DE102022113502A1

DE102022113502A1 - Module and method for generating a pulsed microwave output signal

Info

Publication number: DE102022113502A1
Application number: DE102022113502.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schlundt
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2023232626A1

Abstract

Ein Modul (10, 10.1) zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals und zur Ansteuerung eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermoduls (110, 112, 114, 124, 126, 128) umfassta. Ein Eingangsglied (S1), welches einen Mikrowellensignaleingang (12) und zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignalausgang (14, 16) aufweist,b. Ein Ausgangsglied (S2), welches zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignaleingang (18, 20) und einen Mikrowellensignalausgang (22) aufweist,c. Einen ersten Signalpfad (24) zwischen dem ersten Mikrowellensignalausgang (14) des Eingangsglieds (S1) und dem ersten Mikrowellensignaleingang (18) des Ausgangsglieds (S2),d. Einen zweiten Signalpfad (26) zwischen dem zweiten Mikrowellensignalausgang (16) des Eingangsglieds (S1) und dem zweiten Mikrowellensignaleingang (20) des Ausgangsglieds (S2),e. Ein im zweiten Signalpfad (26) vorgesehenes Dämpfungsglied (18), wobeii. das Eingangsglied (S1) einen Steuersignaleingang (30) aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Steuersignaleingang (30) eingehenden Pulssignals (40) seinen Mikrowellensignaleingang (12) mit seinem ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang (14, 16) zu verbinden und/oderii. das Ausgangsglied (S2) einen Steuersignaleingang (32) aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Steuersignaleingang (32) eingehenden Pulssignals (40) seinen ersten Mikrowellensignaleingang (18) oder seinen zweiten Mikrowellensignaleingang (20) mit seinem Mikrowellensignalausgang (22) zu verbinden.A module (10, 10.1) for generating a pulsed microwave output signal and for driving a microwave solid-state power amplifier module (110, 112, 114, 124, 126, 128) comprisesa. An input element (S1), which has a microwave signal input (12) and at least a first and a second microwave signal output (14, 16),b. An output element (S2), which has at least a first and a second microwave signal input (18, 20) and a microwave signal output (22), c. A first signal path (24) between the first microwave signal output (14) of the input element (S1) and the first microwave signal input (18) of the output element (S2), i.e. A second signal path (26) between the second microwave signal output (16) of the input element (S1) and the second microwave signal input (20) of the output element (S2),e. An attenuator (18) provided in the second signal path (26), whereini. the input element (S1) has a control signal input (30) and is configured to connect its microwave signal input (12) to its first or second microwave signal output (14, 16) depending on a pulse signal (40) arriving at the control signal input (30) and/orii. the output element (S2) has a control signal input (32) and is configured to connect its first microwave signal input (18) or its second microwave signal input (20) to its microwave signal output (22) depending on a pulse signal (40) arriving at the control signal input (32).

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals und zur Ansteuerung eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermoduls, einen Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker sowie einen Mikrowellenfestkörperleistungsgenerator. Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Erzeugen gepulster Mikrowellensignale unterschiedlicher Amplitude.The invention relates to a module for generating a pulsed microwave output signal and for driving a microwave solid-state power amplifier module, a microwave solid-state power amplifier and a microwave solid-state power generator. The invention further includes a method for generating pulsed microwave signals of different amplitudes.

Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen (IC) werden Bauelemente wie z. B. Transistoren auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Während des Herstellungsprozesses werden verschiedene Materialien auf verschiedene Schichten aufgebracht oder geätzt, um die gewünschte integrierte Schaltung herzustellen. Bei bestimmten plasmagestützten Verfahren kann sich Ladung auf der Oberfläche des Substrats ansammeln, die den Plasmaprozess negativ beeinflussen kann. Um derartige Aufladungen zu reduzieren, kann Hochfrequenz-Leistung dem Plasmaprozess gepulst zugeführt werden. Dies ist nur ein Beispiel neben vielen anderen Beispielen für die Notwendigkeit eines gepulsten Plasmas. Bei bestimmten Anwendungen ist jedoch nicht nur ein einstufiges Pulsen, sondern ein mehrstufiges Pulsen in schnellem Wechsel erwünscht.When producing integrated semiconductor circuits (IC), components such as: B. transistors formed on a semiconductor substrate. During the manufacturing process, different materials are deposited or etched onto different layers to produce the desired integrated circuit. In certain plasma-assisted processes, charge can accumulate on the surface of the substrate, which can negatively affect the plasma process. In order to reduce such charges, high-frequency power can be supplied to the plasma process in a pulsed manner. This is just one example among many other examples of the need for pulsed plasma. For certain applications, however, not only single-stage pulsing but also multi-stage pulsing in rapid alternation is desired.

Besonders kurze Pulse sind insbesondere für die Erzeugung von „non-equilibrium plasma“ bzw. „non-thermal plasma“ bzw. „cold-plasma“ und alle Prozesse, wo ein solches Plasma eingesetzt wird, wichtig. Diese Plasmaformen zeichnen sich dadurch aus, dass die Elektronen dem Feld folgen können, während die ionisierten Atomkerne den schnellen Feldänderungen nicht folgen können. Das Plasma bleibt ,kalt'. Eine Anforderung dabei ist, dass die Pulse zeitlich kürzer sind als die Zeitkonstante der Rekombination der Ionen mit den Elektronen. Diese Zeitkonstante ist abhängig von vielen Einflussgrößen wie Druck, Temperatur oder von der Elementen-Art der ionisierten Atome selbst.Particularly short pulses are particularly important for the generation of “non-equilibrium plasma” or “non-thermal plasma” or “cold plasma” and all processes where such plasma is used. These plasma forms are characterized by the fact that the electrons can follow the field, while the ionized atomic nuclei cannot follow the rapid field changes. The plasma remains 'cold'. One requirement is that the pulses are shorter in time than the time constant of the recombination of the ions with the electrons. This time constant depends on many influencing variables such as pressure, temperature or the type of element of the ionized atoms themselves.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul bereitzustellen, mit dem ein schnelles mehrstufiges Pulsen mit sehr kurzen Pulsdauern ermöglicht wird.The object of the present invention is to provide a module with which fast multi-stage pulsing with very short pulse durations is possible.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Modul zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals und zur Ansteuerung eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermoduls mit

a. Einem Eingangsglied, welches einen Mikrowellensignaleingang und zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignalausgang aufweist,
b. Einem Ausgangsglied, welches zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignaleingang und einen Mikrowellensignalausgang aufweist,
c. Einem ersten Signalpfad zwischen dem ersten Mikrowellensignalausgang des Eingangsglieds und dem ersten Mikrowellensignaleingang des Ausgangsglieds,
d. Einem zweiten Signalpfad zwischen dem zweiten Mikrowellensignalausgang des Eingangsglieds und dem zweiten Mikrowellensignaleingang des Ausgangsglieds,
e. Einem im zweiten Signalpfad vorgesehenen Dämpfungsglied, wobei
1. i. das Eingangsglied einen Steuersignaleingang aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Steuersignaleingang eingehenden Pulssignals seinen Mikrowellensignaleingang mit seinem ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang zu verbinden und/oder
2. ii. das Ausgangsglied einen Steuersignaleingang aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Steuersignaleingang eingehenden Pulssignals seinen ersten Mikrowellensignaleingang oder seinen zweiten Mikrowellensignaleingang mit seinem Mikrowellensignalausgang zu verbinden.

This task is solved by a module for generating a pulsed microwave output signal and for controlling a microwave solid-state power amplifier module

a. An input element which has a microwave signal input and at least a first and a second microwave signal output,
b. An output element which has at least a first and a second microwave signal input and a microwave signal output,
c. A first signal path between the first microwave signal output of the input element and the first microwave signal input of the output element,
d. A second signal path between the second microwave signal output of the input element and the second microwave signal input of the output element,
e. An attenuator provided in the second signal path, where
1. i. the input element has a control signal input and is configured to connect its microwave signal input to its first or second microwave signal output depending on a pulse signal arriving at the control signal input and / or
2. ii. the output element has a control signal input and is configured to connect its first microwave signal input or its second microwave signal input to its microwave signal output depending on a pulse signal arriving at the control signal input.

Unter einem Dämpfungsglied ist eine elektrische Komponente zu verstehen, die in der Lage und eingerichtet ist, ein elektrisches Signal um einen vorgegebenen Wert zu reduzieren, also z.B. eine Spannung, einen Strom, und/oder eine Leistung um einen Faktor zu reduzieren. Es kann sich dabei um einen Widerstand, einen Spannungsteiler, eine aktive Schaltung oder ein einzelnes Bauteil handeln. Es kann sich um ein Bauteil handeln, das manuell oder über ein elektrisches Signal einstellbar ist.An attenuator is to be understood as an electrical component that is able and set up to reduce an electrical signal by a predetermined value, for example to reduce a voltage, a current, and/or a power by a factor. It can be a resistor, a voltage divider, an active circuit or a single component. It can be a component that can be adjusted manually or via an electrical signal.

Mit Mikrowellensignal ist hier ein Signal mit einer Frequenz von 300 MHz bis 20 GHz gemeint.A microwave signal here means a signal with a frequency of 300 MHz to 20 GHz.

Mit Mikrowellenausgangssignal ist hier ein Mikrowellensignal an einem Ausgang gemeint.A microwave output signal here means a microwave signal at an output.

Mit gepulstem Mikrowellensignal ist hier ein Mikrowellensignal gemeint, das gepulst ist. Die Pulse können dabei sehr kurz sein. Mit „sehr kurz“ sind hier Pulse im Bereich von 10 ns bis 500 ns gemeint. Die Pulse können insbesondere im Bereich von 10 ns bis 40 ns, vorzugsweise im Bereich von 15 ns bis 30 ns, liegen. Damit sind die Pulse zeitlich kürzer als die meisten Zeitkonstante der Rekombination der Ionen mit den Elektronen.By pulsed microwave signal here is meant a microwave signal that is pulsed. The pulses can be very short. “Very short” here means pulses in the range from 10 ns to 500 ns. The pulses can in particular be in the range from 10 ns to 40 ns, preferably in the range from 15 ns to 30 ns. This means that the pulses are shorter in time than most of the time constants for the recombination of the ions with the electrons.

Weiterhin kann ein Puls eine Anstiegszeit und/oder Abstiegszeit von ≤ 10 ns aufweisen. Damit weisen die Pulse eine ausreichend starke Intensität auf, die zur Erzeugung des Plasmas notwendig ist.Furthermore, a pulse can have a rise time and/or fall time of ≤ 10 ns. This means that the pulses have a sufficiently strong intensity that is necessary to generate the plasma.

Die Pulse können insbesondere mehrstufig sein, also zwischen wenigstens zwei Leistungswerten pulsen, von denen mindestens ein Wert ungleich null ist, wobei insbesondere beide ungleich null sind. Das wird weiter unten noch beschrieben.The pulses can in particular be multi-stage, i.e. pulse between at least two power values, of which at least one value is not equal to zero, in particular both being not equal to zero. This will be described further below.

Mit gepulstem Mikrowellenausgangssignal ist hier ein gepulstes Mikrowellensignal an einem Ausgang gemeint.Pulsed microwave output signal here means a pulsed microwave signal at an output.

Mit Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul ist hier ein elektronischer Verstärker gemeint, der geeignet ist, ein Mikrowellensignal niedriger Leistung in ein Mikrowellensignal größerer Leistung zu verstärken. Dabei weist er als verstärkendes Element einen Festkörper (Solid State) auf, insbesondere einen Halbleiter-Festkörper, z.B. einen Transistor. Der Transistor kann z.B. ein HEMT, ein MOSFET oder LDMOS-Transistor oder ein Transistor basierend auf GaN oder SiC sein. Mit dieser Terminologie setzt man sich in der Mikrowellentechnologie von herkömmlichen nicht Festkörperbasierten Verstärkertypen ab, z.B. Röhren- und/oder Magnetron-Verstärkern, die deutlich unpräziser in Leistung und Frequenz zu steuern sind und einen hohen Verschleiß aufweisen. Solche Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker sind z.B. in US 9,595,930 B2 oder US 11,222,770 B2 als ,solid-state microwave power amplifier' oder ,solid-state microwave power generator' beschrieben.What is meant here by a microwave solid-state power amplifier module is an electronic amplifier that is suitable for amplifying a low-power microwave signal into a higher-power microwave signal. It has a solid state as a reinforcing element, in particular a semiconductor solid, for example a transistor. The transistor can be, for example, a HEMT, a MOSFET or LDMOS transistor or a transistor based on GaN or SiC. This terminology sets microwave technology apart from conventional non-solid-state amplifier types, e.g. tube and/or magnetron amplifiers, which can be controlled much less precisely in terms of power and frequency and are subject to high levels of wear. Such microwave solid-state power amplifiers are, for example, in US 9,595,930 B2 or US 11,222,770 B2 described as a 'solid-state microwave power amplifier' or 'solid-state microwave power generator'.

Mit einem solchen Modul zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals kann in Abhängigkeit des Pulssignals das am Eingangsglied eingehende Mikrowellensignal gepulst werden. Über den ersten Signalpfad kann das Mikrowellensignal mit einer ersten, z.B. ungedämpften, Amplitude an das Ausgangsglied übertragen werden. Über den zweiten Signalpfad kann das Mikrowellensignal mit einer anderen/zweiten Amplitude an das Ausgangsglied übertragen werden.With such a module for generating a pulsed microwave output signal, the microwave signal arriving at the input element can be pulsed depending on the pulse signal. The microwave signal can be transmitted to the output element with a first, for example undamped, amplitude via the first signal path. The microwave signal with a different/second amplitude can be transmitted to the output element via the second signal path.

