DE2240565A1 - Mikrowellenanordnung - Google Patents

Description

fr.-fm.. Fi n-Dictiidh Zellef

_N._V. Philips' GlceilampenfabrfekeD : -.

AktaMa. PHN- 5816 ^B0SS ' ^WJM<

5 Anmeldungvomi 17. Aug. 1972

Mi kr owe 11 e rian οr dnuiig.

Die Erfindung betrifft eine MikroweJ-leilanordnung mit einem hohlen Abstandszylinder aus dielektrischem Material, der an den Endflächen durch elektrisch leitende Kontaktelemente abgeschlossen isfc, wobei ein erstes Kontaktelement aus zwei isolierend in bezug aufeinander angeordneten Teil eil aufgebaut ist, einer Halbleiterdiode-"-mit negativem Mikrowt! llenwideivs band, die im Zylinder derart angebracht ist, dass eine Seite unmittelbar mit dem zweiten
Kontaktelement und die andere Seite über einen ersten Teil eines Zuführungsdrahts mit cinum der Teile des ersten Kon· taktelements verbunden isfc, und einem im Zylinder angebrachten kaj-uizitivon Il ι IbI ei terolement.

Eine derürtige M i kr owe 1 i onar> Ordnung ist aus

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der niederländischen Patentanmeldung 6°· 1^126 bekannte Das dort angewendete kapazitive Halbleiterelement ist ein Varaktor, der mit einer Seite unmittelbar mit dem zweiten Kontaktelement und mit der anderen Seite über einen zweiten Zuführungsdraht mit dem anderen Teil des ersten Kontaktelements verbunden ist. Dieser Varaktor wird dazu verwendet, die Frequenz einer Resonanzschaltung auf elektrische Weise zu verstimmen, in welcher Schaltung die Diode mit dem negativen Mikrowelleiiwiderstand als aktives Elerient angewendet wird. Die Varaktorschaltung und die Schaltung, in der sich die Diode mit dem negativen Mikrowellenwiderstand befindet, sind mittels der Zuführungsdrähte miteinander gekoppelt. Die Grosse der Kopplung wird durch die Lage der Zuführungsdrähte untereinander bestimmt, welche Lage schlecht reproduzierbar ist. Weil der Abstimmbereich von dieser Kopplung stark abhängig ist, hat diese bekannte Mikrowellenanordnung den Nachteil, dass der Abstimmbereich verhältnismässig klein sein kann.

Es sind auch Oszillatoren bekannt, bei denen der Varaktor in Serienabstimmung mit der Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand in der Oszillatorschaltung vorhanden ist. Ein derartiger Oszillator ist durch die Art der Anbringung des Varaktors verhältnismässig kompliziert. So sind die Varaktoren in eigenen Gehäusen angebracht, und/oder es werden gesonderte Zuführungsloitor oder Viel' telwol leni ätigeii-Trans f ormatoren angewendet, die iiusscr einer erwünschten Impedanz gleichfalls Stroiviiiipocian-

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zen. in die Oszillatorschaltung einführen. Durch die Gesamtheit dieser Impedanzen wird der Regelbereich, derartiger Oszillatoren verringeret.

Die Erfindung bezweckt, eine Mikrowelienanordnung der erwähnten Art auf konstruktiv sehr einfache Weise zur Anwendung in einer Oszillatorschaltung geeignet zu machen, um einen über einen optimalen Regelbereich elektrisch abstimnibaren Oszillator ,zu" schaffen.

Die Erfindungsgemasse- Mikröwellenariordnung

ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das kapazitive.Halbleiterelement in dem zweiten Teil des Zuführungsdrahts befindet, welcher Teil zwischen der anderen Seite der Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand und dem zweiten Teil des ersten Kontaktelements angebracht ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Mikrowellenanordnung,

Figur 2 das elektrische Ersatzschema der in Fig. 1 dargestellten Mikrowellenanordimng,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines koaxialen Leiters, in dem die erfindungsgemasse Mikrowellenanordnung angebracht ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Mikrowellenanordnung enthäJ-t einen hohlen keramischen Abstandszylinder. Dieser Zylinder ist an einer Seite durch ein zweites Kontaktelement 2 abgeschlossen, mit dem eine

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??ΑΠ6Γ,5

I H i. 5B ίό.

