DE3601939A1

DE3601939A1 - Method for measuring a delay line for radio-frequency waves

Info

Publication number: DE3601939A1
Application number: DE19863601939
Authority: DE
Inventors: Christian Junge
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE3601939C2

Abstract

In order to measure the lead of a helical delay line for travelling-wave (progressive-field) tubes, it is proposed to insert a rod-shaped diffuser into the helical line and to fix the edge spacings of the helical line on the metal surface and on the diffuser surface with the aid of the different reflection values of polarised light.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Die Forderung, kleine Abstände mit größter Genauigkeit zu messen, tritt in immer stärkerem Maße auch in der Höchstfrequenztechnik auf. Insbesondere bei Laufzeit röhren, die im Frequenzbereich von einigen GHz betrie ben werden, bedeuten geringste Abweichungen von den Sollmaßen der Hochfrequenz-Laufzeitleitungen bereits nicht tragbare Fehler des Betriebsspannungsbereiches.The requirement of small distances with the greatest accuracy to measure, occurs increasingly in the High frequency technology on. Especially at runtime tubes operating in the frequency range of a few GHz are the slightest deviation from the Target dimensions of the high-frequency delay lines already unsustainable errors in the operating voltage range.

Eine bekannte Art der Verzögerungsleitung für Wander feldröhren ist die Wendelleitung, deren Abmessungen, insbesondere deren Ganghöhe, einen maßgebenen Einfluß auf das Frequenzverhalten der Verzögerungsleitung be sitzt. Bei Lauffeldröhren für den Frequenzbereich oberhalb von 10 GHz ist es daher notwendig, diese wendelförmigen Verzögerungsleitungen, die im allgemei nen aus einem Rund- oder Flachdraht aus Wolfram oder Molybdän bestehen, mit höchster Genauigkeit herzustel len, wozu es zunächst mal erforderlich ist, diese Verzögerungsleitungen zu bemessen, um bei evtl. Abwei chungen des Herstellungsverfahrens entsprechend korri gieren zu können.A well-known type of delay line for hiking field tubes is the spiral cable, its dimensions, especially their pitch, a significant influence be on the frequency response of the delay line sits. For runway tubes for the frequency range above 10 GHz it is therefore necessary to use this helical delay lines, which in general from a round or flat wire made of tungsten or Molybdenum exist to manufacture with the highest accuracy len, for which it is first of all necessary, this To dimension delay lines in order to corrections of the manufacturing process accordingly to be able to greed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren anzugeben, das einfach im Zuge einer Fertigungsstraße durchführbar ist, und das mit hoher Genauigkeit handhabbar ist.The present invention is based on the object to specify a measurement method that is simple in the course of a Production line is feasible, and with high Accuracy is manageable.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patent anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is accomplished by the in the hallmark of the patent Claim 1 specified features solved.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch geringste Fehlabweichungen mit hoher Genauig keit feststellbar sind und aus dieser Messung elektri sche Stellgrößen ableitbar sind, die ggf. direkt zur Durchführung von Korrekturen verwertbar sind. Es zeigte sich weiter, daß ein gemäß dem beschriebenen Verfahren aufgebauter Meßplatz äußerst störunanfällig ist und deshalb gut im Rahmen einer Fertigung einsetzbar ist.A major advantage of the invention is that even the slightest error with high accuracy speed can be determined and electrical from this measurement specific manipulated variables can be derived, which may be directly Implementation of corrections are usable. It showed further that a according to the method described built measuring station is extremely insusceptible to interference and can therefore be used well in the course of production.

Anhand der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausfüh rungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.Based on the examples shown in FIGS . 1 to 5, the invention is explained in more detail below.

Die Fig. F1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. FIG. F1 diagrammatically shows an embodiment of an apparatus for carrying out the described method.

Anhand der Fig. 2 bis 5 wird das Verfahren selbst näher erläütert.The method is even closer erläütert reference to FIGS. 2 to 5.

In der Fig. 1 ist ein Abschnitt einer aus einem Flach draht gewendelten Verzögerungsleitung 1 dargestellt, die für den Einbau in eine Wanderfeldröhre bestimmt ist. In Fig. 1, a section of a flat spiral wire delay line 1 is shown, which is intended for installation in a traveling wave tube.

