EP0403907A1 - Auskopplungsfenster für linear polarisierte Mikrowellen - Google Patents

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EP0403907A1
EP0403907A1 EP90110965A EP90110965A EP0403907A1 EP 0403907 A1 EP0403907 A1 EP 0403907A1 EP 90110965 A EP90110965 A EP 90110965A EP 90110965 A EP90110965 A EP 90110965A EP 0403907 A1 EP0403907 A1 EP 0403907A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling fins
disc
microwaves
window according
decoupling window
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90110965A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Giorgio Agosti
Bernd Dr. Jödicke
Hans-Günter Dr Mathews
Oskar Schafheitle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0403907A1 publication Critical patent/EP0403907A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/08—Dielectric windows

Definitions

  • the invention relates to a decoupling window for linearly polarized microwaves of high power with at least one disk lying in a disk plane and transparent to microwaves.
  • a quasi-optical gyrotron such as e.g. in patent CH-664045 or in the article "Das Gyrotron, key component for high-power microwave transmitters", H.G. Mathews, Minh Quang Tran, Brown Boveri Review 6-1987, pp. 303-307.
  • a quasi-optical resonator which is housed in an evacuated tube, in that the electrons of a beam are forced to gyrate by a strong magnetic field.
  • the microwaves coupled out of the resonator must be brought through a suitable microwave window from the high vacuum of the tube into a waveguide with atmospheric conditions and thus to a consumer.
  • the decoupling window is the largest thermal and mechanical one, especially for high-performance gyrotrons Exposed to stress. Not only does it have to seal the tube in a vacuum-tight manner, it also has to dissipate the inevitably absorbed power without being damaged.
  • the first option is to enlarge the window area so that the surface load is portable. In practice, this solution fails due to the lack of mechanical stability of such large ceramic windows.
  • the second option which can also be implemented in practice, is to cool the pane appropriately.
  • a coolable double-pane window is known from the report "Development of the Technological Basis of a Heavy-Duty Coupling Window for a 200 kW Long Pulse Gyrotron at 140 GHz", Rudolf Bachmor, ITG Technical Report Vacuum Electronics and Displays of the ITG Conference from May 8-10, 1989. Between two round Al2O3 ceramic disks, a coolant flows through, whereby a surface cooling is achieved.
  • the well-known double-pane window does not meet the requirements that a dielectric window must meet in the desired power range of 1 MW and more.
  • the transparency can be improved sustainably if the ceramics were cooled to the lowest temperatures (e.g. with liquid helium). But this would involve disproportionate additional economic effort.
  • the object of the invention is to provide a window of the type mentioned at the outset which can meet the highest demands in both thermal and mechanical terms and which avoids the problems existing in the prior art.
  • the decoupling window of the type mentioned has cooling fins which are arranged in the disk plane perpendicular to a direction of polarization of the microwaves and are in heat-conducting and non-positive contact with the at least one disk.
  • the invention makes use of the fact that, on the one hand, the modes excited in the resonator of a quasi-optical gyrotron are fundamentally linearly polarized and, on the other hand, predominantly linearly polarized waves are required in the use of microwaves of the highest power (heating of plasmas, etc.).
  • the limitation to linearly polarized waves is therefore not a disadvantage. Rather, it creates the necessary freedom to be able to improve cooling and stability at the same time.
  • the cooling fins are preferably designed such that they have a width which is less than or equal to an order of magnitude predetermined by a wavelength of the microwaves, and a mutual distance which is greater than or equal to an order of magnitude corresponding to a wavelength of the microwaves.
  • the cooling fins are in particular channels through which coolant flows.
  • the invention can be carried out advantageously in different ways.
  • the cooling fins as cooling channels can either be completely embedded in the pane or housed in groove-shaped recesses in the pane. In particular, they can be about the same thickness like the disc, so that the latter is divided into strip-shaped sections.
  • the cooling fins are preferably at least partially metallic and the disk is made of a ceramic.
  • the heat-conducting contact is created by a solder connection.
  • the cooling fins are formed, for example, by square, round or oval metal tubes.
  • the disk can have cavities filled with coolant between adjacent cooling fins.
  • a quasi-optical gyrotron which is equipped with tube windows according to the invention, can emit radiation powers of the order of up to several MW continuous wave.
