DE2658543C2 - Koaxial- bzw. Hohlraumresonator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Koaxialresonator bzw. einen Hohlraumresonator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2.

Die folgenden Lösungen sind zur Abstimmung von abstimmbaren Hohlraumresonatorcn und Kreisen mit Hohlraumresonatoren bekannt, wofür als charakteristische Beispiele Resonanzfrequenzmesser. Meßoszillatoren, die von einem Hohlraumresonator abgestimmt werden. Signalgeneratoren und -empfängern erwähnt werden können:

Bei nichtlinearer Abstimmung wird als Funktion der Resonanzfrequenz abgestimmt, und zwar mittels Antrieb eines Bauteils mit nichtlinearer Verschiebung, wodurch eine indirekte Frequenzablesung unter Verwendung eines Eichdiagramms oder einer nichtlinearen Skala, die direkt in Frequenzen geeicht ist. durchgeführt wird. Bei Kreisen mit verschiedenen Hohlraumresonatoren ist. wenn diese Art der Abstimmung angewendet wird, entweder ein getrenntes Antriebselemeni für jeden einzelnen Resonator, welches individuell eingestellt werden muß. oder ei", gemeinsamer Antrieb für jeden der einzelnen Resonatoren vorgesehen, und geeignete Konstruktionen werden zur Kompensation der Unterschiede zwischen den Charakteristika der einzelnen Resonatoren verwende».

Frequenzlineare Abstimmung wird vorherrschend mittels einer erzeugenden Mantellinie erzielt, wobei das Abstimmelement des Hohlraumresonators durch eine exzenteriihnliche Konstruktion betätigt wird, deren Mantellinienradius sich in Übereinstimmung mit der nichtlinearen Abstimmkcnnlinie des Hohlraums ändert. Eine einstellbare Ausführungsform der erzeugenden Mantellinic ist ebenfalls bekannt.

Bei dem Schraubcn-Abslimrnvcrfanten. welches als weiterentwickelie Variante der Abstimmung mittels einer erzeugenden Mantcllinie betrachtet werden kann, wird die Mantellinie durch eine Spirale mit nichtlinearem Gang ersetzt, welche an dem Zylindermantel befestigt ist.

Zur Erzielung der frequcnzlinearen Abstimmung ist eine Konstruktion mit .Stangenmechanismus bekannt, durch die die nichtlincaren Abstimmcharakterisiika des Hohlraumresonators durch einen Kreisbogen approximiert werden.

Eine angenähert lineare Abstimmung kann elektrisch erzielt werden durch gleichzeitige Abstimmung der Weilenformkomponenten verschiedener Wcllenformräume. die innerhalb des Hohlraumrcsonators gebildet sind.

Es sind Frequenzmesser bekannt, bei denen die Verschiebung des inneren Leiters des Hohlraumes eine Änderung sowohl der TEM als auch der TM- Komponenten des elektromagnetischen Feldes in dem llnhlraumverursacht.

Zur Temperaturkompensation, d. h. Reduzierung der Änderung der Resonanzfrequenz aufgrund von Tempcrauiränderungen, sind die folgenden Losungen bekannt: Bei llohlraumresonaloien und -kreisen. u< > ilu: rclati ve Irequenzgenaiigkeit If) ' nicht übertrifft. Herden keine Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur.ib hijngigkcil angewandt.

Wenn die Frcquen/genauigkcii 10 ' ubcrsiciL-i. so

werden der Hohlraumresonator und einige Ausfuhrungsformen des Abstimmelements aus Materialien mit niedrigem Temperaturkoeffizientcn hergestellt, beispielsweise aus Invar, oder der Hohlraumresonator und das Absiimmelement sind aus solchen Materialien hergestellt, die eine verschiedene thermische Ausdehnung aufweisen.

Die Nachteile der bekannten Lösungen können wie folgt zusammengefaßt werden:

Unter den Verfahren mit nichtlinearer Abstimmung wird dasjenige mit indirekter Ablesung wegen seiner zeitraubenden Anwendung als veraltet betrachtet. Für Direktablesung ausgelegten Typen werden entweder mit individueller Eichung versehen, was hohe Kosten verursacht, oder aber die Abweichungen aufgrund der Herstellung der Hohlraumresonatoren und der darin angeordneten oder daran angekoppelten Kreiselemenle können nachträglich nicht korrigiert werden, wodurch die Genauigkeit der Eichung beeinträchtigt wird.

Bei Kreisen, die verschiedene Resonatoren enthalten, wird die Einstellung der getrennten Einstellelemente schwierig, während arbeitsintensive Konstr-iktion^n. die /ur Kompcnsicrung dienen, nur unter Schwierigkei-K-n hergestellt werden können.

Gradlinige Abstimmung mit dem Maniellinicnsystem isi einfach im Aufbau, gleichzeitig ist aber zur Herstellung der Mantellinic eine spezielle Technologie erforderlich, die neben höherem Kostenaufwand auch weniger genau ist als andere Technologien, für die einfache Dreh- oder Vorschubbewegungen erforderlich sind. Die Eichfehler aufgrund von Abweichungen in den Abmessungen, die während der Herstellung auftreten, können auch bei dieser Lösung nicht korrigiert werden.

