DE956700C - Anordnung zur Unterdrueckung unerwuenschter Schwingungsarten in einem Hohlraumresonator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Unterdrückung¹ unerwünschter Schwingungsarten in einem Hohlraumresonator.

Hohlraumresonatoren werden für eine Vielzahl verschiedener Probleme der Hochfrequenztechnik verwendet, so unter anderem auch als abgestimmte Kreise in Reflexklystronen. Die in derartigen Schwingungserzeugern im allgemeinen zur Anwendung kommenden Resonatoren sind zumeist als Torus (Kreisring) ausgebildet. Im Betriebszustand besitzen derartige Resonatoren ein elektrisches Feld, welches im wesentlichen parallel zu der Resonatorachse verläuft und ein magnetisches Feld, das hierzu transversal ist. Es ist allgemein bekannt, daß in derartigen Hohlraumresonatoren eine große Anzahl untereinander verschiedener Schwingungsarten möglich ist. Bei einem toroidförmigen Retsonator hat bei der niedrigsten Frequenz oder Grundschwingungsart, welche im allgemeinen als Λ/4-Schwingungsart bezeichnet wird, das elektrische ao Feld einen Spannungsknoten an der äußeren Begrenzungswandung des Resonators und die nächsthöhere Schwingungsart, das ist die 3^/4-Schwingungsart, hat zwei Spannungsknoten in radialer Richtung, einen an der äußeren Begrenzungswandung und einen zwischen dem Zentrum des Hohlr raumresonators, wo das elektrische Feld ein Maximum hat, und der äußeren Begrenzungswandung.

Die nächsthöhere Schwingungsart, das ist die 5 2/4-Schwingungsart, hat drei Spannungsknotenflächen, und für höhere Schwingungsarten gilt dies entsprechend weiter. In vielen Anwendungsfällen von Hohlraumresonatoren ist es von Bedeutung, alle Schwingungsarten mit höherer Frequenz als die der gewünschten Schwingungsart zu dämpfen oder, wenn möglich, zu unterdrücken. So wird z. B. im Falle eines Reflexklystrons in den Reflektor-Spannungsbereichen,, in denen verschiedene Schwingungsarten im Resonator zum Anschwingen neigen, eine Überlagerung der verschiedenen Schwingungsarten, eintreten, wenn nicht die unerwünschten Schwingungsarten gedämpft werden. Die Interig ferenz, die auftritt, wenn die unerwünschten Schwingungsarten nicht gedämpft werden, ergibt einen Hysteresiseffekt in der Reflektorspanoungs-Leistungs-CharakteriiStik dies Klystrons, was in der Praxis unerwünscht ist. In den Fällen, in welchen ao es gewünscht wird, einen Hohlraumresonator in einer harmonischen Oberschwingung zu betreiben-, um die Abmessungen des Hohlraumresonators in vernünftigen Grenzen zu halten, treten die obenerwähnten Schwierigkeiten besonders deutlich hervor, obwohl es natürlich selbstverständlich ist, daß ähnliche Schwierigkeiten auch dann auftreten können, wenn die gewünschte Frequenz bzw. Schwingungsart die Grundschwingungsart des Hohlraumresonators ist.

Gegenstand der Erfindung ist, einen Hohlraumresonator mit Mitteln zu versehen, die unerwünschte Schwingungsarten bedampfen oder unterdrücken. Gemäß der Erfindung ist ein Hohlraumresonator zum Zwecke der Unterdrückung oder Dämpfung von Schwingungen unerwünschter Schwingungsarten mit einem Durchlaß in Form einer Hohlrohrleitung versehen, die von dem Hohlraumresonator aus fortführend angeordnet ist. Die so gebildete Hohlrohrleitung soll derart in ihren Abmessungen ausgebildet sein, daß ihre Grenzfrequenz zwischen der Frequenz der gewünschten Schwingungsart und deir der nächsthöheren unerwünschten Schwingungsart liegt.

Vorzugsweise soll schlecht leitendes oder ver-■45 lustbringendes Material in den Weg, der durch den Durchlaß geschaffen wird, eingefügt werden, um Reflexionen zu vermeiden und um die Dämpfung der unerwünschten Schwingungsarten zu unterstützen.

