DE1948591C3 - Verstärker für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik, insbesondere einer Tunneldiode, das im Zuge des Innenleiters eines Koaxialleitungsabschnittes eingefügt ist, bei dem der negative Widerstand des Halbleiterelementes für außerhalb des Betriebsfrequenzbereiches liegende Frequenzen, durch einen der Stabilisierung dienenden ohmschen Widerstand, zumindest so stark belastet ist, daß die Gefahr der Selbsterregung beseitigt ist und bei dem andererseits die Wirkung des ohmschen Widerstandes im Betriebsfrequenzbereich des Verstärkers durch ein Resonanzeigenschaften aufweisendes Element (Resonanzkreis) aufgehoben ist, bei dem ferner der der Stabilisierung dienende Widerstand in Axialrichtung in Serie mit dem Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik in den inncnleiter des Koaxialleitungsabschnittes eingeschaltet und durch einen Serienresonanzkreis überbrückt ist, der aus einem vom Verbindungspunkt des Widerstands mit dem Halbleiterelement ausgehenden, gegen den Außenleiter geführten, insbesondere in Druckschaltungstechnik ausgeführten schmalen Leiter besteht, der über eine Kapazität mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts verbunden ist, und dessen Länge wesentlich kleiner als die Betriebswellenlänge des Verstärkers ist, nach Patent 17 91 120.

Im Hauptpatent ist eine derartige Einrichtung sowohl hinsichtlich der Schaltung als auch hinsichtlich der technischen Ausführung näher beschrieben.

Es ist dort auch angegeben, daß sich in einem derartigen Negativwiderstandsverstärker noch weitere Schaltelemente befinden können, insbesondere Reaktanzen, die dann ebenfalls, soweit es sich um Induktivitäten handelt, als dünne Leiter und zweckmäßig in Druckschaltungstechnik ausgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine derartige Einrichtung, insbesondere hinsichtlich des raumsparenden und praktischen Aufbaus, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Induktivität des Serienresonanzkreises auf der einen

Seite und eine weitere Induktivität, die zusammen mit der Kapazität des Halbleiterelementes samt Streukapazität einen auf die Betriebsfrequenz des Verstärkers abgeglichenen weiteren Resonanzkreis bildet, auf der gegenüberliegenden Seite einer koaxial zwischen Innen- und Außenleiter sich erstreckenden Isolierstoffplatte als gedruckte Leiter aufgebracht sind.

Vorteilhaft ist, wenn der eine, gegenüber dem anderen einen größeren Durchmesser aufweisende, scheibenförmige Anschluß des Halbleiterelements einerseits am Ende des Hochfrequenz führenden Koaxialleiters anliegt und andererseits auf dem entsprechend geformten Ende der Kaschierung für die weitere Induktivität, während die Diode durch eine zentrische Durchbrechung der Isolierstoff platte hindurchgeführt und mit ihrem anderen Anschluß mit der Induktivität des Serienresonanzkreises und dem Stabilisierungswiderstand verbunden ist.

Eine andere vorteilhafte Variante besteht darin, daß das andere Ende des Stabilisierungswiderstandes mit dem Boden eines topfförmigen Leiters verbunden ist, der isoliert im als Schraubkappe ausgebildeten Außenleiterende des Koaxialleitungsabschnitts angeordnet ist und von dem ein Gleichspannungsanschluß für die Diode durch die Schraubkappe nach außen geführt ist.

Ein besonders einfacher Aufbau besteht darin, daß das andere Ende des Stabilisierungswiderstandes unmittelbar mit dem als Schraubkappe ausgebildeten Außenleiterende des Koaxialleitungsabschnitts angeordnet ist, und daß auf dieser Seite der Isolierstoffplatte eine Hochfrequenzdrossel in Form eines gewendelten gedruckten Leiters vom Innenleiteranschluß der Diode ausgehend zur Vorspannungsversorgung der Diode nach außen durch die Schraubkappe hindurchgeführt ist.

