真空可变电容器技术领域
本发明涉及真空可变电容器。
背景技术
真空可变电容器是有用的，例如在阻抗匹配网络，其中时间相关高频
负载的阻抗可以与发电机配合，通过调节一个或多个真空可变电容器。这
种电容器的电容是可调节控制的，通过移动一个电极或一组电极，相互对
于另一个，以及使用真空作为电介质以允许它们在高功率应用，例如操作
在一个电压高达千伏(kV)范围内甚至几十千伏范围内的电压，并且传
递高达几百安培的电流，以及低至200千赫兹(kHz)或高达200万赫兹
(MHz)的频率。这种电容器可以用作调谐元件在高功率阻抗匹配网络，
并且经常被用于在高功率射频(radiofrequency，RF)应用，其需要快
速的，可控的，可靠的电容调节在一个大范围上(通常约为1∶50或更多)
并且具有高分辨率(通常大于10000设定值的范围)和许多年的工作寿命。
真空电容器通常包括泵送和密封罩或封罩外壳，所述密封罩通常包括
两个金属套环，由圆柱形的(管状的)陶瓷(或其它电绝缘)块连接在真
空密闭的方式以对上述套环相互彼此电绝缘。在所述密封罩内部并且可导
电地连接到每个金属套环的是电极，其功能(连同电介质)旨在生成电容
量。通常一个电极被机械的固定到一个套环，而另一电极可以是固定的或
可以从真空罩外通过驱动系统而被移动的。可移动电极因此不是固定地附
着到套环上，但是在一端处被附接到可扩展连接头(例如，金属波纹管)。
可扩展连接头的另一端是连接到套环的。
在大多数情况下，可扩展连接也是气密封口从非真空侧(位于大气中)
隔离该真空罩内的各个空间(其处于真空)。驱动系统通常包括螺钉和螺
母系统，其移动轴沿着导引管，所述移动轴允许压缩或扩展该可扩展接头。
因此螺杆/螺母导引系统的轴向移动在真空外被传送到在真空内的所述可
移动电极的轴向运动，通常通过一个可膨胀地接头，下文统称为波纹管，
尽管也可以使用其它的可膨胀接头。真空电介质也因此被称作为电容器。
真空压力通常更好(低)于10-4毫巴(mbar)。使用真空作为电容器介
质具有稳定的介电值(尤其是没有温度及没有频率依赖性)，并允许所述
电容器在高电压和高电流的情况下稳定操作，其介电损耗是非常低的。例
如，专利US2010202094(A1)描述了一种真空可变电容器。某些特定应
用的真空电容器包括广播(例如，在振荡电路的高功率发射机)或等离子
控制方法在半导体，太阳能和平板的制造，例如在工业等离子增强化学气
相沉积(PECVD)的工艺。在这些应用中，调整所述真空可变电容器的
电容可允许改变(和匹配)在于高功率射频负载(RFloads)(例如在
PECVD过程中产生的)和高功率射频(RF)发生器的固定阻抗之间的阻抗，
通过业界标准固定于ZoutGenerator＝(50+0j)Ohm。如果不能匹配该阻抗将
会导致电能不被输送至该过程，而是被反射回到发生器，从而导致损坏。
真空可变电容器因此是主要可调单元用于高功率射频(RF)功率的
传送至不同负载。尽管体积相对较大，真空可变电容器相比其它的调谐机
构对诸如电感调谐，或其它形式的电容调谐(非机械技术或非真空技术)
提供几个优点。确实，真空可变电容器允许近乎连续地调谐，并且具有优
异的分辨率(电容范围可以轻易地划分成10000设定值以上，当典型的
步进电机的微步特性在使用时)在很大的电容范围，并且具有很高的电压
能力，这归功于真空介质。而且，由于介电损耗极低，真空电容器允许大
电流，并且不会产生大量热，因此其基本上是最优选的高功率应用。调整
电容值可通过机械地移动一个电极与其它电极，从而可修改所述两个电极
表面之间的距离，或改变电极表面重叠(后者是最常见的)，这两者都会
造成电容值的改变。
典型的真空可变电容器百万赫兹(MHz)应用被设计为提供电容值
在pF范围内(有时延伸到低至nF范围)，然而单个单元将覆盖电容范围