Es ist an sich bekannt, unerwünschte Schwingungsarten in einem Hohlraumresonator zu unterdrücken. Während jedoch beim Erfindungsgegenstand die Unterdrückung darauf beruht, daß den einzelnen Schwingungsarten im Hohlraumresonator unterschiedliche Hohlrohrwellenlängen zugeordnet sind, von denen nur für die der unerwünschten Schwingungsarten die Ausbreitungsbedingungen im Durchlaß erfüllt sind, wird bei der bekannten Anordnung die Unterdrückung durch wenigstens einen Durchlaß erzwungen, der sich an einer derart bezüglich der geometrischen Lage gewählten Stelle der Resonatorwandung befindet, daß der Durchlaß die gewünschte Schwingungsart praktisch nicht, die unerwünschten Schwingungsarten hingegen sehr wesentlich beeinflußt. Diese bekannten Anordnutigen arbeiten demzufolge praktisch nur bei einer Frequenz genau und zufriedenstellend, und zwar wegen der genau einzuhaltenden Forderung nach der geometrischen Lage des Durchlasses. Außerdem sind diese bekannten Anordnungen im Aufbau und in der Herstellung wesentlich komplizierter als der Erftndungsgegenstand, da sie in der Praxis für jede störende Schwingungsart unter Umständen einen gesonderten Durchlaß erfordern.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben, bei dem ein erfindungsgemäß ausgebildeter Hohlräumresonator in seiner Verwendung mit einer Höchstfrequenzröhre dargestellt ist.

Wie in der Abbildung dargestellt ist, deutet die Bezugsnummer 1 auf einen Hohlraumresonator von kreisringförmiger Bauart, welcher mit einer zentral gelegenen Öffnung 2 versehen ist, in die eine Klystronröhre so, wie durch die gestrichelten Linien 3 angedeutet ist, eingeführt werden kann. Beim Betrieb der Entladungsröhre werden dann in dem Hohlraumresonator Schwingungen angeregt. Der Hohlraumresonator ist derart ausgebildet, daß das elektrische Feld im Betriebszustand des Hohlraumresonators im wesentlichen parallel zur Resonatorachse verläuft und das magnetische Feld transversal hierzu ist. Die Hochfrequenzströme fließen dabei in radialer Richtung auf der Wandung des Hohlraumresonators. Bei einer derartigen Anordnung sei beispielsweise gefordert, den Hohlraumresonator in der 3Ä/4-Schwingungsart anzuregen und die 5 A/4-Schwingungsart sowie die höherem Schwingungsarten zu dämpfen. Zu diesem Zweck ist ernndungsgemäß ein Durchlaß vorgesehen, der in der Zeichnung mit 4 bezeichnet ist und von dem Hohlraumresonator aus fortführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hohlraumresonator sehr starkwandig ausgebildet, und der Durchlaß 4 ist als eine radial gelegene, kreisförmige Öffnung durch die Hohlraumresonatorwandung ausgebildet. Die Achse der Öffnung liegt zweckmäßig in der Symmetrieebene des Hohlraumresonators, die_ senkrecht zur Resonatorachse liegt. Der Durchlaß bildet eine Hohlrohrleitung, die an den Hohlraumresonator angekoppelt ist und deren Querabmessungen derart gewählt sind, daß die Grenzfrequenz zwischen der Frequenz der gewünschten Schwingungsart und der Frequenz der nächsthöheren unerwünschten Schwingungsart liegt. Der Durchlaß kann auch an irgendeiner anderen Stelle des Hohlraumresonators angeordnet werden, an der das magnetische Feld der zu unterdrückenden Schwingungsarten kein Minimum besitzt. Der Durchlaß kann auch parallel zur Resonatorachse angeordnet werden und zu diesem Zweck in einem der flachen Wandungsteile des Hohlraumresonators vorgesehen werden, zweckmäßig so weit von der Resonatorachse weg als möglich. Der Durchlaß muß auch nicht unbedingt genau unter einem rechten Winkel zur Resonator-

wandung an der Ankopplungsstelle liegen, jedoch ist es zweckmäßig, diese Bedingung nicht allzu sehr zu verlassen. Fernerhin ist es zweckmäßig, die Länge des Durchlasses zumindest so groß wie seinen Durchmesser zu wählen. Der Durchlaß ist an seinem dem Hohlraumresonator abgewendeten Ende mit schwach leitendem oder verlustbringendem Material 5, wie beispielsweise elektrisch leitendem Gummi, versehen, um die Schwingungsenergie der höheren Schwingungsarten, welche durch den Durchlaß 4 zu entweichen versucht, darin zu vernichten, so daß diese entweder zu schwingen aufhören oder nur mehr so schwach schwingen, daß keinei bedeutende Interferenz mehr auftritt.