Eine leicht abstimmbare Einrichtung entsteht dann, wenn die Schaltungselemente samt der Diode in der Schraubkappe angeordnet sind und durch Aufschrauben auf das mit Außengewinde versehene Außenleiterende durch Druck die Kontaktierungen zwischen der gedruckten Leiterplatte, der Diode und den Koaxialleitungsenden hergestellt sind.

Nachstehend werden die Erfindung und die Vorteile, die damit verbunden sind, anhand von mehreren Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt im Teil la die Schaltung, im Teil \b einen Längsschnitt durch die praktische Ausführung dieser Schaltung und im Teil 1 c eine Draufsicht auf diese Anordnung vom abgeschnittenen Ende einer Koaxialleitung her.

Die Schaltung nach F i g. 1 a zeigt, daß die zu verstärkende Hochfrequenz von einem Hochfrequenzleiter KL der eigentlichen Verstärkeranordnung, die an den Klemmen t, t' beginnt, zugeführt und von dort auch wieder abgeführt wird, wie es bei Negativwiderstandsverstärkern, die ohne Frequenzumsetzung arbeiten, im allgemeinen der Fall ist. Die Trennung der Hin- und Herrichtung für die Hochfrequenzenergie erfolgt in einer nicht dargestellten Einrichtung, im allgemeinen in einem Zirkulator. Der aus dem Widerstand Rst und dem Serienresonanzkreis L₂, C₂ bestehende Teil der Schaltung dient zur Stabilisierung der Tunneldiode TD außerhalb des Verstärkungsbandes. Die Induktivität Li bildet zusammen mit den Streukapazitäten und der Gehäusekapazität der Tunneldiode ebenfalls einen 6s Resonanzkreis, der auf die Mitte des Verstärkungsbandes abgestimmt ist. Das gleiche gilt für den Serienresonanzkreis, bestehend aus den Elementen L₂, C₂, der innerhalb des Verstärkungsbandes die Wirkung des Stabilisierungswiderstandes Rs₁ praktisch aufhebt. Der Widerstand R\ und die Kapazität Q bilden zusammen, wie im Hauptpatent ebenfalls schon näher erläutert, eine Belastung der Speisespannungsquelle, die gegen höhere Frequenzen durch die Kapazität unwirksam gemacht wird.

Diese Schaltung wird gemäß der Erfindung vorteilhaft so ausgeführt, wie in der Fig. ib gezeigt ist. Die Induktivität Li und die Elemente des Serienresonanzkreises L₂, d sind auf einer Isolierstoffplatte IF als schmale Kaschierungen aufgetragen, wie aus der Ansicht in Fig. Ic besser ersichtlich ist. Wesentlich vereinfacht ist, daß die Induktivität L_t auf der Oberseite dieses Isolierstoffträgers und die Elemente des Serienresonanzkreises L₂, C₂ auf der Unterseite des Isolierstoffs angebracht sind. Dadurch ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, denn die Kontaktierung des oberen Teils des Gehäuses der Diode (Kathode der Diode) mit der Induktivität L erfolgt auf der oberen Seite der kaschierten Platte durch den größeren scheibenförmigen Anschluß der Diode nächst ihrem Zapfen Z Der Zapfen Z kann vorteilhaft als Gewindezapfen ausgebildet sein, so daß die Diode zunächst in das entsprechend geformte Ende des Innenleiters IL eingeschraubt werden kann. Der Stabilisierungswiderstand Rsi ist mit dem einen Ende der Induktivität L₂, beispielsweise durch Lötung, verbunden. Der Isolierstoffträger /Fist in der Mitte durchbohrt. Durch die Durchbohrung ragt die eigentliche Diode, und ist stirnseitig mit dem Stabilisierungswiderstand Rsi kontaktiert. Zur besseren Kontaktierung mit den Enden der Induktivitäten Li und L₂ enden diese auf ringförmigen Kaschierungen rund um die zentrische Durchbrechung in der Isolierstoffplatte IF. Das andere Ende der Induktivität Li führt ebenfalls auf eine ringförmig um den Außenrand der Platte /Fsich erstreckende Kaschierung, die durch Anpressung mit dem Außenleiter AL des Koaxialleitungsabschnitts kontaktiert. Der auf der anderen Seite der Platte angebrachte Serienresonanzkreis besteht aus einem kurzen schmalen Leterstück, das die Induktivität L₂ bildet und einem anschließend flächig erweitertem Stück, das durch eine Trennungslinie unterbrochen ist, so daß zunächst eine Fixkapazität entsteht. Diese Fixkapazität läßt sich dadurch leicht verändern, daß isoliert gegenüber diesen beiden Teilflächen eine Metallisierung angebracht wird, deren Abstand zu den beiden Teilflächen veränderbar ist. Da die zu verändernden Kapazitätsbeträge nur gering sind, ist eine Anordnung zweckmäßig, wie sie in den Figuren gezeigt ist, bei dem an der Stirnseite eines Isolierstoffstabes IST eine halbkreisförmig unterteilte Leitfläche KF befestigt ist. Die Fläche KF ist in der Fig. Ic gestrichelt angedeutet. Durch Verdrehen des Stabes ISt entsteht eine Kapazitätsänderung zur Abstimmung des Serienresonanzkreises C₂, L₂.