约为1：50或更高；换言之，如果所述最小设定Cmin例如是10pF，则
最大的Cmax＝500pF一般可以设置在同一单元使用。所花费的时间用
于移动所述可移动电极在于Cmin和Cmax之间一般为1秒，或在现有技
术中的电容器是更长时间的。较小的调节则需要成比例的更短时间。最近，
在连续等离子过程，用于芯片制造或其他半导体制备方法的调节时间已经
大大地减少许多，这使得真空可变电容器有时在阻抗匹配是瓶颈的，以及
在整个过程使用射频功率时。尽管发展是朝向更快的控制软件，但是存在
的物理限制在于使用特定的电机的可移动机械部件(可移动电极)的速度。
一个限制速度的因素是在于对付显著力在真空密封罩内部和外部之间的
压力差(1巴)。
现有技术的真空可变电容器的速度因此是有限的，主要是因电机的功
率以及压力-速度限制(所谓的PV值)，其用于移动所述可移动电容器的
电极的所述驱动系统的螺杆和螺母。高PV值导致高接触压力在于驱动系
统的螺母和螺杆螺纹之间，造就负面影响所述螺杆/螺母系统的磨损，并
且导致早期故障(或者需要定期更换螺杆/螺母系统)。
现有技术的电容也受到显著的膜应力和弯曲应力在波纹管上。这些应
力越大，压缩/膨胀循环(生命周期)的次数就越小，所述波纹管也就能
够承受直到出现故障。
不管用于驱动系统的电机类型，一种高转矩必然需要用来克服现有技
术的真空可变电容器的正压差，如下面所解释的。
步进电机(或步进马达)通常用于驱动真空可变电容器，因为它们的
定位精确度(分辨率)，高刚度(步进电机产生最大保持扭矩在静止时并
且一般不需要任何制动器)，并且因为它们对于大多数应用具有令人满意
的速度。通常步进电机可在操作在600转/分(RPM)或1200转/分来驱
动大部分普通的真空可变电容器，并且仍然提供足够的转矩来克服真空
力。然而，不幸的是，步进电机的一种特点是速度的增加会引起可用扭矩
的减少，在非常高的速度下，将导致步进损失和不准确性。其它电机或马
达(例如伺服马达或线性马达)也有在高速下减小的扭矩。获得较高的扭
矩和速度的组合只能通过显著增加尺寸和电动机的成本来达至。可是这对
于组件集成到原始设备制造商(OEM)阻抗匹配网络是可接受的选项。
本发明的目的在于克服上述和其它于现有技术的真空可变电容器的
缺点。特别是，本发明的目的是提供一种改进的真空可变电容器，其中可
提高调整速度，但优选地是不增加电机的尺寸，不增加所述装置的尺寸，
和/或不减小所述装置的调节分辨率。
其它优点包括增加了装置的寿命(特别增加电容调节循环的数量)，
而不损害最大工作电压/功率，设备的小巧性，或者调整分辨率。
发明内容
上述目的是通过真空可变电容器，可调于最小电容值和最大电容值之
间，包括：
第一真空罩(也称为主要真空罩)，包含由真空介电所分离的电容器
电极，所述第一真空罩的壁包括第一可变形的区域(也称为波纹管)用于
传递在驱动装置和在所述第一真空罩内的所述电容器电极中的移动电容
器电极之间的机械运动；以及第二罩，以下称为预真空罩，包含在预定压
力处的气体，其低于大气压，所述预真空罩被布置成使得所述第一可变形
的区域从在所述第一真空罩隔离预真空罩。
所述第二罩(也称为预真空罩或次要真空罩)包含气体，优选地处于
低于大气压的压力，从而用于减小波纹管上的压力差。这种压差的减小进
而减小了马达转矩量，其所需于运动波纹管和/或增加调整速度，这可以
利用给定的电机(马达)来达至。
该驱动装置是设置在所述真空可变电容器的真空罩的外部。因此其可
提供最佳的对流以冷却该驱动装置，特别是用于运行该驱动装置的电机。
该驱动装置传送其运动到真空可变电容器内的被驱动装置，特别是在所述
第二真空罩内的。根据所选取的驱动系统，驱动装置和被驱动装置可以是
不同的实施例。
在一个实施例中，该驱动装置包括无接触的传递运动到所述真空可变
电容器的真空罩内的被驱动装置。优选地，所述驱动装置提供磁耦合以便