  • the decoupling window 1 shows a decoupling window 1 as is preferably installed in a quasi-optical gyrotron.
  • the decoupling window 1 closes off a highly evacuated space 2 of the quasi-optical gyrotron against a waveguide 3 in which atmospheric conditions prevail.
  • the alternating electromagnetic field and, accordingly, the microwaves coupled out of the resonator through the coupling window 1 are linearly polarized.
  • the microwaves (indicated by two arrows) are guided from the waveguide 3 to a consumer (not shown).
  • the decoupling window 1 comprises e.g. three cooling fins 5a, 5b, 5c, a microwave-transparent pane 6a with strip-shaped sections 11a, 11b, 11c, 11d, and an annular holder 7.
  • the cooling fins are metal tubes with a rectangular cross section.
  • a coolant 8 also flows through them.
  • the socket 7 preferably also has one or more channels 9 in order to cool the pane also on the circumference.
  • the coolant 8, preferably water, is pumped from the outside through a suitable connection (not shown in FIG. 1) through the cooling fins 5a, 5b, 5c and the channels 9.
  • FIG. 2 shows a front view of the decoupling window 1.
  • the microwaves run towards the viewer and are linearly polarized in the horizontal direction (see double arrows).
  • Figures 1 and 2 the same parts are provided with the same reference numerals.
  • the cooling fins 5a, 5b, 5c are arranged parallel to one another and perpendicular to the direction of polarization of the microwaves. Their mutual distance A is preferably several times larger than their width B k .
  • a relevant reference variable in this case is the wavelength of the microwaves generated. Accordingly, the width B k should be smaller and the mutual distance A should be greater than about one wavelength.
  • the distance A can be approximately 10 mm.
  • the width B k of the cooling fins is then between about 1 - 5 mm.
  • the effective thermal load and the mechanical stability of the pane as well as the wave-optical requirements for distance A and width B k of the cooling fins must be coordinated with one another during the design. Accordingly, the distance in a circular coupling window is not the same between all cooling fins. Where the area load is large, the distance may be chosen to be somewhat smaller than where the area loss is small.
  • the number of parallel cooling fins naturally also depends on the diameter of the disc.
  • disk 6a which preferably consists of single-crystal sapphire
  • cooling fins 5a, 5b, 5c The same applies to the version 7, which holds the strip-shaped sections and the cooling fins.
  • the thermal contact is advantageously created by a solder connection.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the invention.
  • the cooling fins 5d, 5e, 5f are completely embedded in a disk 6b.
  • a disk 6b One way in which this can be implemented is described below.
  • the disc 6b consists of two circular dividing discs 12a, 12b, which are joined together with corresponding main surfaces 10a, 10b. On these main surfaces 10a, 10b, the dividing disks 12a, 12b have mutually corresponding, parallel to each other and each running on a straight line, e.g. semicircular recesses 13a, 13b, 13c, respectively. 14a, 14b, 14c.
  • the recesses are metallized. They take in pairs 13a and 14a, respectively 13b and 14b, respectively. 13c and 14c each a suitable one, e.g. round metal tube, which serves as a cooling fin.
  • FIG. 4 shows a decoupling window in which a pane 6c is additionally provided with cavities 15a, 15b, 15c, 15d.
  • a coolant for example FC 43 or FC 75, circulates in these cavities 15a, 15b, 15c, 15d, so that the pane is now cooled from three sides, namely both from the two narrow sides and from an inner main surface.
  • cooling fins 5g, 5h, 5i also shows a further embodiment for the cooling fins 5g, 5h, 5i.
  • the cooling fins 5g, 5h, 5i here have a thickness D k which is greater than the thickness D s of the disk 6c. So they protrude slightly on both sides of the pane surfaces.
  • the cooling fins are shaped like an ellipse. A small semiaxis of this ellipse lies parallel to the disk plane.
  • the disk is therefore composed of two partial disks, each with a plurality of strip-shaped sections 11a, 11b, 11c, 11d.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment.
  • a disc 6d from one piece is used.
  • a main surface 10c of the disk 6d is provided with a plurality of recesses 14d, 14e, 14f which run parallel to one another and each run on a straight line.
  • Each recess 14d, 14e, 14f is closed with a metal cover 16a, 16b, 16c. In this way, cooling channels are formed through which a coolant can be pumped.
  • the metal covers 16a, 16b, 16c can be flat or curved outwards.
  • the curved design naturally creates an advantageously larger cross section than the flat one.
  • Such cooling fins do not ensure the same mechanical strength as those according to the first or third embodiment. However, their manufacture is simpler.
  • recesses with a shallow depth lying opposite one another in pairs can of course also be arranged on the two main surfaces.
  • two cooling fins are then one behind the other. The weakening of the stability due to the locally reduced thickness of the pane in the recesses is at least compensated for by the supporting effect of the cooling channels.
  • Metal tubes with good thermal conductivity are preferably used as cooling fins.
  • high-strength ceramics such as high-purity Al2O3 ceramics as disc material. Water is best used as a coolant in the cooling fins.
  • another cooling liquid that is transparent to microwaves e.g. the fluorocarbons FC 43 or FC 75 mentioned are used.
  • the invention creates a decoupling window which can withstand the highest radiation loads and can be produced using conventional means and can also be operated at low cost.

Abstract

Ein Auskopplungsfenster für linear polarisierte Mikrowellen hoher Leistung weist mindestens eine für Mikrowellen transparente Scheibe (62) und Kühlrippen (5) auf. Die Kühlrippen (5) liegen zusammen mit der Scheibe (62) in einer Scheibenebene und sind senkrecht zu einer Polarisationsrichtung der Mikrowellen ausgerichtet. Sie stehen in wärmeleitendem und kraftschlüssigem Kontakt mit der Scheibe.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Auskopplungsfenster für linear polarisierte Mikrowellen hoher Leistung mit mindestens einer, in einer Scheibenebene liegenden, für Mikrowellen transparenten Scheibe.
    • Stand der Technik
  • Zur Erzeugung von Mikrowellen höchster Leistung eignet sich insbesondere ein quasi-optisches Gyrotron wie es z.B. im Patent CH-664045 oder im Artikel "Das Gyrotron, Schlüsselkomponente für Hochleistungs-Mikrowellensender", H.G. Mathews, Minh Quang Tran, Brown Boveri Review 6-1987, pp. 303-307, beschrieben ist. Bei einem solchen Gyrotron wird in einem quasi-optischen Resonator, welcher in einer evakuierten Röhre untergebracht ist, ein elektromagnetisches Wechselfeld angeregt, indem die Elektronen eines Strahls durch ein starkes Magnetfeld zur Gyration gezwungen werden.
  • Die aus dem Resonator ausgekoppelten Mikrowellen müssen durch ein geeignetes Mikrowellenfenster hindurch aus dem Hochvakuum der Röhre in einen Wellenleiter mit atmosphärischen Bedingungen und damit zu einem Verbraucher gebracht werden. Das Auskoppelfenster ist insbesondere bei Hochleistungsgyrotrons grössten thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Nicht nur muss es die Röhre vakuumdicht abschliessen, vielmehr muss es auch die unvermeidlich absorbierte Leistung abführen ohne Schaden zu nehmen.
  • Bei Dauerstrichleistungen von 1 MW und mehr und Arbeits­frequenzen von typischerweise 100-200 GHz wären jedoch auch bei den für dielektrische Fenster als besonders geeignet bekannten Al₂O₃-Keramiken die Verluste pro Fläche so gross, dass solche Fenster bersten müssten.
  • Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, das Problem der thermischen Belastung von Mikrowellenfenstern zu lösen. Die erste Möglichkeit besteht darin, die Fensterfläche so zu vergrössern, dass die Flächenbelastung tragbar wird. In der Praxis scheitert diese Lösung an der mangelnden mechanischen Stabilität solch grosser Keramikfenster.
  • Die zweite, in der Praxis auch realisierbare Möglichkeit liegt in einer geeigneten Kühlung der Scheibe. Aus dem Bericht "Entwicklung der technologischen Grundlagen eines hochbelastbaren Auskoppelfensters für ein 200 kW Langpulsgyrotron bei 140 GHz", Rudolf Bachmor, ITG-­Fachbericht Vakuumelektronik und Displays der ITG-Fachtagung vom 8. bis 10. Mai 1989, ist beispielsweise ein kühlbares Doppelscheibenfenster bekannt. Zwischen zwei runden Al₂O₃-­Keramikscheiben fliesst ein Kühlmittel hindurch, wodurch eine flächenmässige Kühlung erreicht wird.
  • Allerdings genügt auch das bekannte Doppelscheibenfenster nicht den Anforderungen, die ein dielektrisches Fenster im angestrebten Leistungsbereich von 1 MW und mehr erfüllen muss. Zwar liesse sich die Tranzparenz nachhaltig verbessern, würde man die Keramiken auf niedrigste Temperaturen (z.B. mit flüssigem Helium) abkühlen. Doch dies wäre mit einem unverhältnismässigen wirtschaftlichen Mehraufwand verbunden.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fenster der eingangs genannten Art anzugeben, welches sowohl in thermischer als auch in mechanischer Hinsicht höchsten Anforderungen gewachsen ist und die beim Stand der Technik vorhandenen Probleme vermeidet.
  • Erfindungsgemäss besteht die Lösung darin, dass das Auskopplungsfenster der genannte Art Kühlrippen aufweist, welche in der Scheibenebene senkrecht zu einer Polarisations­richtung der Mikrowellen angeordnet sind und mit der mindestens einen Scheibe in wärmeleitendem und kraftschlüssigem Kontakt stehen.
  • Die Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, dass einerseits die im Resonator eines Quasi-optischen Gyrotrons angeregten Moden grundsätzlich linear polarisiert sind und dass andererseits in der Anwendung von Mikrowellen höchster Leistung (Aufheizen von Plasmen usw.) vorwiegend linear polarisierte Wellen benötigt werden. Die Beschränkung auf linear polarisierte Wellen stellt damit keinen Nachteil dar. Vielmehr schafft sie die nötige Freiheit, um die Kühlung und die Stabilität gleichzeitig verbessern zu können.
  • Vorzugsweise sind die Kühlrippen so ausgebildet, dass sie eine Breite haben, die kleiner oder gleich einer durch eine Wellenlänge der Mikrowellen vorgegebene Grössenordnung ist, und einen gegenseitigen Abstand, der grösser oder gleich einer einer Wellenlänge der Mikrowellen entsprechenden Grössenordnung ist. Die Kühlrippen sind insbesondere von Kühlmittel durchströmte Kanäle.
  • Die Erfindung lässt sich auf unterschiedliche Weisen vorteilhaft ausführen. So können die Kühlrippen als Kühlkanäle entweder vollständig in der Scheibe eingebettet sein, oder in nutförmigen Ausnehmungen der Scheibe untergebracht sein. Insbesondere können sie etwa gleich dick wie die Scheibe sein, sodass letztere in streifenförmige Abschnitte aufgeteilt wird.
  • Vorzugsweise sind die Kühlrippen zumindest teilweise metallisch und ist die Scheibe aus einer Keramik. Der wärmeleitende Kontakt wird dabei durch eine Lötverbindung geschaffen. Die Kühlrippen werden beispielsweise durch viereckige, runde oder ovale Metallrohre gebildet.
  • Zusätzlich kann die Scheibe zwischen benachbarten Kühlrippen mit Kühlmittel gefüllte Hohlräume aufweisen.
  • Ein quasi-optisches Gyrotron, welches mit erfindungsgemässen Röhrenfenstern ausgerüstet ist, vermag Strahlungsleistungen in der Grössenordnung von bis zu mehreren MW Dauerstrich abzugeben.
  • Aus den Patentansprüchen ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbei­spielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Querschnitt eines Fensters mit rechteckigen Kühlrippen;
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Fenster mit drei Kühlrippen;
    • Fig. 3 einen Querschnitt eines Fensters mit vollständig eingebetteten Kühlrippen;
    • Fig. 4 einen Querschnitt eines Fensters mit ellipsenförmigen Kühlrippen und mit Hohlräumen zwischen den Kühlrippen; und
    • Fig. 5 einen Querschnitt eines Fensters, bei welchem die Kühlrippen in nutförmigen Ausnehmungen der Scheibe untergebracht sind.
  • Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammenfassend tabelliert. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt ein Auskopplungsfenster 1 wie es vorzugsweise bei einem quasi-optischen Gyrotron eingebaut wird. Das Auskopplungsfenster 1 schliesst einen hochevakuierten Raum 2 des quasi-optischen Gyrotrons gegen einen Wellenleiter 3 ab, in welchem atmosphärische Bedingungen herrschen.
  • Ein elektromagnetisches Wechselfeld schwingt in einem Resonator des Gyrotrons, welcher durch zwei Spiegel gebildet wird, wovon einer - mit 4 bezeichnet - in Fig. 1 gezeigt ist. Das elektromagnetische Wechselfeld und dementsprechend die aus dem Resonator durch das Auskopplungsfenster 1 ausgekoppelten Mikrowellen sind linear polarisiert. Die Mikrowellen (angedeutet durch zwei Pfeile) werden vom Wellenleiter 3 zu einem Verbraucher (nicht gezeigt) geführt.
  • Das Auskopplungsfenster 1 umfasst z.B. drei Kühlrippen 5a, 5b, 5c, eine für Mikrowellen transparente Scheibe 6a mit streifenförmigen Abschnitten 11a, 11b, 11c, 11d, sowie eine ringförmige Fassung 7.
  • Die Kühlrippen 5a, 5b, 5c liegen zusammen mit der Scheibe 6a in einer gemeinsamen Scheibenebene und sind gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gleich dick wie die Scheibe, Dk = Ds, sodass zwei ebene Hauptflächen 10a, 10b der Scheibe gebildet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen Metallrohre mit rechteckigem Querschnitt. Sie sind ausserdem von einem Kühlmittel 8 durchflossen. Die Fassung 7 weist vorzugsweise ebenfalls einen oder mehrere Kanäle 9 auf, um die Scheibe auch am Umfang zu kühlen. Das Kühlmittel 8, vorzugsweise Wasser, wird von aussen über einen geeigneten Anschluss (in Fig. 1 nicht gezeigt) durch die Kühlrippen 5a, 5b, 5c und die Kanäle 9 hindurch gepumpt.
  • Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des Auskopplungsfensters 1. Die Mikrowellen laufen in dieser Darstellung auf den Betrachter zu und sind in horizontaler Richtung (siehe Doppelpfeile) linear polarisiert. In den Figuren 1 und 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Kühlrippen 5a, 5b, 5c sind parallel zueinander und senkrecht zur Polarisationsrichtung der Mikrowellen angeordnet. Ihr gegenseitiger Abstand A ist vorzugsweise mehrfach grösser als ihre Breite Bk. Eine relevante Bezugsgrösse stellt in diesem Fall die Wellenlänge der erzeugten Mikrowellen dar. Dem entsprechend sollte die Breite Bk kleiner und der gegenseitige Abstand A grösser als etwa eine Wellenlänge sein.
  • Für eine Wellenlänge von z.B. 5 mm kann der Abstand A etwa 10 mm betragen. Die Breite Bk der Kühlrippen liegt dann zwischen ca. 1 - 5 mm.
  • Grundsätzlich sind bei der Bemessung die effektive thermische Belastung und die mechanische Stabilität der Scheibe sowie die wellenoptischen Anforderunge an Abstand A und Breite Bk der Kühlrippen aufeinander abzustimmen. Dementsprechend ist der Abstand bei einem kreisförmigen Auskopplungsfenster nicht zwischen allen Kühlrippen derselbe. Dort wo die Flächen­belastung gross ist, wird der Abstand u.U. mit Vorteil etwas geringer gewählt, als dort wo der Flächenverlust klein ist.
  • Die Anzahl der parallelen Kühlrippen richtet sich natürlich auch nach dem Durchmesser der Scheibe.
  • Zwischen Scheibe 6a, welche vorzugsweise aus einkristallinem Saphir besteht, und Kühlrippen 5a, 5b, 5c herrscht ein guter, flächenhafter thermischer Kontakt. Dasselbe gilt für die Fassung 7, welche die streifenförmigen Abschnitte und die Kühlrippen hält. Der thermische Kontakt wird mit Vorteil durch eine Lötverbindung geschaffen.
  • Im folgenden werden weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert. In den Figuren werden entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugszeichen verwendet.
  • Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem sind die Kühlrippen 5d, 5e, 5f vollständig in einer Scheibe 6b eingebettet. Im folgenden wird eine Möglichkeit beschrieben, wie dies realisiert werden kann.