Das andere Ende des Stabilisierungswiderstandes Rsi ist auf ein topfförmiges Letterelement TL geführt, das sich über eine Folie SF isoliert in einer Schraubkappe SK befindet. Die Schraubkappe ist auf ein Außengewinde des Außenleiterendes HL äufschraubbar und durch Verspannung werden die Kontakte zwischen Diode und Innenrand der Platte einerseits und Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts und Außenrand der Isolierstoffplatte, sowie dem Topf TL andererseits hergestellt. Durch eine Durchbrechung in der Schraubkappe SK und der Isolierstoffolie SF ist der Gleichstromanschluß zu der Diode ( + Pol wie in F i g. 1 a) nach außen geführt.

Die Kapazität C₂ wird durch TL und SK gebildet. Der Widerstand R\ kann auch von außen angelötet werden.

Die Entkopplung von der Vorstromquelle für die Diode kann auch so vorgenommen werden, wie in den Fig.2a, 2b dargestellt ist. Die Fig. 2ä zeigt dabei wieder das Schaltbild, während die Fig.2b eine Draufsicht auf die Anordnung von der Koaxialleitungsseite her wiedergibt. Wie Fig. la zeigt, ist in diesem Fall der Hochfrequenzkreis vom Gleichspannungskreis durch die Drossel Dr getrennt. Diese Drossel ist, wie Fig.2b zeigt, als schlangenförmige Leitschicht auf der Unterseite der Isolierstoffplatte IF angebracht. Sie ist inhehleiterseitig mit dem Stabilisierungswiderstand Rs, verbunden und ihr äußeres Ende ist zur Zuführung des Vorstroms für die Diode durch eine Unterbrechung im Außenleiter nach außen geführt. Durch diese Anordnung kann die Kapazität 2 bei der Fig. 1 entfallen, d. h.

bei der Fig. Ib können die Teile TL und SFentfallen, der Stabilisierungswiderstand Rs, kann mit dem Boden der Schraubkappe SK unmittelbar verlötet werden. Sowohl in der Fig. Ic wie in der Fig.2b sind der einfachen Darstellung halber die oberen und unteren Kaschierungen der Isolierstoffplatte gleich gezeichnet. Dies geschieht auch in Anlehnung an die praktische Ausführung, denn dort sind diese Isolierstoffplatten relativ dünn und durchsichtig. Auch sind sämtliche

ίο Anordnungen übertrieben groß dargestellt, denn es handelt sich bei diesen Verstärkern La.um Frequenzen im Zentimeter- und Millimeterwellenbereich, also z. B. zwischen 10 und 30 G Hz.

