DE4029410A1 - Cavity resonator with temp. compensation - using bimetallic plate with higher heat expansion coefft. metal lying on outside - Google Patents
Cavity resonator with temp. compensation - using bimetallic plate with higher heat expansion coefft. metal lying on outsideInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Topfkreis mit Temperaturkompensation oder einen belasteten Hohlraumresonator mit Temperaturkompensation für die Mikrowellentechnik.The invention relates to a pot circle Temperature compensation or a loaded cavity resonator with temperature compensation for microwave technology.
Zum Stand der Technik werden folgende Veröffentlichungen genannt:The following publications become state of the art called:
-
1) Meinke, Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik.
3. Auflage, 1968, Springer-Verlag, Berlin, Seite 457 bis 484.1) Meinke, Gundlach: paperback of radio frequency technology.
3rd edition, 1968, Springer-Verlag, Berlin, pages 457 to 484. - 2) Kanadische Patentschrift 11 52 169.2) Canadian Patent 11 52 169.
Auf der Seite 460 von (1) sind sowohl Unterschiede als auch Gemeinsamkeiten von Topfkreisen und belasteten Holraumresonatoren aufgeführt. Topfkreise sind gegenüber ihrem Durchmesser verhältnismäßig lang. Bei Hohlraumresonatoren ist es umgekehrt. Bei beiden ist gemeinsam, daß ein Belastungsstempel in den Innenraum hineinragt und daß die Kapazität zwischen der Stirnfläche des Belastungsstempels und der der Stirnfläche gegenüberliegenden Wand als Belastungskapazität wirkt. Anstelle des Ausdruckes "Belastungsstempel" ist bei Topfkreisen auch der Ausdruck "Innenleiter" gebräuchlich. On page 460 of (1) there are both differences as well Similarities between pot circles and burdened Cavity resonators listed. Pot circles are opposite theirs Diameter relatively long. With cavity resonators it the other way around. Both have in common that one Load stamp protrudes into the interior and that the Capacity between the face of the load stamp and the wall opposite the end face as Load capacity works. Instead of the expression "Loading stamp" is also the expression for pot circles "Inner conductor" in use.
Auf der Seite 468 von (1) ist die Notwendigkeit einer Temperaturkompensation behandelt, wenn ein solcher Hohlraumresonator aus Metall gefertigt ist und seine Resonanzfrequenz unabhängig von der Temperatur sein soll. Dort sind auch zwei Lösungen angegeben. Die erste Lösung besteht darin, daß der ganze Hohlraumresonator aus einem Metall mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient besteht. Die zweite Lösung setzt einen Hohlraumresonator mit einer Abstimmeinrichtung voraus und besteht darin, daß der Antrieb für diese Abstimmeinrichtung mit einer Temperaturkompensation ausgestattet ist. Die erste Lösung bewirkt keine vollständige Kompensation. Die zweite Lösung ist nur anwendbar, wenn ohnehin ein Abstimmungsantrieb vorgesehen ist.On page 468 of (1) the need is one Temperature compensation treated if such Cavity resonator is made of metal and its Resonance frequency should be independent of the temperature. There two solutions are also given. The first solution is in that the whole cavity made of metal with low coefficient of thermal expansion exists. The second Solution puts a cavity resonator with one Tuner ahead and is that the drive for this tuning device with temperature compensation Is provided. The first solution is not a complete one Compensation. The second solution is only applicable if a tuning drive is provided anyway.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Topfkreis oder belasteten Hohlraumresonator mit Temperaturkompensation anzugeben.The invention has for its object a pot circle or loaded cavity resonator with temperature compensation specify.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by the teaching according to claim 1 solved. The sub-claims teach advantageous Training.
Aus (2) ist ein Hohlraumresonator bekannt, bei dem eine Wand ganz als Bimetallplatte ausgebildet ist. Jedoch handelt es sich um einen unbelasteten Hohlraumresonator, also um einen Hohlraumresonator ohne Belastungsstempel. Außerdem befindet sich das Metall mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten innen. Daß dies so sein muß, ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Die gewünschte Konstanz der Resonanzfrequenz wird dadurch erreicht, daß das Volumen des Hohlraumresonators konstant gehalten wird. Da sich der Hohlraumresonator bei Erwärmung ausdehnt, läßt sich die Konstanz des Volumens nur erreichen, wenn sich eine Wand bei Erwärmung nach innen wölbt. Dies ergibt sich aus der Fig. 9B in Verbindung mit der Fig. 1. Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß sich die Schicht 6 innen befindet. Aus der Fig. 9B ergibt sich bei Temperaturerhöhung eine Wölbung in Richtung der Schicht 6, also lt. Fig. 1 nach innen. Eine Wölbung gemäß der Fig. 9B setzt voraus, daß die Schicht 6 den größeren Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist.A cavity resonator is known from (2), in which one wall is designed entirely as a bimetallic plate. However, it is an unloaded cavity resonator, i.e. a cavity resonator without a load stamp. In addition, the metal with the greater coefficient of thermal expansion is inside. That this has to be the case arises from the following considerations: The desired constancy of the resonance frequency is achieved in that the volume of the cavity resonator is kept constant. Since the cavity resonates when heated, the volume can only be constant if a wall bulges inward when heated. This results from FIG. 9B in connection with FIG. 1. From FIG. 1 it follows that the layer 6 is located on the inside. FIG. 9B results in a curvature in the direction of layer 6 when the temperature rises, that is to say inward according to FIG. 1. A curvature according to FIG. 9B presupposes that the layer 6 has the greater coefficient of thermal expansion.