  • Die Scheibe 6b besteht aus zwei kreisförmigen Teilscheiben 12a, 12b, welche mit entsprechenden Hauptflächen 10a, 10b aneinander gefügt sind. An diesen Hauptflächen 10a, 10b weisen die Teilscheiben 12a, 12b einander entsprechende, parallel zueinander und je auf einer geraden Linie verlaufende, z.B. halbkreisförmige Ausnehmungen 13a, 13b, 13c resp. 14a, 14b, 14c auf. Die Ausnehmungen sind metallisiert. Sie nehmen paarweise 13a und 14a, resp 13b und 14b, resp. 13c und 14c je ein geeignetes, z.B. rundes Metallrohr auf, welches als Kühlrippe dient.
  • Fig. 4 zeigt ein Auskopplungsfenster, bei welchem eine Scheibe 6c zusätzlich mit Hohlräumen 15a, 15b, 15c, 15d versehen ist. In diesen Hohlräumen 15a, 15b, 15c, 15d zirkuliert ein Kühlmittel, z.B. FC 43 oder FC 75, sodass die Scheibe nun von drei Seiten gekühlt wird, nämlich sowohl von den beiden Schmalseiten als auch von einer inneren Hauptfläche her.
  • Fig. 4 zeigt ausserdem eine weitere Ausführungsform für die Kühlrippen 5g, 5h, 5i. Anders als bei den obne beschriebenen Beispielen haben die Kühlrippen 5g, 5h, 5i hier eine Dicke Dk, die grösser ist als die Dicke Ds der Scheibe 6c. Sie ragen also beidseitig etwas über die Scheibenoberflächen hinaus. Im Querschnitt sind die Kühlrippen in der Art einer Ellipse geformt. Eine kleine Halbachse dieser Ellipse liegt parallel zur Scheibenebene.
  • Der Vorteil solcher, ellipsenförmiger Kühlkanäle liegt darin, dass sie bei relativ geringer Breite einen grossen Querschnitt und damit eine vorteilhaft grosse Kühlkapazität haben.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 setzt sich die Scheibe also zusammen aus zwei Teilscheiben mit wiederum jeweils mehreren streifenförmigen Abschnitten 11a, 11b, 11c, 11d.
  • Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Bei diesem wird eine Scheibe 6d aus einem Stück verwendet. Eine Hauptfläche 10c der Scheibe 6d ist mit mehreren, parallel zueinander und je auf einer geraden Linie verlaufenden Ausnehmungen 14d, 14e, 14f versehen. Jede Ausnehmung 14d, 14e, 14f ist mit einer Metallabdeckung 16a, 16b, 16c abgeschlossen. Auf diese Weise werden Kühlkanäle gebildet, durch welche ein Kühlmittel gepumpt werden kann.
  • Die Metallabdeckungen 16a, 16b, 16c können flach oder nach aussen gekrümmt sein. Die gekrümmte Ausführung schafft natürlich einen vorteilhaft grösseren Querschnitt als die flache.
  • Derartige Kühlrippen gewährleisten zwar nicht dieselbe mechanische Festigkeit, wie diejenigen gemäss der ersten oder dritten Ausführungsform. Ihre Herstellung ist jedoch einfacher.
  • Eine grössere Stabilität kann man erreichen, wenn man nicht nur eine Metallabdeckung anbringt, sondern jeweils ein geeignetes Metallrohr in die Ausnehmung einlötet.
  • Anstatt auf einer Hauptfläche Ausnehmungen mit einer verhält­nismässig grossen Tiefe vorzusehen, können natürlich auch auf beiden Hauptflächen einander paarweise gegenüberliegende Ausnehmungen mit geringer Tiefe angeordnet werden. In Durchgangsrichtung (senkrecht zur Scheibenebene) liegen dann jeweils zwei Kühlrippen genau hintereinander. Die Schwächung der Stabilität aufgrund der bei den Ausnehmungen lokal reduzierten Dicke der Scheibe wird durch die Stützwirkung der Kühlkanäle zumindest kompensiert.
  • Aus den detailiert beschriebenen Ausführungsbeispielen können ohne weiteres eine grosse Zahl vorteilhafter Ausführungsformen abgeleitet werden. Insbesondere können die verschiedenen Querschnittsformen (rechteckig, kreis- und ellipsenförmig) der Kühlrippen weitgehend beliebig mit der Art ihrer Unterbringung (vollständig eingebettet, einseitig oder durchgehend angebracht) in der Scheibe kombiniert werden.