Das Umschalten zwischen den mindesten zwei Pfaden kann durch das Eingangs- und Ausgangsglied durchgeführt werden, gesteuert durch das Pulssignal. Somit kann eine Pulsfunktion realisiert werden. Durch die mindestens zwei unterschiedlichen Pfaddämpfungen können die mindestens zwei Amplitudenstufen entstehen.Switching between the at least two paths can be performed by the input and output elements, controlled by the pulse signal. A pulse function can thus be implemented. The at least two different path attenuations can create at least two amplitude levels.

Somit kann eine zweistufige (dual level) Pulsfunktion realisiert werden. Eine solche Funktion ist besonders für Plasmaanwendungen und andere ähnliche dynamische Prozesse vorteilhaft. Somit ist es möglich, dass ein einziger Generator sowohl kleine Grundleistung als auch kurze Leistungsspitzen liefert.This means that a two-stage (dual level) pulse function can be implemented. Such a feature is particularly beneficial for plasma applications and other similar dynamic processes. It is therefore possible for a single generator to deliver both low base power and short power peaks.

Das Pulssignal kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller generiert werden, der einen High-Resolution-Timer besitzt und so die Generierung sehr kurzer Pulse möglich macht. Mit ,Timer' ist hier eine Schaltungskomponente gemeint, die ein Zeitsignal, z.B. einen Zeittakt mit vorgegebener Frequenz, ausgibt. Der Timer kann als PWM-Timer konfiguriert werden, sodass zur Erzeugung regemäßiger und/oder periodischer Pulse kein Eingreifen durch eine Software notwendig ist.The pulse signal can be generated, for example, by a microcontroller that has a high-resolution timer and thus enables the generation of very short pulses. The term 'timer' here refers to a circuit component that outputs a time signal, e.g. a time cycle with a specified frequency. The timer can be configured as a PWM timer, so that no software intervention is necessary to generate regular and/or periodic pulses.

Die Signalleitungen von einem Pulssignalgenerator zu dem Eingangsglied und zu dem Ausgangsglied können die gleiche Länge aufweisen.The signal lines from a pulse signal generator to the input member and to the output member can have the same length.

Beide, sowohl das Eingangsglied als auch das Ausgangsglied können auf viele unterschiedliche Arten aufgebaut sein. Sie sind geeignet ausgelegt, die Mikrowellensignale mit der Pulsfrequenz-Geschwindigkeit von einem Signalpfad auf den anderen Signalpfad schalten zu können. Bevorzugt weisen sie je zwei Transistoren, insbesondere zwei MOSFETs, auf. Bevorzugt ist der Steuersignaleingang des Eingangsglieds und/oder des Ausgangsglieds mit wenigstens einem dieser Transistoren an dessen Steuereingang, z.B. am Gate oder an der Basis, verbunden.Both the input member and the output member can be constructed in many different ways. They are designed to be able to switch the microwave signals from one signal path to the other signal path at the pulse frequency speed. They each preferably have two transistors, in particular two MOSFETs. The control signal input of the input element and/or the output element is preferably connected to at least one of these transistors at its control input, for example at the gate or at the base.

Das Eingangsglied und das Ausgangsglied können die gleiche Bauart aufweisen, insbesondere eine identische.The input member and the output member can have the same design, in particular an identical one.

Sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangsglied kann als sogenannter „single-pole, double-throw (SPDT) switch“ ausgestaltet sein.Both the input and the output element can be designed as a so-called “single-pole, double-throw (SPDT) switch”.

Das Eingangsglied und/oder das Ausgangsglied kann als insbesondere reflexionsfreie Hochfrequenzschalteinheit ausgebildet sein. Dabei kann es ausreichend sein, wenn das Eingangsglied oder das Ausgangsglied als Hochfrequenzschalteinheit ausgebildet ist. Das jeweils andere Glied kann beispielsweise als Signalweiche ausgebildet sein. Mit ,Signalweiche' ist hier eine Schaltungskomponente gemeint, die eingerichtet ist, ein Signal von einem Eingangsanschluss entweder mit einem ersten oder mit einem zweiten Ausgangsanschluss zu verbinden bzw. eine Verbindung von einem Ausgangsanschluss zu entweder einem ersten oder einem zweiten Eingangsanschluss herzustellen. Neben den oben beschriebenen Signaleingängen und Signalausgängen kann die Hochfrequenzschalteinheit weitere Anschlüsse, z.B. Versorgungsspannungs- und Erdungsanschlüsse aufweisen.The input element and/or the output element can be designed as, in particular, a reflection-free high-frequency switching unit. It may be sufficient if the input element or the output element is designed as a high-frequency switching unit. The other link can be designed, for example, as a signal switch. By “signal switch” here is meant a circuit component that is set up to connect a signal from an input connection to either a first or a second output connection or to establish a connection from an output connection to either a first or a second input connection. In addition to the signal inputs and signal outputs described above, the high-frequency switching unit can have further connections, for example supply voltage and ground connections.

Wie oben bereits erwähnt, kann das Dämpfungsglied einstellbar sein, z.B. als einstellbarer Widerstand ausgebildet sein.As already mentioned above, the attenuation element can be adjustable, for example designed as an adjustable resistance.

Das Dämpfungsglied kann als analoges Dämpfungsglied ausgebildet sein. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn es als digitales Dämpfungsglied ausgebildet ist. Unter einem analogen Dämpfungsglied wird ein Dämpfungsglied verstanden, dass in einem Bereich kontinuierlich eingestellt werden kann, und zwar vorzugsweise über ein analoges Ansteuersignal. Unter einem digitalen Dämpfungsglied wird ein Dämpfungsglied verstanden, dass zwischen mehreren diskreten Dämpfungswerten einstellbar ist, und zwar vorzugsweise über eine digitale Ansteuerung.The attenuator can be designed as an analog attenuator. However, there are special advantages when it is digital Attenuator is formed. An analog attenuator is understood to mean an attenuator that can be continuously adjusted in a range, preferably via an analog control signal. A digital attenuator is understood to mean an attenuator that can be adjusted between several discrete attenuation values, preferably via a digital control.

Der zweite Signalpfad kann ein zweites Eingangsglied mit einem Mikrowellensignaleingang und einem ersten und einem zweiten Mikrowellensignalausgang sowie einem Modussignaleingang aufweisen und konfiguriert sein, in Abhängigkeit eines am Modussignaleingang eingehenden Modussignals seinen ersten Mikrowellensignaleingang mit seinem ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang zu verbinden. Somit kann anhand des Modussignals ausgewählt werden, ob das vom ersten Eingangsglied empfangene gepulste Mikrowellensignal an den ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang des zweiten Eingangsglieds geleitet wird.The second signal path can have a second input element with a microwave signal input and a first and a second microwave signal output as well as a mode signal input and can be configured to connect its first microwave signal input to its first or second microwave signal output depending on a mode signal arriving at the mode signal input. The mode signal can therefore be used to select whether the pulsed microwave signal received by the first input element is routed to the first or second microwave signal output of the second input element.

Das Modul kann eingerichtet sein, dass das Mikrowellensignal erst am Ausgang gepulst ist und nicht notwendigerweise schon an dem oder den Dämpfungsglieder(n). Das kann beispielweise der Fall sein, wenn am Eingang nur ein Teiler vorgesehen ist.The module can be set up so that the microwave signal is only pulsed at the output and not necessarily at the attenuator(s). This can be the case, for example, if there is only one divider at the input.

Der zweite Signalpfad kann ein zweites Ausgangsglied mit zwei Mikrowellensignaleingängen und einem Mikrowellensignalausgang sowie einem Modussignaleingang aufweisen und konfiguriert sein, in Abhängigkeit eines am Modussignaleingang eingehenden Modussignals seinen ersten Mikrowellensignaleingang oder seinen zweiten Mikrowellensignaleingang mit seinem Mikrowellensignalausgang zu verbinden. Somit kann anhand des Modussignals ausgewählt werden, welcher der Mikrowellensignaleingänge mit dem Mikrowellensignalausgang verbunden wird. Das Dämpfungsglied kann zwischen einem der Mikrowellensignalausgänge des zweiten Eingangsglieds und einem der Mikrowellensignaleingänge des zweiten Ausgangsglieds angeordnet sein.The second signal path can have a second output element with two microwave signal inputs and a microwave signal output as well as a mode signal input and can be configured to connect its first microwave signal input or its second microwave signal input to its microwave signal output depending on a mode signal arriving at the mode signal input. The mode signal can therefore be used to select which of the microwave signal inputs is connected to the microwave signal output. The attenuator can be arranged between one of the microwave signal outputs of the second input element and one of the microwave signal inputs of the second output element.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der zweite Signalpfad aufweist:

a. Ein zweites Eingangsglied, welches einen Mikrowellensignaleingang und zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignalausgang aufweist,
b. Ein zweites Ausgangsglied, welches zumindest einen ersten und einen zweiten Mikrowellensignaleingang und einen Mikrowellensignalausgang aufweist,
c. Einen dritten Signalpfad zwischen dem ersten Mikrowellensignalausgang des zweiten Eingangsglieds und dem ersten Mikrowellensignaleingang des zweiten Ausgangsglieds,
d. Einen vierten Signalpfad zwischen dem zweiten Mikrowellensignalausgang des zweiten Eingangsglieds und dem ersten Mikrowellensignaleingang des zweiten Ausgangsglieds,
e. Wobei das Dämpfungsglied im dritten Signalpfad vorgesehenen ist, und wobei
1. i. das zweite Eingangsglied einen Modussignaleingang aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Modussignaleingang eingehenden Modussignals seinen Mikrowellensignaleingang mit seinem ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang zu verbinden und/oder
2. ii. das zweite Ausgangsglied einen Modussignaleingang aufweist und konfiguriert ist, in Abhängigkeit eines am Modussignaleingang eingehenden Modussignals seinen ersten Mikrowellensignaleingang oder seinen zweiten Mikrowellensignaleingang mit seinem Mikrowellensignalausgang zu verbinden.

Alternatively, it can be provided that the second signal path has:

a. A second input element, which has a microwave signal input and at least a first and a second microwave signal output,
b. A second output element, which has at least a first and a second microwave signal input and a microwave signal output,
c. A third signal path between the first microwave signal output of the second input element and the first microwave signal input of the second output element,
d. A fourth signal path between the second microwave signal output of the second input element and the first microwave signal input of the second output element,
e. Wherein the attenuator is provided in the third signal path, and where
1. i. the second input element has a mode signal input and is configured to connect its microwave signal input to its first or second microwave signal output depending on a mode signal arriving at the mode signal input and / or
2. ii. the second output element has a mode signal input and is configured to connect its first microwave signal input or its second microwave signal input to its microwave signal output depending on a mode signal arriving at the mode signal input.

Einer der Mikrowellensignalausgänge des zweiten Eingangsglieds und einer der Mikrowellensignaleingänge des zweiten Ausgangsglieds kann mit einer Abschlussschaltung verbunden sein. Dadurch können Reflexionen an den Eingangs- bzw. Ausgangsgliedern verhindert werden. Die Abschlussschaltung kann einen Widerstand und ggfs. zusätzlich einen Kondensator in Serie aufweisen. Der Kondensator dient dabei dem Blockieren von Gleichstromanteilen.One of the microwave signal outputs of the second input element and one of the microwave signal inputs of the second output element can be connected to a terminating circuit. This allows reflections at the input and output elements to be prevented. The terminating circuit can have a resistor and, if necessary, an additional capacitor in series. The capacitor serves to block direct current components.

Das zweite Eingangsglied und/oder das zweite Ausgangsglied können als Hochfrequenzschalteinheit ausgebildet sein. Somit kann mehrstufiges Pulsen eines Mikrowellensignals erreicht werden.The second input element and/or the second output element can be designed as a high-frequency switching unit. Multi-stage pulsing of a microwave signal can thus be achieved.

In den Rahmen der Erfindung fällt weiterhin ein Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker (MW-SSPA) mit einem erfindungsgemäßen Modul, wobei dem Modul ein Mikrowellenfestkörper-Leistungsverstärkermodul nachgeschaltet ist. Ein Mikrowellenfestkörper-Leistungsverstärkermodul wird auch als Mikrowellen-Solid-State-Power-Amplifier Modul bezeichnet und mit MW-SSPA Modul abgekürzt.The scope of the invention also includes a microwave solid-state power amplifier (MW-SSPA) with a module according to the invention, with a microwave solid-state power amplifier module being connected downstream of the module. A microwave solid-state power amplifier module is also called a microwave solid-state power amplifier module and abbreviated as MW-SSPA module.

Zwischen dem Modul und dem Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul kann ein Splitter vorgesehen sein. Im Anschluss an den Splitter können mehrere Verstärkerpfade mit jeweils mindestens einem Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul vorgesehen sein, die durch einen Combiner am Leistungsausgang wieder zusammengeführt werden.A splitter may be provided between the module and the microwave solid-state power amplifier module. Following the splitter, several amplifier paths can be provided, each with at least one microwave solid-state power amplifier module, which are brought together again by a combiner at the power output.

Die Erfindung umfasst weiterhin einen Mikrowellenfestkörperleistungsgenerator. Bei einem solchen Mikrowellenfestkörperleistungsgenerator kann einem erfindungsgemäßen Modul ein Mikrowellenkleinsignalgenerator, auch Synthesizer genannt, vorgeschaltet sein. Mit Mikrowellenkleinsignalgenerator ist hier ein Mikrowellensignalgenerator gemeint, der eine Ausgangsleistung kleiner gleich 2 W liefern kann.The invention further includes a microwave solid state power generator. In such a microwave solid-state power generator, a module according to the invention can be preceded by a microwave small signal generator, also called a synthesizer. The term microwave small signal generator here refers to a microwave signal generator that can deliver an output power of less than or equal to 2 W.