Die Erfindung wird anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Figuren zeigen:The invention is illustrated by means of figures Described embodiments. The figures show:
Fig. 1 ein Hohlraumresonator mit rundem Querschnitt Fig. 1 is a cavity resonator with a round cross section
Fig. 2 ein Hohlraumresonator mit quadratischem Querschnitt Fig. 2 is a cavity resonator with a square cross section
Fig. 3 ein zylindrischer Topfkreis. Fig. 3 is a cylindrical cup circle.
Anhand der Fig. 4a, 4b, 5a und 5b wird die Funktion erklärt.The function is explained on the basis of FIGS. 4a, 4b, 5a and 5b.
Es wird zunächst die Fig. 1 beschrieben. In ihr ist der
Hohlraumresonator im Längsschnitt und in einer Ansicht
dargestellt. Es bedeuten:
W1 eine erste Wand,
W2 eine zweite Wand,
M ein Mantel,
BSt ein Belastungsstempel,
S eine Scheibe. Figs. 1 will be described first. In it the cavity resonator is shown in longitudinal section and in a view. It means:
W 1 a first wall,
W 2 a second wall,
My coat,
BSt a debit stamp,
S a disc.
Die erste Wand W1, die zweite Wand W2 und der Mantel M bilden den Hohlraumresonator. An der ersten Wand W1 ist innen vorzugsweise in der Mitte der Belastungsstempel BSt mit seiner ersten Stirnfläche angebracht. Seine zweite, freie Stirnfläche befindet sich in einem bestimmten Abstand zur zweiten Wand W2. Dieser Abstand ist so bemessen, daß sich die gewünschte kapazitive Belastung ergibt. Die beiden Wände W1 und W2, der Mantel M und der Belastungsstempel BSt sind aus Metall hergestellt. Um eine geringe Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Temperatur zu erreichen, bevorzugt man ein Metall mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient, z. B. Invar.The first wall W 1 , the second wall W 2 and the jacket M form the cavity resonator. On the first wall W 1 , the load stamp BSt with its first end face is preferably attached in the middle. Its second, free end face is at a certain distance from the second wall W 2 . This distance is dimensioned so that the desired capacitive load results. The two walls W 1 and W 2 , the jacket M and the load stamp BSt are made of metal. In order to achieve a low dependence of the resonance frequency on the temperature, a metal with a low coefficient of thermal expansion, e.g. B. Invar.
An der zweiten Wand W2 ist außen durch eine stoff- oder formschlüssige Verbindung die Scheibe S angebracht. Sie besteht aus einem Metall mit einem gegenüber dem der zweiten Wand W2 größeren Wärmeausdehnungskoeffizient, und sie ist gegenüber der freien Stirnfläche des Belastungsstempels BSt angebracht. Als stoffschlüssige Verbindung wird das Löten bevorzugt. Durch die feste Verbindung der Scheibe S mit der zweiten Wand W2 und der Verwendung von Metallen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist die zweite Wand W2 im Bereich der Scheibe S als Bimetallplatte ausgebildet. Da die Scheibe S kleiner ist als die zweite Wand W2, liegt hier der Fall vor, daß die zweite Wand W2 nur teilweise als Bimetallplatte ausgebildet ist. Die Scheibe S ist hier rund gezeichnet. Sie kann aber auch eckig ausgeführt sein. Die Scheibe S ist hier gleich dick wie die zweite Wand W2 gezeichnet. Sie kann jedoch dicker oder dünner ausgeführt sein, wobei ein Bereich vom 0,2fachen bis zum 5fachen der Wanddicke infrage kommt.The pane S is attached to the outside of the second wall W 2 by a material or positive connection. It consists of a metal with a larger than the second wall W 2 coefficient of thermal expansion, and it is attached to the free end face of the load ram BSt. Soldering is preferred as the integral connection. Due to the fixed connection of the pane S to the second wall W 2 and the use of metals with different coefficients of thermal expansion, the second wall W 2 is formed in the area of the pane S as a bimetallic plate. Since the disk S is smaller than the second wall W 2 , the case here is that the second wall W 2 is only partially designed as a bimetallic plate. The disk S is drawn round here. But it can also be designed angular. The disk S is drawn here as thick as the second wall W 2 . However, it can be made thicker or thinner, with a range from 0.2 times to 5 times the wall thickness being possible.