Durch Verwendung von einstellbaren Mantelflächen und Spiralen wird eine anschließende Korrektur möglich, jedoch auf Kosten einer komplizierten und folglich teureren Konstruktion.

Zur Erreichung von Präzision ist eine arbeitsintensive Einstellung an verschiedenen Punkten unbedingt erforderlich. Während der Einstellung tritt eine Materialdeformierung auf. wodurch die Stabilität der Einstellung herabgesetzt wird.

Durch Anwendung des Abstimmverfahrens mit einem Stabmeehanismus kann eine angenäherte Linearisierung er/ielt werden, wobei der Fehler nicht unterhalb die Werte herabgesetzt werden kan~. die dem Unterschied /wischen den Kreischarakteristika. die von der Abstimnircgel des Hohlraumresonator bestimmt werden, und dem Siangenmcchanismus entsprechen.

Gleichzeitige Abstimmung von verschiedenen WeI-lenforme'i erfordert eine Ausbildung des Hohlraumresonator. dl·.¹ nachtcilhaft bezüglich des Gütefaktors des I lohlraiimresonators ist. und folglich wird die erzielbare Genauigkeit ebenfalls begrenzt. Die selbst theoretisch approximative Natur der erzielten Abstimmung kann ,ils weitere Einschränkung der Genauigkeit betrachtet Ά erden.

Die Nachteile der zur Verkleinerung der Tempera- ! in fehler angewandten Lösungen sind folgende: Die Nachteile der Lösungen, bei denen Materialien mit niedrigem Tcmpenilurfnktor verwendet werden, liegen darm, daß diese spezielle Materialien (Invar. Superin- \,n) teuer sind, daß die Vcrarbcitungskosten ebenfalls sehr hi ich sind, gleichzeitig der Tcmperaturfakior nicht gleich Null isi und daß andererseits bedeutende Abweichungen sich bei der 1 lerstelluiig ergeben. Die erwähnte r.iisache wird beim Ten per.iltirfaklor der aus diesen Wcrksiollen hergestellten I lohlr.iiiiiiresonaloren und der Hohlraumresonatoren enthaltenden Kreise spürbar.

Der Nachteil der bekannten TemperaHirkompcnsa-

tionslösungen liegt daran, daß die Kompensation mn bei einem einzelnen Punkt des Abstimmbereiches des

ι I lohlraums und des Kreises jeweils erfolgt, wohei deren ungefähre Wirksamkeit auf einen recht unbedeutenden l'reciuenzbereich beschränkt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Koaxial-Resonator bzw. einen Hohlraumresonator

to und einen durch den Resonator abgestimmten Kreis zu schaffen, mit dem bei Verwendung von Bauteilen mit einfach herteilbaren Konturen und bei geringem Justieraufwand eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann. Durch die Verwendung des Koaxialresonators bzw. Hohlraumresonators und des durch den jeweiligen Resonator abgestimmten Kreises sollen insbesondere die folgenden Eigenschaften erzielt werden:

Zur Beseitigung der Einflüsse der Herstellungstoleranzen des Koaxial- bzw. Hohlraumresonator und der elektrischen Toleranzen der angekoppelten Kreiselemente auf die Abstimmcharakteristik rollen nur wenige Einstellelementc verwendet werden.

Anstelle der Linearisierung mit einem vorbestimmten approximativen Charakter soll eine Linearisierung crreicht werden, die der Basiswcllcnform des Hohlraumresonator genau folgt (an dieser Stelle und im folgenden bedeutet der Begriff »Basiswellenform« eine Feldstärkenverteilung innerhalb des Hohlraumresonator, die eine bedeutende Rolle bei Ausbildung der Abstimmcharakteristik des Koaxial- bzw. Hohlraumresonator spielt).

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Koaxial-Resonator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Kopplung zwischen den Abstimmkolben und dem Einstellorgan durch einen geradlinigen Führungsweg bestimmt ist, der an einem um eine Schwenkachse schwenkbaren Konstruktionsteil vorgesehen ist. daß am Führungsweg sowohl das Einstellorgan mittels einer Rolle als auch der Abstimmkolben über Abstandselemente und über eine Rolle mittels Federn vorgespannt angestützt sind und so zueinander angeordnet sind, daß die Achse des Kolbens, das Einstellorgan selbst und die Schwenkachse senkrecht aufeinander stehen.

Bei diesem Koaxial-Rcsonaior erfolgt eine frequenzlineare Einstellung mit Hilfe des l'requenzlincarcn Einstellorgans, weiches längs der geraden erzwungenen Bahn verschiebbar ist. Die Federn bewirken eine gegenseitige federnde Verspannung der geradlinigen Führungsbahn bzw. des Führungsweges des Konstruktionsteiles mit der Rolle des Einstcllorgans sowie mit der Rolle der Abstandselemcnte des Abstimmkolbens. Somit erfolgt eine kinematische Abbildung der Bewegung des Abstimmkolbcns auf die Bewegung des Einstellorgans. wodurch ein linearer Zusammenhanf zwischen der Bewegung des Einstellorgans und der Resonanzfrequenz des Resonators entsteht.