Zwischen dem Mikrowellenkleinsignalgenerator und dem Modul kann ein Splitter vorgesehen sein. Somit kann das vom Mikrowellenkleinsignalgenerator erzeugt Signal an mehrere Module geliefert werden.A splitter can be provided between the microwave small signal generator and the module. The signal generated by the microwave small signal generator can therefore be delivered to several modules.

In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen gepulster Mikrowellensignale unterschiedlicher Amplitude mit den Verfahrensschritten:

a. Erzeugen eines Mikrowellensignals,
b. Zuführen des Mikrowellensignals an ein Modul mit einem ersten und einem zweiten Signalpfad unterschiedlicher Dämpfung,
c. Erzeugen eines Pulssignals,
d. Übertragen des Mikrowellensignals über den ersten oder zweiten Signalpfad in Abhängigkeit des Pulssignals an einen Ausgang des Moduls.

In one aspect, the invention relates to a method for generating pulsed microwave signals of different amplitudes with the method steps:

a. generating a microwave signal,
b. supplying the microwave signal to a module with a first and a second signal path of different attenuation,
c. generating a pulse signal,
d. Transmitting the microwave signal via the first or second signal path depending on the pulse signal to an output of the module.

Somit können auf einfache Art und Weise Hochfrequenzpulssignale mit unterschiedlicher Amplitude generiert werden.This means that high-frequency pulse signals with different amplitudes can be generated in a simple manner.

Gemäß einer Verfahrensvariante kann ein Modussignal erzeugt werden und das Mikrowellensignal in Abhängigkeit des Modussignals über den zweiten Signalpfad übertragen oder in eine Abschlussschaltung geleitet werden. Über das Modussignal kann somit ausgewählt werden, ob ein gepulstes Hochfrequenzsignal übertragen wird und wenn ja, in welcher Leistungsstufe.According to a method variant, a mode signal can be generated and the microwave signal can be transmitted via the second signal path or passed into a terminating circuit depending on the mode signal. The mode signal can therefore be used to select whether a pulsed high-frequency signal is transmitted and, if so, at what power level.

Das Pulssignal kann mit einer Pulslänge der Pulse von maximal 1 µs, insbesondere im Bereich von 10 ns bis 100 ns, vorzugsweise im Bereich von 15 ns bis 50 ns, erzeugt werden, und liegen insbesondere im Bereich von 30 ns.The pulse signal can be generated with a pulse length of a maximum of 1 μs, in particular in the range of 10 ns to 100 ns, preferably in the range of 15 ns to 50 ns, and in particular in the range of 30 ns.

Weiterhin kann das Pulssignal mit einer Anstiegszeit und/oder Abstiegszeit der Pulse von ≤ 10 ns erzeugt werden.Furthermore, the pulse signal can be generated with a rise time and/or fall time of the pulses of ≤ 10 ns.

Die Pulslänge des Pulssignals kann mit einer Schrittweite von ≤ 1 ns eingestellt werden. Somit bestehen eine Vielzahl an feinen Einstellmöglichkeiten einer Pulsweitenmodulation.The pulse length of the pulse signal can be set with a step size of ≤ 1 ns. This means that there are a variety of fine adjustment options for pulse width modulation.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following detailed description of exemplary embodiments of the invention based on the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The features shown there are not necessarily to be understood to scale and are presented in such a way that the special features according to the invention can be made clearly visible. The various features can be implemented individually or in groups in any combination in variants of the invention.

In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in verschiedenen Stadien der Benutzung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.In the schematic drawing, exemplary embodiments of the invention are shown in various stages of use and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines Moduls;
2 eine Darstellung eines Pulssignals und eines zweistufigen gepulsten Mikrowellensignals;
3 eine zweite Ausführungsform eines Moduls;
4 eine erste Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkers;
5 eine Verwendung eines Moduls zur Ansteuerung einer Verstärkeranordnung;
6 eine zweite Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkers;
7 eine erste Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsgenerators;
8 eine zweite Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsgenerators;
9 eine Verstärkeranordnung.

Show it:

1 a first embodiment of a module;
2 a representation of a pulse signal and a two-stage pulsed microwave signal;
3 a second embodiment of a module;
4 a first embodiment of a microwave solid state power amplifier;
5 a use of a module to control an amplifier arrangement;
6 a second embodiment of a microwave solid state power amplifier;
7 a first embodiment of a microwave solid state power generator;
8th a second embodiment of a microwave solid state power generator;
9 an amplifier arrangement.

1 zeigt ein Modul 10 zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellen-Ausgangssignals und zur Ansteuerung eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkers. Das Modul 10 weist ein Eingangsglied S1 mit einem Mikrowellensignaleingang 12 und einem ersten und einem zweiten Mikrowellensignalausgang 14, 16 auf. Weiterhin weist das Modul 10 ein Ausgangsglied S2 mit einem ersten und einem zweiten Mikrowellensignaleingang 18, 20 und einem Mikrowellensignalausgang 22 auf. Ein erster Signalpfad 24 ist zwischen dem ersten Mikrowellensignalausgang 14 des Eingangsglieds S1 und dem ersten Mikrowellensignaleingang 18 des Ausgangsglieds S2 vorgesehen. Ein zweiter Signalpfad 26 ist zwischen dem zweiten Mikrowellensignalausgang 16 des Eingangsglieds S1 und dem zweiten Mikrowellensignalausgang 18 des Ausgangsglieds S2 vorgesehen. Im zweiten Signalpfad 26 ist ein einstellbares Dämpfungsglied 28 vorgesehen. 1 shows a module 10 for generating a pulsed microwave output signal and for driving a microwave solid-state power amplifier. The module 10 has an input element S1 with a microwave signal input 12 and a first and a second microwave signal output 14, 16. Furthermore, the module 10 has an output element S2 with a first and a second microwave signal input 18, 20 and a microwave signal output 22. A first signal path 24 is provided between the first microwave signal output 14 of the input element S1 and the first microwave signal input 18 of the output element S2. A second signal path 26 is provided between the second microwave signal output 16 of the input element S1 and the second microwave signal output 18 of the output element S2. In the second signal path 26, an adjustable attenuator 28 is provided.

Das Eingangsglied S1 und das Ausgangsglied S2 weisen jeweils einen Steuersignaleingang 30, 32 auf. Das Eingangsglied S1 ist konfiguriert, in Abhängigkeit eines am Steuersignaleingang 30 eingehenden Pulssignals seinen Mikrowellensignaleingang 12 mit seinem ersten oder zweiten Mikrowellensignalausgang 14, 16 zu verbinden. Das Ausgangsglied S2 ist konfiguriert, in Abhängigkeit des am Steuersignaleingang 32 eingehenden Pulssignals seinen ersten Mikrowellensignaleingang 18 oder seinen zweiten Mikrowellensignaleingang 20 mit seinem Mikrowellensignalausgang 22 zu verbinden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Eingangsglied S1 und das Ausgangsglied S2 jeweils als Hochfrequenzschalteinheit ausgebildet. Es ist jedoch denkbar, dass entweder das Eingangsglied S1 oder das Ausgangsglied S2 als Teiler ausgebildet ist.The input element S1 and the output element S2 each have a control signal input 30, 32. The input element S1 is configured to connect its microwave signal input 12 to its first or second microwave signal output 14, 16 depending on a pulse signal arriving at the control signal input 30. The output element S2 is configured to connect its first microwave signal input 18 or its second microwave signal input 20 to its microwave signal output 22 depending on the pulse signal arriving at the control signal input 32. In the exemplary embodiment shown, the input element S1 and the output element S2 are each designed as a high-frequency switching unit. However, it is conceivable that either the input element S1 or the output element S2 is designed as a divider.

