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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein zylindrische Resonatoren
und insbesondere Kopplungsmechanismen für TE011-Mode-Resonatoren.
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Beschreibung
des zugehörigen
Standes der Technik
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In
zahlreichen elektrischen Vorrichtungen, wie beispielsweise elektromagnetischen
Filtern, beispielsweise offenbart in "Vierkreis-UHF-Bandfilter YH AF1010", Pichler et al.,
Bauteile Report Siemens, vol (6), Nr. 6, 1. Dezember 1968, Seiten
200–201,
oder
US 4,028,651 A ,
werden Paare von Resonatoren zusammengekoppelt, um elektromagnetische
Energie von einem Resonator zu dem anderen Resonator zu führen. Momentan
werden mehrere unterschiedliche Mechanismen verwendet, um Resonatoren
zu koppeln. Bei einer Anordnung, die für zylindrische TE
011 und
TE
01δ-Mode-Resonatoren
verwendet wird, besitzt jeder der Resonatoren einen Schlitz in Längsrichtung,
der die innere Kavität
des Resonators einer äußeren Umgebung
freigibt. Die Resonatoren sind dicht zueinander angeordnet, wobei
die Schlitze ausgerichtet sind, um magnetische Felder innerhalb
der Resonatoren zu koppeln und damit die Kommunikation der elektromagnetischen
Energie zwischen den Resonatoren zu erleichtern.
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Bei
einer anderen Anordnung sind die Resonatoren über einen leitfähigen Faden
verbunden. Die Endbereiche des Fadens bilden Sonden, die sich in die
inneren Kavitäten
der Resonatoren erstrecken. Bei dieser Anordnung erzeugt das elektromagnetische
Feld in einem Resonator einen Strom im Faden, der seinerseits ein
elektromagnetisches Feld in dem anderen Resonator erzeugt.
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Bei
Kopplungsanordnungen, wie den zuvor beschriebenen, kann der Kopplungsmechanismus nach
dem Zusammenbau nicht mehr eingestellt werden. Das in dem zweiten
Resonator erzeugte elektromagnetische Feld kann bezüglich des
elektromagnetischen Feldes in dem ersten Resonator um einen vorgegebenen
Betrag außer
Phase sein, der durch die Eigenschaften des Kopplungsmechanismus
bestimmt ist. Dieser Phasenunterschied ist konstant unabhängig von
der Größe des elektromagnetischen Felds
in dem ersten Resonator. Zusätzlich
variiert die Größe des elektromagnetischen
Felds in dem zweiten Resonator nur durch Variieren der Größe des elektromagnetischen
Felds in dem ersten Resonator. Auf diese Weise wird der Betrieb
der gekoppelten Resonatoren eingestellt, wenn die Resonatoren miteinander
gekoppelt werden.
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Deshalb
gibt es ein Bedürfnis
nach einem verbesserten Kopplungsmechanismus für TE011 und TE01δ-Resonatoren,
der eine einstellbare Kopplung zwischen den Resonatoren bereitstellt
und der eine Einstellung der Größe und/oder
der Phase der elektromagnetischen Energie erlaubt, die von dem ersten Resonator
zu dem zweiten Resonator geht. Ein Bedürfnis existiert ebenfalls nach
verbesserten Kopplungsmechanismen, die zwei Resonatoren koppeln, die
Wellenleiter haben, um eine Steuerung der relativen Kopplung der
elektromagnetischen Energie bereitzustellen, die zwischen dem Wellenleiter
und den gekoppelten Resonatoren übertragen
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, ist
auf einen verbesserten Kopplungsmechanismus zum Koppeln eines ersten elektromagnetischen
Felds in einem ersten Resonator in ein zweites elektromagnetisches
Feld in einem zweiten Resonator gerichtet, wobei dadurch eine elektromagnetische
Verbindung erzeugt wird, um elektromagnetische Energie von dem ersten
Resonator zu dem zweiten Resonator zu führen. Der Kopplungsmechanismus
umfasst einen einstellbaren Koppler mit einem ersten Ende, das mit
dem ersten Resonator gekoppelt ist und einem zweiten Ende, das mit
dem zweiten Resonator gekoppelt ist. Der einstellbare Koppler ist
ausgelegt, um die elektromagnetische Verbindung aufrecht zu erhalten,
wenn der einstellbare Koppler sich zwischen einer ersten Position
und einer zweiten Position bewegt. Wenn der einstellbare Koppler
in der ersten Position ist, besitzt die elektromagnetische Energie,
die durch den Koppler gelangt, eine erste Größe und eine erste Phase. Wenn
der einstellbare Koppler in der zweiten Position ist, hat die elektromagnetische
Energie eine zweite Größe und eine
zweite Phase.
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Der
einstellbare Koppler umfasst ein Trägerelement, das sich zwischen
dem ersten und dem zweiten Ende des einstellbaren Kopplers erstreckt, wobei
eine leitfähige
Faser bzw. ein leitfähiger
Faden durch die Länge
des Trägerelements
hindurchläuft. Der
Faden erstreckt sich über
das erste und das zweite Ende des Trägerelements hinaus, um eine erste
und eine zweite Sonde in der Kavität bzw. dem Hohlraum des ersten
und des zweiten Resonators zu bilden. Der erste und der zweite Resonator
können äußere Schlgitze
aufweisen, wie zuvor beschrieben, wobei das Trägerelement und der Faden ausgelegt sind,
um innerhalb der Schlitze zwischen der ersten und der zweiten Position
zu gleiten. Sobald die gewünschte
Position erreicht ist, hält
ein Befestigungselement das Trägerelement
ortsfest. Bei einer alternativen Ausführungsform sind das Trägerelement und
der Faden drehbar um eine Achse, die durch das erste und das zweite
Ende des einstellbaren Kopplers definiert wird, und der einstellbare
Koppler bewegt sich zwischen der ersten und der zweiten Position
durch Drehen um die Achse. Das Trägerelement und der Faden könnten alternativ
um eine Achse drehen, die parallel zu den Längsachsen der Resonatoren ist.
Bei dieser Ausführungsform
besitzt die erste und die zweite Probe jeweils eine nicht-lineare
Form, so dass die Ausrichtung der Sonden mit Bezug auf die elektromagnetischen
Felder wechselt, wenn der einstellbare Koppler zwischen der ersten
und der zweiten Position gedreht wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der erste und der zweite Resonator
ein Hohlraumresonator, der jeweils eine Längsachse besitzt, eine innere
Kavität
bzw. einen inneren Hohlraum und einen äußeren Schlitz in der Nähe des ersten
und des zweiten Endes des einstellbaren Kopplers. Der einstellbare
Koppler ist ausgelegt, um zwischen der ersten und der zweiten Position
in einer Richtung parallel zu den Längsachsen der Resonatoren bewegt
zu werden. Wenn der einstellbare Koppler in die gewünschte Position
eingestellt ist, hält
ein Befestigungselement den einstellbaren Koppler fest an der Stelle.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
werden Einstellelemente, wie beispielsweise dielektrische Schrauben,
durch die äußeren Flächen der
Resonatoren eingeführt,
so dass sie an die Sonden anschlagen. Die Einstellbauteile sind
ausgelegt, um eine Ablenkung der Sonden zwischen der ersten und
der zweiten Position herbeizuführen.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann
aus der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform,
auf die sich die Zeichnungen beziehen, wobei eine kurze Beschreibung
der Zeichnungen nachfolgend gegeben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht von vorne von zwei zylindrischen TE011-Mode-Hohlraumresonatoren,
die mit einem einstellbaren dielektrischen Stab in einer ersten
Position gekoppelt sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht von vorne der zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen einstellbaren dielektrischen Stab in einer zweiten Position
gekoppelt sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Schnittansicht von vorne von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen einstellbaren leitfähigen
Faden in einer ersten Position gekoppelt sind, entsprechend der
vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Seitenschnittansicht, wobei der Schnitt längs der Linie 4-4 genommen
wurde, eines einstellbaren Kopplungsmechanismus mit leitfähigem Faden
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht von vorne von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die durch einen einstellbaren Faden in einer zweiten Position gekoppelt sind,
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform
des einstellbaren leitfähigen
Fadens von 4 in einer ersten Position;
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7 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform
des einstellbaren leitfähigen
Fadens von 4 in einer zweiten Position;
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8 ist
eine Schnittansicht von oben von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen drehbaren einstellbaren Faden in einer ersten Position gekoppelt
sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Schnittansicht von oben von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen drehbaren einstellbaren Faden in einer zweiten Position gekoppelt
sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine Schnittansicht von oben von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen alternativen drehbaren einstellbaren Faden in einer ersten
Position gekoppelt sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Schnittansicht von oben von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen alternativen drehbaren einstellbaren Faden in einer zweiten
Position gekoppelt sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine Schnittansicht von vorne von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen einstellbaren Faden in einer ersten Position gekoppelt sind,
entsprechend einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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13 ist
eine Schnittansicht von oben, die längs der Linie 13-13 genommen
wurde, von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen einstellbaren Faden gekoppelt sind, entsprechend einer alternativen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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14 ist
eine Schnittansicht von vorne von zwei TE011-Mode-Resonatoren,
die über
einen einstellbaren Faden gekoppelt sind, der in eine zweite Position
ausgelenkt ist, entsprechend einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
erste Ausführungsform
eines Kopplungsmechanismus 10 für zwei zylindrische TE011-Mode-Hohlraum-Resonatoren 12, 14 ist
in 1 und 2 gezeigt. Bezug nehmend auf
die 1 sind die Resonatoren 12, 14 Seite
an Seite in einem Gehäuse 16 angeordnet.