Die Aufgabe wird außerdem ausgehend von einem Hohlraumresonator gernäß dem Oberbegriff des Pa-

Wi lentanspruchs 2 dadurch gelöst, daß die Kopplung zwischen dem Abstimmkolbcn und dem Einstellorgan durch einen ersten geradlinigen Führungswpg bestimmt ist. der an dem Einsteilorgan vorgesehen ist. daß das f-jnsiellorgan in einem um eine Drehachse schwenkband ren Konstruktionsieil :ixi.il verschiebbar ist und mittels einer Rolle an einem /weilen geradlinigen Führungsweg derart angestützt ist. dal! der Abstimmkolben mittels Abslandselemente und einer Rolle durch eine Feder

vorgespannt .in dem ersten Führiiiigswcg anliegt, und daß diese Teile so zueinander angeordnet sind, daß die Achse des Kolbens der /weile l'iilirungsweg und die Schwenkachse senkrecht aufeinander stehen.

Bei dem Hohlraumresonator für die TE-bzw. TM-Basiswcllenform wird die Rolle b/w der Schieber ties Ein· slellorgans gegen den zweiten geradlinigen Führungsweg gedruckt, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Abstirnmclcmenies bzw. zu dessen Achse sowie senkrecht zur Schwenkachse ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zwar ist aus der LIS-PS 25 9J 234 ein Hohlraumresonator mit kreisförmigem Querschnitt bekannt, bei dem eine Scheibe 14 zur Abstimmung bzw. justierung in Achsrichtung des Zylinders verschiebbar ist. Dieser bekannte Hohlraumresonator weist jedoch den Nachteil auf, daß er keine frequen/linearon Einstellmöglichkei

Ii'Il :ull wpiu

Die resultierende thermische Ausdehnung der Komponenten, die den Abstand <J\ zwischen dem Drehzeniruni des Konstruktionsteils und der Absehlußplatte des Resonanzraums und/oder der elektromagnetischen Abdeckplatte des Hohlraums definieren, gemessen in Richtung der gradlinigen, erzwungenen Bahn des Abstimmclements, ist gleich der resultierenden thermischen Ausdehnung des Abstimmelements, und ferner ist der resultierende Koeffizient der thermischen Ausdehnung des frequcnzlinearen Einstellelemenis gleich der Summe des resultierendem Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der Komponenten, die zwei Abstünde definieren, von denen einer eier Abstand i/_> zwischen der Rotationsachse des Konstruktionsteils und der geraden Linie ist, die parallel zu der erzwungenen Bahn des Abstimmelements ist und durch das Drehzentrum der Rolle bz.w. des Gleitstücks gelegt ist. das an dem Abstimmkolbcn befestigt ist, rechtwinklig gemessen, und von denen der andere der Abstand di zwischen der Rotationsachse des Konsiruktionsteils und der geraden Linie ist. die parallel zu der erzwungenen Bahn des frequenzlinearen Einstellelements verläuft und durch das Drehzentrum der Rolle bzw. des Gleitstücks gelegt ist. das an dem frequenzlinearen Einstellelement befestigt ist. und zwar ebenfalls rechtwinklig gemessen (F ig. 1).

Die resultierende thermische Ausdehnung der Komponenten, die den Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Drehachse des Konsiruktionsteils und der Abschlußplatte des Hohlraums festlegen, gemessen entlang der gradlinigen erzwungenen Bahn des Abstimmclemcnts, ist gleich der resultierenden thermischen Ausdehnung des Abs'immclcmcnts; ferner ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Hohlraums gleich dem resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten, welche die Abmessungen definieren, die den rechtwinklig gemessenen Abstand di zwischen der Rotationsachse des Konstruktionsteils und der geraden Linie bestimmen, die parallel zu der erzwungenen Bahn des Abstimmelements ist und durch das Drehzentrum der Rolle bzw. des Gleitstücks gelegt ist. das an dem Abstimmelement befestigt ist. Ferner ist der resultierende thermische Ausdehnungskoeffizient der Komponenten, die den Abstand Λ zwischen der Rotationsachse des Konstruktionsteils und der Rotationsachse der Rolle bzw. des Gleitstücks, das an dem Konstruktionsteil befestigt ist, festlegen, gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Hohlraums und dem resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten, die die Abmessung bestimmen, welche gleich dem Abstand <7-, zwischen der gciaden Linie, die senkrecht /u der erzwungenen Bahn des Abstimmelemenis liegt und durch die Drehachse des Konstruktionsteils verläuft, und der geraden Linie im. ) die senkt echt /u der erzwungenen Bahn des Abstimmelements verläuft und durch die Drehachse der Rolle bzw. des Gleitstücks verlauft, welche bzw. weiche*, an dem Konstruktionsteil befestigt ist (F i g. 2).