An den Steuersignaleingängen 30, 32 wird dasselbe Pulssignal zugeführt. Am ersten Mikrowellensignaleingang 12 wird ein Mikrowellensignal, welches von einem Mikrowellenkleinsignalgenerator stammen kann, zugeführt. Am Mikrowellensignalausgang 22 wird ein gepulstes Mikrowellensignal ausgegeben, wobei die Amplitude des gepulsten Mikrowellensignals davon abhängt, ob das Mikrowellensignal über den ersten Signalpfad 24 oder den zweiten Signalpfad 26 läuft.The same pulse signal is supplied to the control signal inputs 30, 32. A microwave signal, which can come from a small microwave signal generator, is supplied to the first microwave signal input 12. A pulsed microwave signal is output at the microwave signal output 22, the amplitude of the pulsed microwave signal depending on whether the microwave signal runs via the first signal path 24 or the second signal path 26.

Serielle Kondensatoren 33, 34, 35, 36, 37, 38 an den Eingängen und Ausgängen der Eingangs- und/oder Ausgangsglieder dienen der Abtrennung von Gleichstrom-Anteilen, die insbesondere durch die gesteuerten Eingangs- und/oder Ausgangsglieder eingekoppelt werden können. Diese Kondensatoren 33, 34, 35, 36, 37, 38 sind, abhängig vom Schalter, der verwendet wird, notwendig oder optional.Serial capacitors 33, 34, 35, 36, 37, 38 at the inputs and outputs of the input and/or output elements serve to separate direct current components, which can be coupled in in particular by the controlled input and/or output elements. These capacitors 33, 34, 35, 36, 37, 38 are necessary or optional depending on the switch used.

Die 2 zeigt ein Pulssignal 40, welches an den Steuersignaleingängen 30, 32 anliegen kann. Die Pulslänge der Pulse beträgt typisch-maximal 1 µs, insbesondere im Bereich von 10 ns bis 100 ns, vorzugsweise im Bereich von 15 ns bis 50 ns, und liegen insbesondere im Bereich von 30 ns. Die Pulse weisen eine Anstiegszeit und/oder Abstiegszeit von ≤ 10 ns auf. Die Pulslänge der Pulse des Pulssignals 40 kann mit einer Schrittweite von ≤ 1 ns eingestellt werden.The 2 shows a pulse signal 40, which can be present at the control signal inputs 30, 32. The pulse length of the pulses is typically a maximum of 1 μs, in particular in the range from 10 ns to 100 ns, preferably in the range from 15 ns to 50 ns, and in particular in the range from 30 ns. The pulses have a rise time and/or fall time of ≤ 10 ns. The pulse length of the pulses of the pulse signal 40 can be set with a step size of ≤ 1 ns.

Weiterhin ist in der 2 ein zweistufiges gepulstes Mikrowellensignal 42 zu sehen, welches im Bereich 44 entsprechend dem Pulssignal 40 eine kleine Amplitude aufweist, also über den zweiten Signalpfad 26 gelaufen ist und im Bereich 46 eine größere Amplitude aufweist, was dem höheren Pegel des Pulssignals 40 entspricht.Furthermore, in the 2 a two-stage pulsed microwave signal 42 can be seen, which has a small amplitude in the area 44 corresponding to the pulse signal 40, i.e. has passed over the second signal path 26 and has a larger amplitude in the area 46, which corresponds to the higher level of the pulse signal 40.

Die Amplitude des Mikrowellensignals 46 im Bereich 44 ist durch das Dämpfungsglied 28 einstellbar. Denkbar ist es, auch im Signalpfad 24 ein einstellbares Dämpfungsglied vorzusehen. Dann ist auch die Amplitude des Mikrowellensignals 42 im Bereich 46 einstellbar.The amplitude of the microwave signal 46 in the area 44 can be adjusted by the attenuator 28. It is conceivable to also provide an adjustable attenuator in the signal path 24. Then the amplitude of the microwave signal 42 can also be adjusted in the area 46.

Wenn im ersten Signalpfad 24 ebenfalls ein Dämpfungsglied vorgesehen ist, weisen die Dämpfungsglieder des ersten und zweiten Signalpfads 24, 26 vorzugsweise unterschiedliche Werte bzw. Dämpfungseigenschaften auf, sodass ein gepulstes Mikrowellensignal erzeugt werden kann, welches unterschiedliche Amplituden aufweist.If an attenuator is also provided in the first signal path 24, the attenuators of the first and second signal paths 24, 26 preferably have different values or attenuation properties, so that a pulsed microwave signal can be generated which has different amplitudes.

Die 3 zeigt eine Ausführungsform eines Moduls 10.1, wobei Elemente, die denen der 1 entsprechen, die gleichen Bezugsziffern tragen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 weist der zweite Signalpfad 26 ein zweites Eingangsglied S3 und ein zweites Ausgangsglied S4 auf. The 3 shows an embodiment of a module 10.1, with elements similar to those of 1 correspond, have the same reference numbers. In contrast to the embodiment according to 1 the second signal path 26 has a second input element S3 and a second output element S4.

Das zweite Eingangsglied S3 weist einen Mikrowellensignaleingang 50 und einen ersten und zweiten Mikrowellensignalausgang 52, 54 auf. Entsprechend weist das zweite Ausgangsglied S4 einen ersten Mikrowellensignaleingang 56 und einen zweiten Mikrowellensignaleingang 58 auf. Weiterhin weist das zweite Ausgangsglied S4 einen Mikrowellensignalausgang 60 auf. Das zweite Eingangsglied S3 weist einen Modussignaleingang 62 und das zweite Ausgangsglied S4 weist einen Modussignaleingang 64 auf.The second input element S3 has a microwave signal input 50 and a first and second microwave signal output 52, 54. Correspondingly, the second output element S4 has a first microwave signal input 56 and a second microwave signal input 58. Furthermore, the second output element S4 has a microwave signal output 60. The second input element S3 has a mode signal input 62 and the second output element S4 has a mode signal input 64.

Der erste Mikrowellensignalausgang 52 ist über einen dritten Signalpfad 66, der Bestandteil des zweiten Signalpfads 26 ist, und der das Dämpfungsglied 28 enthält, mit dem ersten Mikrowellensignaleingang 56 des zweiten Ausgangsglieds S4 verbunden. Der zweite Mikrowellensignalausgang 54 ist mit einer Abschlussschaltung 68 verbunden. Der zweite Mikrowellensignaleingang 58 ist mit einer Abschlussschaltung 70 verbunden. Die Abschlussschaltungen 68, 70 weisen jeweils einen Widerstand 72, 74 und in Serie dazu einen optionalen Kondensator 76, 78 auf.The first microwave signal output 52 is connected to the first microwave signal input 56 of the second output element S4 via a third signal path 66, which is part of the second signal path 26 and which contains the attenuation element 28. The second microwave signal output 54 is connected to a termination circuit 68. The second microwave signal input 58 is connected to a termination circuit 70. The terminating circuits 68, 70 each have a resistor 72, 74 and an optional capacitor 76, 78 in series therewith.

Das zweite Eingangsglied S3 ist konfiguriert, in Abhängigkeit von einem Modussignal, welches am Modussignaleingang 62 eingeht, den ersten Mikrowellensignaleingang 50 mit dem ersten Mikrowellensignalausgang 52 oder dem zweiten Mikrowellensignalausgang 54 zu verbinden. Entsprechend ist das zweite Ausgangsglied S4 konfiguriert, in Abhängigkeit von dem an dem Modussignaleingang 64 eingehenden Modussignal den ersten Mikrowellensignaleingang 56 oder den zweiten Mikrowellensignaleingang 58 mit dem Mikrowellensignalausgang 60 zu verbinden. Je nach Modussignal wird demnach das am Mikrowellensignaleingang 50 eingehende Signal über den dritten Signalpfad 66 und das zweite Ausgangsglied 64 an das Ausgangsglied S2 übergeben oder in die Abschlussschaltung 68 geführt. So besteht zusätzlich zu der in 2 gezeigten Möglichkeit, ein Mikrowellensignal mit unterschiedlichen Amplituden auszugeben, die Möglichkeit, kein Signal am Mikrowellensignalausgang 22 auszugeben.The second input element S3 is configured to connect the first microwave signal input 50 to the first microwave signal output 52 or the second microwave signal output 54 depending on a mode signal which is received at the mode signal input 62. Accordingly, the second output element S4 is configured to connect the first microwave signal input 56 or the second microwave signal input 58 to the microwave signal output 60 depending on the mode signal arriving at the mode signal input 64. Depending on the mode signal, this is the microwave signal input 50 incoming signal is transferred via the third signal path 66 and the second output element 64 to the output element S2 or fed into the termination circuit 68. In addition to that in 2 shown possibility of outputting a microwave signal with different amplitudes, the possibility of not outputting a signal at the microwave signal output 22.

Die 4 zeigt einen Mikrowellenfestkörperverstärker (Microwave Solid State Power Amplifier MW-SSPA) 100, der ein Modul 10, 10.1 gemäß der 1 oder 3 aufweist. Dem Modul 10, 10.1 ist ein Splitter 102 nachgeschaltet, der das gepulste Mikrowellensignal vom Modul 10, 10.1 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf drei Verstärkerpfade 104, 106, 108 aufteilt. Jeder Verstärkerpfad 104, 106, 108 weist ein Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul 110, 112, 114 auf. Die in den Verstärkerpfaden 104, 106, 108 verstärkten Signale werden in einem Combiner 116 wieder zusammengeführt, sodass ein verstärktes gepulstes Mikrowellensignal am Ausgang 118 ausgegeben wird.The 4 shows a microwave solid state power amplifier (Microwave Solid State Power Amplifier MW-SSPA) 100, which has a module 10, 10.1 according to 1 or 3 having. The module 10, 10.1 is followed by a splitter 102, which divides the pulsed microwave signal from the module 10, 10.1 into three amplifier paths 104, 106, 108 in the exemplary embodiment shown. Each amplifier path 104, 106, 108 includes a solid state microwave power amplifier module 110, 112, 114. The signals amplified in the amplifier paths 104, 106, 108 are combined again in a combiner 116, so that an amplified pulsed microwave signal is output at the output 118.

Die 5 zeigt die Verwendung eines Moduls 10, 10.1 zur Ansteuerung einer Verstärkeranordnung 120. Die Verstärkeranordnung 120 weist einen Splitter 122 auf, der das Ausgangssignal des Moduls 10, 10.1 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf drei Verstärkerpfade für 124, 126, 128 aufteilt, wobei jeder der Verstärkerpfade 124, 126, 128 ein Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul 130, 132, 134 aufweist. Die Signale der Verstärkerpfade 124, 126, 128 werden in einem Combiner 136 zusammengeführt, sodass ein verstärktes gepulstes Mikrowellensignal am Ausgang 138 ausgegeben wird.The 5 shows the use of a module 10, 10.1 for controlling an amplifier arrangement 120. The amplifier arrangement 120 has a splitter 122, which in the exemplary embodiment shown divides the output signal of the module 10, 10.1 into three amplifier paths for 124, 126, 128, each of the amplifier paths 124 , 126, 128 has a microwave solid-state power amplifier module 130, 132, 134. The signals from the amplifier paths 124, 126, 128 are combined in a combiner 136 so that an amplified pulsed microwave signal is output at the output 138.

Die 6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkers 100.1. Im Unterschied zum Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker 100 der 4 ist bei dem Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker 100.1 der 6 vor dem Splitter 102 kein Modul 10, 10.1 vorgesehen, sondern wird ein Mikrowellensignal dem Splitter 102 unmittelbar zugeführt. Module 10, 10.1 sind dafür in den Verstärkerpfaden 104, 106, 108 angeordnet und somit zwischen dem Splitter 102 und den Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodulen 110, 112, 114. Die Signale der Verstärkerpfade 104, 106, 108 werden wiederum dem Combiner 116 zugeführt, sodass ein verstärktes gepulstes Mikrowellensignal am Ausgang 118 ausgegeben werden kann.The 6 shows an alternative embodiment of a microwave solid-state power amplifier 100.1. In contrast to the microwave solid-state power amplifier 100 4 is the microwave solid-state power amplifier 100.1 6 No module 10, 10.1 is provided in front of the splitter 102, but a microwave signal is fed directly to the splitter 102. For this purpose, modules 10, 10.1 are arranged in the amplifier paths 104, 106, 108 and thus between the splitter 102 and the microwave solid-state power amplifier modules 110, 112, 114. The signals from the amplifier paths 104, 106, 108 are in turn fed to the combiner 116, so that an amplified pulsed Microwave signal can be output at output 118.

Die 7 zeigt einen Mikrowellenfestkörperleistungsgenerator (Microwave Solid State Power Generator, MW-SSPG) 200. Dieser weist den Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker 100 auf, dem ein Mikrowellenkleinsignalgenerator 202 vorgeschaltet ist.The 7 shows a microwave solid state power generator (Microwave Solid State Power Generator, MW-SSPG) 200. This has the microwave solid state power amplifier 100, which is preceded by a microwave small signal generator 202.

