DE2517563A1 - Hohlraumresonator mit variabler resonanzfrequenz - Google Patents

Description

21. April 1975 sch

Ni - 645

AmIl. Akt. Z. ι

Nippon Electric Company, Limited

33-1, Shiba Gochome Minato-ku

Tokyo / Japan

Priorität: 9. Mai 197 4 Japan 53 078/1974

Hohlraumresonator mit variabler Resonanzfrequenz

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlraumresonator mit variabler Resonanzfrequenz nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein derartiger Hohlraumresonator kann insbesondere in einem Mehrkammer-Klystron verwendet werden. Ein Mehrkammer-Klystron, das als Endstufen-Verstärkerröhre in verschiedenen Arten von Sendern insbesondere in einem Hochleistungssender in weitem Rahmen verwendet wird, besitzt im allgemeinen einen Frquenz-Einstell-bzw. Abstimmbereich von einigen bis einigen 10 %.

Die Einstell- bzw. Abstimmsysteme für die Hohlraumresonatoren werden weitgehend in drei Typen eingeteilt, von denen eines ein System ist, bei dem grundsätzlich eine Induktivität dadurch verändert wird, daß eine Seitenwand des Hohlraums bewegt wird (abgekürzt als L-Abstimmung bezeichnet), von denen ein anderes ein System ist, bei dem grundsätzlich eine Kapazität des Hohlraums dadurch verändert wird, daß eine Einstell- bzw. Abstimmplatte bewegt wird, die in der Nähe eines Spaltes bzw. Spaltraumes zwischen Triftröhren innerhalb des Hohlraumes angeordnet ist (C-Abstimmung), und von denen ein weiteres ein System ist, das die beiden vorgenannten Systeme kombiniert (L/C-Abstimmung).

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Diese drei Abstimmsysteme haben ihre entsprechenden Merkmale

und werden entsprechend ihrer besonderen Anwendungen ausgewählt benutzt. Es sei jedoch erwähnt, daß im allgemeinen das
L-AbStimmsystem ein System ist, das in seinem Betriebsverhalten stabil ist.

Weitere Einzelheiten von L-Abstimmsystemen seien anhand der
Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Hohlraumresonator in einem Innenhohlraum-Klystron, der mit einer Membranvorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz versehen ist, wobei Fig. la einen Längsschnitt in Richtung der Strahlachse des Klystrons und
Fig. Ib einen Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. la darstellt,

Fig. 2 einen Teilschnitt, in dem eine Kontaktanordnung zwischen einer bewegbaren Seitenplatte und einer Hohlraumwand bei einer Federfinger-Anordnung dargestellt ist,

Fig. 3a und 3b einen Teilschnitt durch eine Kontaktanordnung

einer Anordnung mit einer einzigen Wendel bzw. eine perspektivische Ansicht eines Wendelkörpers.

Fig. 1 zeigt einen Hohlraumresonator in einem Innenhohlraum-Klystron als ein Beispiel eines Hohlraumresonator , in welchem eine Hohlraum-Seitenwand bewegt wird. Der Hohlraumresonator in Fig. enthält Triftröhren 1, durch die ein Elektronenstrahl hindurchgelassen wird, eine Vakuumhülle 2, die eine Außenwand des Hohlraumes bildet, eine Induktionsplatte 3, die eine Seitenwand des Hohlraumes bildet, Membrane H, von denen jede aus einer felxiblen Metallplatte besteht und deren eines Ende an der oberen oder

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unteren Wand., de.s Hohlraums und deren anderes Ende mit der Induktionsplatte 3 fest verbunden ist, und einen Balg 5, um die Induktionsplatte 3 unter Aufrechterhaltung eines Vakuums im Hohlraum bewegbar zu machen.

Mit der Induktionsplatte 3 ist eine Stange 6 fest verbunden; durch Drehen einer äußeren Einstell- bzw. Abstimmschraube 7 werden die Stange 6 und die Induktionsplatte 3 zusammen vor und zurück bewegt, wodurch das Volumen des Hohlraumresonators zur Änderung der Resonanzfrequenz verändert werden kann. Beim in Fig. 1 dargestellten Hohlraumresonator wird erstens der bewegbare Bereich der Induktionsplatte 3 durch die in Richtung der Durchbiegung bemessenen Länge der Membran U begrenzt, und die Membrane 4 können nicht zulang gemacht werden, weil jede aus einer dünnen flexiblen Metallplatte hergestellt ist, so daß der Hohlraumresonator in Fig. 1 den Nachteil hat, daß der Frequenz-Eins teil- bzw. Abstimmbereich nicht groß gemacht werden kann. Zusätzlich ist die Membran, da sie aus einer dünnen Metallplatte besteht, mechanisch und thermisch schwach, wodurch sich Probleme auch dann ergeben, wenn sie in einem Resonator verwendet wird, der für hohe Leistung ausgelegt ist. Desweiteren wird die Form des Hohlraums ungleichmäßig, wenn die Induktionsplatte 3 in eine Lage gelangt, wo die Durchbiegung der Membran 4 groß ist, so daß abnormale Schwingungsformen bzw. Moden erzeugt werden, die die gewünschte Schwingungsform nachteilig beeinflussen können, so daß Oszillations-Vorgänge erzeugt werden, und die einen Funken oder dergl. verursachen können.

Eine andere Anordnung, bei welcher eine Seitenplatte bewegt wird, während statt der Verwendung der genannten Membrane eine Hochfrequenz zwischen der bewegbaren Seitenplatte und der externen

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Hohlraumwand kurzgeschlossen wird, besitzt ein Preß- bzw. Federfinger-System, das in einem UHF-Klystron mit Außenhohlraum praktisch verwendet wurde. Diese Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Auf einer bewegbaren Seitenplatte 15 ist ein Federfinger 16 befestigt, der aus einem elastischen Material, wie Beryllium-Kupfer besteht und der zwischen einer Klemmplatte 17 und der bewegbaren Seitenplatte 15 eingeklemmt und mittels Schrauben 18 befestigt ist; die Anordnung ist dabei derart, daß dank der Federwirkung des Federfingers 16 die Seitenplatte 15 bewegt werden kann, wobei sie mit der Innenfläche der äußeren Hohlraumwand stets kontaktiert. Wenn auch dieses System in dem Falle kein Problem mit sich bringt, in dem der Hohlraumresonator eine Außenhohlraum-Resonator ist und der Hohlraum groß ist, wie er im Falle eines im UHF-Band verwendeten Resonators ist, so wird im Falle eines Innenhohlraum-Resonators beim Herstellen einer Vakuumröhre ein Absaugverfahren angewendet und während diesem Verfahren wird der Hohlraum lange Zeit auf eine hohe Temperatur von etwa HOO - 600⁰C geheizt. Beryllium-Kupfer, das ganz ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Verwendung als Federfinger aufweist, und das weitgehend verwendet wird, neigt dann dazu, sich in seinen Eigenschaften zu verschlechtern, wenn es einem solchen Hochtemperatur-Sinterverfahren ausgesetzt ist. Auch wird im Falle eines Klystrons, das bei einer hohen Frequenz von einigen GHz oder höher arbeitet, der Hohlraumresonator sehr klein in seiner Abmessung, so daß das Federfinger-System mancherlei konstruktive Probleme mit sich bringt.

Ferner ist im Falle eines Klystrons, das in einem 6 GHz-Band arbeitet, ein Schraubenfeder-System bekannt, das eine einzige Spule bzw. Wendel besitzt, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Hohlraums ist. Diese Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.

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Um eine bewegbare Seitenplatte 19 ist eine Wendel 20 gewickelt, die Kontakt mit einer äußeren Hohlraumwand 21 hält. Die Wendel 20 ist aus Metalldraht gefertigt, der eine Elastizität und eine gute elektrische Leitfähigkeit, wie Wolfram oder dergl. besitzt; sie ermöglicht der Seitenplatte 19, sich zur Änderung der Resonanzfrequenz zu bewegen, wobei stets der Kontakt mit der Innenfläche der äußeren Hohlraumwand 21 aufrechterhalten wird. Wenn bei diesem System die Höhe des Hohlraumresonators größer wird, wird auch der Durchmesser der Wendel 20 entsprechend groß werden, so daß die Bewegung der einzelnen Ringe in der Wendel instabil wird, was elektrisch instabile Erscheinungen im Hinblick auf den Kontakt zwischen den betreffenden Ringen zur Folge hat; auch würden sich konstruktive Probleme ergeben.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , einen Hohlraumresonator, der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einer neuen die Hochfrequenz kurzschließenden Anordnung für die bewegbare Seitenplatte versehen ist, die alle vorstehend genannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in den Fig. U und 5 dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 4a einen Längsschnitt in Richtung der Strahlachse eines Hohlraumresonators in einem Innenhohlraum-Klystron gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

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Fig. Hb einen Querschnitt längs der Linie B-B die Fig. 4a, wobei die bewegbare Seitenplatte mit ihrer Endfläche dargestellt ist und ·

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der in den Fig. Ha und b dargestellten bewegbaren Seitenplatte.

Fig. 4 zeigt einen Hohlraumresonator gemäß.vorliegender Erfindung, wie er bei dem Innenhohlraum-Klystron angewendet wird. Der Hohlraumresonator in Fig. 4 enthält Triftröhren 1, durch die ein Elektronenstrahl hindurchtritt, eine Vakuumhülle 2 , die eine Außenwand des Hohlraums bildet, eine bewegbare Seitenplatte 9, die eine Seitenwand des Hohlraums bildet, Metalldrähte 10 aus Wolfram oder dergl. , die zu einer Spulen- bzw. Wendel-Form von solcher Größe gewickelt sind, daß die Wendeln im oberen und im unteren Rand der bewegbaren Seitenplatte 9 befestigt und in den Spalträumen aufgenommen werden können, die zwischen der Seitenplatte und der oberen bzw. unteren Seitenwand des Hohlraums in eingebautem Zustand gebildet sind, und einen Balg 11, damit die bewegbare Seitenplatte 9 unter Aufrechterhaltung eines Vakuums innerhalb des Hohlraums bewegt werden kann. An der bewegbaren Seitenplatte 9 ist eine Stange 12 befestigt; durch Drehen einer äußeren Einstell- bzw. Abstimmschraube 13 können die Stange 12 und die bewegbare Seitenplatte 9 zusammen vor und zurück bewegt werden, wodurch das Volumen des Hohlraumresonators zur Änderung der Resonanzfrequenz verändert werden kann.

Fig. 5 ist eine detaillierte Darstellung der bewegbaren Seitenplatte 9 und der gewendelten bzw. gewickelten Metalldrähte im in Fig. 4 dargestellten Hohlraumresonator gemäß vorliegender Erfindung. Die Metalldraht-Wende]n bzw. -Spulen 10 sind