Nicht dargestellt sind Mittel zum Ein- und Auskoppeln der Hochfrequenzleistung.Means for coupling in and out are not shown High frequency power.
Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 nur dadurch, daß der Hohlraumresonator einen quadratischen Querschnitt aufweist. Dementsprechend sind die erste und die zweite Wand quadratisch ausgebildet. Die übrigen Ausführungen gelten hier sinngemäß.The Fig. 2 only in that the cavity resonator has a square cross-section is different from FIG. 1. Accordingly, the first and second walls are square. The other statements apply here analogously.
In der Fig. 3 ist ein zylindrischer Topfkreis dargestellt. mit IL ist sein Innenleiter, mit AL sein Außenleiter bezeichnet. Im übrigen gelten die Ausführungen zur Fig. 1 auch hier sinngemäß, wobei sich der Belastungsstempel BSt und der Innenleiter in ihrer Wirkung einander entsprechen.In FIG. 3, a cylindrical cavity resonator is shown. IL is its inner conductor, AL is its outer conductor. Otherwise, the explanations for FIG. 1 also apply here analogously, with the load stamp BSt and the inner conductor corresponding in their effect to one another.
Die Wirkung der als Bimetallplatte ausgebildeten zweiten Wand W2 wird anhand der Fig. 4a und 4b erläutert. Diese Erläuterung gilt sinngemäß für alle in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen. In der Fig. 4a ist der Zustand bei üblichen Raumtemperaturen dargestellt. In der Fig. 4b ist der Zustand nach Erwärmung dargestellt. Die Erwärmung kann sich dadurch ergeben, daß der Hohlraumresonator bzw. der Topfkreis einer hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt wird. Die Erwärmung kann sich aber auch dadurch ergeben, daß der Hohlraumresonator oder der Topfkreis mit einer hohen Hochfrequenzleistung betrieben wird, wobei die dabei auftretende Verlustleistung eine Eigenerwärmung bewirkt.The effect of the second wall W 2 designed as a bimetallic plate is explained with reference to FIGS. 4a and 4b. This explanation applies analogously to all of the embodiments shown in FIGS. 1 to 3. In Fig. 4a shows the state at normal room temperatures. In FIG. 4b shows the state after heating. The heating can result from the fact that the cavity resonator or the pot circle is exposed to a high ambient temperature. However, the heating can also result from the fact that the cavity resonator or the pot circuit is operated with a high radio-frequency power, the power loss occurring thereby causing self-heating.
Bei Raumtemperatur ist, wie in der Fig. 4a dargestellt, die Wand W2 und die Scheibe S eben. Zwischen der Wand W2 und dem Belastungsstempel besteht eine bestimmte Kapazität, die als Belastungskapazität wirkt. Sie ist so bemessen, daß der Hohlraumresonator die gewünschte Resonanzfrequenz aufweist.At room temperature, as shown in FIG. 4a, the wall W 2 and the pane S are flat. There is a certain capacity between the wall W 2 and the load stamp, which acts as a load capacity. It is dimensioned so that the cavity resonator has the desired resonance frequency.
Bei Erwärmung dehnt sich der ganze Hohlraumresonator aus, was ohne eine Kompensation eine Verringerung der Resonanzfrequenz zur Folge hat. Diese Ausdehnung kommt in der Fig. 4b nicht zum Ausdruck. Außerdem dehnt sich die Scheibe S stärker aus als die Wand W2, was zu der in der Fig. 4b übertrieben stark dargestellten Wölbung nach außen führt. Durch die Wölbung verringert sich die Kapazität zwischen dem Belastungsstempel BSt und der Wand W2, was im Sinne einer Erhöhung der Resonanzfrequenz wirkt. Durch geeignete Bemessung der Scheibe und Wahl eines Metalls mit einem passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten läßt sich erreichen, daß die durch die Wölbung verursachte Erhöhung der Resonanzfrequenz die durch die Ausdehnung des ganzen Hohlraumresonators bewirkte Verringerung der Resonanzfrequenz gerade aufhebt, d. h., bei Temperaturänderung bleibt in erwünschter Weise die Resonanzfrequenz konstant. Die zuvor erwähnte geeignete Bemessung der Scheibe zur Erzielung der gewünschten Kompensation bezieht sich auf ihren Durchmesser bei einer runden Scheibe bzw. auf ihre Kantenlänge bei einer eckigen Scheibe sowie auf ihre Dicke im Verhältnis zur Dicke der Wand. Je größer der Durchmesser bzw. die Kantenlänge gewählt wird, um so größer ist die Wölbung und damit auch die Erhöhung der Resonanzfrequenz. Hinsichtlich der Dicke gilt folgendes: Wenn man für die Scheibe und die Wand Metalle mit gleichem Elastizitätsmodul verwendet, so erreicht man die größtmögliche Wölbung bei gleicher Dicke von Scheibe und Wand. Bei unterschiedlichen Elastizitätsmodulen gibt man jedoch dem Teil mit dem kleineren Elastizitätsmodul die größere Dicke.When heated, the entire cavity resonates, which results in a reduction in the resonance frequency without compensation. This expansion is not shown in FIG. 4b. In addition, the disk S expands more than