Typische Daten für eine solche Verzögerungsleitung für eine Röhre im Bereich oberhalb 10 GHz sind z. B. ein effektiver Materialquerschnitt der Verzögerungs leitung von kleiner 1 mm², ein Wendeldurchmesser von kleiner 4 mm, eine Wendellänge von bis zu 50 cm und ein Steigungsgang von beispielsweise kleiner 1 mm. Der Steigungsgang kann entweder konstant oder vari abel oder mit lokalen Sprüngen versehen sein. Fehler des Steigungsganges sollen bereits im Bereich von Mikrometern feststellbar und ggf. korrigierbar sein.Typical data for such a delay line for a tube in the range above 10 GHz are e.g. B. an effective material cross-section of the delay line of less than 1 mm ² , a helix diameter of less than 4 mm, a helix length of up to 50 cm and a pitch of less than 1 mm, for example. The incline can either be constant or variable or be provided with local jumps. Gradient errors should be detectable in the range of micrometers and correctable if necessary.

Gemäß der Erfindung wird nun zur Messung der Wendel leitung 1 in dieser ein lichtstreuender Stab 2, insbesondere ein dielektrischer Stab wie ein Keramik stab, eingeschoben. Zur Messung der Ganghöhe der Wendelleitung ist es nun erforderlich, die Abstände zwischen den einzelnen Windungen der Wendelleitung festzustellen. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß jeweils die Abstände der Kanten des Wendeldrahtes gemessen werden. Um nun diese Abstände mit hoher Genauigkeit feststellen zu können, wird der Effekt ausgenutzt, daß polarisiertes Licht, insbeson dere linear polarisiertes Licht an metallischen Öberflächen anders reflektiert wird als an diffusen, vorzugszweise dielektrischen, insbesondere keramischen Oberflächen. Wird nun die Wendelleitung 1 mit dem eingesetzten Stab mit dem linear polarisier ten Licht bestrahlt, so kann durch entsprechende Einstellung eines Analysators, der an den Metallflä chen reflektierte polarisierte Lichtstrahl absorbiert werden, während der von der Keramikfläche reflektier te nunmehr diffus polarisierte Lichtstrahl zumindest teilweise hindurchgelassen wird. Dieser Übergangsbe reich der unterschiedlichen Reflexionen des polari sierten Lichtes bei Fortbewegung der Verzögerungs leitung läßt sich nun sehr genau detektieren und ermöglicht eine sehr genaue Messung der Lage der Kanten der Verzögerungsleitung. According to the invention, a light-scattering rod 2 , in particular a dielectric rod such as a ceramic rod, is now inserted into the spiral line 1 for measuring it. To measure the pitch of the helical line, it is now necessary to determine the distances between the individual turns of the helical line. This is done according to the invention in that the distances between the edges of the spiral wire are measured. In order to be able to determine these distances with high accuracy, the effect is exploited that polarized light, in particular linearly polarized light, is reflected differently on metallic surfaces than on diffuse, preferably dielectric, in particular ceramic surfaces. If the helical line 1 is now irradiated with the rod used with the linearly polarized light, it can be absorbed by appropriate adjustment of an analyzer which reflects the polarized light beam reflected on the metal surface, while the light beam which is now diffusely polarized and reflected by the ceramic surface can be at least partially transmitted becomes. This transition area of the different reflections of the polarized light as the delay line moves can now be detected very precisely and enables a very precise measurement of the position of the edges of the delay line.

In der Fig. 1 ist rein schematisch eine Lichtquelle 5, eine optische Behandlungsvorrichtung 6 und ein Polarisator 7 vorgesehen, mit deren Hilfe ein gebündelter linear polari sierter Lichtstrahl 8 auf die Oberfläche der Wendel 1 bzw. die Oberfläche des Diffusors 2 gerichtet wird. Der reflek tierte Strahl 9 wird beispielsweise, wie lediglich rein schematisch dargestellt, über eine Behandlungsvorrichtung 10, eine Blende 11 und einem als Analaysator wirkenden Polarisationsfilters 12 einem insbesondere als Photo-Multi plier 13 ausgebildeten Detektor zugeführt, der entsprechend der Intensität des auftreffenden Lichtes einen elektrischen Strom abgibt.In Fig. 1, a light source 5 , an optical treatment device 6 and a polarizer 7 is provided purely schematically, with the help of which a focused linear polarized light beam 8 is directed onto the surface of the coil 1 or the surface of the diffuser 2 . The reflected beam 9 is, for example, as shown purely schematically, via a treatment device 10 , an aperture 11 and a polarization filter 12 acting as an analyzer, a detector 13 designed in particular as a photo-multiplier 13 , which is an electrical according to the intensity of the incident light Emits electricity.

