DE1814291A1

DE1814291A1 - Mikrowellen-Oberwellengenerator

Info

Publication number: DE1814291A1
Application number: DE19681814291
Authority: DE
Inventors: Aukland Jerry Carr; Lind James Norrell
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1967-03-10
Filing date: 1968-12-12
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR1589309A; NL6813615A; GB1201947A; US3431485A

Description

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North American Rockwell Corporation, El Segundo, Calif./USA

Mikrowellen-Oberwellengenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellen-Oberwellengenerator und insbesondere auf einen Varactor-Oberwellengenerator unter Verwendung eines rechteckigen Hohlleiters mit einem Pseudo -Hohlraumbereich darin, der bei einer Oberwelle der Eingangsfrequenz in Resonanz gerät und durch einen Ausgangshohlleiter abgeschlossen ist, dessen Grenzfrequenz über der Resonanzfrequenz des Pseudo-Hohlraumbereiches liegt.

Da zunehmend Bemühungen angestellt werden, immer höhere Mikrowellenfrequenzen für Radar oder andere Zwecke zu verwenden, wird die Notwendigkeit zur Schaffung von Hochfrequenzquellen für diese extrem hohen Frequenzen immer größer. Die derzeitigen HP-quellen, wie Klystronoszillatoren, sind in ihrer Leistungsfähigkeit bei sehr hohen Frequenzen begrenzt und relativ unwirksam bei Frequenzen oberhalb von etwa 15 GHz. Oberhalb dieser Frequenzen sind neue Anordnungen, wie z.B. Gunn-effekt-Oszillatoren, brauchbar. Diese sind jedoch noch nicht bis zu arbeitsfähigen Einheiten entwickelt worden, ausgenommen für sehr niedrige Leistungen. Ein geeigneter Weg zur Erzeugung von HF-frequenzen oberhalb 15 GHz besteht darin, einen Klystron- oder anderen Oszillator mit einer Frequenz innerhalb seines wirksamen Betriebsbereiches zu verwenden und die Frequenz des Oszillatorausgangsignals unter Verwendung von Oberwellengeneratoren zu vervielfachen.

In der Vergangenheit ist eine Anzahl von Oberwellengeneratoren vorgeschlagen worden. Der von C.B. Swan in den "Digest of Technical Papers, I965 International Solid State Circuits Conferen-

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ce, (ISSCC)", Seiten ΙΟβ - 10? beschriebene Varactor-Mikrowellenverdreifächer verwendet beispielsweise einen koaxialen Anpassungstransformator, um ein Eingangssignal in eine Varactordiode einzuspeisen. Die Varactordiode ist innerhalb eines Ausgangshohlleiters angeordnet, der auf die dritte Oberwelle der · Eingarigsfrequenz abgestimmt ist und der außerdem einen querliegenden Stutzen besitzt, der bei der zweiten Oberwelle in Resonanz gerät. Ein Erfordernis der Swananordnung ist es_s daß die Va.ractorumhullung bei der zweiten Oberwelle in Resonanz gerät. Obgleich diese Anordnung ein Ausgangssignal der dritten Oberweile liefert, begrenzt das Erfordernis, daß die Varaotorumhüllung bei einer der Oberwelleneigenfrequenzen in Resonanz geräte die Flexibilität der Anordnung» Wenn bei extrem hohen Frequenzen gearbeitet wird, bewirkt dies starke Einschränkungen in den Abmessungen der Varactorumhüllung. (Die beschriebene Swananordnung wandelt* ein Eingangssignal von 4 GHz in ein Ausgangssignal von 12 GHz um.)