the wall W 2 , which leads to the bulge shown exaggeratedly in FIG. 4b to the outside. The curvature reduces the capacitance between the load stamp BSt and the wall W 2 , which acts in the sense of increasing the resonance frequency. By appropriately dimensioning the disk and choosing a metal with a suitable coefficient of thermal expansion, it can be achieved that the increase in the resonance frequency caused by the curvature just cancels the reduction in the resonance frequency caused by the expansion of the entire cavity resonator, that is to say that the resonance frequency remains in the desired manner when the temperature changes constant. The aforementioned suitable dimensioning of the pane to achieve the desired compensation relates to its diameter in the case of a round pane or to its edge length in the case of a square pane and to its thickness in relation to the thickness of the wall. The larger the diameter or the edge length is chosen, the greater the curvature and thus the increase in the resonance frequency. The following applies with regard to the thickness: If metals with the same modulus of elasticity are used for the pane and the wall, the greatest possible curvature is achieved with the same thickness of the pane and wall. With different moduli of elasticity, however, the part with the smaller modulus of elasticity is given the greater thickness.
In den Fig. 5a und 5b sind die Zustände dargestellt, die sich bei einer aufgelöteten Scheibe ergeben. Die Scheibe und die Wand werden üblicherweise aus bei Raumtemperatur ebenen Blechen ausgeschnitten, d. h., beide Teile sind zunächst eben. Sie sind auch noch eben, wenn beide aufeinandergelegt und mit dem zwischen ihnen aufgebrachten Lot bis über die Schmelztemperatur des Lotes erwärmt wurden, weil sich beide Teile noch unabhängig voneinander ausdehnen können. Sie sind auch dann noch eben, wenn beim darauffolgenden Abkühlen die Erstarrungstemperatur des Lotes erreicht wird. Beim weiteren Abkühlen bis auf Raumtemperatur können sich aber die Scheibe und die Wand nicht mehr unabhängig voneinander zusammenziehen, und es kommt wegen des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten der Scheibe zu der in der Fig. 5a übertrieben groß dargestellten Wölbung nach innen. Auch hier ist der Abstand zwischen dem Belastungsstempel BSt und der Wand W2 so bemessen, daß sich die gewünschte Resonanzfrequenz ergibt. In FIGS. 5a and 5b, the states are represented, resulting in a soldered washer. The pane and the wall are usually cut out of sheet metal that is flat at room temperature, ie both parts are initially flat. They are also level when both have been placed on top of one another and heated with the solder applied between them to above the melting temperature of the solder, because the two parts can still expand independently of one another. They are even even when the solidification temperature of the solder is reached during the subsequent cooling. Upon further cooling down to room temperature, however, the pane and the wall can no longer contract independently of one another, and because of the higher coefficient of thermal expansion of the pane, the curvature shown excessively large in FIG. 5a occurs inwards. Here, too, the distance between the load ram BSt and the wall W 2 is dimensioned such that the desired resonance frequency results.
Bei einer Erwärmung geht, wie in der Fig. 5b dargestellt ist, die Wölbung zurück, und die Kapazität zwischen dem Belastungsstempel BSt und der Wand verringert sich. Es tritt also auch hier die schon im Zusammenhang mit den Fig. 4a und 4b beschriebene resonanzfrequenzerhöhende Wirkung ein. Die Ausführungen zu den Fig. 4a und 4b gelten also hier sinngemäß.When heated, as shown in FIG. 5b, the curvature decreases and the capacitance between the load ram BSt and the wall decreases. The resonance frequency-increasing effect already described in connection with FIGS. 4a and 4b also occurs here. The discussion of FIGS. 4a and 4b therefore apply in this case.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19904029410 DE4029410A1 (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Cavity resonator with temp. compensation - using bimetallic plate with higher heat expansion coefft. metal lying on outside |
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Publications (1)
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DE4029410A1 true DE4029410A1 (en) | 1992-03-19 |
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ID=6414389
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DE19904029410 Withdrawn DE4029410A1 (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Cavity resonator with temp. compensation - using bimetallic plate with higher heat expansion coefft. metal lying on outside |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4029410A1 (en) |
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