Der Durchmesser des erforderlichen Durchlasses kann jedoch in der Praxis derart sein, daß er das Verhalten des Hohlraumresonators in der gewünschten Schwingungsart störend beeinflußt. Um daher die geometrischen Abmessungen des Duroh-

ao lasses verringern zu können, ohne die erforderlichen elektrischen Abmessungen zu unterschreiten und so die Grenzfrequenz innerhalb der obenerwähnten Grenzen zu halten, wird zweckmäßig der Durchlaß mit einem dielektrischen Material, in dem in der Abbildung gezeigten Ausführungsbeispiel mit 6 bezeichnet, ausgefüllt. Die Reduzierung der geometrischen Abmessungen geht dabei proportional mit der Wurzel aus n, wobei η die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist. Es wird daher zweckmäßig der Durchlaß 4 mit einem Stöpsel aus dielektrischem Material 6 und verlustbringendem Material 5 ausgefüllt. Das dielektrische Teil 6 wird zweckmäßig aus einem möglichst verlustfreien Material hergestellt, um so sicherzustellen, daß die 3 Jl/4-Schwingungsart, deren magnetisches Feld geringfügig noch in dieses besagte Teil eindringt, im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, während die S A/4-Schwingungsart und die höheren Schwingungsarten, deren Felder sich durch das Dielektrikum ausbreiten können, stark durch das verlustbringende Material belastet werden.

Wenn die Frequenz der gewünschten Schwingungsart / ist und f die höhere Frequenz der unerwünschten Schwingungsart ist, dann muß der Durchmesser des Durchlasses bei Ausbildung als kreisförmige öffnung zwischen folgenden beiden Grenzen liegen:

und

f · 1,71 ■ in

wobei c gleich 3,10¹⁰Cm sec^—1 ist und der Durchmesser D in cm gemessen wird. Um ein Zahlenbeispiel zu geben; es wurde herausgefunden, daß die Länge des dielektrischen Materials 6 3 D/4 betragen kann, während die Länge des verlustbringenden Materials 5 in der Größenordnung von 2 D liegt und zweckmäßig das dielektrische Material 6 in das Innere des Hohlraumresonators etwa in der Größenordnung von D/3 über die Begrenzungswanidung hinausstehend hineinragt. Das verlustarme dielektrische Material, welches dabei zur Anwendung kam, ist unter dem eingetragenen Warennamen »frequentite«, das ist ein Material, das eine relative VieMektrizitätskonstante von 6, einen Verlustfaktor von 0,0006 bei einer Frequenz von 3 MHz und einen spezifischen Widerstand von io¹⁵ bis io¹⁷ Ohm cm bei 25⁰C besitzt, allgemein bekannt. Bei einem bestimmten Hohlraumresonator, der bei 3A/4 und einer Frequenz von 7000 MHz arbeiten sollte, betrug D etwa 7,5 mm, entsprechend einer Grenzfrequenz von 10 000 MHz, wobei die Frequenz der unerwünschten 5 A/4-Schwingungsart bei 12 000 MHz liegt. Bei einer derartigen Anordnung wurde herausgefunden, daß praktisch kein Hysteresiseffekt auftritt, der durch die Interferenz zwisehen den 5 Ä/4-Schwingungen und der Sollschw^;ngungsart verursacht ist, und daß die Verringere r der Leistung der 3 ^-Schwingungen vernachlässigbar ist.

Obgleich die Erfindung an Hand eines toroidförmigen Resonators beschrieben ist, ist es doch selbstverständlich, daß die Erfindung in gleicher Weise auch bei anderen Ausführungsformen von Hohlraumresonatoren Anwendung finden kann. Ebenso kann an Stelle der Ausbildung des Durch- go lasses bzw. der Hohlrohrleitung mit kreisförmigem Querschnitt auch eine andersartige Ausbildung des Querschnittes angewendet werden, beispielsweise ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt, wobei selbstverständlich die Abmessungen in der Querschnittebene analog denen des kreisförmigen Durchlasses zu wählen sind.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungsarten in einem Hohlraumresonator für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere bei Verwendung des Resonators als Resonanzkreis einer Höchstfrequenzröhre mit einem Durchlaß am Resonator, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß als Hohlrohrleitung ausgebildet ist, deren Grenzfrequenz zwischen der Frequenz der gewünschten Schwingungsart und der Frequenz der nächsthöheren unerwünschten Schwingungsart liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchlaß schlecht leitendes oder verlustbringendes (energieabsorbierendes) Material angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß ganz oder teilweise mit dielektrischem Material ausgefüllt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 605 300.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© 609527/353 5.56 (609 773 1.57)