Ein anderer Versuch zur Erzeugung von Oberwellen^ der nicht durch die Eigenschaften der Varactorumhüllung begrenzt ist,, wurde von M.E. Hines und J. deKonig auf den Seiten 22 und 23 des "1967 ISSGG Digest of Technical Papers" beschrieben» Dieser Oberwellengenerator verwendet einen Schaltvaraetor₂ in dem die Kapazität über den brauchbaren Bereich der Sperrvorspannung annähernd konstant ist. Diese Anordnung benutzt einen Hohlraumresonator mit der Grundfrequenz. Ein radial-geradliniger Kopplungsspalt koppelt den Grundfrequenzhohlraum mit einem zx^eitenj, radialen Hohlraumresonator mit der gewünschten Oberwelle. Eine Schaltdiode ist im Inneren des zweiten Hohlraumes angeordnet« Die Kopplung zu einer koaxialen Ausgangsleitung erfolgt über Löcher zwischen dem Oberwellenhohlraum und der koaxialen Ausgangsleitung. Ein Ausgangssignal der zehnten Oberwelle wurde für die Hines und deKonig-Anordnung zur Ableitung eines 16 GHz-Ausgangssignals unter Verwendung eines 1,6 GHz-Eingangssignals angegeben. Obgleich eine radiale Konfiguration bei diesen Frequenzen brauchbar ist, ist es sehr schwierig, eine solche radiale Anordnung für sehr viel höhere Frequenzen zu bauen.

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Die vorliegende Erfindung schafft deshalb einen Oberwellengenerator einfacher mechanischer Konstruktion, der in der Lage ist, mit Eingangssignalen oberhalb 50 GHz zu arbeiten. Der erfindungsgemäße Oberwellengenerator hat echteckige Gestalt, wodurch sein Aufbau vereinfacht wird, und obgleich er eine Varactordiode verwendet, hängt sein einwandfreier Betrieb nicht von der Resonanzfrequenz der Diodenumhüllung ab.

Die Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen klar, in denen: M

Figur 1 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oberwellengenerators ist;

Figur 2 eine Schnittansicht des Oberwellengenerators längs der Linie 2-2 von Figur 1 ist; außerdem ist eine mögliche Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb des Oberwellengenerators dargestellt;

Figur 3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Oberwellengenerators längs der Linie 3-3 von Figur 1 ist;

Figur 4 eine Schnittansicht des Oberwellengenerators längs der Linie 4-4 von Figur 1 ist; und

Figur 5 eine andere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Oberwellengenerators längs der Linie 5-5 von Figur 1 ist; außerdem ist eine mögliche Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb dieses Bereiches des Oberwellengenerators dargestellt.

In Figur 1 ist eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oberwellengenerators 10 dargestellt. Aus Gründen

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der Übersichtlichkeit ist der Oberwellengenerator mit einer dünnwandigen Konstruktion«dargestellt. Wegen der für den Betrieb bei hohen Mikrowellenfrequenzen erforderlichen sehr kleinen Abmessungen kann die Anordnung jedoch leichter aus mehreren festen Metallblöcken hergestellt werden, die in geeigneter Welse gefräst und angeordnet sind, um eine Anordnung mit einem Innenraum zu bilden, ähnlich dem in Figur 1 gezeigten. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel mit einer Eingangsfrequenz von etwa 60 GHz ist die Gesamtlänge des in Figur 1 dargestellten Oberwellengenerators 10 geringer als 0,5 Inch.

Der erfindungsgemäße Mikrowellen-Oberwellengenerator empfängt ein Eingangssignal mit einer Grundfrequenz oder ersten Harmonischen f und liefert ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die ein ganzzahliges vielfaches der Grundfrequenz ist. Dadurch liefert der Oberwellengenerator ein Ausgangssignal mit einer Frequenz nf_Q, wobei η = 3, 4, 5 ... ist. Zur Erleichterung der Darstellung der folgenden Beschreibung in Teilen wird das erläuternde Ausführungsbeispiel von Figur 1 mit Begriffen seiner Verwendung als Frequenzverdreifacher beschrieben, der ein Ausgangssignal der dritten Oberwelle (n=3) liefert. Durchweg wird erwähnt, wie die verschiedenen Parameter der Komponenten verändert werden können, um die Erzeugung irgendeiner anderen Oberwelle zu ermöglichen.