In der Fig. 2 ist nun nochmals die Wendelleitung 1 mit dem eingesetzten Diffusor 2 dargestellt. Die Ganghöhe ist mit g bezeichnet. Die Ganghöhe g soll beispielsweise knapp 1 mm betragen. Mit 3 ist die Meßebene dargestellt, die in Fig. 2 senkrecht auf der Zeichnungsebene steht. Es ist die Blende in der Zwischenbildebene, die beispielsweise einen Durch messer von 0,02 mm besteht.In FIG. 2, the spiral line 1 is now further illustrated with the inserted diffuser 2. The pitch is indicated by g . The pitch g should, for example, be just under 1 mm. 3 shows the measuring plane, which is perpendicular to the drawing plane in FIG. 2. It is the aperture in the intermediate image plane, which, for example, has a diameter of 0.02 mm.

Um den Meßvorgang durchführen zu können, werden zunächst in einer Vorbereitungsphase die beiden Intensitätsniveaus der reflektierten Strahlungen an der Wendeloberfläche bzw. an der Keramikoberfläche des Diffusors durch Bewegen eines Schlittens auf dem die Verzögerungsleitung mit dem Keramik stab befestigt ist, ermittelt und z. B. auf einer rechner gesteuerten Datenverarbeitungsstation registriert. Aufgrund dieser Größen wird ein Schwellwert s berechnet, der den Wendepunkt der Intensisätskurve annähert. Dieser Schwellwert hilft die Datenkante zu erkennen. Dieser Bereich ist in dem Diagramm der Fig. 3 mit 4 bezeichnet und beträgt beispiels weise weniger als 0,003 mm. In dem Diagramm der Fig. 3 ist der am Photo-Multiplier auftretende Strom I über dem Wendel ort s dargestellt, wobei der zeitliche Verlauf der darge stellten Kurve von Fig. 2 auf die Fig. 3 und 4 herunter projiziert ist.In order to be able to carry out the measurement process, the two intensity levels of the reflected radiation on the coil surface or on the ceramic surface of the diffuser are first determined in a preparation phase by moving a slide on which the delay line is attached to the ceramic rod, and z. B. registered on a computer-controlled data processing station. On the basis of these variables, a threshold value s is calculated which approximates the turning point of the intensity curve. This threshold value helps to recognize the data edge. This area is designated 4 in the diagram of FIG. 3 and is, for example, less than 0.003 mm. In the diagram of FIG. 3, the current I occurring at the photo multiplier is shown above the helix location s , the time profile of the curve shown in FIG. 2 being projected down onto FIGS . 3 and 4.

In der Fig. 4 ist die Geschwindigkeit V der Änderung der Intensität des von dem Photo-Mulitplier angegebenen Stromes über dem Wendelort s aufgetragen.In FIG. 4, the speed V is the change in the intensity of the current indicated by the photo-Mulitplier above the Wendelort applied s.

Wird nun die Messung zur Fertigungsüberwachung eingesetzt, oder ist die spezifische Ganggeometrie der Wendelleitung gegeben, so ist es zweckmäßig, gegenüber einer Schritt- für- Schritt-Messung eine Messung mit variabler Fortbewegungs geschwindigkeit der Wendel anzuwenden, die eine wesentliche Zeitersparnis bringt. Man beschränkt sich hierbei darauf, nur den jeweiligen Intensitätsverlauf am Kantenort genau zu bestimmen, wie dies z. B. in den Fig. 4 und 5 näher dargestellt ist. Ausgehend von dem ersten Kantenort wird der Schlitten mit der Wendelleitung mit erhöhter Geschwindig keit bis zu einem Ort transportiert, der z. B. bei 95% der Soll-Steigungshöhe liegt. Hier wird die Geschwindigkeit der Bewegung der Wendelleitung wieder vermindert und die Wendel leitung jetzt nur noch schrittweise vorgefahren, bis der nächste Kantenort erreicht ist. Dabei ist es, wie aus der Fig. 4 zu ersehen, zweckmäßig, jeweils immer nur aufeinan derfolgende Kantenorte zu messen, die in ihrer Intensitäts änderung gleichsinnig sind, also z. B. jeweils immer nur die Übergänge von Metall zu Keramik oder aber die Übergänge von Keramik zu Metall. Dieser Bewegungsablauf des Schlittens, auf dem die Verzögerungsleitung befestigt ist, wiederholt sich zyklisch entsprechend der Ganghöhe der Verzöge rungsleitung. Die Steuerung der Fortbewegung wird zweckmäßig so ausgelegt, daß eine Meßwertübergabe nur bei stehendem Schlitten erfolgt.If the measurement is now used for production monitoring, or if the specific thread geometry of the helical line is given, it is advisable to use a measurement with variable travel speed of the helix compared to a step-by-step measurement, which saves a considerable amount of time. One limits itself here to only exactly determine the respective intensity course at the edge location, as z. B. is shown in Figs. 4 and 5 in more detail. Starting from the first edge location, the slide is transported with the helical line with increased speed to a location which, for. B. is 95% of the target gradient. Here, the speed of the movement of the spiral line is reduced again and the spiral line is now only advanced step by step until the next edge location is reached. It is expedient, as can be seen from FIG. 4, to always measure only edge locations which follow one another and which have the same change in intensity, that is to say, for. B. always only the transitions from metal to ceramic or the transitions from ceramic to metal. This sequence of movements of the carriage on which the delay line is fastened is repeated cyclically in accordance with the pitch of the delay line. The control of the locomotion is expediently designed such that a measured value is only transferred when the carriage is stationary.

