Wellenleiter-Resonatoranordnung sowie Verwendung

Abstract

 Zur Fixierung eines dielektrischen Einsatzes (2) in einem Wellenleiter (1) sind Klemmkörper (3) vorgesehen, die den dielektrischen Einsatz (2) am Außenumfang nur tangential berühren. In Wellenausbreitungsrichtung wird der dielektrische Einsatz (2) durch eine Auflagevorrichtung (4) fixiert. In einer weiteren Ausgestaltung ist der dielektrische Einsatz (2) starr an der Auflagevorrichtung (4) fixiert. Mit den Maßnahmen nach der Erfindung lassen sich insbesondere thermische Spannungen auffangen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wellenleiter-Resonatoranordnung sowie eine Verwendung hierzu.

Stand der Technik

[0002] Aus der EP 438 807 B1 ist eine Wellenleiter-Resonatoranordnung bekannt mit einer Mehrzahl von Stützstäben, die einen dielektrischen Einsatz im Wellenleiter zentriert fixieren. Die Stützstäbe sind am Wellenleiter befestigt und tauchen in den dielektrischen Einsatz über entsprechende Bohrungen an seinem Außenumfang ein.

[0003] Die EP 351 840 A2 offenbart ebenfalls einen Resonator mit dielektrischem Einsatz. Der Einsatz wird durch zwei Platten gehalten, die spezielle Zentriervorrichtungen aufweisen. Durch das Umgreifen des Einsatzes durch die Zentriervorrichtung können thermische Spannungen entstehen.

[0004] Aus der EP 104 735 B1 ist ein Wellenleiter-Resonator bekannt mit Abstimmschrauben, die in Richtung des dielektrischen Einsatzes weisen. Die EP 328 948 B1 offenbart ebenfalls einen dielektrischen Wellenleiter-Resonator, wobei der dielektrische Einsatz dort in einem mit drei Schrauben einstellbaren Futtersystem im Wellenleiter mittig fixierbar ist. Die US 3,155,965 offenbart eine Stützstruktur für einen Ferritkörper in einem Hohlleiter mit am Außenumfang des Ferritkörpers angebrachten radialen Stützstiften.

Vorteile der Erfindung

[0005] Die Wellenleiter-Resonatoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist geeignet, thermische Spannungen besser aufzufangen als die eingangs genannten Anordnungen, da keine speziellen Fassungen vorhanden sind. Die Anordnung der Erfindung ist einfach herstellbar. So müssen z. B. keine Bohrungen im dielektrischen Einsatz vorgesehen sein wie etwa beim Gegenstand der EP 438 807 B1. Ein aufwendiges Futtersystem wie bei der EP 328 948 B1 ist auch nicht notwendig. Trotzdem ist eine sehr genaue Fixierung/Halterung des dielektrischen Einsatzes in der Wellenausbreitungsrichtung des Wellenleiters (Hohlleiters) durch die Auflagevorrichtung und senkrecht dazu, also in einer Querschnittsebene des Wellenleiters möglich, ohne daß sich thermische Spannungen ungünstig auswirken. Dadurch, daß am dielektrischen Einsatz überhaupt keine Veränderungen getroffen werden (Fassungen, Bohrungen usw.), die Störstellen verursachen könnten, wird auch nicht die Resonatorgüte verschlechtert. Mit den Maßnahmen der Erfindung können beliebige dielektrische Einsätze gewählt werden, wie z. B. Kugeln, Zylinder, ohne daß an der Haltevorrichtung Änderungen zu treffen wären. Es können sogar dielektrische Einsätze unterschiedlicher Geometrie gegeneinander ausgetauscht werden, z. B. Zylinder durch Kugeln und umgekehrt. Dadurch ist die Anordnung nach der Erfindung universell verwendbar und für verschiedene Applikationen, z. B. unterschiedliche Filterstrukturen; Mehrmodenfilter, geeignet. Die Auflagevorrichtung weist keine Zentriervorrichtung auf, die zu ungünstigen thermischen Spannungen führt.

