Anordnung zur Abstimmung eines elektromagnetischen Hohlraumresonators
Es ist bekannt, daß als Resonanzkreise bei sehr schnellen elektrischen Schwingungen
mit Vorteil Hohlraumresonatoren Verwendung finden. Diese bestehen im wesentlichen
aus einem geschlossenen, allseitig von metallischen Wänden begrenzten Raum, der
von einem Dielektrikum, im allgemeinen Luft, erfüllt ist. Die Resonanzwellenlängen
sind durch Form und Abmessungen der Begrenzungsflächen bestimmt. -Um eine Abstimmung
auf eine bestimmte Wellenlänge oder, stetig veränderlich, über einen bestimmten
Wellenlängenbereich zu erzielen, ist es üblich, die äußere Form des Hohlraums auf
mechanischem Wege einer stetigen Veränderung zu unterwerfen. Ein anderer häufig
begangener Weg besteht darin, im Hohlraum metallische Leiter beweglich anzuordnen,
durch deren Lageveränderung das elektromagnetische Feld beeinflußt wird, was eine
Änderung der Eigenwelle zur Folge- hat. Auf diesen metallischen Leitern entstehen,
hervorgerufen durch die magnetische Feldstärke, Oberflächenströme, was zu einer
zusätzlichen Dämpfung Veranlassung gibt. Durch die Anwesenheit der metallischen
Leiter wird weiterhin die ursprüngliche Feldverteilung im Hohlraum stärker gestört,
so daß die Gesetzmäßigkeit der Wellenlängenänderung durch das Einbringen der metallischen
Leiter schwer im voraus zu übersehen ist.Arrangement for tuning an electromagnetic cavity resonator
It is known that as resonance circuits with very fast electrical oscillations
find cavity resonators with advantage. These essentially exist
from a closed space bounded on all sides by metallic walls, the
is filled by a dielectric, generally air. The resonance wavelengths
are determined by the shape and dimensions of the boundary surfaces. -To a vote
to a certain wavelength or, constantly changing, over a certain one
To achieve wavelength range, it is common to use the external shape of the cavity
subject to constant change by mechanical means. Another often
The route taken consists in arranging metal conductors in a movable manner in the cavity,
by changing their position, the electromagnetic field is influenced, which is a
Change in the eigenwave. On these metallic ladders arise
caused by the magnetic field strength, surface currents, resulting in a
gives cause for additional damping. Due to the presence of the metallic
Conductor, the original field distribution in the cavity is still more disturbed,
so that the law of the wavelength change by introducing the metallic
Ladder is hard to miss in advance.
Es ist des weiteren bekannt, bei einem aus einer Lecherleitung bestehenden
Schwingkreis die Abstimmung desselben durch im elektrischen Feld verschiebbar
angeordnete
Körper aus metallischem oder dielektrischem Material vorzunehmen. Bei der bekannten
Anordnung ist ein solcher Körper als halbkreisförmige Scheibe ausgebildet, die im
Feldbereich- des ebenso geführten Abschnittes der Lecherleitung und drehbar um den
Kreismittelpunkt angeordnet ist. Die Mängel, die einer solchen Anordnung anhaften,
sind jedoch im- wesentlichen dieselben wie die vorerwähnten.It is also known in the case of one consisting of a Lecher line
Oscillating circuit the tuning of the same by displaceable in the electric field
arranged
Make body made of metallic or dielectric material. With the well-known
Arrangement, such a body is designed as a semicircular disc, which in the
Field area of the section of the Lecher line that is also guided and rotatable around the
Circle center is arranged. The shortcomings inherent in such an arrangement
however, are essentially the same as those mentioned above.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine stetige Verstimmung der
Eigenwelle des Hohlraums zu ermöglichen, die möglichst wirksam ist, zu einer geringen
Dämpfungserhöhung gegenüber dem ursprünglich leeren Hohlraum Anlaß gibt und deren
frequenzändernde Wirkung im voraus möglichst gut durch Rechnung zu übersehen ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß ein Körper aus dielektrischem Material mit größerer
dielektrischer Konstante an Stellen möglichst hoher elektrischer Feldstärke im Hohlraumresonator
verschiebbar angeordnet ist, und die Begrenzungsfläche des Verstimmungskörpers so
gewählt ist, daß sie ebenso wie die Verschiebungsrichtung mit einer Kraftröhre des
elektrischen Feldes im Hohlraumresonator zusammenfällt.The aim of the invention is to provide a steady detuning of the
Allow the cavity's own wave, which is as effective as possible, at a low level
Increase in damping compared to the originally empty cavity gives rise to and their
frequency-changing effect can be overlooked as well as possible by calculation in advance.
