EP1602146B1 - Verfahren und anordnung zur temperaturkompensierung an rundresonatoren - Google Patents

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Temperaturkompensierung an Rundresonatoren mit Dual-Mode-Ausnutzung für beliebig daraus realisierbare Mikrowellenfilter nach der Gattung des Hauptanspruches.
• Rundresonatoren, die in Betriebsumgebungen mit starken Temperaturschwankungen eingesetzt werden, sind mit den verschiedensten Mitteln zur Kompensierung der durch die Temperaturschwankungen hervorgerufenen Wärmeausdehnung ausgestattet. Ein häufig angewandtes Prinzip, diesen Wärmeausdehnungen entgegenzuwirken, besteht darin, das Volumen des Rundresonators in Abhängigkeit von der Temperatur mit Hilfe mechanischer Mittel so zu verändern, dass dessen Übertragungseigenschaften erhalten bleiben. Üblicherweise benutzt man dazu Vorrichtungen, die in den Innenraum des Rundresonators hineinragen ( DE 39 35 785 ) und dort ihr Volumen in Abhängigkeit von der Temperatur so verändern, dass die Mittelfrequenz des Resonators konstant bleibt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Einfluss der Resonatorstirnseiten ( EP 0 939 450 A1 , WO 87/03745 ) auszunutzen. Kompensationselemente, die mehr oder weniger in den Resonatorinnenraum eintauchen, lassen sich nur schwer einstellen und führen aufgrund der nichtlinearen Feldverzerrung zu einer nichtlinearen Frequenzkompensation.
• In der EP 0 939 450 A1 ist ein Rundresonator durch eine stirnseitige Anordnung abgeschlossen, die aus zwei am Flansch des Rundresonators fest aufeinanderliegenden Platten mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. In der WO 87/03745 ragt stirnseitig eine gewölbte dünne Kupferplatte in den Innenraum des Rundresonators hinein. Bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise wenn aufgrund besonderer Güteanforderungen sog. TE11n Moden, mit n > 1, als Arbeitsmoden in Rundresonatoren verwendet werden, wird der Einfluss der Stirnseitenkompensation aufgrund der ungünstigen Verhältnisse zwischen Länge und Durchmesser immer geringer. Speziell bei hohen Frequenzen (Ku, Ka- oder höher) versagt diese Technik, da die nötige Verformung der stirnseitigen Blenden nicht mehr ausreichend ist.
• In der US 4,057,772 wird ein bimetallischer Rechteckhohlraumresonator beschrieben, der durch eine Schraube, die in den Innenraum hinein ragt, justiert wird.
• Sehr große temperaturabhängige Volumenänderungen kann eine Anordnung kompensieren, bei der der Hohlleiter in mindestens einen Rahmen eingespannt ist, dessen temperaturabhängige Ausdehnung geringer ist als die des Hohlleiters ( DE 43 19 886 ). Dabei ist der Hohlleiter an mindestens zwei einander gegenüberliegenden Stellen seiner Wandung kraftschlüssig mit dem Rahmen verbunden. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Rahmen und Hohlleiter erfolgt über Distanzstücke, die aus einer unterschiedlichen Wärmemausdehnung zwischen Rahmen und Hohlleiter resultierende Druck- und Zugkräfte auf die Hohlleiterwandung übertragenen und dort elastische Verformungen hervorrufen. Den Hauptanteil der elastischen Verformung erbringen die Stirnflächen des Hohlleiters. Außerdem können Verformungskräfte über zwischen dem Rahmen und dem Mantel des Hohlleiters angeordnete Distanzscheiben auch auf den Rahmen übertragen werden bzw. unerwünschten Ausbiegungen des Rahmens entgegenwirken. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass an den Hohlleiter jeweils an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden Rippen als Distanzstücke zu den Abstandshaltern des Rahmens angeformt sind, d.h. dass der Hohlleiter der Anordnung zur Temperaturkompensierung angepasst sein muss, was mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile
• Das erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1, hat demgegenüber den Vorteil, dass die Querschnittsform des Mantels des Rundresonators so verformt wird, dass beide orthogonalen Dualmoden, hier speziell die am meisten eingesetzten Moden TE11n, bei gleichzeitiger Ausdehnung des Materials eine gleichmäßige Verkürzung erfahren, wodurch eine hohe Kompensationswirkung erzielt wird. Praktisch sind mindestens zwei Stützstrukturen erforderlich, die den Rundresonator koaxial umgeben. Sie bestehen aus einem Material mit einer deutlich höheren Wärmeausdehnung als das Material des Rundresonators und sind an ganz bestimmten Stellen über Distanzstücke fest mit dem Flansch des Rundresonators verbunden. An diesen Stellen erfolgt die Übertragung der Kräfte von der sich durch den Temperatureinfluss verformenden Stützstruktur auf den Rundresonator. In den Bereichen, in denen sich keine Distanzstücke befinden, berühren die Stützstrukturen den Rundresonator also nicht, so dass sich der Flansch in diesen Bereichen ungestört verformen kann. Der Flansch führt unter den Verformungskräften der Stützstrukturen eine Kipp- und Schiebebewegung aus. Die in den Flansch eingeleiteten Kräfte werden über diesen auf den Mantel des Rundresonators übertragen, so dass er so verformt wird, dass eine Kompensation auf beide Moden gleichzeitig und gleichmäßig erfolgt. Eine weitere technische Umsetzung des Verfahrens besteht darin, die Kräfte direkt von außen in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen auf den Resonatormantel einwirken zu lassen. Das kann beispielsweise durch 90° zueinander versetzte Spannelemente erfolgen, die den Resonatormantel quasi zwischen ihren Spannbacken aufnehmen.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei scheibenförmige Stützstrukturen vorgesehen, die den Rundresonator halbkreisförmig umgeben und mit dem Flansch verschraubt sind.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die oberen Distanzstücke aus einem Material mit einem andren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die unteren Distanzstücke. Dadurch kann die Verformung des Resonatormantels weiter verbessert werden.
• Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine räumliche Darstellung eines Zylinderresonators mit am Flansch angebrachter Stützstruktur,

Fig. 2

das Schema der Auflageflächen zwischen Flansch und Stützstruktur,

Fig. 3

eine bildliche Darstellung der Verformung stark vergrößert

• Wie aus Fig. 1 zu erkennen, besteht der Zylinderresonator aus einer zylindrischen Resonatorwand 1, die beiderseits einen Flansch 2 aufweist. Hinter dem vorderen Flansch 2 befindet sich ein oberes Stützelement 3 und ein unteres Stützelement 4, die mittels Schrauben 5 mit dem Flansch 2 verbunden sind. An den Verbindungsstellen befinden sich zwischen den Stützelementen 3, 4 und dem Flansch 2 Distanzstücke 6, von denen in dieser Darstellung am vorderen und hinteren Flansch jeweils nur eines erkennbar ist. Die unteren Stützelemente 4 unterscheiden sich von den oberen Stützelementen 3 dadurch, dass sie nach ihrer halbrunden Ausnehmung einen größeren flächigen Bereich aufweisen. Dieser dient der Wärmeableitung aus dem Resonator sowie seiner Fixierung an angrenzenden Bauteilen.
• Fig. 2 zeigt ein oberes Stützelement 3 und ein unteres Stützelement 4. Die schraffierten Bereiche stellen Auflageflächen 7 dar, an denen die Distanzstücke 6 zwischen dem Flansch 2 und den Stützelementen 3, 4 anliegen, über die also die Krafteinleitung in den Zylinderresonator erfolgt. Die Auflageflächen 7 sind so angeordnet, dass die Differenzausdehnung zwischen Zylinderresonator und der Stützstruktur die in Fig. 3 stark vergrößert dargestellte Verformung hervorruft. Die Verformung kann noch verbessert werden, wenn an den Auflageflächen 7 Distanzstücke 6 mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden, z.B. wenn die oberen Distanzstücke 6 aus Aluminium und die unteren aus Invar bestehen. Die in Fig. 3 dargestellte Verformung lässt erkennen, dass der Rundresonator aufgrund der Erwärmung auf eine Temperatur T > TO, wobei TO die Ausgangtemperatur ist, die er beispielsweise vor seinem Einsatz besitzt, in x- und y-Richtung gleichmäßig verformt wird, wodurch eine gleichmäßige Kompensation auf beide Moden erfolgt.
• Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste

1

Resonatorwand

2

Flansch

3

Oberes Stützelement

4

Unteres Stützelement

5

Schrauben

6

Distanzstück

7

Auflageflächen

Claims (3)

1. Anordnung zur Temperaturkompensierung an Rundresonatoren mit Dual-Mode-Ausnutzung, die aus einem Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen und an ihren Stirnseiten einen Flansch (2) aufweisen,
   dadurch gekennzeichnet
   dass je Flansch (2) mindestens zwei in einer senkrecht zur Achse des Rundresonators liegenden Ebene den Rundresonator koaxial umgebende Stützstrukturen (3, 4) aus einem Material mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Rundresonators vorgesehen sind, die, ohne die Resonatorwand (1) zu berühren, über radial gleichmäßig verteilt angeordnete Distanzstücke (6) mit dem Flansch (2) des Rundresonators verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zwei Stützstrukturen (3, 4) vorgesehen sind, die den Rundresonator jeweils halbkreisförmig umschließen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Distanzstücke (6) unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten ausweisen.

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