Das Eingangssignal mit der Grundfrequenz f wird in den Oberwellengenerator 10 über die Öffnung 12 an einem Ende des rechteckigen Hohlleiterabschnitts 14 zugeführt. Das andere Ende des rechteckigen Hohlleiterabschnitts 14 schließt eine Kurzschlußebene oder -wand 16 ab. Außerdem ragt ein weiterer Hohlleiter 40 mit einer Breite a¹ und einer Höhe b¹ von der Wand 16 weg und endet in der öffnung 42. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Hohlleiter 40 eine Grenzfrequenz, die zwischen der gewünschten Ausgangsfrequenz nf und der Frequenz (n-l)f der nächst niedrigeren Oberwelle liegt. Wenn somit der Oberwel-

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lengenerator 10 dazu verwendet wird, ein Eingangssignal der Frequenz f » 60 QHz zu verdreifachen, könnte ein Ausgangssignal der dritten Oberwelle mit 3>f = 18O OHz durch den Hohlleiter 40 abgenommen werden. Bei diesem Verdreifacherbeispiel ist die Grenzfrequenz des Hohlleiters 40 vorzugsweise etwa I50 QHz, d.h. in der Mitte zwischen der Frequenz der zweiten Oberwelle (2f =s 120 GHz) und der Frequenz des Ausgangssignals.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die innere Breite a (siehe Figur j5) des Hohlleiters 14 so gewählt, daß sie die Hälfte der Wellenlänge im freien Raum bei der Grundfrequenz f ist. Der Hohlleiterabschnitt 14 hat eine Höhe b, gemessen zwischen dem Oberteil 17 und dem Unterteil 18 des Hohlleiters (siehe Figur 2), die vorzugsweise geringer als die Breite a ist. Mit diesen Abmessungen ist es für ein Eingangssignal mit der Frequenz f möglich, sich in dem Hohlleiterabschnitt 14 im Transversalmodus niedrigster Ordnung (TE-₀) fortzupflanzen.

Wie am deutlichsten in Figur 2 dargestellt, ragen ein erstes Paar von Rinnen 22 und 22a einander gegenüberstehend von dem Oberteil 17 und dem Unterteil 18 des Hohlleiterabsohnitts 14 weg. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Rinnen 22 und 22a eine Tiefe d (siehe Figur 4), "die ein Viertel der Wellenlänge im Hohlleiter bei einer Frequenz (n-l)f_Q ist, wobei das gewünschte Ausgangssignal die n-te Oberwelle ist. Somit ist bei dem Beispiel des Frequenzverdreifachers die bevorzugte Tiefe d der Rinnen 22 und 22a ein Viertel der Wellenlänge im Hohlleiter, die 2f entspricht.

Seitenrinnen 24 und 24a (siehe Figur l) sind vorgesehen, um den gewünschten Fortpflanzungsmodus für die innerhalb des Bereichs des Oberwellengenerators 10 befindliche Oberwellenenergie zu erzielen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Rinnen 24 und 24a eine Tiefe c (siehe Figur 5), die gleich einem Viertel der Breite des Hohlleiterabschnitts 14 (d.h.

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c = §-) 1st. D.h. die Tiefe c entspricht ungefähr einem Achtel der Wellenlänge eines Signals mit der Frequenz f im freien Raum. Die Rinnen 24 und 24a, die über die Wand 16 hinausragen können, dienen weiter dazu, die Unterdrückung ungewollter Wellen innerhalb des Oberwellengenerators sicherzustellen.

Die Rinnen 26 und 26a dienen als Falle, um zu verhindern, daß sich Ausgangsenergie der η-ten Oberwelle in dem rechteckigen Hohlleiterabschnitt 14 nach der öffnung 12 zu ausbreitet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tiefe f (siehe Figur 3) der Rinnen 26 und 26a gleich einem Viertel der Wellenlänge im Hohlleiter bei einer Ausgangsfrequenz nf . Die Parameter für die Wahl des Abstandes g zwischen den Rinnen 26 und 26a und einer Diode 30 (siehe Figur 2) werden hier später noch erläutert.