[0006] Die Wellenleiter-Resonatoranordung nach Anspruch 6 ist ebenfalls dazu geeignet, thermische Spannungen besser aufzufangen als bisherige Lösungen. Der dielektrische Einsatz kann auf seiner Unterseite auf die plattenförmige Auflagevorrichtung durch einfaches Verkleben fixiert werden. Ungenauigkeiten bei dieser Verklebung, z. B. Zentrierfehler, lassen sich mittels der am Außenrand der plattenförmigen Auflagevorrichtung angebrachten Haltevorrichtung ausgleichen. Durch die flächenhafte Fixierung des dielektrischen Einsatzes ist ein guter Wärmeübergang ohne thermische Spannungen gewährleistet. Ein Austausch des dielektrischen Einsatzes ist auch hier einfach möglich, insbesondere dann, wenn die Auflagevorrichtung (-platte) nur mit Schrauben an der Wellenleiterinnenwand befestigt ist und mitsamt des dielektrischen Einsatzes herausnehmbar ist. Durch eine weitere, insbesondere aufgeklebte, Auflageplatte auf der Oberseite der dielektrischen Einsatzes kann die Wärmeabfuhr noch verbessert werden. Auch über Klemmkörper kann zusätzlich Wärme abgeführt werden, ohne daß thermische Spannungen entstehen.

Zeichnung

[0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Wellenleiter mit dielektrischem Einsatz,

Figur 2 einen Querschnitt durch einen Wellenleiter mit dielektrischem Einsatz mit anders ausgestalteten Klemmkörpern,

Figur 3 einen Längsschnitt zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2,

Figur 4 einen Querschnitt durch einen Wellenleiter mit dielektrischem Einsatz mit einer weiteren Ausgestaltung der Klemmkörper,

Figur 5 einen Längsschnitt durch den Wellenleiter mit Verklebung des Einsatzes auf der Auflageplatte und

Figur 6 einen Längsschnitt mit einer weiteren Auflageplatte.

Beschreibung der Erfindung

[0008] Die Figur 1 zeigt eine Wellenleiter-Resonatoranordnung mit einem beispielsweise als Rundhohlleiter-Resonator ausgebildeten Wellenleiter 1 mit einem dielektrischen Einsatz 2, der vorzugsweise mittig im Hohlleiter angeordnet ist. Der dielektrische Einsatz 2 besteht in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform aus einem scheibenförmigen Zylinder. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der dielektrische Einsatz kugelförmig ausgebildet sein. Der dielektrische Einsatz 2 besteht beispielsweise aus einer dielektrischen Keramik mit einer hohen Dielektrizitätskonstante von beispielsweise 10 bis 50. Damit lassen sich Resonatoren hoher Güte und geringer Permitivität erzielen.

[0009] Zwischen einem Außenumfang des dielektrischen Einsatzes - hier zwischen Zylindermantel und Hohlleiter 1 - sind mehrere Klemmkörper 3 vorgesehen, die radial auf den Klemmkörper 3 zulaufen und ihn nur tangential berühren. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform bestehen die Klemmkörper 3 aus Quarzstäben, die vorzugsweise in einer Ebene gleichmäßig verteilt sind und durch Gewindeschrauben 31 im Hohlleiter 1 in Richtung auf den dielektrischen Einsatz 3 hin zugestellt werden können, um den gewünschten Klemmdruck sowie die gewünschte Position (hier Mittenposition des dielektrischen Einsatzes im Hohlleiter 1) einzustellen. Beispielsweise können drei Klemmkörper 3 um 120° gegeneinander versetzt vorgesehen sein.