Die 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Mikrowellenfestkörperleistungsgenerators 200.1, der einen Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker 100.1 aufweist, dem ein Mikrowellenkleinsignalgenerator 202 vorgeschaltet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Mikrowellenkleinsignalgenerator 202 unmittelbar am Splitter 102 angeordnet bzw. in diesen integriert.The 8th shows an alternative embodiment of a microwave solid-state power generator 200.1, which has a microwave solid-state power amplifier 100.1, which is preceded by a microwave small signal generator 202. In the exemplary embodiment shown, the microwave small signal generator 202 is arranged directly on the splitter 102 or integrated into it.

Die in der 9 gezeigte Anordnung zeigt, dass ein Mikrowellenkleinsignalgenerator 202 samt Splitter 102 sowie daran angeschlossenen Modulen 10, 10.1 einer Verstärkeranordnung 300, die Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodule 110, 112, 114 und einem Combiner 116 aufweist, vorgeschaltet sein können.The ones in the 9 The arrangement shown shows that a microwave small signal generator 202 together with a splitter 102 and modules 10, 10.1 connected to it can be connected upstream of an amplifier arrangement 300, which has microwave solid-state power amplifier modules 110, 112, 114 and a combiner 116.

Ein PWM Modul kann zwischen dem Mikrowellenkleinsignalgenerator 202 und den Mikrowellenfestkörperverstärkermodulen 110, 112, 114 angeordnet und angeschlossen sein.A PWM module may be arranged and connected between the microwave small signal generator 202 and the microwave solid-state amplifier modules 110, 112, 114.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 9595930 B2 [0013]
US 11222770 B2 [0013]

Claims

Module (10, 10.1) for generating a pulsed microwave output signal and for controlling a microwave solid-state power amplifier module (110, 112, 114, 124, 126, 128). a. An input element (S1), which has a microwave signal input (12) and at least a first and a second microwave signal output (14, 16), b. An output element (S2), which has at least a first and a second microwave signal input (18, 20) and a microwave signal output (22), c. A first signal path (24) between the first microwave signal output (14) of the input element (S1) and the first microwave signal input (18) of the output element (S2), d. A second signal path (26) between the second microwave signal output (16) of the input element (S1) and the second microwave signal input (20) of the output element (S2), e. An attenuator (18) provided in the second signal path (26), wherein i. the input element (S1) has a control signal input (30) and is configured to connect its microwave signal input (12) to its first or second microwave signal output (14, 16) depending on a pulse signal (40) arriving at the control signal input (30) and/or ii. the output element (S2) has a control signal input (32) and is configured to connect its first microwave signal input (18) or its second microwave signal input (20) to its microwave signal output (22) depending on a pulse signal (40) arriving at the control signal input (32).

Module after Claim 1 , characterized in that the input element (S1) and/or the output element (S2) is designed as a high-frequency switching unit.

Module according to one of the preceding claims, characterized in that the attenuation element (28) is adjustable.

Module according to one of the preceding claims, characterized in that the attenuation element (28) is designed as a digital attenuation element.

Module according to one of the preceding claims, characterized in that the second signal path (26) has and configures a second input element (S3) with a microwave signal input (50) and a first and a second microwave signal output (52, 54) as well as a mode signal input (62). is to connect its microwave signal input (50) to its first or second microwave signal output (52, 54) depending on a mode signal arriving at the mode signal input.

Module according to one of the preceding claims, characterized in that the second signal path (26) has a second output element (S4) with two microwave signal inputs (56, 58) and a microwave signal output (60) as well as a mode signal input (64) and is configured depending a mode signal arriving at the mode signal input (64) to connect its first microwave signal input (56) or its second microwave signal input (58) to its microwave signal output (60).

Module according to one of the previous ones Claims 1 until 4 , characterized in that the second signal path (26) comprises: a. A second input element (S3), which has a microwave signal input (50) and at least a first and a second microwave signal output (52, 54), b. A second output element (S4), which has at least a first and a second microwave signal input (56, 58) and a microwave signal output (60), c. A third signal path (66) between the first microwave signal output (52) of the second input element (S3) and the first microwave signal input (56) of the second output element (S4), i.e. A fourth signal path between the second microwave signal output (54) of the second input element (S3) and the second microwave signal input (56) of the second output element (S4), e. Wherein the attenuator (28) is provided in the third signal path (66), and where i. the second input element (S3) has a mode signal input (62) and is configured to connect its microwave signal input (50) to its first or second microwave signal output (52, 54) depending on a mode signal arriving at the mode signal input (62) and / or ii. the second output element (S4) has a mode signal input (64) and is configured to connect its first microwave signal input (56) or its second microwave signal input (58) to its microwave signal output (60) depending on a mode signal arriving at the mode signal input (64).

Module according to one of the previous ones Claims 5 , 6 or 7 , characterized in that one of the microwave signal outputs (52, 54) of the second input element (S3) and one of the microwave signal inputs (56, 58) of the second output element are connected to a terminating circuit (68, 70).

Module according to one of the previous ones Claims 5 until 8th , characterized in that the second input element (S3) and/or the second output element (S4) is designed as a high-frequency switching unit.

Microwave solid-state power amplifier (100, 100.1) with a module (10, 10.1) according to one of the preceding claims, wherein the module (10, 10.1) is followed by a microwave solid-state power amplifier module (110, 112, 114).

Microwave solid state power amplifier Claim 10 , characterized in that a splitter (102) is provided between the module (10, 10.1) and the microwave solid-state power amplifier module (110, 112, 114).

Microwave solid-state power generator (200, 200.1) with a module (10, 10.1) according to one of the preceding Claims 1 until 9 , characterized in that the module is preceded by a microwave small signal generator (202).

Microwave solid state power generator Claim 12 , characterized in that a splitter (102) is provided between the microwave small signal generator and the module (10, 10.1).

Method for generating pulsed microwave signals (42) of different amplitudes with the following method steps: a. generating a microwave signal, b. Supplying the microwave signal to a module (10, 10.1) with a first and a second signal path (24, 26) of different attenuation, c. Generating a pulse signal (40), d. Transmitting the microwave signal via the first or second signal path (24, 26) depending on the pulse signal (40) to a microwave signal output (22) of the module (10, 10.1).

Procedure according to Claim 14 , characterized in that a mode signal is generated and the microwave signal is transmitted via the second signal path (26) or passed into a termination circuit (68, 70) depending on the mode signal.

Method according to one of the preceding Claims 14 or 15 , characterized in that the pulse signal (40) is generated with a pulse length of a maximum of 1 µs, in particular in the range from 10 ns to 40 ns, preferably in the range from 15 ns to 30 ns.

Method according to one of the preceding Claims 14 until 16 , characterized in that the pulse signal (40) is generated with a rise time and/or fall time of the pulses of ≤ 10 ns.

Method according to one of the preceding Claims 14 until 17 , characterized in that the pulse length of the pulse signal (40) is set with a step size of ≤ 1 ns.