  • Als Kühlrippen werden vorzugsweise thermisch gut leitende Metallrohre verwendet. Neben dem besonders bevorzugten ein­kristallinen Saphir eignen sich auch hochbelastbare Keramiken, wie z.B. hochreine Al₂O₃ Keramiken als Scheibenmaterial. In den Kühlrippen wird am besten Wasser als Kühlmittel eingesetzt. In den zusätzlich vorgesehenen Hohlräumen muss eine andere, für Mikrowellen transparente Kühlflüssigkeit wie z.B. die genannten Fluorkohlenwasserstoffe FC 43 oder FC 75 eingesetzt werden.
  • Insgesamt schafft die Erfindung ein Auskopplungsfenster, welches höchsten Strahlungsbelastungen gewachsen ist und sich sowohl mit herkömmlichen Mitteln herstellen und als auch kostengünstig betreiben lässt.
    • Bezeichnungsliste
    • 1 - Auskopplungsfenster;
    • 2 - hochevakuierter Raum;
    • 3 - Wellenleiter;
    • 4 - Spiegel;
    • 5a,..,5i - Kühlrippen;
    • 6a,...,6d - Scheibe;
    • 7 - Fassung;
    • 8 - Kühlmittel;
    • 9 - Kanal;
    • 10a, 10b, 10c - Hauptfläche;
    • 11a,...,11d - streifenförmige Abschnitte;
    • 12a, 12b - Teilscheibe;
    • 13a,..., 13c - Ausnehmungen;
    • 14a,..., 14f - Ausnehmungen;
    • 15a,..., 15d - Hohlraum;
    • 16a,..., 16c - Metallabdeckung;
    • A - Abstand der Kühlrippen;
    • B - Breite der Kühlrippen;
    • Dk - Dicke der Kühlrippen;
    • Ds - Dicke der Scheibe.

Claims (10)

1. Auskopplungsfenster für linear polarisierte Mikrowellen hoher Leistung mit mindestens einer in einer Scheibenebene liegenden, für Mikrowellen transparenten Scheibe, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskopplungsfenster Kühlrippen aufweist, welche in der Scheibenebene senkrecht zu einer Polarisationsrichtung der Mikrowellen angeordnet sind und mit der mindestens einen Scheibe in wärmeleitendem und kraftschlüssigem Kontakt stehen.
2. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Kühlrippen eine Breite haben, die kleiner oder gleich einer einer Wellenlänge der Mikrowellen entsprechenden Grössenordnung ist, und
b) einen gegenseitigen Abstand, der grösser oder gleich einer einer Wellenlänge der Mikrowellen entsprechenden Grössenordnung ist, und dass
c) die Kühlrippen von Kühlmittel durchströmte Kanäle sind.
3. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen vollständig in der Scheibe eingebettet sind.
4. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen in nutförmigen, von einer Hauptfläche in die Scheibe eindringenden Ausnehmungen untergebracht sind.
5. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Kühlrippen mindestens so dick sind wie die Scheibe und dass
b) die Scheibe durch die Kühlrippen in einzelne, streifenförmige Abschitte aufgeteilt wird.
6. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Kühlrippen zumindest teilweise aus Metall sind, dass
b) die Scheibe aus Keramik ist und dass
c) der wärmeleitende und kraftschlüssige Kontakt durch eine Lötverbindung gebildet wird.
7. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe zwischen benachbarten Kühlrippen mit einem Kühlmittel durchflossene Hohlräume aufweist.
8. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen im Querschnitt recheckig, kreis- oder ellipsenförmig sind.
9. Auskopplungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Kühlrippen in der Scheibe eingelötete Metallrohre sind
b) und dass die Scheibe aus einkristallinem Saphir oder einer hochbelastbaren Keramik besteht.
10. Auskopplungsfenster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen durch die mit Metallabdeckungen verschlossenen Ausnehmungen gebildet werden.
EP90110965A 1989-06-21 1990-06-09 Auskopplungsfenster für linear polarisierte Mikrowellen Withdrawn EP0403907A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH2314/89 1989-06-21
CH2314/89A CH679253A5 (de) 1989-06-21 1989-06-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0403907A1 true EP0403907A1 (de) 1990-12-27

Family

ID=4230902

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