Eine nichtlineare Reaktanz, wie eine Varactordiode 30, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel innerhalb eines Pseudo-Hohlraumberelches 20 an einer Stelle angeordnet, die hier noch im Einzelnen beschrieben wird. Die Diode 30 kann mit einem kegelförmigen Kontakt 32 und elektrischen Verbindungen 34 und 36 versehen sein, mit deren Hilfe eine geeignete Sperrvorspannung an die Varactordiode 30 gelegt werden kann.

Im Betrieb wird ein Eingangssignal mit der Grundfrequenz f durch die Öffnung 12 in den Oberwellengenerator 10 eingespeist. Dieses Eingangssignal, von dem Oberwellen erzeugt werden sollen, ist in dem ganzen Hohlleiterabschnitt 14 vorhanden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein (in/ien Figuren nicht dargestelltes) Impedanz-Anpassungsnetzwerk bekannter Art dazu verwendet werden, um sicherzustellen, daß ein minimaler Betrag an Energie der Frequenz f durch den Oberwellengenerator 10 aus der öffnung 12 reflektiert wird. Wenn das Eingangssignal mit der Frequenz f in dem Transversalmodus niedrigster Ordnung (d.h. dem TE.Q-Modus) zugeführt wird, wird das Signal nicht

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hinter die Wand 16 weitergeleitet, weil f weit unterhalb der Grenzfrequenz des Ausgangs-Hohlleiterabschnitts 40 liegt.

Innerhalb des Oberwellengenerators 10 wird, wenn das Eingangssignal über die in Sperrichtung vorgespannte Varactordiode gedrückt wird. Energie von verschiedenen Oberwellen von f als Folge der nichtlinearen Beziehung von Strom zu Spannung in der Diode erzeugt. Damit ist in dem rechteckigen Hohlleiterabschnitt 14 (unter anderem) Energie der (n-l)-ten Oberwelle vorhanden, wenn ein Ausgangssignal der η-ten Oberwelle gewünscht ist. Weil in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Rinnen 22 und 22a jeweils eine Tiefe von einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei einer Frequenz (n-l)f haben, hat das in diesen Rinnen bei dieser Frequenz erzeugte elektrische Feld 50 ein Maximum in den Ebenen des Oberteils 17 und des Unterteils 18 des rechteckigen Hohlleiters 14. Weil diese Energie im wesentlichen an der Varactordiode 30 erzeugt wird, beginnt sie sich nach rückwärts den Hohlleiterabschnitt 14 entlang auszubreiten. Wenn jedoch dieses (n-l)-te Oberwellensignal den Bereich zwischen den Rinnen 22 und 22a erreicht, trifft es infolge der Maxima des elektrischen Feldes an dieser Stelle auf eine extrem hohe Impedanz. Als Folge davon breitet sich das (n-l)-te Oberwellensignal nicht weiter den Hohlleiter 14 entlang gegen die Eingangsöffnung 12 zu aus. Weil weiterhin die Grenzfrequenz des Ausgangshohlleiters 40 höher als (n-l)f ist, breitet sich diese (n-l)-te Oberwelle nicht über den Hohlleiter 40 aus dem Oberwellengenerator 10 aus. Somit wird Energie mit der Frequenz (n-l)f_o vi
gezwungen.

(n-l)f völlig in das Innere des Pseudo-Hohlraumbereiches 20

Wenn die Länge 1 (siehe Figur 2) des Pseudo-Hohlraumbereiches 20 so gewählt wird, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge im Hohlleiter plus einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei der Frequenz (n-l)f ist, dann wirkt der Pseudo-Hohlraumbereich 20 als Hohlraumresonator bei dieser

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(n-l)-ten Oberwelle. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Länge 1 so gewählt, daß sie Dreiviertel Wellenlänge im Hohlleiter bei der Frequenz (n-l)f ist. Wenn somit ein Frequenz verdreifacher verwendet wird, kann die Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb des Pseudo-Hohlraumbereiohes 20 bei der zweiten Harmonischen das durch die ausgezogenen Pfeile 20 in Figur 2 dargestellte Aussehen haben. In der Richtung senkrecht zur Längsachse des Hohlleiterabschnitts 14 kann das elektrische Feld bei einer Frequenz (n-l)f = 2f in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die durch die Pfeile 52 in Figur 5 dargestellte Verteilung haben. Es wird darauf hingewiesen, daß sich diese Verteilung (die einem TEg,₀-Modus entspricht) ergibt, weil die Breite a so gewählt wurde, daß sie eine halbe Wellenlänge im freien Raum ist, und die Tiefe c so gewählt wurde, daß sie ein Achtel der Wellenlänge im freien Raum bei der Grundfrequenz f ist. Die Abmessung a ist somit etwas länger als eine Wellenlänge im freien Raum und die Abmessung c ist etwas größer als ein Viertel Wellenlänge im freien Raum bei der zweiten Oberwelle 2f.

Mit der beschriebenen bevorzugten Konfiguration weist der Pseudo-Hohlraumberelch 20 des Oberwellengenerators 10 ein hohes Q bei der Frequenz (n-l)f auf. Wenn somit ein Signal mit der Eingangsfrequenz f in den Hohlleiterabschnitt 14 eingespeist wird, ergibt die durch das Zusammenwirken mit der nichtlinearen Reaktanz J>0 erzeugte Oberwellenenergie ein überwiegen von Energie in der (n-l)-ten Oberwelle. Bei der als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Frequenzverdreifachers wird z.B. die Energie auf die zweite Oberwelle konzentriert und kann die in den Figuren 2 und 5 dargestellte Verteilung stehender Wellen aufweisen.

Um ein Ausgangssignal mit der Frequenz nf zu erzeugen, wirkt der Oberwellengenerator 10 in einer Art, die einem parametrischen Aufwärtswandler gleicht. (Eine gute theoretische Erläute-

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rung der parametrlsohen Wechselwirkung ist in der Literaturstelle mit dem Titel "Coupled Modes and Parametric Electronics" von William H. Louisen enthalten, veröffentlicht i960 durch John Wileg und Sons, New York.) Das Signal mit der Grundfrequenz f wird über die öffnung 12 in den Hohlleiterabschnitt eingespeist und die "Pumpe" mit einer Frequenz (n-l)f wird in einem Pseudo-Hohlraumbereioh 20 als Folge der nichtlinearen Strom-Spannungs-Charakteristik der Diode 30 hervorgerufen, wie oben beschrieben. (Es wird darauf hingewiesen, daß wenn die Anordnung des Frequenzverdreifachers verwendet wird, sie im Effekt im parametrischen Gegenkopplungsmodus arbeitet mit der "Pump"-frequenz 2f gleich zweimal der Signalfrequenz f_Q·) Im Gegensatz zum gewöhnlichen Betrieb parametrischer Anordnungen wird bei dem Oberwellengenerator 10 Energie nur mit der Signalfrequenz zugeführt und nicht auch mit der Pumpfrequenz. Die "Pump"-Energie wird vielmehr in dem Oberwellengenerator 10 vollständig aus dem Signal abgeleitet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Varactordiode 30 im "Pump"-Spannungsmaximum in der Mitte zwischen den Rinnen 24 und 24a (siehe Figur 5) und eine halbe Wellenlänge im Hohlleiter (bei (n-l)f ) von der Wand 16 entfernt (siehe Figur 2) angeordnet. Parametrisohe Wechselwirkung tritt ein zwischen dem Signal mit der Frequenz f und der "Pump"-frequenz (n-l)f und äußert sich in der Erzeugung von Energie mit der Leerlauffrequenz nf , der Summe von Pump- und Signalfrequenz. Diese Energie, die in dem Pseudo-Hohlraumbereich 20 vorhanden ist, ist gerade die gewünschte n-te Oberwelle.

Die erzeugte Energie der η-ten Oberwelle kann aus dem Oberwellengenerator 10 über den Hohlleiter 40 entnommen werden, der wie oben erwähnt, eine Grenzfrequenz unterhalb von nf hat. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Impedanzanpassungsnetzwerk (bekannter Art), das in den Figuren nicht dargestellt ist, zwischen der Ausgangsöffnung 42 und der Last angeordnet werden, die das Ausgangssignal des Oberwellengenerators verwendet. Dieses Impedanzanpassungsnetzwerk bewirkt eine An-

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passung der Impedanz der Last an die des Oberwellengenerators 10 und verringert den Anteil an Em
Generator zurück reflektiert wird.

10 und verringert den Anteil an Energie (bei nf ) der in den

Die Rinnen 26 und 26a dienen als Filter oder Falle, um zu verhindern, daß sich Energie mit der Ausgangsfrequenz nf in dem Hohlleiterabschnitt 14 nach außen hin fortpflanzt. Um diese Wirkung zu erzielen, haben die Rinnen 26 und 26a bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Tiefe (siehe Figur 3) von einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei nf und liegen bei einem Abstand g (siehe Figur 2) von der Varactordiode 30 entfernt, der ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge (bei nf ) ist. Ferner sollten die Rinnen 26 und 26a vorzugsweise an einer Stelle zwischen den Rinnen 22 und 22a und der Eingangsöffnung 12 vom Hohlleiterabschnitt 14 wegragen, wie in den Figuren 1 und.2 gezeigt ist.

Bei einem als Beispiel dienenden Oberwellenverdreifacher können die Rinnen 26 und 26a eine Wellenlänge (d.h. zwei halbe Wellenlängen) bei Jf von der Varactordiode 30 entfernt angeordnet werden; in diesem Fall kann die Verteilung des elektrischen Feldes bei der Ausgangsfrequenz das Aussehen haben, wie es durch gestrichelte Pfeile 56 in Figur 2 dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Energie der dritten Oberwelle (Ausgangssignal) in dem Bereich der Rinnen 26 und 26a auf eine sehr hohe Impedanz trifft, hervorgerufen durch die Spannungsmaxirna, die in den Rinnen 26 und 26a in der Ebene des Hohlleiteroberteils 17 und des Hohlleiterunterteils 18 vorhanden sind. Dies verhindert in wirksamer Weise, daß sich Energie der Ausgangsfrequenz weiter den Hohlleiterabschnitt 14 entlang zur Eingangsöffnung zu fortpflanzt. Obgleich in Figur 5 nicht dargestellt, läuft die Ausgangsenergie des Verdreifachers mit 3f in die Seitenrinnen 24 und 24a und kann bei einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel in dem Oberwellengenerator 10 in dem ΊΈ-,^-Μο-dus vorhanden sein. Auf diese Weise erzeugt der Oberwellengene-

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rator ein Ausgangssignal der Frequenz nf , das sich den Hohlleiter 40 entlang fortpflanzt und an der Ausgangsöffnung 42 zur Verfügung steht.