Die Erfordernisse der Miniaturisierung werden beim

Erfindungsgegenstand besonders gut erfüllt und es ergibt sich ein sehr einfacher und praktischer Aufbau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ν*

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verstärker für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik, insbesondere einer Tunneldiode, das im Zuge des Innenleiters eines Koaxialleitungsabschnittes eingefügt ist, bei dem der negative Widerstand des Halbleiterelementes für außerhalb des Betriebsfrequenzbereiches liegende Frequenzen, durch einen der Stabilisierung dienenden ohmschen Widerstand, zumindest so stark belastet ist, daß die Gefahr der Selbsterregung beseitigt ist und bei dem andererseits die Wirkung des ohmschen Widerstandes im Betriebsfrequenzbereich des Verstärkers durch ein Resonanzeigenschaften aufweisendes Element (Resonanzkreis) aufgehoben ist, bei dem ferner der der Stabilisierung dienende Widerstand in Axialrichtung in Serie mit dem Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik in den Innenleiter des Koaxialleitungsabschnittes eingeschaltet und durch einen Serienresonanzkreis überbrückt ist, der aus einem vom Verbindungspunkt des Widerstands mit dem Halbleiterelement ausgehenden, gegen den Außenleiter geführten, insbesondere in Druckschaltungstechnik ausgeführten schmalen Leiter besteht, der über eine Kapazität mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts verbunden ist und dessen Länge wesentlich kleiner als die Betriebswellenlänge des Verstärkers ist, nach Patent 17 91 120, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des Serienresonanzkreises auf der einen Seite und eine weitere Induktivität, die zusammen mit der Kapazität des Halbleiterelements samt Streukapazitäi einen auf die Betriebsfrequenz des Verstärkers abgeglichenen weiteren Resonanzkreis bildet, auf der gegenüberliegenden Seite einer koaxial zwischen Innen- und Außenleiter sich erstreckenden Isolierstoffplatte als gedruckte Leiter aufgebracht sind.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine, gegenüber dem anderen einen größeren Durchmesser aufweisende, scheibenförmige Anschluß des Halbleiterelements einerseits am Ende des Hochfrequenz führenden Koaxialleiters anliegt, und andererseits auf dem entsprechend geformten Ende der Kaschierung für die weitere Induktivität während die Diode durch eine zentrische Durchbrechung der Isolierstoffplatte hindurchgeführt und mit ihrem anderen Anschluß mit der Induktivität des Serienresonanzkreises und dem Stabilisierungswiderstand verbunden ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Stabilisierungs-Widerstandes mit dem Boden eines topfförmigen Leiters verbunden ist, der isoliert im als Schraubkappe ausgebildeten Außenleiterende des Koaxialleitungsabschnitts angeordnet ist und von dem ein Gleichspannungsanschluß für die Diode durch die Schraubkappe nach außen geführt ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Stabilisierungswiderstandes unmittelbar mit dem als Schraubkappe ausgebildeten Außenleiterende des Koaxialleitungsabschnitts verbunden ist, und daß auf dieser Seite der Isolierstoffplatte eine Hochfrequenzdrossel in Form eines gewendelten, gedruckten Leiters vom Innenleiteranschluß der Diode ausgehend zur Vorspannungsversorgung der Diode nach außen durch die Schraubkappe hindurchgeführt ist.

5 Verstärker nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente samt der Diode in der Schraubkappe angeordnet sind und durch Aufschrauben auf das mit Außengewinde versehene Außenleiterende durch Druck die Kontaktierungen zwischen der gedruckten Leiterplatte, der Diode und den Koaxialleitungsenden hergestellt sind.

6. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Serienresonanzkreises als durch eine Trennungslinie unterbrochene flächige Ausweitung des gegen den Außenleiter zu liegenden Endes der Induktivität des Serienresonanzkreises ausgeführt ist, und daß diesen beiden Teilflächen isoliert gegenüber eine durch Abstandsänderung, oder durch Unterteilung und Verdrehung verstellbare, vorzugsweise auf der Stirnseite eines Stempels angebrachte Leitschichtfläche angeordnet ist.