EP0015448A1 - Vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung in einer Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren - Google Patents

Vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung in einer Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren Download PDF

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EP0015448A1
EP0015448A1 EP80100867A EP80100867A EP0015448A1 EP 0015448 A1 EP0015448 A1 EP 0015448A1 EP 80100867 A EP80100867 A EP 80100867A EP 80100867 A EP80100867 A EP 80100867A EP 0015448 A1 EP0015448 A1 EP 0015448A1
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EP
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coaxial line
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hollow cylinder
window arrangement
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EP80100867A
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Franz Dr. Dipl.-Ing. Gross
Gerit Böhme
Wolf Wiehler
Wilhelm Bibracher
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Siemens AG
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    • H01J23/36—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy
    • H01J23/40—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy to or from the interaction circuit
    • H01J23/48—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy to or from the interaction circuit for linking interaction circuit with coaxial lines; Devices of the coupled helices type
    • 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 vacuum-tight, high-frequency-permeable window arrangement between an input-side and an output-side coaxial line, in particular for traveling wave tubes.
  • a gas-tight, radio-frequency-permeable window arrangement in a coaxial line, in particular for traveling wave tubes in which a dielectric support is provided, through which the inner conductor of the coaxial line is passed with an outer diameter that is smaller than the normal one Inner conductor diameter in the coaxial line, but larger than that necessary for an adaptation of the wave resistance of the bushing to the wave resistance of the line in the area of the support smaller inner conductor diameter.
  • the inner conductor is conically thickened on both sides of the support in the direction of the support.
  • the dielectric support e.g. can consist of ceramic material, disc-shaped, so that relatively high dielectric losses can occur in particular in high-performance tubes and the associated thermal load on the dielectric support can lead to their damage.
  • the invention is therefore based on the object of providing a vacuum-tight, radio-frequency-permeable window arrangement which is particularly suitable for high-performance traveling wave tubes.
  • a ceramic hollow cylinder is arranged between the input-side coaxial line and the output-side coaxial line, which the inner conductor of the input-side coaxial line in the area of the transition to the output-side coaxial line as a continuation of Surrounds outer conductor of the input-side coaxial line.
  • the output-side end face of the ceramic hollow cylinder is preferably provided with a membrane made of metal, which is connected gas-tight to the inner conductor of the input-side coaxial line and the inner conductor of the output-side coaxial line. It is particularly advantageous if the membrane faces away from the end face of the ceramic hollow cylinder on the side with a ceramic counter ring.
  • annular metallic adapter element on the inside of an outer jacket flanged to the outer conductor of the input-side coaxial line, is provided, which coaxially surrounds the ceramic hollow cylinder.
  • the invention has the advantage that even with high-performance traveling wave tubes, the dielectric losses in the radio-frequency-permeable window are kept so low that excessive thermal stress and thus cracking or leaking of the window is avoided.
  • the output power decoupled from the delay line of the amplifier, not shown, is via the input-side coaxial line 4, 5 fed to the window arrangement.
  • the window arrangement consists of a ceramic hollow cylinder 1, one end face of which is soldered to the flange 6. The other end face is soldered to the membrane 3 with the ceramic counter ring 2.
  • the inner conductor 7 of the output-side coaxial line 7, 8 leading to the consumer is also connected to the membrane 3.
  • a cylindrical element 4 ', a conical element 4 "and a thin pin 4"' are screwed onto the inner conductor 4, which together with the adapter element 7 adapt the window arrangement to the coaxial connecting lines without reflection over a broad frequency band (r ⁇ 10% more than 30% bandwidth).
  • the inner conductor 4 is expediently very thin at the point 4 ''', so that the membrane 3 does not become too stiff and can yield when the inner conductor 4 exerts a force on the membrane 3 due to thermal expansion.
  • the window arrangement is easy to manufacture and mechanically and thermally stable. This is preferably achieved in that the ceramic hollow cylinder 1 is soldered into copper on both sides. To improve the strength, a material of similar thermal expansion to A1 2 0 3 , for example Vacon, is soldered on the side of the flange 6 as the outer conductor 5 of the coaxial line 4, 5. For the same reason, a ceramic counter ring 2 is soldered on the side of the membrane 3. If the thermal load is very high, cooling of the outer jacket 9 is recommended, for example water cooling, which can be implemented in a simple manner.
  • FIGS. 2 and 3 The basic arrangement of the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3 is the same as for the embodiment shown in Fig. 1.
  • Two exemplary embodiments are shown in FIG.
  • the ceramic hollow cylinder 1 is soldered vacuum-tight on one side to a vacuum socket 13, 5, 8, which is adapted to its dimensions, and on the other side via a ductile copper disc 12 to the connection element 7, which also consists of Vacon 4 is soldered into the soft copper disk 12.
  • the ceramic hollow cylinder 1 is soldered on both sides to vacuum turning parts 13, 8 and 7.
  • the inner conductor 4 is soldered directly to the connection element 7, which consists of Vacon.
  • the ceramic hollow cylinder 1 is soldered on one side to the solid Vacon socket 13 and on the other side to a thin Vacon disk 11.
  • the inner conductor 4 is soldered into this disk.
  • a contact spring 10 is attached after the tube has been heated.
  • Gold or silver solders can be used as the solder; in the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3 also pure copper.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown.
  • the inner conductor 4 shown in FIG. 1 can also have cylindrical transformation elements instead of the conical design.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung zwischen einer eingangsseitigen (4, 5) und einer ausgangsseitigen (7, 8) Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren. Bei dieser Fensteranordnung sollen die dielektrischen Verluste insbesondere bei Hochleistungsröhren so gering gehalten werden, daß eine zu hohe thermische Belastung und damit ein Springen bzw. Undichtwerden der Fensteranordnung vermieden wird. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß zwischen eingangsseitiger (4, 5) und ausgangsseitiger (7, 8) Koaxialleitung ein keramischer Hohlzylinder (1) angeordnet ist, der den Innenleiter (4) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) im Bereich des Überganges auf die ausgangsseitige Koaxialleitung (7, 8) als Fortsetzung des Außenleiters (5) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) umgibt. Eine erfindungsgemäße Fensteranordnung wird insbesondere bei Hochleistungswanderfeldröhren verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung zwischen einer eingangsseitigen und einer ausgangsseitigen Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren.
  • Aus der DE-PS 15 91 596 ist eine gasdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung in einer Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren, bekannt, bei der eine dielektrische Stütze vorgesehen ist, durch die der Innenleiter der Koaxialleitung mit einem Außendurchmesser hindurchgeführt ist, der kleiner ist als der normale Innenleiterdurchmesser in der Koaxialleitung, aber größer als der, für eine Anpassung des Wellenwiderstandes der Durchführung an den Wellenwiderstand der Leitung, im Bereich der Stütze nötige verkleinerte Innenleiterdurchmesser. Bei dieser Fensteranordnung ist auf beiden Seiten der Stütze der Innenleiter in Richtung auf die Stütze kegelförmig verdickt.
  • Allerdings ist bei dieser Fensteranordnung die dielektrische Stütze, die z.B. aus keramischem Material bestehen kann, scheibenförmig ausgebildet, so daß insbesondere bei Hochleistungsröhren relativ hohe dielektrische Verluste auftreten können und die damit einhergehende thermische Belastung der dielektrischen Stütze zu deren Beschädigung führen kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung zu schaffen, die insbesondere für Wanderfeldröhren hoher Leistung geeignet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer gasdichten, hochfrequenzdurchlässigen Fensteranordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zwischen eingangsseitiger Koaxialleitung und ausgangsseitiger Koaxialleitung ein keramischer Hohlzylinder angeordnet ist, der den Innenleiter der eingangsseitigen Koaxialleitung im Bereich des Übergangs auf die ausgangsseitige Koaxialleitung als Fortsetzung des Außenleiters der eingangsseitigen Koaxialleitung umgibt.
  • Vorzugsweise ist die ausgangsseitige Stirnfläche des keramischen Hohlzylinders mit einer aus Metall bestehenden Membrane versehen, die mit dem Innenleiter der eingangsseitigen Koaxialleitung und dem Innenleiter der ausgangsseitigen Koaxialleitung gasdicht verbunden ist. Es ist besonders vorteilhaft, die Membrane auf ihrer der Stirnfläche des keramischen Hohlzylinders abgewandten Seite mit einem keramischen Gegenring zu versehen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Innenseite eines an den Außenleiter der eingangsseitigen Koaxialleitung angeflanschten Außenmantels ein ringförmiges metallisches Anpaßelement vorgesehen, das den keramischen Hohlzylinder koaxial umgibt.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, daß selbst bei Hochleistungswanderfeldröhren die dielektrischen Verluste im hochfrequenzdurchlässigen Fenster so gering gehalten sind, daß eine zu hohe thermische Belastung und damit ein Springen bzw. Undichtwerden des Fensters vermieden ist.
  • An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind in den Figuren unbezeichnet oder weggelassen. Es zeigt:
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Fensteranordnung im Schnitt,
    • Fig. 2 weitere Ausführungsbeispiele im Schnitt, wobei auf der linken Seite der Figur ein . anderes Ausführungsbeispiel als auf der rechten Seite dargestellt ist und
    • Fig. 3 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fensteranordnung im Schnitt.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Fensteranordnung wird die aus der Verzögerungsleitung des nicht dargestellten Verstärkers ausgekoppelte Ausgangsleistung über die eingangsseitige Koaxialleitung 4, 5 der Fensteranordnung zugeführt. Die Fensteranordnung besteht aus einem keramischen Hohlzylinder 1, dessen eine Stirnseite auf den Flansch 6 gelötet ist. Die andere Stirnseite ist auf die Membrane 3 mit dem keramischen Gegenring 2 gelötet. Mit der Membrane 3 ist auch der Innenleiter 7 der zum Verbraucher führenden ausgangsseitigen Koaxialleitung 7, 8 verbunden. An den Innenleiter 4 sind ein zylindrisches Element 4', ein konisches Element 4" und ein dünner Zapfen 4"' angedreht, die zusammen mit dem Anpaßelement 7 die Fensteranordnung über ein breites Frequenzband reflexionsfrei an die koaxialen Anschlußleitungen anpassen (r < 10 % über mehr als 30 % Bandbreite). Der Innenleiter 4 ist zweckmäßig an der Stelle 4''' sehr dünn, damit die Membrane 3 nicht zu steif wird und nachgeben kann, wenn der Innenleiter 4 durch thermische Ausdehnung eine Kraft auf die Membrane 3 ausübt.
  • Die Fensteranordnung ist einfach herzustellen und mechanisch sowie thermisch stabil. Das wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der keramische Hohlzylinder 1 beidseitig in Kupfer eingelötet wird. Zur Verbesserung der Festigkeit wird auf der Seite des Flansches 6 ein Material ähnlicher thermischer Ausdehnung wie A1203, z.B. Vacon, als Außenleiter 5 der Koaxialleitung 4, 5 angelötet. Aus gleichem Grund wird auf der Seite der Membrane 3 ein keramischer Gegenring 2 angelötet. Bei sehr hoher thermischer Belastung empfiehlt sich eine Kühlung des Außenmantels 9, beispielsweise eine Wasserkühlung, die auf einfache Weise verwirklicht werden kann.
  • Die prinzipielle Anordnung der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele ist dieselbe wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. In Fig. 2 sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Bei dem auf der linken Seite dargestellten Ausführungsbeispiel ist der keramische Hohlzylinder 1 auf der einen Seite an eine ausdehnungsmäßig angepaßte Vaconfassung 13, 5, 8 und auf der anderen Seite über eine duktile Kupferscheibe 12 an das ebenfalls aus Vacon bestehende Anschlußelement 7 vakuumdicht gelötet.Der Innenleiter 4 ist in die weiche Kupferscheibe 12 eingelötet. Bei dem auf der rechten Seite der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der keramische Hohlzylinder 1 beiderseits mit Vacondrehteilen 13, 8 und 7 verlötet. Der Innenleiter 4 ist direkt mit dem Anschlußelement 7, das aus Vacon besteht, eingelötet.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der keramische Hohlzylinder 1 auf der einen Seite mit der massiven Vaconfassung 13 und auf der anderen Seite mit einem dünnen Vaconscheibchen 11 verlötet. In dieses Scheibchen ist der Innenleiter 4 gelötet.
  • Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 wird nach dem Ausheizen der Röhre eine Kontaktfeder 10 aufgesteckt.
  • Als Lot können Gold- oder Silberlote verwendet werden; in den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3. auch reines Kupfer.
  • Da bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen die elektrischen Feldlinien nur teilweise im Dielektrikum und vorwiegend in Luft verlaufen, ist die dielektrische Belastung des keramischen Hohlzylinders gering, so daß auch mit Al2O3 (ε = 9) breitbandige Fensteranordnungen gebaut werden können.
  • Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Beispielsweise kann der in Fig. 1 dargestellte Innenleiter 4 statt der konischen Ausführung auch zylinderförmige Transformationselemente aufweisen.

Claims (4)

1. Vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung zwischen einer eingangsseitigen und einer ausgangsseitigen Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen eingangsseitiger Koaxialleitung (4, 5) und ausgangsseitiger Koaxialleitung (7, 8) ein keramischer Hohlzylinder (1) angeordnet ist, der den Innenleiter (4) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) im Bereich des Überganges auf die ausgangsseitige Koaxialleitung (7, 8) als Fortsetzung des Außenleiters (5) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) umgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgangsseitige Stirnfläche des keramischen Hohlzylinders (1) mit einer aus Metall bestehenden Membrane (3) versehen ist, die mit dem Innenleiter (4) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) und dem Innenleiter (7) der ausgangsseitigen Koaxialleitung (7, 8) gasdicht verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membrane (3) auf ihrer der Stirnfläche des keramischen Hohlzylinders (1) abgewandten Seite mit einem keramischen Gegenring (2) versehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Innenseite eines an den Außenleiter (5) der eingangsseitigen Koaxialleitung (4, 5) angeflanschten Außenmantels (9) ein ringförmiges metallisches Anpaßelement (7) vorgesehen ist, das den keramischen Hohl-5 zylinder (1) koaxial umgibt.
EP80100867A 1979-02-28 1980-02-21 Vakuumdichte, hochfrequenzdurchlässige Fensteranordnung in einer Koaxialleitung, insbesondere für Wanderfeldröhren Withdrawn EP0015448A1 (de)

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Inventor name: GROSS, FRANZ, DR., DIPL.-ING.

Inventor name: BIBRACHER, WILHELM

Inventor name: WIEHLER, WOLF

Inventor name: BOEHME, GERIT