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bevorzugt aus; einem Material hergestellt, das bei hohen Temperaturen haltbar ist und das eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und Elektrizität besitzt, wie beispielsweise Wolfram; der Durchmesser der Wendeln ist kleiner als der halbe Abstand zwischen den gegenüberliegenden Rändern der Seitenplatte , die die Wendeln tragen, weil der Außenumfang der Wendel selbst zwischen die Seitenplatte und die Seitenwand des Hohlraums eingepaßt ist; auch sind die Wendeln bzw. Spulen mit einer solchen Dichte gewikkelt, daß eine Hochfrequenz-Energie nicht durch sie hindurchstreuen kann. Was das Verfahren zur festen Verbindung der Wendel an der bewegbaren Seitenplatte 9 anbelangt, so wird gemäß Fig. die Positionierung und Befestigung der Wendel durch ein sehr einfaches und sicheres Verfahren erreicht, bei dem längs des oberen und des unteren Randes Nuten oder Rillen eingeschnitten werden, die einen Querschnitt besitzen, der größer ist als ein Halbkreis, und bei dem die Wendeln in diese eingeschnittenen Nuten bzw. Rillen eingepaßt werden. Wenn eine solche mit Wendeln kombinierte bewegbare Seitenplatte in das Innere des Hohlraumes eingebracht wird, wird sie innerhalb des Hohlraumes, unter ständiger Aufrechterhaltung eines festen Kontaktes zur Änderung der Resonanzfrequenz bewegt werden, wenn die verschiedenen Teile mit den geeigneten Abmessungen hergestellt sind. Bei dieser Anordnung ist der bewegbare Bereich der bewegbaren Seitenplatte nur durch den Bereich der Expansion und Kontraktion des Balgs 11 begrenzt, so daß der Einstell- bzw. Abstimmbereich sehr breit gewählt werden kann; auch ist die Streuung einer Hochfrequenzenergie nahezu null; durch einen Hochfrequenzstrom verursachte thermisch instabile Erscheinungen trsten in keinem Fall auf und deshalb ist dieser Hohlraumresonator, insbesondere als Hohlraumresonator in einem Hochleistungs-Klystron vorteilhaft.

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Da erfindungsgemäß die Wendeln zur Kontaktgabe aus hitzebeständigen Materialien, wie Wolfram sind, tritt auch keine Minderung der Eigenschaften während des Hochtemperatur-Absaugverfahrens ein, wie es beim Federfinger-System der Fall ist, und so kann eine stabile Federwirkung aufrechterhalten werden. Da der Wendeldurchmesser mit der Größe des Hohlraums nicht verändert zu werden braucht, wie es bei dem in Fig. 3 dargestellten Stand •der Technik der Fall ist, bei dem mittels einer Einzelwendel der Kontakt stattfindet, hat die vorliegende Erfindung darüber hinaus den Vorteil, daß die Anwendung der Erfindung von der Größe des Hohlraums nicht begrenzt ist, sondern ein Wendeldurchmesser zum Erhalten eines optimalen Kontaktdruckes , der für den Hohlraum geeignet ist, ausgewählt werden kann, und daß dank eines solchen Vorteils die Erfindung unter ausgezeichneten Auswirkungen bei einem Innenhohlraum-Mehrkammer-Klystron angewendet werden kann, in welchem der Hohlraumresonator in einem evakuierten' Bereich angeordnet ist und einem Hochtemperatur-Sintern unterworfen ist.

Wenn auch die Wendeln nur längs des oberen und unte«n Randes der Seitenplatte in Fig. 5 angeordnet sind, können sie natürlich auch längs aller vier, also des oberen, unteren, rechten und linken Randes angeordnet sein; das Material ist nicht nur auf Wolfram beschränkt, sondern es kann stattdessen Molybdän, rostfreier Stahl oder dergl. verwendet werden; ferner kann natürlich die Oberfläche des Metalldrahtes goldplattiert, silberplattiert oder mit anderen Materialien plattiert sein.

-Patentanspruch -

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Hohlraumresonator mit variabler Resonanzfrequenz, bei dem das Einstellen bzw. Abstimmen der Resonanzfrequenz mittels einer bewegbaren Seitenplatte ausgeführt wird_>mit Kontaktteilen,
   die einen Hochfrequenzkurzschluß zu mindestens einer Hohlraumwand herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile an einander gegenüberliegenden Rändern der bewegbaren Seitenplatte (9) gehalten sind und aus mindestens zwei Metalldrähten bestehen, von denen jeder zu einer Wendel (10) gewickelt ist, die einen Durchmesser besitzt, der gleich der oder weniger
   als die Hälfte des Abstandes zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern ist.

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