Die Resonatoren 12, 14 haben entsprechende Schlitze 18, 20 in
ihren äußeren Wänden, die
zu einem dielektrischen Stab 22 längs einer Linie zwischen den
Mittellinien 24, 26 der Resonatoren 12, 14 ausgerichtet
sind. Der dielektrische Stab 22 stellt die Grenzfrequenz
der Schlitze 18, 20 ein, indem er in paralleler
Richtung zu den Mittellinien 24, 26 der Resonatoren 12, 14 auf
und ab bewegt wird. Ein Paar von Schrauben 28, 29 ist
durch die Decke und den Boden des Gehäuses 16 hindurch eingeführt und
wirkt mit dem dielektrischen Stab 22 zusammen.
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Wenn
die Schrauben 28, 29 in passende Richtung gedreht
werden, bringen die Schrauben 28, 29 den dielektrischen
Stab 22 dazu, innerhalb der Schlitze 18, 20 nach
oben zwischen der ersten Position, die in 1 dargestellt
ist, und der zweiten Position, die in 2 dargestellt
ist, zu gleiten. Werden die Schrauben 28, 29 in
die andere Richtung gedreht, wird der dielektrische Stab 22 nach
unten aus der zweiten Position, die in 2 dargestellt
ist, in die erste Position, die in 1 dargestellt
ist, bewegt. Für
den Fachmann ist klar, dass die Doppelschraubenanordnung, die in 1 und 2 gezeigt
ist, durch eine einzelne Schraube ersetzt werden kann, wobei der dielektrische
Stab 22 an dem Ende angebracht ist, oder durch Einsatz
einer dielektrischen Schraube, die sich in dem Bereich zwischen
den Schlitzen 18, 20 hinein erstreckt. Diese Alternativen sind
von den Erfindern für
den Einsatz in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
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Die
Bewegung des dielektrischen Stabs 22 zwischen der ersten
und der zweiten Position ändert den
Betrag bzw. den Pegel und die Phase der elektromagnetischen Energie,
die zwischen den Resonatoren 12, 14 übertragen
wird. Die Größe des magnetischen
Felds in dem Resonator 12 ist größer an der zylindrischen Wand
im Längszentrum
des Resonators 12, und verringert sich nach oben und unten
des Resonators 12. Da der dielektrische Stab 22 sich
aus der ersten Position von 1 in Richtung
der zweiten Position von 2 bewegt, erhöht sich
der Abstand zwischen dem dielektrischen Stab 22 und der
Mitte der Resonatoren 12, 14. Folglich verringert
sich die Größe der elektromagnetischen
Energie, die zwischen den Resonatoren 12, 14 übertragen
wird. Zusätzlich
vergrößert die
vergrößerte Entfernung,
die die elektromagnetische Energie zwischen der Mitte des ersten
Resonators 12 und des zweiten Resonators 14 durchlaufen
muss, die Phasenverschiebung zwischen den elektromagnetischen Feldern
in den Resonatoren 12, 14.
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Die
diskutierten und hier gezeigten Kopplungsmechanismen können in
gleicher Weise eingesetzt werden, um ein Paar von zylindrischen
Hohlraumresonatoren zu koppeln, die dielektrische Pucks bzw. Scheiben
enthalten, die auch als TE01δ-Mode-Resonatoren bekannt sind. Die Wirkungen
der Benutzung dielektrischer Pucks in Hohlraumresonatoren zur Veränderung
der Impedanz der Resonatoren ist im Stand der Technik gut bekannt.
Deshalb wird der Einsatz der Kopplungsmechanismen, die hier beschrieben
sind, um TE01δ-Mode-Resonatoren zu
koppeln, für
den Fachmann bekannt sein und wird von den Erfindern in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung erwogen. Zusätzlich kann die Positionierung
der dielektrischen Buchs innerhalb der Resonatoren sowohl in Längs- als
auch in radialer Richtung eingestellt werden durch Verwendung dielektrischer Einstellschrauben,
und dies wird ebenfalls von den Erfindern in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen.
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3–5 zeigen
eine zweite Ausführungsform
eines Kopplungsmechanismus 30 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
diskutiert, wird ein Paar von Resonatoren 12, 14 Seite
an Seite innerhalb eines Gehäuses 16 platziert,
wobei entsprechende Schlitze 18, 20 in den äußeren Flächen der
Resonatoren 12, 14 vorgesehen sind. Bei dieser
Ausführungsform
wird der dielektrische Stab 22 des Kopplungsmechanismus 10 ersetzt
durch ein Trägerelement 32 und
einen leitfähigen
Faden 34, der aus einem hochleitfähigen Material, wie beispielsweise
Silber oder Kupfer, hergestellt ist. Der Faden 34 läuft durch
die Länge
des Trägerelements 32 hindurch und
erstreckt sich über
das Trägerelement 32 hinaus durch
die Schlitze 18, 20, um Sonden 36, 38 innerhalb
der Hohlräume
der Resonatoren 12 bzw. 14 zu bilden. Das Trägerelement 32 steht
in Eingriff mit der Schraube 28, um das Gleiten des Trägerelements 32 und
des Fadens 34 innerhalb der Schlitze 18, 20 zu erleichtern,
wie in 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind das Trägerelement 32 und
die Schrauben 28, 29 entweder aus Metall oder
sind aus einem dielektrischen Kunststoff, wie beispielsweise Ultem®,
hergestellt.
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Durch
Drehen der Schrauben 28, 29 in eine Richtung gleiten
das Trägerelement 32 und
der Faden 34 aus der ersten Position, die in 3 gezeigt ist,
in die zweite Position, die in 5 gezeigt
ist. Das Drehen der Schrauben 28, 29 in entgegengesetzte Richtung
wird dann das Trägerelement 32 des
Fadens 34 aus der zweiten Position, die in 5 gezeigt
ist, in die erste Position, die in 3 gezeigt
ist, bewegen. Eine Bewegung des Trägerelements 32 und
des Fadens 34 auf diese Art und Weise wird einen gleichen
Effekt auf den Betrag und die Phase der elektromagnetischen Energie
haben, die zwischen den Resonatoren 12, 14 wandert,
wie zuvor in Bezug auf den dielektrischen Stab des Kopplungsmechanismus 10 beschrieben.
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6 und 7 zeigen
eine alternative Ausführungsform
des Kopplungsmechanismus 30, bei dem die Schraube 28 als
eine Einstellschraube funktioniert, die festgezogen wird, um mit
dem Trägerelement 32 zusammenzuwirken,
wenn das Trägerelement 32 und
der Faden 34 manuell in die gewünschte Position bewegt sind.
Anfänglich
hält die
Schraube 28 das Trägerelement 32 in
der ersten Position, die in 6 gezeigt
ist. Die Schraube 28 wird dann gelöst, um das Trägerelement 32 für eine Gleitbewegung des
Fadens 34 in den Schlitzen 18 und 20 freizugeben.
Das Trägerelement 32 wird
dann in eine zweite Position bewegt, wie in 7 gezeigt,
indem eine obere Wand des Gehäuses
(nicht gezeigt) entfernt wird und das Trägerelement 32 manuell
verschoben wird. Die Schraube 28 wird dann wieder festgezogen, um
mit dem Trägerelement 32 zusammenzuwirken und
dadurch dieses in der zweiten Position zu halten.
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8 und 9 zeigen
eine andere Ausführungsform
des Kopplungsmechanismus 40 entsprechend der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist das Trägerelement 32 zylindrisch ausgeformt
mit einer Rotationsachse, die um die Punkte geht, wo die Sonden 36, 38 in
die Resonatoren 12 bzw. 14 gelangen. Die Sonden 36, 38 haben eine
nicht-lineare Form, wobei die Enden der Sonden 36, 38 versetzt
zu der Rotationsachse 42 des Trägerelements 32 sind.
Die Schraube 28 wirkt als Einstellschraube, die festgezogen
wird, um das Trägerelement 32 bewahrend
zu halten, nachdem das Trägerelement 32 in
die gewünschte
Position gedreht ist. Um die Einstellung der Position des Trägerelements 32 und
des Fadens 34 einzustellen, wird die Schraube 28 gelöst, um das
Trägerelement 32 aus
einer ersten Position, die in 8 gezeigt
ist, in eine zweite Position, die in 9 gezeigt
ist, zu drehen, wobei es hier als eine relative Drehung von etwa
90° von
der ersten in die zweite Position gezeigt ist. Sobald die gewünschte Position
erreicht ist, wird die Schraube 28 wieder festgezogen,
um mit dem Trägerelement 32 haltend
zusammenzuwirken und eine weitere Drehung zu verhindern.
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Bei
dem in 10 und 11 gezeigten Kopplungsmechanismus 44 ist
das dielektrische Trägerelement 32 zylindrisch
ausgebildet mit einer Rotationsachse 46, die parallel zu
den Mittellinien 24, 26 der Resonatoren 12 bzw. 14 ausgerichtet
sind und längs
einer Linie zwischen den Mittellinien 24, 26 liegt.
Eine Einstellschraube (nicht gezeigt) gelangt entweder durch die
Decke oder den Boden des Gehäuses 16 und
wirkt mit dem Trägerelement 32 zusammen,
um das Trägerelement 32 an
einem festen Rotationspunkt um die Achse 46 zu halten.
Die Sonden 36, 38 haben eine nicht-lineare Form
und gelangen über
Schlitze in die Resonatoren 12, 14, wobei die
Schlitze rechtwinklig zu der Achse 46 und den Mittellinien 24, 26 ausgerichtet
sind.
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Um
die Position des Trägerelements 32 und des
Fadens 34 einzustellen, wird die Einstellschraube 28 gelöst, um eine
Drehung des Trägerelements 32 aus
einer ersten Position, die in 10 gezeigt
ist, in eine zweite Position, die in 11 gezeigt
ist, zu ermöglichen.
Sobald die gewünschte
Position erreicht ist, wird die Schraube 28 wieder festgezogen, um
mit dem Trägerelement 32 haltend
zusammenzuwirken, um eine weitere Drehung zu verhindern.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
eines Kopplungsmechanismus 50 entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist in 12–14 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform
sind die zylindrischen Hohlraumresonatoren 12, 14 über den
Faden 34 gekoppelt, der von dem Trägerelement 32 umgeben
ist. Die Sonden 36, 38 gelangen in die Resonatoren 12 bzw. 14 entlang
nicht-diametraler Linien, wie in 13 gezeigt.
Dielektrische Schrauben 52, 54 werden durch das
Gehäuse 16 und
in die Resonatoren 12 bzw. 14 eingeführt und
schlagen an den Sonden 36, 38 an. Durch Drehen
der dielektrischen Schrauben 52, 54 in eine Richtung
lenken die dielektrischen Schrauben 52, 54 die
Sonden 36, 38 aus der ersten Position, wie in 12 gezeigt,
in eine zweite ausgelenkte Position, wie in 14 gezeigt,
ab. Durch Drehen der dielektrischen Schrauben 52, 54 in
die entgegengesetzte Richtung werden die Sonden 36, 38 aus
der zweiten Position von 14 in
die Anfangsposition, die in 12 gezeigt
ist, zurückgedreht.
Wie mit Bezug auf die vorhergehenden Ausführungsformen diskutiert, kann
durch Variieren des Abstands zwischen den Sonden 36, 38 und
den Mitten der Resonatoren 12, 14 auf diese Art
und Weise der Betrag der elektromagnetischen Energie, die zwischen
den Resonatoren 12, 14 übertragen wird, eingestellt
werden, um einen gewünschten
Wert zu erreichen.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Beispiele beschrieben
wurde, die nur als erläuternd
und nicht die Erfindung beschränkend
anzusehen sind, ist es für
den Fachmann klar, dass Änderungen,
Zusätze
und/oder Weglassungen bei der offenbarten Ausführungsform vorgenommen werden
können,
ohne den Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen.