DE1616354C - Halterung fur eine Halbleiterein richtung in einem Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für eine Halbleitereinrichtung in einem leitend begrenzten Hohlleiter, mit einer leitenden Trennwand, die sich über den Hohlleiterquerschnitt erstreckt und mit einer Öffnung versehen ist, in welcher die Halbleitereinrichtung angeordnet ist.

Beispiele für auf diese Weise gehalterte Halbleitereinrichtungen sind gleichrichtende Dioden, Varaktor-Dioden, Schottky-Dioden, PIN-Dioden u. dgl., die in . Detektoren, parametrischen Verstärkern und Modulatoren verwendet werden. ;■ , ,

Üblicherweise werden die Halbleitereinrichtungen in Hohlleitern reduzierter Bauhöhe montiert. Andererseits muß der Hohlleiter-Eingangs- und Ausgangsteile aufweisen, die Hohlleiter mit voller Höhe sind, so daß Übergangsstücke, die abgestuft oder abgeschrägt ausgeführt sein können, erforderlich sind. Solche Übergangsstücke ergeben zusätzlichen Aufwand, zusätzliche Größe und unerwünschte elektrische Eigenschaften. Die bekannte Alternative zu einem Hohl- leiter reduzierter Höhe ist, eine Halterung der einleitend beschriebenen Art innerhalb des Hohlleiters vorzusehen, aber diese großen Halterungen werden auf Grund der mit ihnen verknüpften parasitären Elemente ungewollte Eigenschaften des Ganzen erzeugen.

So ist beispielsweise aus IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, November 1966, S. 553 bis 559, eine Anordnung bekannt, bei der ein Hohlleiter reduzierter Bauhöhe (ein Hohlleiter mit einem dammförmigen Einbau) vorgesehen ist, was also die üblichen Wandler an den Anschlußstellen zu den Hohlleitern voller Bauhöhe erfordert. Hierbei ist, auch daran gedacht worden, daß die Diode in einen Eingangs- oder Ausgangsteil angeordnet werden kann, doch würde dieses — wie oben erwähnt —. zu ungewollten Eigenschaften führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Halterung für eine Halbleitereinrichtung der einleitend beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die durch sie eingeführte parazitären Elemente kompensiert sind, mithin eine sehr einfache Halterung verfügbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in der _4S Trennwand durch wenigstens zwei ungleiche und miteinander zusammenhängende Teilöffnungen gebildet, die Halbleitereinrichtung in einer der Tdilöffnungen angeordnet und die andere Teilöffnung für Resonanz mit der einen Teilöffnung und der Halbleitereinrichtung bemessen ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. .. . . .

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Diodenhalterung,

Fig. 2 die angenäherte Ersatzschaltung der Anordnung der F i g. 1 und

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Halterung für zwei Dioden.

In F i g. 1 ist der Hohlleiter 10, der nur durch die Umrißlinie seiner Innenwand dargestellt ist, ein leitender Rechteckholillciter üblicher Innenabmessungen. Mit ihm soll eine übliche Halbleitereinrichtung, die durch die dargestellte Diode H repräsentiert ist, gekoppelt werden. Die zu beschreibende Halterung soll so !uifgebaut sein, daß sie eine Stapekliode aufnehmen kann, welche das übliche keramische Gehäuse 12, einen verhältnismäßig großen leitenden unteren Anschluß 13 und einen kleinen leitenden oberen Anschluß 14 aufweist, wobei die spezielle Form der Diode im übrigen unwesentlich ist. Die Diode 11 ist innerhalb einer öffnung 15-16 einer Platte 17 angeordnet, die ihrerseits eine Trennwand im Leiter 10 bildet. Wie dargestellt, ist die Platte 17 größer als der Leiter 10, sie ist für eine leitende Befestigung zwischen den aneinander stoßenden Enden zweier Hohlleiterabschnitte ausgelegt; doch kann die Trennwand alternativ aucn so ausgebildet sein, daß sie in den Querschnitt eines durchgehenden Hohlleiters eingepaßt wird, und zwar entweder leitend mit diesem verbunden oder mit Hilfe eines kleinen dielektrischen Spalts gänzlich gegen ihn isoliert. Die Dicke der Trennwand 17, gemessen in Hohlleiterrichtung, hängt vom jeweiligen Gehäuse der Diode 11 ab. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Dicke der Trennwand 17 vorzugsweise an den Durchmesser des unteren Anschlusses 13 angepaßt, wobei dieser Anschluß dann in die untere Kante der öffnung 15-16 an einer Stelle eingelassen werden kann, die gegen die Mittelachse des Hohlleiters 10 versetzt ist. Die Diode 11 wird mit dem gewünschten hochfrequenten Modulationssignal und der erforderlichen Gleichspannung über ein Tiefpaß-Koaxialfilter 20 versorgt, das in eine in der Trennwand 17 verlaufende Bohrung 18 eingebaut ist. Das Koaxialfilter, das als Hochfrequenzdrossel für die Mikrowellenfrequenz wirkt, weist einen Mittelleiter 19 auf, der den oberen Anschluß 14 kontaktiert, ferner einen Außenleiter, der aus der Wand der Bohrung 18 besteht oder wenigstens mit dieser gekoppelt ist, und schließlich im Abstand angeordnete leitende Verbreiterungen, welche die gewünschten Reaktanzen einführen. Die bis hierher beschriebene Anordnung ist in zahlreichen Variationen bekannt, sie erfordert daher keine weitere Erläuterung.

Die öffnung 15-16 kann als aus zwei miteinander in Verbindung stehender Teilöffnungen 15 und 16 bestehend betrachtet werden, die sich nahe der Mitte des Hohlleiters 10 vereinigen, um eine zusammengesetzte Blende in der Trennwand 17 zu bilden. Die Teilöffnungen 15 und 16 haben in der Ε-Ebene verschiedene Abmessungen, gemessen parallel zur schmalen Seitenwand des Rechteckhohlleiters 10. Ferner haben sie individuelle Formen, die rechteckig, oval oder rechteckig mit abgerundeten Ecken sein können. Es können auch kompliziertere Formen benutzt werden, doch führen diese zu übermäßiger Komplizierung der Konstruktionsberechnungen.

Bezüglich der bekannten mathematischen Formeln, welche die Bemessung von Hohlleiterblenden bestimmen, sei auf die einschlägigen Mikrowellenhandbücher verwiesen. Es ist jedoch notwendig, darauf hinzuweisen, daß allgemein die induktive Reaktanz einer Blende in einem Rechteckhohlleiter von der Größe der Leiterquerschnittsverengung in der H-Ebene (parallel zur Breitseitenwand) abhängt, während die kapazitive Reaktanz der Blende von der Größe der Verengung in der Ε-Ebene (parallel zur Schmalseitenwand) abhängt. Eine in Resonanz befindliche Blende ist eine solche, bei der die kapazitive Reaktanz gleich der induktiven Reaktanz ist. Bekannte Gleichungen definieren die Melirfachverhältnisse der Abmessungen einer Blende von gegebener Form in der Ε-Ebene zu den Abmessungen in der H-Ebene

zur Erzeugung der Resonanz. Wenn das Verhältnis größer als das die Resonanz definierende Verhältnis ist, hat die Blende insgesamt eine induktive Reaktanz, während bei einem Verhältnis, das kleiner als das die Resonanz definierende Verhältnis ist, die Blende insgesamt eine kapazitive Resonanz aufweist. Schließlich hängt der Gütefaktor Q einer Blende und damit deren Bandbreite vom Verhältnis der Induktivität -■ zum bhmschen Widerstand ab. Je größer daher die Abmessung der Blende in der Ε-Ebene ist, um so geringer ist ihr Gütefaktor β und um so breitbandiger ist sie. .-''■. -..■·■.-·.;

Mit Rücksicht hierauf sei bemerkt, daß die Diode -11 innerhalb der Teilöflnung 15 angeordnet ist, deren Abmessung in der Ε-Ebene im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem oberen und unteren leitenden Diodenanschluß 13 und 14 ist. Wenn die Anordnung in dieser Weise auf die Abmessungen einer gegebenen Diode zugeschnitten ist, sind alle parasitären Einflüsse, die mit den Zuführungsanschlüssen und den leitenden Teilen verbunden sind und die sich aus dem Diodengehäuse ergeben, aus dem Mikroweüenfrequenzkreis beseitigt. Die Abmessung der Teilöffnung 15 in der Ε-Ebene ist insoweit vorbestimmt.

Wenn man die Teilöifnungen 15 und 16 so behandelt, als ob sie getrennte Blenden wären, ist die Abmessung der Teilöffnung 15 in der Η-Ebene groß im Vergleich zu derjenigen Abmessung, welche für die vorgegebene Abmessung in der Ε-Ebene Resonanz erzeugt, so daß die Teilöffnung 15 eine kapazitive Reaktanz hat. Üblicherweise ist die Reaktanz der Diode 11 ebenfalls kapazitiv, so daß die Kapazität der Teilöffnung 15 weiter vergrößert wird. Die Abmessungen der Teilöffnung 16 sind dann frei, so daß sie für eine resultierende induktive Reaktanz bemessen werden können, um auf die Kapazität der Teilöffnung 15 abgestimmt werden zu können und die Resonanzfrequenz des Gesamtkreises aus den Teilöffnungen 15 und 16 und der Reaktanz der Diode 11 einzustellen. Die Abmessungen der Teilöffnung 16 bestimmen ferner den ß-Wert des Kreises. Im einzelnen hat die Teilöffnung 16 eine größere Abmessung in der Ε-Ebene als die Teilöffnung 15, ferner hat sie ein Verhältnis von Abmessung in der Ε-Ebene zur Abmessung in der Η-Ebene, das groß im Vergleich < zu dem die Resonanz bestimmenden Verhältnis ist. Die resultierende Reaktanz der Teilöffnung 16 ist dann induktiv, und je größer dieses Verhältnis ist, um so größer ist die Reaktanz, um so kleiner das Q und um so größer die Bandbreite. Eine in der Teilöffnung 16 angeordnete kapazitive Abstimmschraube 21 hat einen großen Effekt auf deren Gesamtreaktanz und erleichtert daher die Einstellung.

Die obigen wie auch weitere Beziehungen können leicht durch die in Fig. 2 dargestellte angenäherte Ersatzschaltung erläutert werden. Die Diode 11 ist für dieses Beispiel als PIN-Diode angenommen; sie ist daher in üblicher Weise durch die innerhalb des Kästchens 25 liegende Schaltelemente 25 dargestellt. Letztere bestehen aus einer durch einen veränderlichen ohmschen Widerstand überbrückte Kapazität in Reihe mit einer kleinen Induktivität. Die Gesamtreaktanz der Diode ist kapazitiv. Die Induktivität 26 stellt die veränderliche induktive Wirkung der Lage der Drossel 20 relativ zur Diode Il auf den Kreis dar. Die Induktivität der Blende, die in erster Linie die induktivität der Tcilöilnung 16 ist, kann durch die gekoppelten Induktivitäten 27 dargestellt, werden, deren Gegeninduktivität oder Überträgerwirkung ■ von der Stärke des Feldes E in der Ebene der Diode 11 abhängt. Schließlich ist die Kapazität der Blende, die in erster Linie die Kapazität der Teilöffnung 15 ist, durch die Kapazität 28 dargestellt. Die Kapazität der Schraube 21 ist durch die Kapazität 29 parallel zur Kapazität 28 dargestellt. Es ist pffensichtlich,:daß der entstehende Kreis in einem breiten Bereich durchdie : Kapazität 29 auf Resonanz abgestimmt werden"-kann' und daß der ß-Wert dieses Kreises von der Induktivität 27 abhängt, die ihrerseits durch die Abmessung der Teilöffnung 16 in der Ε-Ebene bestimmt ist. V_