Obgleich der erfindungsgemäße Oberwellengenerator mit Begriffen eines Ausführungsbeispiels mit Paaren gegenüberliegenden Rinnen 22 und 22a beschrieben worden ist, ist dies nicht erforderlich. Vielmehr kann eine einzige Rinne (d.h. entweder 22 oder 22a), die entweder von dem Oberteil 17 oder dem Unterteil 18 des Hohlleiterabschnitts 14 wegragt, genügen, einen Pseudo-Hohlraumbereich 20 abzugrenzen. Wenn jedohh nur eine solche Rinne verwendet wird, kann die Energie der (n-l)-ten Oberwelle nicht im selben Maße auf das Innere des Bereiches 20 beschränkt werden, als wenn gegenüberliegende Rinnen verwendet werden. Dies äußert sich in einem etwas geringeren Wirkungsgrad des Oberwellengenerators. In einer anderen Konfiguration können eine zusätzliche Rinne oder Paare von Rinnen zwischen den Rinnen 22 und 22a und der Ausgangswellenfalle (Rinnen 26 und 26a) hinzugefügt werden, um einen zweiten Pseudo-Hohlraumbereich zu bilden. Dies bewirkt eine zusätzliche Begrenzung der Energie bei (n-l)f und kann den Umwandlungswirkungsgrad des Oberwellengenerators 10 verbessern.

In ähnlicher Weise ist es möglich, entweder auf die Rinne 26 oder die Rinne 26a zu verzichten und noch ein genügendes Abfangen der Ausgangsenergie mit dem übrigen einzigen Rinnenfilter zu erreichen. Andererseits kann ein zusätzliches Paar von Rinnen, eine Viertelwellenlänge im Hohlleiter tief bei der Ausgangsfrequenz, hinzugefügt werden (zwischen die Rinnen 26 und 26a und die Einsangsöffnung 12), um eine zusätzliche Dämpfung der sich gegen die öffnung 12 zu fortpflanzenden Ausgangssignalenergie zu bewirken.

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Obgleich die Erfindung im Einzelnen beschrieben und erläutert worden ist, ist es selbstverständlich, daß dies nur zum Zwecke der Erläuterung und als Beispiel geschah und nicht als Einschränkung anzusehen ist; das Wesen und der Umfang der Erfindung soll nur durch den Wortlaut der Patentansprüche begrenzt sein.

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Claims

Patentansprüche

1.) Oberwellengenerator, gekennzeichnet durch einen Hohlleiter (14), der in der Lage ist, ein Signal mit der Frequenz f weiterzuleiten, eine Einrichtung (16, 22, 22a) zum Schaffen eines Bereiches in diesem Hohlleiter (14), der bei der Frequenz (n-l)f in Resonanz gerät, wobei η = 3> 4, 5 .■· ist, und Mittel, die ein Element (30) mit nichtlinearem Verhältnis von Strom zu Spannung und einer nichtlinearen Reaktanz enthalten, im Inneren des Bereiches, um Energie mit der Frequenz (n-l)f

und ein Ausgangssignal mit der Frequenz nf zu erzeugen.

2.) Oberwellengenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Fallen (26, 26a) zum Verhindern, daß sich Energie mit der Frequenz nf zumindest in einem Teil des Hohlleiters fortpflanzt.

3.) Oberwellengenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Falle mindestens eine Rinne (26 bzw. 26a) aufweist, die sich von der Wand (17 bzw. 18) des Hohlleiters (14) weg bis zu einer Tiefe von im wesentlichen einer Viertelwellenlänge bei der Frequenz f erstreckt.

4.) Oberwellengenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Umwandeln eines Eingangssignals mit einer Grundfrequenz f in ein Ausgangssignal mit einer Oberwellenfrequenz nf (wobei η = 3> ^, 5 ... ist), dadurch gekennzeichnet, daß die einen Resonanzbereich schaffenden Mittel mindestens eine Rinne (22 bzw. 22a) enthalten, die sich von der Wand (17 bzw. 18) des Hohlleiters bis zu einer Tiefe von im wesentlichen einer Viertelwellenlänge bei der Frequenz (n-l)f erstreckt und einen Resonanzbereich mit der Frequenz (n-l)f_Q innerhalb des Hohlleiters schafft, und daß die nichtlineare Reaktanz eine Varactordiode (30) enthält, die in dem Bereich angeordnet ist.

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5.) Oberwellengenerator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (14) in einem zweiten Hohlleiter (40) endet und daß der zweite Hohlleiter (40) eine Grenzfrequenz zwischen (n--l)f und nf hat.