Die Abweichung der Abmessungen des Hohlraiinii esonators und der Abstimmteile aufgrund der Herstellung wurden derart kompensiert, daß die Stellung des Abstimmelemenis und des frequcnzlinearen Linslellelements bezüglich des Führungsweges sowie die Stellung der Drehachse lies Konstruktionsteils bezüglich des Hohlraumes einstellbar sind. Mittels der drei Finslclloi·- gane kann der Nullfrequen/Iehlcr an drei verschiedenen Punkten der Frequenzcharakteristik;! eingcsiclh wer den. Infolge der exakten linearen Transformation ist bei

*- I».- »1 » *.. ΐο\ι Ukiiiiilfvii

2i> grund der Transformation in dem gesamten Arbciisfrequenzband des Hohlraumresonators, der bei reiner Ua siswcllenform betrieben wird, gleich null.

Durch Schaltung eines Halbleiters mit negativem Widerstand, beispielsweise eine Gunn-Diode, eine IM-PATT-Diode oder eine Bariti-Diode /wischen Jen äußeren und den inneren Leiter des Hohlraumresonator, der in TEM-Basiswellenform arbeitet, kann gemäß der Erfind« .j ein frequenzlinear abgestimmter Mcßoszilla tor oder ein Signalgenerator gebildet werden. In diesem

jo Falle muß der Einstellbereich des Einstcllelemcnts in einem solchen Ausmaß vergrößer; werden, daß dadurch die Kompensierung des Reaktanzeffeki.es des Halbleiters auf die Frequenzcharakteristik des Geneiaiors ermöglicht wird. Statt eines Halbleiters kann eine Elcktronenröhre. beispielsweise ein Reflex-Klystron, verwendet werden, um den Meßoszillator oder Signalgcnerator zu bilden.

Die Konstruktionsteile der Ausführungsformen tier Erfindung für TEM-. TE- oderTM-Wellentypcn können leicht und genau hergesicllt werden, da sie eine gerade geometrische Form besitzen oder aus zylindrischen oder mit Gewinde versehenen Profilen geformt sind. Somit treten keinerlei technologische Schwierigkeiten auf, wie sie bei der Herstellung von Elementen spczicller Formgebung auftreten, die bei den bekannten Lösungen verwendet werden.

Aufgrund der exakten linearen Eigenschaften bezüglich der Basiswellcnform wird die Frequenzgenauigkeit nicht durch einen eigenen theoretischen Approximationsfehler eingeschränkt.

Bei dem Hohlraumresonator und -kreis, die jeweils entsprechend der Erfindung abgestimmt werden, werden Fehler nur durch zusätzliche Reaktanzen erzeugt, beispielsweise die Reaktanz der Halbleiter bzw. der Elektronenröhren, die im Hohlraumresonator eingebaut sind oder an diesen angekoppelt sind, und gleichzeitig dienen die Einstellelemente, die zur Kompensierung der Abweichungen bei der Herstellung verwendet werden, ebenfalls zur Erzielung der Approximierung.

Zur Kompensierung der Herstellungsabweichungen und zur optimalen Approximierung der zusätzlichen Reaktanzen, falls solche auftreten, werden wenige Einstellelemente verwendet. Folglich wird der Arbeitsaufwand zur Einstellung der Abstimmcharakteristik gering.

o5 Für den Fail eines Austauschs des aktiven Elements (Halbleiter oder Elektronenröhre), das in dem Hohlraumresonator benutzt wird, kann die Neueinsiellung der Frequenzcharakteristik mit der ursprünglichen Gc-

Rauigkeit und bei geringstem Arbeitsaufwand erfolgen.

Fin weiterer Voneil der Erfindung beMehl darin, daß neben der I.inearsleuening emc Teinperaturkompensaiion. die von der rrequenz unabhängig ist, ebenfalls ermöglicht u irii, im (iegensal/ /u den bekaunien l.osiin gen. wo die Temperaturkompensation nur bei einer einzigen Frequenz gill.

Dk. .Erfindung wird anhand von Aiislüliningsbeispieleii und Figuren naher erläutert. Hs zeigt

l-'ig. I ein Ausführungsbeispiel des Mohlraumresonalors für TKM- Basi sw eilen form:;

I" i g. 2 ein Ausführungsbeispiel des Hohlraumresonators fürTR- oder TM-Wellenform; und

ΙΊ g. i einen Längsschnitt eines mit einem Reflex-Klystron als aktivem Kreiselcment aufgebauten Oszillators, der in TKM-Basiswellenform arbeitet.

Γ i g. I zeigt einen Resonanzraum 1 mit einem inneren I eiler 2 desselben und das Abstimmelement. das zweckiniiijigei weise ais ncni'nriiiigsireier Kolben 3 ausgebildet ist. Das aus Slaben 4,7 und einer diese verbindenden I !aliening 5 bestehende Abstandselement ist an dem Kolben 3 befestigt. Die Verschiebung des Kolbens 3 wird auf einem Weg erzwungen, der parallel zur Längsaclise des Hohlraums I ist. und /war mittels des an der Halterung 8 gebildeten geradlinigen Führungsweges 9. Die Verschiebung des Abstimmkolbens 3 auf diesem Weg wird mit einer Anordnung erreicht, bei der eine an dem Stab 7 befestigte Rolle IU ;jii einem Konstruktionsteil 16 herabrollt, längs eines Fuhrungsweges 15, der in einer zur Zeichenebene rechtwinkligen Ebene gebildet ist. E,iic an einem Stab 12 befestigte Rolle 11 rollt gleichzeitig ebenfalls längs des l-ührungsweges 15 nach unten. Die erzwungene Kopplung zwischen den Rollen 10, Il und dem Führungsweg 15 wird zweckmäßigerweise durch Federn 23, 29 gewährleistet, dergestalt, daß das Aniriebsmomeni aufgrund der Zugkraft der Feder 23. weiches ütif die Rotationsachse 26 des Konsiriiktionstcils ausgeübt wird (wobei diese Acrise senkrecht zur Zeichenebene ist), stets großer ist als das Moment im entgegengesetzten Sinn, welches sich aus der Zugkraft der Spannfeder 29 ergibt.

Die Rolle 11 und die mit dieser verbundene Stange 12 bewegen sich längs des gerade geführten Weges, der durch eine Buchse 13 und eine Gewindemanschette 19 festgelegt ist. und sind dabei in erzwungener Kopplung mit dem Führungsweg 15 des Konstruktionsteils.

Der gradlinig geführte Weg des Stabes 12 liegt zweckmäßigerweise unter einem Winkel von 90° zum Weg des Abstimmclements (jeder von η ■ 180" verschiedene Winkel ist möglich, wobei η = eine reelle Zahl). Die Wandverschiebung der Gewindchülse 19 und eines daran befestigten Drehknopfes 20 sowie einer Skala 21 ist durch die erzwungene Kopplung zwischen der Gewindespindel 18 an dem Stab 12 und der Gewindemanschette 19 proportional zur Verschiebung des Stabes 12 längs des Weges und ist ferner aufgrund der erwähnten Zwangskopplung direkt proportional der Änderung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators. welche durch Verschiebung des Abstimmkolbens 3 bewirkt wird. Infoige der direkten Proportionalität kann die Skala 21 mit linearer Frequenzeinstellung ausgebildet werden, wobei zum Ablesen eine Markierung 22 verwendet werden kann. Der Froportionalitätsfaktor wird durch den Modenindex des Hohlraumresonators festgeiegt (d. h. den Quotienten der Länge des Hohlraums und der Resonanzwellenlänge), durch die Lichtgeschwindigkeit, den Gang der Gewindespindel 18. die Länge des Bogens der Skala 21 sowie durch das Produkt der Abslande, die jeweils von der Rotationsachse 2h des Konslriiktionsleils lh zu den Rotationsachsen der Rollen II, 12 gemessen werden, /tir Umstellung let/ierer dient eine I !aliening 25. die ;ils I .agcniiig der Rotations Ί achse 2fi ausgebildet ist und imsi.iinlr ist. sich längs des in der Halterung 27 gebildeten und dann bclcstigbarcii Weges 24 zu bewegen. Die Ausrichtung des Absiinim kolbens 3 bezüglich der Rotationsachse i\\:i Rolle IO erfolgt durch Verschiebung tier Stange 7 in der Haltern rung 5 in Richtung der Längsachse des Hohlraumes, wobei die eingestellte .Stellung mit einer Schraube 6 fixiert werden muß. Durch Drehung der Skala 21 auf der Gewindehülse 19 und Befestigung derselben kann die Relativstellung der Rotationsachse der Rolle 11 und der

i> Skala 21 eingestellt werden. Mittels der drei oben erwähnten F.instellclemcnte kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonator* an drei verschiedenen Punkten auf den vorgeschriebenen Wert eingestellt werden, und somit kann der I rcquenzlehler. der sich aus ller-

:n siellungsloleranzen der Abstimmteile ergibt, ausgeschaltet werden. Bei llohlrauiiiresouatoren. die mit reinem TF.M-Wellentyp arbeiten, ergeben die vorstehend erwähnten Kinstellungen einen theoretischen Frequenzfehler, der in dem gesamten Abstimmbereich gleich null

ji ist. und ferner kann ein exakt linearer Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz und der Stellung der Stange 12 und der Skala 21 erzielt werden.

Die Halterung 14 dient zur Befestigung der Konstruktionsteile für die Abstimmung des Flohlraumresona tors so wie zur Lagerung des grade geführten Weges am Stab 12. Eine Koppelschleife 28 dient zum Ein- und Auskoppeln der elektromagnetischen Signale aus dem Hohlraumresonator; anstelle dieser Schleife können ein oder mehrere Koppelelement mit einer Irisblende oder

j5 eine Sonde verwendet werden. Statt der am Drehknopf angebrachten Frequenzskala kann eine Skala mit Digi- !aUibieiung :;ii! einer Zifieran/eigcnschcibc verwendet werden, die von der Achse des Knopfes über eine Zahnradübertragung angetrieben wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Hohlraumresonator ist das Abstandselement. das aus den Stäben 4 und 7 besteht, mit dem Abstimmkolben 3 verbunden. Die Verschiebung des Abstimmkolbens 3 wird längs eines gradlinigen Weges erzwungen, der parallel zur Längsachse des Hohlraums ist, und zwar mittels des gradlinig geführten Weges 9. der an der Halterung 8 gebildet ist. Die Verschiebung des Abstimmkolbens 3 auf diesem Weg wird bestimmt durch eine Anordnung, bei der die an dem Stab 7 befestigte Rolle 10 auf dem am Stab 12

>o gebildeten Führungsweg 15 hinabrollt, während das Kopstruktionsteil sich um die Rotationsachse 26 dreht, welche rechtwinklig zur Zeichenebene ist. gemeinsam mit dem Stab 12; der Stab 12 führt seinerseits eine Linearbewegung bezüglich des Konstruktionsteils 16 aus.

wobei die Verschiebung durch die Rollbewegung längs des anderen gradlinigen Führungsweges 17 festgelegt ist. welcher rechtwinklig zur Achse des Hohlraumresonators ist und an der Halterung 14 gebildet ist. ausgeführt durch die Rolle 11. die zweckmäßigerweise mittels

bo eines Abstandselements 44 an der Betätigungsstange befestigt ist.

Die erzwungene Kopplung zwischen der Rolle 10 und dem Führungsweg 15 sowie zwischen der Rolle 11 und dem zweiten Weg 17 wird durch einen Spannring bzw.

fe5 eine Spannfeder 29 gewährleistet.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Führungsweg 15 nicht direkt an dem Konstruktionsteil 16 gebildet, sondern auf dem Stab 12. Ein auf dem Kon-

struktiontsteil selbst gebildeter Weg würde dieselbe Absiimmqualilät ergeben, weil das Konstrukiionstcil und der Stab zusammen um die Rotationsachse 26 gedreht werden. Die Linearverschiebung des Stabes 12 bezüglich uc's Konstriiktionstcils 16 wird durch die Gewindespindel 18 bewirkt, die drehbar in der Gewindehülse 19 angeordnet ist. welche mit dem geradlinigen Weg versehe" ist, während der Drehknopf 20 an der Spindel befestigt ist.

Bei dieser Ausführtingsiorin ist die Gewindehülse 19 an dem Stab 12 gebildet, und nicht an dem Konstruktionsieil, das mit dem Drehknopf verbunden ist. und folglich ist die Gewindespindel 18 an dem Konstruktionsteil gebildet, das mit dem Drehknopf statt mit dem Stab 12 verbunden ist. Es ist offensichtlich, daß die frequenzlineare Abstimmung gemäß der Erfindung auch mit entgegengesetzter Anordnung von Spindel und Gewindehülse b^w. -mutter erzielt werden kann.

Die Achsen der Rollen 10, 11 sowie die Rotationsachse 26 sind in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene angeordnet. In diesem Falle ist die Linearverschiebung des Stabes 12 bezüglich des Konstruktionsteils 16 und folglich die Winkelverschiebung des Drehknopfes 20 direkt proportional zur Resonanzfrequenz des Hohlraumresonator«., was bedeutet, daß der Drehknopf mit einer frcqiien/lincaren Skala versehen werden kann. Die Ablesung der Skala erfolgt anhand einer Markierung 22. Ein .Schwenkstück 32. das sich in einem am Konstruklionsteil 16 gebildeten Ausschnitt bewegt, verhindert das Abdrehen des Stabes 12 von dem Konstruktionsteil 16.

Eine weitere Vorbedingung für die frequenzlineare Abstimmung besteht darin, daß der Abstand zwischen der Rotationsachse 26 des Konstruktionsteils 16 und der Längsachse des Hohlraumresonators gleich dem Produkt der halben Wellenlänge des Schwingungsmodes. d. h. des Wellentyps des Hohlraumresonators, und des Modenindcx entsprechend der Lungsachse des Hohlraums sein soll (d. h. die Anzahl der an der Längsachse auftretenden Halbperioden der Feldstärke), und daß die Projektion des Abstandes zwischen der Rotationsachse 26 und der auf die Längsachse des Hohlraumresonators fallenden Rotationsachse der Rolle 10 gleich der elektrischen Länge des Hohlraums sein soll. d. h gleich dem Abstand /wischen der Abschlußplatte 45 des Hohlraumes und dem Kolben. Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist die Halterung 25 dergestalt geformt, daß sie bezüglich der Hohlraumachse einstellbar ist. während die eingestellte Stellung mit Hilfe einer Schraube 30 fixiert wird, und ferner kann der Stab 7 in dem Stab 4 verschoben werden, während die Stellung des letzteren mittels einer Schraube 6 fixiert werden muß. Der Proportionalitätsfaktor der frequenzlinearen Verschiebung des Stabes Ί2 wird festgelegt durch die Grenzwellenlänge des Arbeitswellentvps des Hohlraumresonators, die Lichtgeschwindigkeit und den Abstand zwischen der Ebene des Führungsweges 17 und der Ebene, die durch die Mittellinie der Rotationsachse 26 verläuft und rechtwinklig zur Achse des Hohlraumres ist. Letztere kann durch Verschiebung der Halterung 14 parallel zur Längsachse des Hohlraums eingestellt werden, wodurch die Stellung der Halterung 14 mittels einer Schraube 31 fixiert werden kann. Bei der Bestimmung des Proportionalitäisfaktors der Skaleneinieilung können neben oben erwähntem auch der Gang der Spindel 18 und d:e Bogenlänge der Skala am Drehknopf berechnet werden.

Durch Positionierung des Stabes 7. der Rotationsachse 26. der Halterung 14 und der Skala am Drehknopf 20 kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonator«, auf den vorgesi "iriebenen Wert eingestellt werden, und zwar wenigstens an drei verschiedenen Punkten des Arbeitsbereiches des Hohlraumresonator, wodurch somit ί Frequenzfehler ausgeschaltet werden, die von don I lerstellungstoleranz.cn des Hohlrauinrcsonators und der Abstimmteile herrühren.

Bei Hohlraumresonatoren, die mil reinem TK- oder TM-Wellentyp arbeiten, kann durch Ausführung der Ix--

lü schriebenen Einstellung nicht nur ein verschwindender theoretischer Frequenzfehler innerhalb des gesamten Abstimmbereiches erzielt werden, sondern .iiivh eine lineare Abhängigkeil von der Stellung des Stabes 12. d. h. der damit verbundenen Skala.

Die Irisblende 35. die den mit der Absehlußplatie 54 des Hohlraums verbundenen Wellcnleitraiiiii M mn dem Hohlraum selbst verbindet, und die Koppelschlauie 28 dienen jeweils zum Ein- und Auskoppeln des elektromagnetischen Signals an den Hohlraumresonatoren.

Selbstverständlich können statt dieser Teile eines oder mehrere an sich bekannte Koppelelement verwendet werden.

Statt der vereinfachten Lösung mit am Drehknopf angebrachter Skala, welche in F i g. 2 dargestellt ist.

kann eine Freqiienzskala mit Digitalanzeige /um Ablesen der Resonanzfrequenz verwendet werden, welche /weckiiläßigerweise über Zahnräder von der Achse des Drehknopfes angelrieben wird.

Der in 1 ig. 3 gezeigte crfindungsgeniülie. mn einem

jo Reflex-Klystron aufgebaute Oszillator dient zur Kr/eugung einer Schwingung des TEM-Basiswellentyps. Bei der Beschreibung der Aiisführungsform nach F i g. 3 werden zur Vereinfachung nur die Teile beschrieben, die von der Aiisführungsform nach Fig. I verschieden

J5 sind.

Im Inneren des inneren Leiters des Hohlraums 1 ist eine Bohrung angebracht, zum Teil zur galvanischen Verbindung eines der Hohiraumgiiter 38 des Reflex-Klystrons 36 mit dem Anschluß des inneren Leiters 2 und zum anderen zur Ermöglichung der Führung der Betriebsspannung zu dem Refiektorclcktrodcnanschluß 39 des Reflex-Klystrons innerhalb des internen Leiters 2.

Das andere Hohiraumgitter 37 des Reflex-Klystrons 36 ist galvanisch mit dem äußeren Leiter des Resonan/-raums verbunden. Die Spannung für den Reflektor des Reflex-Klystrons, die Beschleunigungsspannung für die Einheit 40. die Spannung für die Elektrode (Gitter b/w-Wehnelt-Zylinder) des Strahlstrom-Steucrungselemems 41 und die Heizspannung für die Einheit 42 werden von Versorgungseinheiten 43 geliefert.

Bekanntlich wird die Schwingungsfrequenz des von einem Koaxialresonator abgestimmten Oszillators grundlegend durch die Resonanzfrequenz des Resonanzraums bestimmt. Die Charakteristik des aktiven Kreiseiements, in diesem Falle ein Reflex-Klystron, hat nur einen relativ kleinen Einfluß, so daß die Abstimmungscharakterisuk des in F i g. 3 gezeigten Oszillators ähnlich derjenigen des Koaxialresonators in F i g. 1 ist,

bO d. h. sie ist mit guter Approximierung linear. Die Abweichung von der Linearität beruht auf dem Beitrag des aktiven Kreiseiements. Diese Abweichung kann bei drei verschiedenen l'requen/en des Abstimmbereiches annulliert werden, und zwar unter Verwendung derselben

h- Einstellclcmente. die zur Ausschaltung der Unterschiede aufgrund der Hersteiiungstoieranzen des Koaxialresonator und der Abstimmteile sind.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten Oszillator dienen die

AusricUung der Halterung 25, des Stabes 7 und der Skala 21 — neben einer Aufgabe, c'.ic identisch ist mit der Funktion der entsprechenden Einstellelcmentc des η F i g. I gezeigten Koaxialresonator — gleichzeitig zur Approximierung mit drei Nullpunkten im Hinblick '> auf den Beitragseffekt des aktiven Kreiselements.