[0010] Zur Fixierung des dielektrischen Einsatzes 2 in einer Richtung (hier z-Richtung), die von der/den Fixierungsrichtung/en (hier x-, y-Richtung in einer Querebene des Hohlleiters) des dielektrischen Einsatzes 2 durch die Klemmkörper 3 abweicht, ist eine Auflagevorrichtung 4 vorgesehen. Diese Auflagevorrichtung besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Platten 41 und 42, wobei eine Platte 41 auf einem Absatz 5 im Wellenleiter 1 aufliegt, der einen Durchmessersprung im Wellenleiter darstellt. Eine andere Platte 42 befindet sich auf der gegenüberliegenden Deckfläche des zylinderförmigen dielektrischen Einsatzes 2. Letzterer Platte 42 ist eine Klemmvorrichtung 6 zugeordnet, z. B. in Form einer Madenklemmschraube, mittels derer die Platte 42 in Richtung der Platte 41 zustellbar ist. Durch die Auflagevorrichtung 4 ist damit der dielektrische Einsatz in z-Richtung fixierbar. Bei genügendem Klemmdruck durch die Klemmkörper 3 kann die obere Platte 42 eventuell entfallen. Bei starker Beschleunigungsbeanspruchung der Anordnung gemäß der Erfindung, z. B. für den Einsatz in Satelliten, ist die zweite Platte 42 schon aus mechanischen Gründen normalerweise erforderlich. Die Platte/n 41 bzw. 42 bestehen aus thermischen Gründen vorzugsweise ebenfalls aus Quarz. Die Platten 41 und 42 weisen vorzugsweise keinerlei Zentriervorrichtungen, wie Stufen, Stege usw. auf, die zu ungünstigen thermischen Spannungen führen könnten.

[0011] Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Rundhohlleiter 1 mit einer Abwandlung für die Klemmkörper 3. Zwei der Klemmkörper 31 und 32 bestehen aus senkrecht im Hohlleiter 1 stehenden Platten vorzugsweise aus Quarz oder Keramik, die den dielektrischen Einsatz 2 tangential berühren. Der dritte Klemmkörper 33 besteht wie zuvor aus einem Stab, der mittels einer Schraube auf den dielektrischen Einsatz hin zustellbar ist und zur Einstellung des notwendigen Klemmdruckes geeignet ist. Figur 3 zeigt einen zu diesem Ausführungsbeispiel gehörigen Längsschnitt.

[0012] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 4 bestehen die Klemmkörper 3 aus Kreiszylindern oder Kugeln, die mittels Madenschrauben radial in Richtung dielektrischem Einsatz 2 zustellbar sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel berühren die Klemmkörper 3 den Kreiszylinder - oder kugelförmig ausgestalteten dielektrischen Einsatz 2 - nur tangential.

[0013] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Auflagevorrichtung 4 aus mindestens einem weiteren Klemmkörper bestehen, der geeignet ist, eine Klemmwirkung auf dem dielektrischen Einsatz 2 in einer Achsrichtung auszuüben, die von der/den Ausrichtung/en zur Fixierung des dielektrischen Einsatzes 2 durch die Klemmkörper 3 abweicht.

[0014] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die in Figur 5 dargestellt ist, ist der dielektrische Einsatz 2, der hier ebenfalls zylinderförmig ausgebildet ist, mechanisch starr gegenüber der Auflagevorrichtung - Platte 41 - fixiert. Die Platte 41 ist an ihrem äußeren Umfang in einer Halterung 8, die am Innenrand des Wellenleiters 1 angebracht ist, gelagert. Die Fixierung des Einsatzes 2 an der Platte 41 erfolgt flächenhaft, beispielsweise über einen geeigneten Kleber 7 mit guter Wärmeleitfähigkeit. Durch die Verklebung des Einsatzes 2 auf der Platte 41 sind die Klemmkörper 3 zur Fixierung entbehrlich. Sie können aber zur zusätzlichen Wärmeabfuhr verwendet werden. Die Platte 41 besteht aus einem elektrisch schlecht leitenden Material, welches vorzugsweise gut wärmeleitend ist. Als Materialien hierfür eignen sich Diamant oder Saphir. Sowohl durch die flächenhafte Fixierung als auch durch die gut wärmeleitende Platte 41 kann ein guter Wärmetransport vom dielektrischen Einsatz 2 zur Wellenleiteraußenwand/Resonatorwand erfolgen und damit die im Dielektrikum erzeugte Verlustenergie schnell abgeführt werden. Als Halterung 8 kann der Absatz 5 im Wellenleiter 1 verwendet werden, gegen den die Platte 41 mittels einer Klemmvorrichtung gedrückt wird. Als Klemmvorrichtung eignen sich beispielsweise nicht metallische Schrauben 61, 62 aus Kunststoff, die in einem Winkel von etwa 45° in der Hohlleiterwand 1 geführt sind und die Platte 41 gegen den Absatz 5 drücken. Wie in Figur 5 dargestellt, kann zwischen den Schrauben 61, 62, die gleichmäßig am Plattenrand verteilt sind, und der Platte 41 ein Ring 9 vorgesehen sein, der für einen gleichmäßigen Anpreßdruck sorgt. Mit den Schrauben 61, 62 und dem Ring 9 kann die Lage der Platte 41 senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung/Achsrichtung des Einsatzes 2 justiert werden und Ungenauigkeiten bei der Verklebung des Einsatzes 2 mit der Platte 41 ausgeglichen werden (Zentrierung). Eine solche Zentrierung kann auch über Schrauben oder Stifte erfolgen, die senkrecht zur Hohlleiterwand auf die Platte 41 zustellbar sind.

[0015] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 besteht die Auflagevorrichtung 4 aus einer weiteren Platte 42, die insbesondere auf den dielektrischen Einsatz aufgeklebt ist. Dadurch kann die Wärmeabfuhr weiter erhöht werden. Die Platte 42 kann mit einer ähnlichen Halterung wie zuvor geschildert versehen sein. Auch zusätzliche Klemmkörper 3 in Form von Stiften, Zylindern usw. aus gut wärmeleitenden aber elektrische schlecht leitendem Material wie Diamant oder Saphir, die den Außenmantel des Einsatzes 2 tangential berühren, können zur weiteren Wärmeabfuhr vorgesehen sein. Insbesondere können diese Klemmkörper auch mit dem Einsatz 2 wärmeleitend verklebt werden.

[0016] Als Alternative zur Befestigung mit Schrauben kann die Platte 41 und/oder die Platte 42 an ihrem Außenrand mit lötfähigem Material beschichtet sein derart, daß die Platte 41 bzw. 42 an den Absatz 5 und/oder an die Wellenleiterinnenwand anlötbar ist. Auf die gleiche Weise kann der dielektrische Einsatz 2 auf die Platte 41 bzw. 42 aufgelötet werden, wenn zuvor eine entsprechende Metallisierung erfolgt ist.

[0017] Mindestens einer der Klemmkörper 3, die Auflagevorrichtung 4, die Hohlleiterinnenwand, der dielektrische Einsatz 2 und/oder der weitere Klemmkörper kann mit einem Supraleiter vollständig oder teilweise beschichtet sein. Auf diese Weise lassen sich Verluste vermindern und die Resonatorgüte erhöhen.

[0018] Mit der Wellenleiter-Resonatoranordnung gemäß der Erfindung lassen sich Filterstrukturen aufbauen, beispielsweise durch Aneinanderreihung vorgenannter Strukturen in einem Wellenleiter. Es lassen sich insbesondere auch Mehrmodenfilter aufbauen, die als Kanalmultiplexer geeignet sind. Da die Befestigung der Auflagevorrichtung bzw. Platte/n nur über die Hohlleiterwand in Wellenleiterausbreitungsrichtung (z-Richtung) erfolgt ist eine Resonatorkopplung/ bzw. -abstimmung in z-Richtung ungestört möglich.

Ansprüche

1. Wellenleiter-Resonatoranordnung bestehend aus:

- einem Wellenleiter (1),

- einem dielektrischen Einsatz (2) innerhalb eines Wellenleiters (1),

- mehreren Klemmkörpern (3) zur Fixierung des dielektrischen Einsatzes (2) innerhalb des Wellenleiters (1), wobei diese Klemmkörper (3) zwischen dem Wellenleiter (1) und einem Außenumfang des dielektrischen Einsatzes (2) angeordnet sind und den dielektrischen Einsatz (2) nur tangential berühren,

- mindestens einer Auflagevorrichtung (4) für den dielektrischen Einsatz (2) zur Fixierung desselben in einer Richtung, die von der/dem Fixierungsrichtung/en des dielektrischen Einsatzes (2) durch die Klemmkörper (3) abweicht.

2. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (3) aus Stäben, Kugeln, Zylindern oder Platten bestehen.

3. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Klemmkörper (3) am Wellenleiter (1) so befestigt ist, daß ein veränderbarer Klemmdruck gegenüber dem dielektrischen Einsatz (2) einstellbar ist.

4. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) aus zwei Platten (41, 42) besteht, zwischen denen der dielektrische Einsatz (2) in einer Richtung fixierbar ist, die senkrecht ist zu der bzw. den Richtung/en, in die der dielektrische Einsatz (2) durch die Klemmkörper (3) fixierbar ist.

5. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) aus mindestens einem weiteren Klemmkörper besteht, der geeignet ist, eine Klemmwirkung auf den dielektrischen Einsatz (2) in einer Achsrichtung auszuüben, die von der/den Achsrichtung/en zur Fixierung des dielektrischen Einsatzes (2) durch die Klemmkörper (3) abweicht.

6. Wellenleiter-Resonatoranordnung bestehend aus:

- einem Wellenleiter (1)

- einem dielektrischen Einsatz (2) innerhalb eines Wellenleiters (1),

- mindestens einer Auflagevorrichtung (4) für den dielektrischen Einsatz (2),

- Mitteln (7) zur flächenhaften starren Fixierung des dielektrischen Einsatzes (2) gegenüber der Auflagevorrichtung (4),

- einer Halterung (8) für die Auflagevorrichtung (4) an ihrem äußeren Umfang, die an der Innenfläche des Wellenleiters (1) angebracht ist.

7. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) aus einer Platte (41) besteht, auf die der dielektrische Einsatz (2) aufgeklebt ist.

8. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) aus einer weiteren Platte (42) besteht, die insbesondere auf den dielektrischen Einsatz (2) aufgeklebt ist.

9. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte der Auflagevorrichtung (4) auf einem Absatz (5) im Wellenleiter (1) aufliegt, der einen Durchmessersprung im Wellenleiter (1) darstellt.

10. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Platte (41) der Auflagevorrichtung (4) eine Klemmvorrichtung zugeordnet ist, die geeignet ist, die Platte (41) gegen den Absatz (5) zu drücken.

11. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 4, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der anderen Platte der Auflagevorrichtung (41, 42) eine Klemmvorrichtung (6) zugeordnet ist, mittels derer diese in Richtung der auf dem Absatz (5) aufliegenden Platte (41) zustellbar ist.

12. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung/en aus Schrauben (61, 62) besteht/bestehen, die in einem Winkel von etwa 45° auf die Auflagevorrichtung (4, 41, 42) zustellbar sind.

13. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) bzw. die Platte (41) oder Platten (41, 42) und/oder die Klemmkörper (3) aus elektrisch schlecht leitendem Material, insbesondere Quarz oder Keramik bestehen.

14. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) bzw. die Platte oder Platten (41, 42) und/oder die Klemmkörper (3) aus elektrisch schlecht leitendem aber gut wärmeleitendem Material, insbesondere Diamant oder Saphir bestehen.

15. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagevorrichtung (4) bzw. die Platte (41) oder Platten (41, 42) an ihrem Außenrand mit lötfähigem Material beschichtet ist/sind derart, daß diese an die Wellenleiterinnenwand und/oder an den Absatz (5) anlötbar ist.

16. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wellenleiter (1) und einem Außenumfang des dielektrischen Einsatzes (2) Klemmkörper (3) aus elektrisch schlecht leitendem Material vorgesehen sind.

17. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (3) aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Diamant oder Saphir bestehen.

18. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Einsatz (2) aus einem zylinder- oder kugelförmigen Körper mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht.

19. Wellenleiter-Resonatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Klemmkörper (3), die Auflagevorrichtung (4) bzw. der weitere Klemmkörper, der dielektrische Einsatz (2) und/oder mindestens eine der Hohlleiterinnenwände mit einem Supraleiter beschichtet ist.

20. Verwendung einer oder mehrerer Wellenleiter-Resonatoranordnung/en nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in einer Filterstruktur.

Zeichnung