This is achieved by having a body of dielectric material with a larger
dielectric constant at the highest possible electrical field strength in the cavity resonator
Is arranged displaceably, and the boundary surface of the detuning body so
is chosen that they, like the direction of displacement, with a power tube of the
electric field in the cavity coincides.
Zur Erläuterung betrachten wir einen Hohlraumresonator, der in irgendeinem
Resonanzzustand erregt ist. Die elektrischen Kraftlinien mögen den in Abb. i skizzierten
Verlauf an irgendeiner Stelle haben. Bringt man einen dielektrischen Körper (,u
= i) in das Feld ein, so entsteht in diesem Körper eine dielektrische Polarisation
#P = (s - i) - (i .- Nehmen wir an, daß die elektrischen Feldlinien gegenüber ihrem
ursprünglichen Zustand hierdurch nur wenig verändert werden, so gilt für die Änderung
der Eigenfrequenz v des Hohlraums die Beziehung
(W =elektromagnetischer Energieinhalt des Hohlraumresonators, (2 = ursprüngliche
elektrische Feldstärke, d V = durch den Verstimmungskörper hervorgerufene Polarisation,
dv = Volumenelement). Man erkennt hieraus, daß die relative Frequenzänderung
um so größer ist, j e größer das ursprüngliche elektrische Feld e war; aus diesem
Grunde wird der Verstimmungskörper zweckmäßig an Stellen größter elektrischer Feldstärke
eingebracht. Die angegebene Beziehung gestattet weiterhin, die bewirkte Frequenzänderung
mit einiger Genauigkeit vorauszuberechnen, wenn das elektrische Feld nach Einbringen
des Verstimmungskörpers nicht sehr verschieden von dem ursprünglichen Feld ist.
Dies erreicht man am besten dadurch, daß man dem Verstimmungskörper die Form einer
Kraftröhre des ursprünglichen elektrischen Feldes erteilt. Eine Därnpfungserhöhüng
tritt nur durch die dielektrischen Verluste des Materials des Verstimmungskörpers
auf; da man über Materialien hoher dielektrischer Konstanten und geringer Verlustfaktoren
verfügt, können -die zusätzlichen Dämpfungsverluste in geringen Grenzen gehalten
werden. Ein einfaches Beispiel für die angegebene Methode liefert der in der elektrischen
Grundschwingung erregte zylindrische Hohlraum. Das elektrische Feld besitzt hier
nur eine Komponente parallel zur Zylinderachse, die maximale Feldstärke wird längs
der Achse (y = o) angenommen (Abb. a). Erfindungsgemäß wird zur stetigen
Verstimmung der Eigenwellenlänge der Verstimmungskörper aus dielektrischem Material
längs der Achse des zylindrischen Hohlraums angeordnet (größtes elektrisches Feld)
und ihm die Form eines kreiszylindrischen Stabes (Kraftrohr) erteilt. Ist der Radius
O des Verstimmungskörpers nicht sehr groß gegenüber dem Radius R des Hohlraumresonators,
so berechnet sich die Verstimmung aus Gleichung (i) für einen kreiszylindrischen
Hohlraum zu
(l = Eintauchlänge der Verstimmungskörper, h = Höhe des kreiszylindrischen
Hohlraums). Die Frequenzänderung nimmt danach linear mit der Eintauchtiefe des Verstimmungskörpers
zu und ist um so größer, je höher die Dielektrizitätskonstante des Materials gewählt
wird. In Wirklichkeit wird die elektrische Feldverteilung des leeren Hohlraums durch
den Verstimmungsstab etwas gestört; die Kraftlinien drängen sich am freien Ende
des Stabes etwas zusammen (Abb.3). Hierdurch wird die Frequenzänderung bei kleinen
Werten des Verhältnisses
etwas größer als in Gleichung (2) berechnet. Mit zunehmendem
nähert man sich wieder dem Werte von
nach Gleichung (2), bis bei voll eintauchendem Stab (L = h) die Frequenzänderung