6.) Oberwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (14) rechteckig ist und in einer Kurzschlußebene (16) endet, daß der Bereich ein erstes Paar von Rinnen (22, 22a) aufweist, die einander gegenüberstehend von den Wänden (17, 18) des Hohlleiters (14) wegragen, daß die Rinnen eine Tiefe von einer Viertelwellenlänge bei einer Oberwellenfrequenz zu der Frequenz f haben, und daß die Reaktanz eine Varactordiode (30) enthält, die innerhalb des Hohlleiters (14) zwischen den Rinnen (22, 22a) und der Kurzschlußebene (16) angeordnet ist.

7.) Oberwellengenerator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein zweites Paar von Rinnen (26, 26a), die einander gegenüberliegend von den Wänden (I7, 18) des Hohlleiters (14) wegragen, daß die Rinnen (26, 26a) eine Tiefe von einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei einer zweiten Frequenz haben, daß die zweite Frequenz eine Oberwelle der Frequenz f und höher als die erste Frequenz ist, daß sich die Rinnen (26, 26a) über die ganze Breite des Hohlleiters (14) erstrecken und zwischen dem ersten Paar von Rinnen (22, 22a) und dem nicht kurzgeschlossenen Ende des Hohlleiters (14) liegen.

8.) Oberwellengenerator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zweiten Hohlleiter (40), der von der Kurzschlußebene (16) wegragt und eine Grenzfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz besitzt.

9.) Oberwellengenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Paar von Rinnen (22, 22a) über die ganze Breite des Hohlleiters (14) erstreckt, daß der Hohlleiter

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eine Breite von einer halben Wellenlänge im freien Raum bei der Frequenz f hat und daß das erste Paar von Rinnen (22, 22a) eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen im Hohlleiter bei der ersten Frequenz von der Kurzsohlußebene (16) entfernt ist.

10.) Oberwellengenerator nach einem der Ansprüche 6-9, gekennzeichnet durch Mittel (24) zum Beeinflussen des Modus, in dem Energie in den Bereichen (j5, 4, 5) des Hohlleiters (14) vorhanden ist, daß die Mittel erste und zweite Seitenrinnen (24) enthalten, die von dem Hohlleiter (14) bis zu einer Tiefe von ungefähr einer Achtelwellenlänge im freien Raum bei der Orundfrequenz f wegragen und parallel zu der Längsachse des Hohlleiters liegen.

11.) Mikrowellenfrequenzverdreifacher, gekennzeichnet durch einen ersten Hohlleiter (14), der in der Lage ist, ein Signal mit einer Grundfrequenz f im Transversalmodus niedrigster Ordnung weiterzuleiten, und in einer Kurzschlußebene (16) endet, einen zweiten Hohlleiter (40) mit einer Orenzfrequenz zwischen der zweiten und dritten Oberwelle der Grundfrequenz, der sich von der Kurzschlußebene (16) weg erstreckt, ein erstes Paar von Rinnen (22, 22a), die von dem Hohlleiter (14) bis zu einer Tiefe von einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei der zweiten Oberwelle wegragen, sich über die ganze Breite des Hohlleiters (14) erstrecken und Dreiviertel einer Wellenlänge im Hohlleiter bei der zweiten Oberwelle von der Kurzschlußebene (16) entfernt sind, eine Varactordiode (50), die innerhalb des Hohlleiters an einer Stelle gleichweit von den Seiten des Hohlleiters und eine Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei der zweiten Oberwelle von der Kurzschlußebene (l6) entfernt angeordnet ist, und ein zweites Paar von Rinnen (26, 26a), die einander gegenüberliegend von dem ersten Hohlleiter (14) bis zu einer Tiefe von einer Viertelwellenlänge im Hohlleiter bei der dritten Oberwelle wegragen, sich über die ganze Breite des Hohlleiters (14) erstrecken und eine Wellenlänge bei der dritten Oberwelle von der Diode (30) entfernt sind.

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