耦合到被驱动装置。例如该驱动装置可以包括第一旋转磁板，以及所述被
驱动装置可包括第二磁板通过所述第一磁板的磁力而转动。所述第一磁板
可以由例如马达旋转，所述第二磁板可以连接到螺杆/螺母系统。而且该
驱动装置可以是感应马达，而该被驱动装置可以是音圈等类似的。有利的
是，该磁性联轴器包括一屏蔽以便屏蔽在操作该真空可变电容器时的任何
电磁场。
在另一实施例中，所述驱动装置可被实现为螺杆/螺母系统，其中所
述驱动装置是通过以下方式实现的：一种电机，其包括杆身与螺杆区段，
其中所述杆身延伸从所述真空可变电容器的真空罩外。该被驱动装置至少
通过在所述真空罩内的螺母而实现。
该预真空罩的存在意味着马达需要较少的扭矩，以驱动所述螺母及压
缩或膨胀所述波纹管，并运动在第一真空罩内的所述可移动电极。这允许
更快的速度使用相同尺寸和功率的马达。值得注意的是，所需要的扭矩的
减小不仅仅是由于在波纹管的真空力的减小。所述真空力在于螺母和螺螺
杆之间产生显著地接触力(摩擦)。压力差的减少，因此在真空力，导致
显著减少在旋转摩擦的次数在于螺母和螺纹之间。这减小了的旋转摩擦也
导致了显著减少转矩次数，其是马达所需用于驱动轴的。
该预真空封闭罩并不需要如第一真空般进行泵吸。实际上，第一真空
压力必须是大大小于大气压的压力，以便适当地操作作为电介质，而在预
真空封闭罩内的压力可以仅仅是一个数量级小于大气压力，例如，已足以
减小轴向力作用在驱动系统上(螺杆/螺母等)通过大约10的因数。由于
在驱动系统上减小的作用力，所需的电机的扭距明显地减小，因此允许更
高的速度。
而且，该设置可增加所述波纹管的使用寿命，其将两个容积分离在降
低的压力差，因此将受到较少的膜应力和更小的弯曲应力在受到压缩/膨
胀后。所述减小的真空力也会降低螺杆-螺母-驱动系统的磨损，从而导致
这些部件拥有更长的使用寿命。
在一个实施例中，改进的可变真空电容器是通过具有电机运行驱动装
置，例如步进电机，两个真空罩中之一的外部(即，电机处于大气压下)
而达至。这允许所述电机最佳的对流冷却。
通过进一步使用磁耦合在于在大气侧所述驱动系统的部件之间和在
该预真空罩中的所述驱动系统的部件之间，一种无接触传送运动将会在于
所述马达和在预真空罩的所述驱动系统的部件之间实现：从所述驱动装置
至所述驱动装置的旋转运动的传递仅仅是通过磁耦合而达至。利用这种布
置，即使压差接近一个大气压在于该预真空罩和该电机区域之间，没有运
动部件是经受该压差导致的力动。
由于真空可变电容器通常是在或接近高电磁场运作，该磁耦合的磁体
需要被屏蔽以免受中这些干扰以保证正常操作。
由于该压力差在于该预真空罩和第一真空罩之间基本上是不明显的
(可以例如是选择为大约0.1大气压)，更少的压力致使在分离该两个真
空罩内的，相比于当今的真空电容器，的波纹管。因此波纹管的机械性
能，相比较于那些用在当今的真空电容器，变得不那么严格了，其中1
个大气压的压差总是存在于波纹管(由于当今的真空可变电容器不存在预
真空罩)。本发明因此允许，与现有波纹管或较长的波纹管的使用寿命，
或者允许更多不同波纹管材料的选择。此外也可以使用其它可扩展波接头
的形状而不是常规的波纹管。
出于减小压差及导致减小应力的相同原因，所需的螺杆/螺母的"压力
×速度(PV)"值或在该预先真空罩内的所述驱动系统的一对磁板变得较
低(较低压力P)，这容许该螺杆/螺母系统的更快速度和/或较长的寿命。
最重要的是，由于真空力基本上被消除，所述电机的所需扭矩，特别
是步进电机得以开始转动因此是降低的。由于减少所需要的扭矩，电机，
特别是步进电机，因此可以运行在较高速度而不丢步，因此完美精度可完
全维持在控制该移动电极的位置及相关联真空可变电容器的电容值，比目
前的真空可变电容器，可达到更高的速度状态。
根据本发明的一个实施例的真空可变电容器，其中所述电极，所述驱
动装置以及在所述预真空罩内的前定压力被配置成使得在于最小电容值
和最大电容值之间的最小调整时间少于0.1秒。所述最大电容值是至少
10倍于最小电容值。
根据本发明的一个实施例的真空可变电容器，所述波纹管被配置为能
维持一千万次循环，其中一次循环包括：从第一电容值至第二电容值的第
一电容调节，其中该第二电容值是第一电容值的十倍，以及从所述第二电
容值至所述第一电容值的第二电容调节。用于驱动装置的该电极与该电机
被配置成使得所述最小调整时间于一次该循环是小于0.05秒。
根据本发明的一个实施例的真空可变电容器，其提供用于控制所述电
机(15)及所述驱动装置的控制装置，其中该控制装置，该电机和该驱动
装置被配置为使得所述电容是可调整的，其增量在于最大和最小电容差值
之间是小于五千份之一。
在此所描述的真空可变电容器可以例如与位于在所述预真空封闭罩
外的电机一起设置，与在预真空封闭罩中的气体在于例如约0.1巴的压力
下。0.1巴的压力会减小在波纹管上的真空力约90％，但仍然提供足够的
分子，以允许对流冷却以使电机不会过热。更好的真空(较低的压力)可
能不允许足够的热量以排向外部环境中，这导致电机过热和导致系统失
效。一般来说，压力在于0.05巴和0.5巴可提供一种有用的减少真空力，
且不需要额外的冷却措施。然而，任何压力上升到大气压力都可被使用，
并且仍然能够提供一种改进。
原则上，所述真空力可减至零通过完全抽空所述预真空的腔室。这将
减少电机所需要的扭矩用于驱动该螺杆/螺母或该磁耦合至一个非常小
值。然而，所述真空力提供一种有用的轴向偏置力于所述螺杆-螺母驱动。
这轴向偏置力大大减小了在螺杆-螺母驱动发挥的次数，从而有利于电容
的调整精确度(分辨率)。所述波纹管可以具有固有的类似弹簧力，其具
有偏置所述螺杆-螺母机械接口的效果。然而，所述波纹管可以被压缩在
一个点在其延伸范围内，并于另一部分张力在其的延伸范围中，从而将施
加正，负偏置力于所述驱动螺杆/螺母，根据其中所述波纹管发生的延伸
范围。因此，这有利于配置在波纹管上的压差，使得真空力大于所述最大
波纹弹簧力，其施加在与真空力相反的方向。换言之，所形成的"真空力
+波纹管弹簧力"将不会改变方向，甚至当所述波纹管通过它们的中性位
置(从被压缩到背扩展的)，确实，虽然单单波纹管力可改变方向，其取
决于是否处于压缩模式或扩展模式，新增的(减少的)真空力仍然保证真
空力的总和将不会改变方向。这可以通过拥有第二真空压力保证，其是足
够高的及至少与所述电容器的最大幅值的波纹管弹簧力相同的。所导致的
应力的方向改变将导致螺杆-螺母系统的失败，或该磁耦合造成劣势位置
对于电容器的控制(以及相关的电容值及阻抗值)。换句话说，减少的真
空力必须被确定，以使其仍然是足够大的，以补偿任何相反方向的波纹管
力(这将取决于使用的波纹管的机械性能)。
由于相同的原因，另一个减少的但不完全补偿的真空力的优点是该电
容器可以以任何方位定位并集成到阻抗匹配网络，如果所述减少的真空力
仍然至少可以补偿施加在可动电极的重力，当所述波纹管轴向不是在水平
轴上时。压力为0.1巴被发现是合适于普通的波纹管和电极质量。然而，
在其它情况下，较高或较低的压力可以是更有效的。
附图说明
本发明现在将依据参照附图以详细描述，其中：
图1是一个横截面示意图，显示现有技术的真空可变电容器。
图2是一个横截面示意图，显示根据本发明的第一实施例的真空可
变电容器的一个例子，根据本发明的第一实施例的真空可变电容器包括在
该真空可变电容器的罩的外部的驱动装置。
图3是一个横截面示意图，显示根据本发明的第二实施例的真空可
变电容器的一个例子。
图4是一个横截面示意图，显示根据本发明的第三实施例的真空可
变电容器的一个例子。
图5是一个横截面示意图，显示根据本发明的第四实施例的真空可变
电容器的又一个例子。
以上参考附图仅供参照，并不是用于限制本申请书所主张的专利保护
范围。
其中相同的参考号在不同的附图中被重复使用，它们旨在指代类似或
相应的特征。然而，使用不同的参考号不一定表示它们是指不同的特征。
具体实施方式
图1示出了高度简化，概略截面例子的现有技术的真空可变电容器。
它包括泵送和封闭的真空罩(2)由两个金属套环(3，4)形成，相互通
过圆柱形陶瓷片(5)以真空气密方式连接套环(3，4)起到电绝缘。在
所述真空罩(2)内导电地连接到每个金属套环(3，4)是静态电极(6)
以及可动电极(7)，其功能，与所述真空介质(12)一起是产生电容。所
述静态电极(6)机械固定到一个套环(3)及所述可动电极(7)可借助
于包括螺钉(9)，螺母(14)的驱动系统9所驱动。扩展接头或波纹管(11)
从所述真空罩(2)外的大气压分离真空电介质(12)。值得注意的是，由
于压力差(ΔΡ大约1巴)有一个力(11)是施加在波纹管上以及在所述
接触表面于螺母(14)与螺杆(9)之间。为了改变所述真空可变电容器
的电容值，所述电极(6，7)的重叠可以被调节，通过转动螺杆(9)于
一个适当的匝数或部分匝数。通常这是通过使用电机(15)达成。本发明
的真空力，可高达300N以上，作用于波纹管(11)以将波纹管与螺母拉
向该真空(即图1中的下方)。所述真空力的大小取决于波纹管(11)的
几何形状，其形成交界在于真空(12)和周围气氛之间。这导致对于电机
(15)的高转矩需求，其反过来又限制了其速度，就如上文所讨论的。
图2显示一个类似地简化的形式，其是根据本发明第一实施例的真空
可变电容器(1)的示例。它包括第一真空密封罩(2)，电极(6，7)，电
机(15)，丝杠(或称为导螺杆)(9)，螺母(14)和波纹管(11)，如以
上相对于图1说明的。另外，低压力封闭罩(21)，也称为部分真空，预
真空或第二封闭罩，是被密封在所述第一真空罩(2)。所述预真空罩(21)
可包含气体(20)其压力低于大气压，例如0.1巴。
与其将所述真空介质(12)从大气中分离，如图1中所示，图2的波
纹管(11)将真空介质(12)从包含在密封的预真空罩(21)中的低压气
体(20)分离。
如果在预真空罩的压力是0.1巴的情况下，所述真空力作用在波纹管
(11)和螺母(14)将是大约十分之一对应在图1所示的真空可变电容器
的真空力。
由于所述真空力的减小，所述电机(15)所需的转矩也就小于图1
的真空可变电容器。其结果是，如同图1的电机(15)可于较高速下操作。
值得注意的是根据本发明的本实施例，所述电机(15')是连接到用
于驱动该引导螺杆(9)的驱动装置(40)。因此，在此实施例中，该引导
螺杆(9)用作一个被驱动装置以调整这些重叠的电极(6)以及(7)。在
此实施例中，所述驱动装置(40)包括一个步进电机的轴。该电机(15')
以及所述驱动装置(40)位于该预真空封闭罩(21)的外部。该驱动装置
(40)及该被驱动装置是通过磁耦合而连接。所述电机(15')的轴被固
定到第一磁板(41)，其设置成可沿着第二真空封闭罩的壁区(21)移动
及设置在所述第二真空封闭罩(21)的外部。由于第一磁板与所述轴是固
定设置的，因此可以被视为与所述驱动装置的一部分。该第一磁板(41)
设置相对于所述第二真空罩(21)内的螺杆(9)。所述引导螺杆(9)被
固定到第二磁板(42)，其设置成可沿着第二真空罩(21)的壁区移动及
在该第二真空罩(21)的内部。所述第二磁板(42)与所述引导螺杆(9)
是固定设置的，并且是驱动装置的一部分。所述驱动装置(40)的运动传
输至该被驱动装置，通过在于所述两块磁板(41)和(42)之间的磁力。
这构造允许在于所述电机(15')和所述可移动电极(7)之间的无接触运
动传送，并且拥有额外优点，即通过恰当地降低在第二真空罩(21)内的
气压，将可以减小或甚至完全被消除前面所定义的"真空力"，其作用于波
纹管(11)及该螺杆(9)的螺纹和该螺母(14)的接触表面。
虽然图2示出了设置在于所述预真空封闭罩(21)的容器及所述第一
真空封闭罩(2)的金属套环(4)之间的绝缘元件(8)，如此般的设置不
是绝对的，前提是所述电机是电绝缘于所述高电压电容器。在此设置中，
从不接触设计所导致的气隙可提供足够的绝缘，或该电机(15')可被有
目的地与额外部件，优选地直接设置在于电机(15')及所述驱动装置(40)
的轴之间绝缘。所述绝缘将本说明书后面被提及。
在所述真空可变电容器(1)的可变侧的套环(4)通常被称为"可变
安装板"，它是用于安装所述真空可变电容器到阻抗匹配网络或者其它系
统。在所述第一真空封闭罩(2)内所不同的电极配置将允许简化所述驱
动系统的安装，这将在下面相对于本发明的第二实施例中解释。
回到本实施例(图2)中，假设在预真空罩(21)的压力是0.1巴用
于以下讨论关于真空可变电容器增加的使用寿命。
首先，波纹管(11)的使用寿命延长了，这是由于在波纹管(11)的
压力差(ΔΡ)现在减少了90％，这种降低会导致波纹管(11)在伸展
或压缩时较低的膜应力以及较低的弯曲应力，从而导致更长的使用寿命。
其次，所述螺杆(9)和螺母(14)的使用寿命也提高了，通过减小下压
力值，因此PV值减小了。PV是压力和速度的结果，其中所述压力和速
度在此是那些接触表面配合螺纹的螺钉(9)和螺母(14)。PV值是普通
工程值，该值可以用于两个滑动接触的表面如螺钉和螺母以预测机械磨损
和失效的时间。减小的压差经过波纹管时(11)导致较低的接触压力在于
螺杆(9)和螺母(14)之间的接合螺纹表面。通过图2中的真空可变电
容器(1)，减小的接触压力在于螺钉(9)和螺母(14)之间给予一个或
多个下述有利特性：
对于给定的螺钉/螺母配对，较少的磨损和更长的工作寿命；
对于给定的螺钉/螺母系统和相同的寿命要求，它允许螺杆/螺母驱动
系统以更快的运行速度而不减少其寿命；
选择较不昂贵的螺杆/螺母材料的组合，但仍然达到相同的使用寿命
以及相同的速度；
选择较小的螺钉与螺母(因此贡献了小型化的真空可变电容器)而不
会导致减少使用寿命。
如前所述，所述电机(15')可以例如是步进电机。或可替代地使用
其他类型的直流电机或交流伺服电机。
图3示出了根据本发明的第二实施例的真空可变电容器的一例子。在
本实施例中，设置在所述第一真空封闭罩(2)内的两个联动电极组(24，
25)以及使用的第二陶瓷绝缘体(32)作为该真空封闭罩(2)的部分让
其成为可能连接到设置于所述预真空罩(21)外部的所述电机(15')。选
择性地，所述预真空罩可以提供一种绝缘元件以电绝缘该电机在真空可变
电容器(1)操作期间被施以高电压。而且电机(15')与其驱动装置(40)
设置在预真空封闭罩(21)的外部并连接到驱动装置上，通过磁耦合包括
第一和第二磁板(41)以及(42)，如以上图2的第二实施例所示的。
如在附图2和附图3中可以看出，所述电机(15')和驱动装置(40)
是位于预真空封闭罩(21)的外部，而所述被驱动装置作为引导螺杆(9)
形式是位于预真空封闭罩(21)的内部。所述预真空罩(21)用作一个压
力容器以减小波纹管上的压力差(11)。设计这样的预真空封闭罩提供了
相当一些灵活性：例如，可以想像通过使用阀和泵送系统(图3中未示出)
预真空封闭罩内的压力可活跃地调节以不仅抵消静态真空力，而且也可由
压缩或扩展的波纹管活跃地抵消不同的类似弹簧力。
图4示出了根据本发明第三实施例的真空可变电容器(1)的例子，
其包括，如同第一和第二实施例中，第一真空罩(2)包含在真空(12)
内的电极(6，7)，和波纹管(11)，它将真空(12)从包含在低压的气体
(20)的预真空罩(21)中分离，如相第一和第二实施例那样。
图4的真空可变电容器还包括第三真空罩(22)和第二可变形的壁区，
或波纹管(27)，其被构造成使得第二波纹管(27)的净真空力，因在于
所述第三真空(13)及所述预真空气体(20)，和第二波纹管(27)的波
纹管弹簧力之间的压力差基本上相同，但作用在相反方向于相应在所述第
一波纹管(11)的净真空力和波纹管弹簧力。
如图4所示，所述第一和第二波纹管通过机械连接装置(在此例子是
共同轴，28)相互连接，其保证真空力与弹簧力作用于波纹管等(11)及
连接装置(28)是完全得到补偿，通过施加在波纹管(27)及连接装置(28)
的所述真空力与所述弹簧力。结果，所述连接装置(28)受到的合力为零。
因此所述连接装置，特别是共同的轴，能够可控地并且迅速地移动通过较
弱的驱动力，例如直线感应电机或音圈(34，29)或其它合适的装置。这
使得所述真空可变电容器的可移动电极(7)更容易及更快的移动，因此
允许改进的电容调整，相比于先前技术的真空可变电容器。
各种可能的机械联接可以设想用于连接所述两个波纹管(11和27)，
但是直通(straight-through)轴(28)，固定于各个末端部分的第一(11)
和第二(27)波纹管的任一端其优点是：不需要螺纹连接或其它运动部件。
图4示出一种布置，其中第一(2)和第二(22)真空罩共享一个预
真空罩(21)，用于减小相关波纹管(11，27)的压差。然而，有可能使
用两个单独的预真空罩以取得相同的结果。
利用此配置，它特别有利地使用直线驱动器或任何其它移动装置，其
不包含螺钉和螺母。而且，通过此实施例，所需的力以调节所述真空可变
电容器将会比在先前所讨论的实施例减小得更多，和甚至更高的速度可实
现。设置在所述真空罩外部作为驱动装置的直线马达(29，34)以及设置
在预真空罩内作为被驱动装置的音圈，例如一种直线感应或音圈型马达可
例如用来调节如图4的真空可变电容器。此外，由于在于波纹管的净真空
和弹簧作用力是有效地降低到零，所述电容调整速度不依赖于所述预真空
罩(21)中的压力。所述在预真空罩(21)的压力可以因此是任何值的，
包括大气压力，或比大气压高的。实际上，第三实施例的真空可变电容器
可以完全不用所述预真空罩(21)。在第二真空封闭罩(21)内的压力可
以是相同如在所述第一真空封闭罩(2)内和/或所述第三真空封闭罩(22)
内的压力。所述真空/弹簧力通过波纹管(11，27)传递到机械连动(28)
仍可被抵消的。
图5示出根据本发明第四实施例的真空可变电容器的另一实例。所述
电容器的电极(6)和(7)，波纹管(11)，引导螺杆(9)和螺母(14)
的正常设置是如图2般以实现的。在图5中，所述驱动装置(40)被设置
于真空罩(43)中，其通过一个或多个轴承(44)所支持。所述磁板(41)
和(42)分别实现为在该真空罩(43)和(21)内的磁块。足够强的磁
体被选择以保证该磁块及其相关部分理想的定向耦合，它们连接到各自的
真空罩(43)和(21)。任何两个旋转耦合系统的"打滑"应避免在运动过
程中，及更关键的加速和减速的时刻。
设置于真空可变电容器的真空罩外部的电机(15')允许一个设计简
单的电容器，其具有几个真空封闭罩和有利于电容器的维持。然而，虽然
某些电机已知是能在外太空操作，因此是真空兼容，那是不可能直接集成
电机到包含电极的主要真空封闭罩(2)内。原因是，即使这样释气并降
低真空的电机是所需于电介质目的：真空压力更优(较低)于10-3毫巴
(mbar)，优选低于约10-4，是必需被保持的，但那些是被认为不兼容于
电机部件的长期放气速率。在主要真空封闭罩内的真空质量的恶化(即压
力的增加例如由于电机部件的释气现象)超过一个最低值(根据公知的"
帕邢定律")将会通过击穿电压导致该真空电容器的故障发生。