Fig. 3 zeigt eine Halterung für zwei Dioden, die alternativ für Parallel- oder Gegentaktdetektoren oder -modulatoren verwendet werden kann, die symmetrisch oder unsymmetrisch je nach den äußeren Anschlüssen sind. In Fig. 3 tragen Bauteile, die den Bauteilen der Fig."1 entsprechen, entsprechende Bezugszahlen, während die Bauteile der zweiten Diode, die denjenigen der ersten Diode entsprechen, mit Strichen versehene Bezugszahlen erhalten haben. Man erkennt, daß die Änderung nur in der Tatsache besteht, daß die Trennwand 30 drei Teilöffnungen enthält, d. h. eine in der Mitte angeordnete Teilöffnung 16 mit einer großen Abmessung in der E-Ebene und zwei seitliche Teilöffnungen 15 und 15' mit verringerter Abmessung in der Ε-Ebene. Die Teilöffnungen 15 und 15' sind zusammen mit der Teilöffnung 16 in der gleichen Weise abgestimmt, wie es an Hand der F i g. 1 beschrieben wurde. Wenn auch nicht notwendig, so ist doch die Anordnung so getroffen, daß die gesamte kapazitive Reaktanz der Teilöffnung 15 der Fig. 1 zwischen den Teilöffnungen 15 und 15' aufgeteilt ist, indem das Verhältnis ihrer Abmessungen in der Ε-Ebene zu den Abmessungen in der Η-Ebene im Vergleich zu dem entsprechenden Verhältnis der Teilöffnung 15 der Fig. 1 etwas geändert ist. - ■ - ■ -·■ '■■■■■'■

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halterung für eine Halbleitereinrichtung in einem leitend begrenzten Hohlleiter, mit einer leitenden Trennwand, die sich über den Hohlleiterquerschnitt erstreckt und mit einer Öffnung versehen ist, in welcher die Halbleitereinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in der Trennwand (17) durch wenigstens zwei ungleich geformte miteinander in Verbindung stehende Teilöffnungen (15, 16) gebildet, die Halbleitereinrichtung (11) in einer (15) der Teilöffnungen angeordnet und die andere Teilöffnung (16) für Resonanz mit der einen Teilöffnung (15) und der Halbleitereinrichtung (11) bemessen ist. ;· ^: -^.;";._:ij:r;:^z^^T^::\~T^T7Z~~y~'~~

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungen (15,16) verschiedene Größe haben und daß die Halbleitereinrichtung (11) in der kleineren (15) der beiden Teilöffnungen angeordnet ist.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Abmessung in der Ε-Ebene zur Abmessung in der Η-Ebene für die eine (15) der Teilöffnungen kleiner als dasjenige ist, welches in dieser Teilöffnung Resonanz erzeugt, und daß das Verhältnis der Abmessung in der Ε-Ebene zur

Abmessung in der Η-Ebene für die andere (16) derTeilöffnungen größer als dasjenige ist, welches in dieser Teilöffnung Resonanz erzeugt.

4. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Teilöffnung (15) so bemessen ist, daß sie insgesamt eine kapazitive Reaktanz aufweist, und daß die andere Teilöffnung (16) so bemessen ist, daß sie insgesamt eine induktive Reaktanz aufweist. .

5. Halterung nach Anspruch 4, gekennzeichnet

durch eine kapazitive Abstimmsonde (21) zur Verringerung der induktiven Gesamtreaktanz der anderen Teilöffnung (16).

6. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Teilöffnung (15'), die der einen Teilöffnung (15) gleicht, einen Teil der gesamten öffnung bildet und mit der anderen Teilöffnung (16) in Verbindung steht, und daß eine zweite Halbleitereinrichtung (IT) in der dritten Teilöffnung (15') angeordnet ist. ':'■:: .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen