hierzu auch den zusammenfassenden Überblick in Proc. IEEE, Vol. 61, Nr.3,1973, Abschnitt II. D).

Die Erfindung steht vor der Aufgabe, eine kompakte, einfach aufgebaute und leicht herzustellende Fensteranordnung zu schaffen, 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 Übergangsstelle 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.

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 folgenden 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.

Die Anpassung des vorgeschlagenen Fensters kann noch weiter verbessert werden, wenn man die Wellen-Widerstände 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.

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 auf Grund 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 dünnwandige Fenster an sich bereits bekannt (vgl. hierzu auch die DT-OS 22 14 522). Versuche im Zusammenhang mit der Erfindung haben aber ergeben, daß auch die Verbindung mit einem relativ breiteren λ/2-Fenster, das dem Rohr über einen beträchtlich größeren Längsabschnitt anliegt und zu größeren Wärmeverspannungen führt, langlebig vakuumdicht gehalten werden kann.

An Hand eines in den Figuren der Zeichnung nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fensteranordnung im Seitenschnitt,

F i g. 2 das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 in Pfeilrichtunj» gesehen,

F i g. 3 in einem Diag^ramm den Reflexionsfaktor der

Ausführung aus Fig.! und 2, in Abhängigkeit von der Frequenz.

Die dargestellte Fensteranordnung ist f-jr Millimeter-Wellenröhren 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 Seitenabschnitte 2,3 sind Rechteck-Leiter mit je zwei Breii- und Schmalseiten (Breite b und Höhe h). Dem Mittelabschnitt 1 ist auf halber Höhe seiner Längserstreckung ein Fenster 40 aus dielektrischem Material, beispielsweise BeO, eingesetzt und verlötet. Die elektrische Länge des Mittelabschnitts 1 beträgt 3/2 Mitten-Wellenlängen Am, wobei der Abstand zwischen den Abschnittsübergängen und den ihnen benachbarten Stirnseiten des Fosters 4 sowie die elektrische Fensterdicke eine halbe Mutenwellenlänge groß sind (ein Medium ist eine Wellenlänge dick, wenn eine Welle beim Durchsetzen dieses Mediums in Fortpflanzungsrichtung eine Phasenverschiebung von 2 μ erfährt). In einer konkreten Ausführung betrugen der Durchmesser ddes Mittelabschnitts sowie die Seitenabschnittsbreiten b etwa 7 mm und waren die Höhen h der Seitenabschnitte ungefähr 3,8 mm groß.

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 verfestigen, beispielsweise über eine Metall-Keramik-Verbindung. Diese Einheit wird sodann in eine hohlzylindrische Ausnehmung eines ersten massiven Teils 7 geführt und auf eine zentrale Erhebung im Ausnehmungsboden gesteckt. Daraufhin wird die öffnung der Ausnehmung mit einem weiteren, den zweiten Seitenabschnitt 3 enthaltenden Massivteil 8 verschlossen, wobei eine zentrale Erhebung auf der Stirnseite dieses Massiv-Teils in das Kupferrohr gleitet. Die Anlageflächen zwischen den massiven Teilen sowie zwischen diesen Teilen und dem dünnen Kupferrohr sind miteinander verlötet. Der zwischen Kupferrohr-Außenwandung und Seitenwand der Ausnehmung verbliebene Hohlraum 9 kann zur Flüssigkeitskühlung genutzt werden. Die gesamte Baugruppe ist über einen Flansch 10 im zweiten Massiv-Teil an eine Rechteck-Leitung anzuschließen.

Im Diagramm der Fig. 3 ist der gemessene Reflexionsfaktor r des beschriebenen Ausführungsbeispiels gegen die Frequenz /aufgetragen (Kurve 11). Kurve 11 zeigt, wie in einem Bereich von etwa 37,5 bis 40,7 GHz um die Mittenfrequenz von etwa 39,2GHz eine besonders gute Anpassung mit Reflexionsfaktoren r kleiner als 10% vorliegt. Dieses Ergebnis (Bandbreite von über 8% für r < 10%) ist bei den genannten sehr hohen Frequenzen überraschend günstig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasdichte wellendurchlässige Fensteranordnung für Hochfrequenz-Hohlleiter mit einem wellendurchlässigen Fenster etwa in der Mitte eines zylindrischen Hohlleiter-Abschnitts (Mittelabschnitt), welcher gegenüber anschließenden Rechteck-Hohlleiterabschnitten (Seitenabschnitten) einen vergrößerten Querschnitt hat, mit den Seitenabschnitten durch sprunghafte Übergangsstellen verbunden ist und eine elektrische Länge aufweist, die einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Bandmittenfrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer jeden Übergangsstelle und der ihr zugewandten Stirnseite des Fensters (4) sowie in an sich bekannter Weise die elektrische Dicke des Fensters (4) selbst je eine halbe Wellenlänge der Bandmittenfrequenz betragen.

2. Fensteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Breite und Höhe der Seitenabschnitte (2, 3) kleiner als 2 ist, insbesondere zwischen 1,7 und 2 liegt.

3. Fensteranordnung nach Anspruch Il oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwatüung des zylindrischen Mittelabschnitts in an sich bekannter Weise ein dünnes, vorzugsweise aus Kupfer bestehendes Metallrohr (6) ist.

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