Der erfindungsgemäße Signalgenerator, der mit I FM-Welleniyp arbeitet und mit dem Koaxialresonator abgestimmt wird, unterscheidet sich von dem in F i g. 3 dargestellten Oszillator durch Pcgelmcssungs-, Steue- in rungs- und Auftrennschaltungen. die in den Koppelkreisen verwendet werden. Da derartige Schaltungen wohlbekannt sind, kann eine detaillierte Beschreibung entfallen.

Bei dem ii. !■': y. i gezeigten Oszillator können aktive r> Kieiselemente. Halbleiter (beispielsweise Gunn-Dioden. IMPATi-Dioden. Barilt-Dioden. Transistoren usw.) anstelle des KeflevKlystrons verwendet werden, und lerner können statt der in Fig. 3 gezeigten Versorgungsund Moduhitionseinheiten solche verwendet werden, die für den Betrieb des Halbleiter-Krciselcments dienen, so daB ein Oszillator bzw. Signalgenerator entsteht, der dieselben Eigenschaften bezüglich der Irequenzlinearen Abstimmung besitzt, wie anhand von F 1 g. 3 beschrieben wurde. 2ϊ

Hier/u 3 Blatt Zeichnungen

60

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Koaxial-Resonator, dessen Resonanzfrequenz linear von der Stellung eines Einstellorgans abhängt, mit einem Abstimmkolben, der mit einer geradlinigen Führung versehen ist und der mechanisch mit dem bewegbaren Einstellorgan gekoppelt ist. d a durch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Abstimmkolben (3) und dem Einstellorgan (12) durch einen geradlinigen Führungsweg (15) bestimmt ist, der an einem um eine Schwenkachse (26) schwenkbaren Konstruktionstei! (16) vorgesehen ist. daß am Führungsweg (15) sowohl das Einstellorgan (12) über eine RoIIe(Il). als auch der Abyümmkolben (3) über Abstandselemente (4,5, 7) sowie über eine Rolle (10) mittels Federn (23 und 29) vorgespannt angestützt und so zueinander angeordnet sind, daß die Achse des Kolbens (3), das Einstellorgan (12) und die Schwenkachse (26) jeweils senkrecht aufeinander stehen (F ig. 1).

2. Hohlraumresonator, dessen Resonanzfrequenz linear von der Stellung eines Einstellorgans abhängt, mit einem Abstimmkolben, der mit einer geradlinigen Führung versehen ist und der mechanisch mit einem bewegbaren Einstellorgan gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Abstimmkolben (3) und dem Einstellorgan (12) durch einen ersten geradlinigen Führungsweg (15) bestimmt ist, der an dem Einstellorgan (12) vorgesehen ist, daß das Einstellorgan (12)

in einem urr. eine Drehachse (26) schwenkbaren Konsiruktionstcil (16) axial v-rschicbbar ist und mittels einer Rolle (U) an einem /weiten geradlinigen Führungsweg (17) derart an; :stützt ist, daß der J5 Abstimmkolbcn (3) über Absiandselementc (4, 6, 7) und über eine Rolle (10) durch eine Feder (29) vorgespannt an dem ersten Führungsweg (15) anliegt, und daß diese Teile so angeordnet sind, daß die Achse des Knibens (3). der /weite Führungsweg w (17) und die Schwenkachse (26) jeweils senkrecht aufeinander stehen (F i g. 2).

3. Koaxial-Resonator bzw. Hohlraumresonator nach Patentanspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der Schwenkachse (26) des Konstruktionsteils (16), das Drehzentrum der Rolle (10) des Abstimmelcmcntcs und das Drchzentrum der Rolle (U) des frequcnzlinearen Abstimmorgancs (12) auf einer gemeinsamen geraden Linie liegen.

4. Koaxial-Resonaior bzw. Hohlraumresonator nach einem der Patentansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzlineare Einstellorgan mit einer Gewindespindel (18) und einer damit verbundenen Gewindehülse (19) versehen ist, und daß mit der Gewindespindel (18) und der Gewindemanschette (19) ein Drehknopf (20) und eine Frequenzskala verbunden sind.

5. Koaxialresonator bzw. Hohlraumresonator nach einem der Patentansprüche I bis 4. dadurch M) gekennzeichnet, Juli das Drch/cnirum der RoIIc(IO) des Abstimmelcmenics so angeordnet ist. daß es bezüglich tier Stellung des Absiinimkolbens (3) in Richtung tier geradlinigen Bewegung tics Absiimmknl liens (5) einstellbar ist. „-,

h. Koa\ial-Res«natiii' b/w. Hohlraumresonator nach einem tier Patentansprüche I bis ■>. dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (26) des Konstruktionsteils(16) in einer Halterung(25) eingebettet und darin verstellbar ist.