In der Fig. 5 ist der Übergangsbereich 4 auf der Abszisse auseinandergezogen dargestellt. Es ist dabei angegeben, daß in dem Meßbereich 4 etwa 3 bis 20 Meß schritte durchgeführt werden, wobei der Punkt 51 die Meßwerterfassung, der Punkt 52 die Kantenmeßwerter fassung und der Punkt 53 einen Einmalmeßwert, der kleiner als der Schwellwert ist, darstellt.In FIG. 5, the transition area 4 is shown pulled apart on the abscissa. It is indicated that approximately 3 to 20 measuring steps are carried out in the measuring range 4 , point 51 being the measured value acquisition, point 52 being the edge measured value acquisition and point 53 being a one-time measurement value which is smaller than the threshold value.

Die Beurteilung der Qualität der Wendelleitung kann nach Abschluß der Messung nach unterschiedlichen Kri terien durchgeführt werden, da ein Zugriff zu allen Meßwerten, die in einem Speicher gespeichert sind, vorhanden ist. Im Regelfall interessieren die Stei gungsabweichungen zu den Sollvorgaben. Es sind jedoch auch Analysen der Periodizität ohne weiteres möglich. Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung des beschrie benen Meßverfahrens die erzielte Meßabweichung selbst von extremen Bedingungen besser als ±2 µm.The assessment of the quality of the spiral cable can after completing the measurement according to different criteria teries are carried out as access to all Measured values that are stored in a memory is available. As a rule, the Stei are interested deviations from the target values. However, there are Periodicity analyzes are also easily possible. It has been shown that using the described benen measuring method, the measurement error itself of extreme conditions better than ± 2 µm.

Claims

1. A method for measuring the distance between successive openings of a metal hollow tube-like delay line for high-frequency waves, in particular the pitch of a helical delay line for turret tubes, characterized in that a light-scattering rod (diffuser) is inserted into the cavity of the delay line so that surface parts thereof by the Openings of the delay line can be optically scanned, that the delay line is irradiated with polarized light, that the reflected radiation of a limited measuring range of the surfaces of the delay line or of the diffuser is optoelectrically detected through an analyzer, the analyzer being set in such a way that that there is a difference between the radiation reflected on the delay line and that reflected on the diffuser, that the measuring range is moved relative to the surface of the delay line in the longitudinal direction of the same, and that from that occurring different reflection values determine the distance between the successive openings.

2. The method according to claim 1, characterized in net that the reflector let through the analyzer tated radiation using a photomultiplier is detected.

3. The method according to claim 1 or claim 2, because characterized in that a dielectri as a diffuser shear rod, in particular a ceramic rod used becomes.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that only one of the successive transitions metal diffuser or Diffuser metal to determine the distance of the Openings is evaluated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the width of the measuring range ches is chosen much smaller than that to measuring distance of the openings.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the locomotion of the Measuring range over the transit time line between the detecting transitions much faster follows as in the transition area to be detected chen.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the locomotion of the Measuring range over the runtime line in the detecting transition areas gradually follows.

8. The method according to claim 7, characterized in net that a measured value transfer only in the quietest step sections.