wieder genau dem Wert nach Gleichung(?,) entspricht.To illustrate this, consider a cavity resonator excited in some resonance state. The electrical lines of force may have the course sketched in Fig. I at any point. If one introduces a dielectric body (, u = i) into the field, a dielectric polarization #P = (s - i) - (i .- Let us assume that the electric field lines compared to their original state through this are only slightly changed, the relationship applies to the change in the natural frequency v of the cavity (W = electromagnetic energy content of the cavity resonator, (2 = original electric field strength, d V = polarization caused by the detuning body, dv = volume element). This shows that the relative frequency change the greater the original electric field e, the greater; For this reason, the detuning body is expediently introduced at points of greatest electrical field strength. The specified relationship also allows the frequency change that is caused to be calculated in advance with some accuracy if the electric field after the detuning body has been introduced is not very different from the original field. This is best achieved by giving the detuning body the shape of a power tube of the original electric field. An increase in attenuation occurs only due to the dielectric losses of the material of the detuning body; Since materials with high dielectric constants and low loss factors are available, the additional attenuation losses can be kept within low limits. A simple example for the specified method is provided by the cylindrical cavity, which is excited in the fundamental electrical oscillation. The electric field has only one component parallel to the cylinder axis, the maximum field strength is assumed to be along the axis (y = o) (Fig. A). According to the invention, the detuning body made of dielectric material is arranged along the axis of the cylindrical cavity (largest electrical field) and given the shape of a circular cylindrical rod (power tube) for constant detuning of the natural wavelength. If the radius O of the detuning body is not very large compared to the radius R of the cavity resonator, then the detuning is calculated from equation (i) for a circular cylindrical cavity (l = immersion length of the detuning body, h = height of the circular cylindrical cavity). The frequency change then increases linearly with the depth of immersion of the detuning body and is greater, the higher the dielectric constant of the material is selected. In reality, the electric field distribution of the empty cavity is somewhat disturbed by the detuning rod; the lines of force are somewhat compressed at the free end of the rod (Fig.3). This increases the frequency change for small values of the ratio slightly larger than calculated in equation (2). With increasing one approaches again the value of according to equation (2), until with the rod fully immersed (L = h) the frequency change again corresponds exactly to the value according to equation (?,).
Allgemein ist die in Abb: q. skizzierte Anordnung zur Frequenzänderung
eines zylindrischen Hohlraums (die Begrenzung muß nicht kreisförmig, sondern kann
rechteckig, elliptisch od. dgl. sein), der in der elektrischen Grundschwingung erregt
ist, zweckmäßig. Zentrisch wird ein zylindrischer Stab a aus dielek trischem Material
mit geringen Verlusten so angebracht, daß er durch eine äußere Vorrichtung in axialer
Richtung verschoben werden kann. An einer der ebenen Begrenzungsflächen des Zylinders
wird ein ; kreiszylindrischer metallischer Rohrstutzen b angebracht, der als Führung
für den Verstimmungsstab dient. Der Stab selbst ist am oberen Ende kappenartig metallisiert,
c, um einen guten galvanischen und kapazitiven Kurzschluß mit dem Führungsstutzen
zu gewährleisten. Die Verschiebung erfolgt durch einen beliebigen mechanischen Trieb:In general, the one in Fig: q. sketched arrangement for frequency change
a cylindrical cavity (the boundary does not have to be circular, but can
rectangular, elliptical or the like), which excites in the basic electrical oscillation
is appropriate. A cylindrical rod made of dielectric material is centered
mounted with low losses so that it is axially through an external device
Direction can be shifted. On one of the flat boundary surfaces of the cylinder
becomes a ; circular cylindrical metallic pipe socket b attached as a guide
serves for the detuning stick. The rod itself is metallized at the top like a cap,
c, to have a good galvanic and capacitive short circuit with the guide socket
to ensure. The shift takes place by any mechanical drive: