DE884974C

DE884974C - Schwingungshohlkoerper

Info

Publication number: DE884974C
Application number: DEN2351D
Authority: DE
Inventors: Karel Frederik Dr Niessen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1942-03-26
Filing date: 1943-03-24
Publication date: 1953-07-30
Also published as: GB613479A; NL62745C; FR892829A; US2528387A; CH238601A; BE449834A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schwingungshöhle, deren Abmessungen temperaturabhängig sind, und auf eine Einrichtung für Ultrakurzwellen, z. B. eine Radiosendeanlage mit einer S solchen Schwingungshöhle.

Unter einer Schwingungshöhle ist im folgenden ein als Hohlraumresonator ausgebildeter Schwingungskreis für Ultrakurzwellen zu verstehen, in dem eine konzentrierte Selbstinduktion und Kapazität fehlen und dessen Abmessungen also von der Größenordnung der Wellenlänge der Grundfrequenz (kleinste Eigenfrequenz) sind. Diese Schwingungshöhlen gehören, wie z. B. in Philips Technische Rundschau, Juli 1941, S. 222 und 223, näher aus-

einandergesetzt worden ist, den nicht quasistationären Systemen an, _n

Die Wände einer solchen Schwingungshöhle bilden einen im Wesen allseitig geschlossenen Körper, der beispielsweise die Form eines Zylinders, eines Parallelepipeds oder einer Kugel aufweist und aus einem den elektrischen Strom besonders gut leitenden Metall, wie z. B. Kupfer, hergestellt ist.

Bei Temperaturänderungen des Schwingungshöhlenkörpers, die sowohl durch Änderungen der Umgebungstemperatur als auch durch in der Schwingungshöhle auftretende Verluste entstehen können, unterliegen 'die Abmessungen des Schwingungshöhlenkörpers Änderungen, was eine Änderung der Eigenfrequenzen der Schwingungshöhle mit sich bringt.

Die Erfindung bezweckt, Mittel zur Beschränkung bzw. Vermeidung der bei Temperaturände-

rungen auftretenden Frequenzänderungen einer solchen Schwingungshöhle zu schaffen.

Nach, der Erfindung wird zu diesem Zweck der Schwingungshöhlenkörper deformierbar ausgebildet, und es werden Mittel vorgesehen, die eine bei Temperaturänderung eintretende Abmessungsänderung des Schwingungshohlkörpers örtlich beschränken oder verhüten, was sinngemäß mit- sich bringt, daß die bei der gleichen Temperaturänderung auftretende Abmessungsänderung anderswo vergrößert wird; wenn, aber die Stelle, an der diese letztgenannte Abmessungsänderung eintritt, geeignet gewählt wird, nämlich dort, wo eine entsprechende Abmessungsänderung eine geringere oder sogar entgegengesetzte Frequenzänderung wie eine entsprechende Abmessungsänderung an der erstgenannten Stelle verursacht, so wird die Frequenzänderung bei Temperaturänderungen wenigstens teilweise ausgeglichen, oder es ist sogar eine Überkompensation erzielbar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei den auf die übliche Weise gebildeten, Schwingungshöhlen die Einflüsse entsprechender Abmessungsänderungen auf die Frequenzänderungen derart stark von der Stelle, wo diese auftreten, abhängig sind, daß ein wenigstens teilweises Übertragen oder Verlegen der an einer Stelle auftretenden Abmessungsänderungen nach einer anderen Stelle, was auf einfache Weise durch Verwendung eines deformierbaren Schwingungshohlkörpers erzielbar ist, den Frequenzgang zu beschränken vermag. Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In den

Fig. ι und 3 sind zwei Ausführungsformen einer kugeligen Schwingungshöhle nach der Erfindung dargestellt;

Fig. 2 ist ein Schnitt der Schwingungshöhle nach Fig. i, während die

Fig. 4 und 5 eine zylindrische bzw. parallelepipedförmige Schwingungshöhle nach der Erfindung darstellen.

In Fig. ι ist mit 1 eine kugelige Schwingungshöhle bezeichnet, die z. B. aus zwei je halbkugeligen Kupferschalen; zusammengesetzt ist. Diese Schwingungshöhle sei derart erregt, z. B. mittels eines nicht dargestellten, durch eine Aussparung in der Wand in. das Innere der Schwingungshöhle eingeführten schleifenförmigen Leiters, daß· das in der Schwingungshöhle entstehende elektrische Kraftlinienfeld, in einem Schnitt in der Zeichnungsebene gesehen, das in Fig. 2 bei 2 gestrichtelt dargestellte Bild aufweist. Das elektrische Kraftlinienfeld hat eine Symmetrieachse oder eine elektrische Achse 3, die mit der- geometrischen Achse Z des Kugelkörpers 1 zusammenfällt. Der dieser geometrischen Achse zugeordnete geometrische Äquator 4 fällt mit dem bei der erwähnten Erregung auftretenden elektrischen Äquator der Schwingungshöhle zusammen.

Bei einer Temperaturerhöhung wird sich der Kugelkörper, falls ganz frei aufgestellt gedacht, entsprechend dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Wandmaterials ausdehnen und der Schnitt der Kugel größer werden, wie in Fig. 2 bei 5 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Es sei in dieser Beziehung bemerkt, daß die auftretende Vergrößerung der Schwingungshöhle in dieser und anderen Figuren deutlichkeitshalber unverhältnismäßig groß dargestellt ist.

Infolge der Temperaturerhöhung tritt eine bestimmte Änderung der Eigenfrequenzen der Schwingungshöhle auf, was bei einer kugeligen Schwingungshöhle im wesentlichen der Änderung der Abmessung des Kugelkörpers in Richtung der mit der Z-Achse zusammenfallenden elektrischen Achse 3 zuzuschreiben ist. Die entsprechende Änderung der Abmessung des Kugelkörpers in Richtung der X-Achse oder die Vergrößerung des Umf anges des elektrischen Äquators hat eine im absoluten Wert beträchtlich geringere (etwa ¹Ao bis V15) Frequenzänderung zur Folge, die im vorliegenden Fall außerdem ein Vorzeichen hat, das dem der erstgenannten Frequenzänderung entgegengesetzt ist. Gemäß der Erfindung wird dies zur Beschränkung der Frequenzveränderung bei Temperatur-Schwankungen ausgenutzt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird eine Änderung der elektrischen Länge der Achse 3 der Schwingungshöhle durch eine außerhalb der Schwingungshöhle angeordnete Klemmeinrichtung 6 beschränkt, die an den Enden der elektrischen Achse auf den Kugelkörper einen mit der Temperatur zunehmenden Druck ausübt. Letzteres ist z.B. dadurch erreichbar, daß die Klemmeinrichtung aus einem Material mit einem geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als der aus Kupfer oder einem anderen guten Leiter bestehende Kugelkörper, d. h. z. B. aus- Invar, keramischem Stoff oder Holz, hergestellt wird.

Der von der Klemmeinrichtung auf den Kugelkörper ausgeübte Druck, der in Fig. 2 mit K bezeichnet ist, verursacht in erster Annäherung eine Formänderung der als deformierbarer Körper ausgebildeten Kugel zu einem in bezug auf die Z-Achse drehsymmetrisch abgeplatteten Ellipsoid, wie im Schnitt bei 7 dargestellt ist. Die Abmessungsänderung, die ohne Klemmeinrichtung in Richtung der Z-Achse auftreten würde (vgl. 5), wird nun vermieden, aber dies führt eine Vergrößerung der ohne Klemmeinrichtung in Richtung der X-Achse auftretenden Abmessungsänderung herbei, letztere verursacht aber, wie bereits vorerwähnt, einen verhältnismäßig beträchtlich geringeren Frequenzverlauf als die jetzt vermiedene Abmessungsänderung in Richtung der Z-Achse. '

Oben wurde stillschweigend vorausgesetzt, daß der Kugelkörper überall gleich, steif war. Es ist aber natürlich ebenfalls möglich, die Erfindung bei anderen Kugelkörpern anzuwenden und z. B. dort, wo die größte Abmessungsänderung auftreten soll, den Kugelkörper zu schwächen; es kann z.B. bei der in, Fig. 1 dargestellten Schwingungshöhle der Kugelkörper längs des geometrischen Äquators 4 verhältnismäßig leicht defomierbar sein.

Zum Beschränken oder Verhüten des Temperaturganges der Frequenz kann auch eine Klemmein-

richtung verwendet werden, die den Kugelkörper nicht nur an den Enden der elektrischen Achse berührt, sondern eine größere Berührungsoberfläche mit dem Kugelkörper besitzt. Es kann sich z. B. die Berührungsfläche zu beiden Seiten der Enden der elektrischen Achse 3 dem Kreis 8 entlang erstrecken, der in einer die elektrische Achse enthaltenden Ebene liegt.

Außerdem kann, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein den ganzen Kugelkörper umspannendesBand 9, z.B.

aus Invar, verwendet werden, das in einer die elektrische Achse enthaltenden Ebene liegt. Bei einer Temperatursteigerung wird der Kugelkörper nun im Wesen die Form eines in bezug auf die X-Achse drehsymmetrisch gestreckten Ellipsoids annehmen.

Um zu verhüten, daß bei niedriger Umgebungstemperatur die Klemmeinrichtung 6 oder das Band 9 auf den Kugelkörper keinen Druck ausübt, wird der Kugelkörper vorzugsweise nach Abkühlung bis zu einer Temperatur, die niedriger als die niedrigste zu erwartende Betriebstemperatur ist, in der Klemmeinrichtung 6 oder dem Band 9 angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer zylinder- oder parallelepipedförmigen Schwingungshöhle ist in den Fig. 4 und S dargestellt. Wenn eine solche Schwingungshöhle derart erregt wird, daß wieder die elektrische Achse mit der Z-Achse zusammenfällt, so wird eine Abmessungsänderung in Richtung der elektrischen Achse praktisch keine Frequenzänderung zur Folge haben, im Gegensatz zu Abmessungsänderungen in Richtungen senkrecht zur elektrischen Achse, aber desto geringer, um so weiter diese Änderungen von der Mitte der elektrisehen Achse entfernt auftreten.

Auf diese Weise kann die Frequenzänderung einer solchen Schwingungshöhle durch ein, wie in Fig. 4 dargestellt, rings um die Mitte des Körpers angeordnetes, aus Invar oder ähnlichem Stoff bestehendes Band 10 beschränkt werden. Bei einer Temperatursteigerung wird der Schnitt des Zylinders nun nicht die bei 11 angegebene Form, sondern die mit 12 angedeutete Form annehmen. Die auf diese Weise nach den Zylinderenden verlegte Abmessungsänderung hat nur einen geringen Einfluß auf die Frequenz der Schwingungshöhle.

Eine größere Beschränkung der Frequenzänderung oder sogar eine Überkompensation derselben kann auf die in Fig. 5 abgebildete Weise durch Verwendung von zwei, vorzugsweise symmetrisch zu beiden Seiten der Mitte der elektrischen Achse (Z-Achse) angebrachten Bändern 13, 14 erzielt werden. Wie aus dem bei 15, 16 gestrichelt dargestellten Schnitt hervorgeht, tritt zwischen, den Bändern bei einer Temperatursteigerung eine Abmessungsverringerung und an den Enden des Körpers eine Abmessungsvergrößerung auf.

Eine Überkompensation kann wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 im allgemeinen durch Anwendung von an sich bekannten Mitteln erhalten werden, wodurch örtlich eine Abmessungeänderung der Schwingungshöhle statt wie oben nicht nur beschränkt oder verhütet, sondern eine der normal eintretenden Änderung entgegengesetzte Änderung bewirkt wird.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind immer außerhalb der Schwingungshöhle liegende Mittel zur Beschränkung des Frequenzverlaufs verwendet worden. Es können natürlich ebenfalls innerhalb der Schwingungshöhle vorgesehene Mittel, z. B. bei einer kugeligen Schwingungshöhle ein in der Richtung der elektrischen Achse angeordneter, aus keramischem Stoff bestehender Stab verwendet werden, was aber eine Steigerung der elektrischen Verluste der Schwingungshöhle herbeiführt. Die dargestellten Ausführungsformen sind somit im allgemeinen zu bevorzugen, zumal dann die vorgesehenen Mittel als Teil der Befestigungseinrichtung der Schwingungshöhle ausgebildet werden, können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Schwingungshöhle, deren Wände einen im Wesen allseitig geschlossenen Körper bilden, mit temperaturabhängigen Abmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschränkung von infolge Temperaturänderungen auftretenden Änderungen der Frequenz der Schwingungshöhle der Schwingungshohlkörper deformierbar ausgebildet ist und Mittel vorgesehen sind, die eine bei einer Temperaturänderung eintretende Abmessungsänderung des Schwingungshohlkörpers örtlich wenigstens beschränken und dadurch die bei der gleichen, Temperaturänderung auftretenden Abmessungsänderungen anderswo vergrößern, wobei die Stelle, wo die letztgenannte Abmessungsänderung auftritt, derart gewählt ist, daß diese Abmessungsänderung wenigstens eine geringere Frequenzänderung als eine entsprechende Abmessungsänderung an der erstgenannten Stelle herbeiführt.

2. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch I, die kugelig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel eine Längenänderung der mit der elektrischen Achse zusammenfallenden geometrischen Achse der Schwingungshöhle verhindern oder beschränken.

3. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel aus einer außerhalb der Schwin- no gungshöhle angeordneten Klemmeinrichtung bestehen, die an den Enden der erwähnten geometrischen Achse auf den Körper der Schwingungshöhle einen mit der Temperatur zunehmenden Druck ausübt.

4. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Ausdehnungskoeffizient der Klemmeinrichtung beträchtlich geringer als der des Körpers der Schwingungshöhle ist.

5. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel von einem rings um die Schwingungshöhle in einer die erwähnte elektrische Achse der Schwingungshöhle enthaltenden Ebene angeordneten Band gebildet werden, das

einen vorzugsweise beträchtlich geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als der Schwingungshohlkörper hat.

6. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch i, die parallelepipedförmig oder zylindrisch ausgebildet ist und bei der sich die elektrische Achse parallel zur Erzeugenden der Oberfläche des Schwingungshohlkörpers erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel eine Änderung der Abmessungen der in. einer oder mehreren senkrecht zur elektrischen Achse und zwischen den Enden angeordneten Ebenen liegenden Schnitte des Schwingungsfoohlkörpens verhindern oder beschränken.

7. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel durch rings um den Schwingungshohlkörper in den erwähnten Ebenen angeordnete Bänder gebildet werden, die einen vorzugsweise beträchtlich geringeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als der Schwingungshohlkörper aufweisen.

8. Elektrische Schwingungshöhle nach Anspruch 7, dadurch, gekennzeichnet, daß zwei Bänder vorgesehen sind, die beidseitig der Mitte der elektrischen Achse liegen.

9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schwingungshöhle nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungshohlkörper nach Kühlung bis zu einer niedrigeren Temperatur als die niedrigste zu erwartende Betriebstemperatur in der Klemmeinrichtung oder dem (den) Band (Bändern) angeordnet wird.

10. Einrichtung für Ultrakurzwellen mit einer elektrischen Schwingungshöhle nach einem der vorangehenden Ansprüche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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