Seite einei* Halbleiterdiode' mit einem negativen MiK ro-· wollenwiderstand 3 unniit tcl hai* \ ei bun<lt η ist. Unter einer Diode mit einem negativen MiKi cnvel lcnwiderstand wild eine Diode verstanden, die für einen Bereich von Gleichströmen einen negativen Widerstand für im Mikrowelleniroquonzband lioponde Frequenzen hat. Das zweite Kont aktel emetit 2 i: i einerseits als elolMriFclip AnschJ.ns sklenimo für die Diodi? 3 und fuidererseits als vai-iiicvioitendes Element ζ-um Ableiten der in der Diode 3 pntwi ekel ten Wärme» wirk ram. Als Diode mit einem negativem ^!'jl inwoi 1 eiiwi der; t and ν i rd bei spiel;·- weise eine Aval anche-Diode aiiRovundpt. Die Diode 3 ist mit der anderen Seite über einen or; 1 c-n Teil h eines /uf üb ι lri.'jsdraht s mit einem als flachen Kin^ ausgeführten ( ι btoji TmI 6 eines ersten Kontaktoletnonl c;= 'j verbunden. Diener· ]< >ntal;t element 5 schli csr | den Ali·= 1 nndsz) 1 .i ndur 1 an d(?i anderen Seite ab, und es j;it aus drin ι ί;ί οι π i i'cn (irpton 'Jei 1 6, einem als Π;κ lic Scheibe ausf.rl'ülirioi zweiten Toi J 7 und einem aus Isoliermaterial, bei ^pi el.swei ho Mika, bestehenden flaclien Rin^j 8 uui'gcbaut, der- /witschen d(ⁱn Teilern C im 1 angebracht ist. Das Kontakte! oiiii-nt 3 kann hei sjij el f.wei < auch aus einer Scheibe au.·- 1 ' i i · "dem M H iTJa.l auf ^,eb-ruit sein, welche? Scheibe mittel f- jiuli;."! angebrachter vSäfjeöchnitte in ζλ»λ·ϊ .isolierend in 1 i»/u(; aiii einander aiifveis'¹ aicto S<iktoi'<iu eingeteilt ist.

] ine derartige Milviiiv.'ollenanordiiunp; wird u.a. in einem Onzjllaior als Hai l-l e i toi i»T einorit angewendet, um (Ii <! O;-/iJ latorscliii] iiuif, y,n ti \ >'■ ]if»;n.

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Um die Resonanüfrequeiiü dos Oszillators ändern zu können, kann ein derartiger O.i^ il-la tor . rui t einem, kapazitiv on Halbleiterelement- vot'sehen ocin, Unter einem kapa-"-·. i ti van Halbleiterelement wild ein' Ha !blei torelement ver-t standen, du:> mit einer Metallplatte oder einem Halbleiterkörper mit.einem pn-übergang abgedeckt ist. Ein Halbleiterkorper· niifc einem pn-übergang mit einer be Bonder's effektiven Form und einem Dotieruiig.sprofil wird .Varajkrtor. genannt..? fDios; kapazitiven Halblei fcerelemen to. naben die Eigenschaf fc.,: dass die Kapazität dieser Element ο von der über diesen Elementen angeschlossenen Spannung abhängt ν Die Art und Weise, Σΐΐ der die.' kapazitiven Halbioiterelcnienfcö in einem Oszillator angebracht sind, bestimmt u.a. die Grosse des Abstimmboroichs derartiger Oszillatoren.

. So ist aus der niederländischen Patentanmeldung 6916126 eine Mikrowellenanorcüiung bekannt, die als-Oszillator verwendet wird, von dem das kapazitive Halbleiterelemen: ein Varaktor ist, der.mit einer Seite· unmittelbar mit dem einen Kontaktelement 2 und über einen zweiten Zuführungsilraht mit dem zweiten TeLl 7 des anderen Konfcrikfcelemont.s 1'j vei. buu:lon ist. Die 53chalt.u-iiß·, in der sich die Diode mit dem negativen Mikrovelloru; Ld ο rs fcand befindet, und die Schaltung !es Varaktor« sind hierbei mittels der ZuführimgHdr'üi fco indul.iiv lüLiciimiuliU' gekoppelt. Diese u.a. den Λ bh fcinin.hr· ι:·» ich dos Osäl.I l.itui·;. bus timme.P'li' Kopplung 1st von -Ii 1· La.",· der.· Zuführ ung.si · i\!h ι < mil et ο i π aider stark abhiiiigig. IU >.c I ;if,r> d -f λιιΙϊιΙγ ui'jsdrrtln t. ist jedoch schlecht'

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reproduzierbar.

Um eii'ü M i .krowe Llenanordming mit einer negativen Widerstandscharakteristik zn erhalten, die bei Anwendung in einem Oszillator diesen über einen optimalen Regelbereich verstimmen kann, Ist entsprechend der Erfindung in der in Fig. 1 dargestellten Mikrowellenanordiiuhg das kapazitive Halbleiterelement 9 im zweiten Teil 10 des Zuführungsdraht.s vorhanden, welcher Teil zwischen der anderen Seite der Diode mit dom negativen Mikrowellenwiderstand 3 und dem zweiten Teil 7 tief, ersten Kontaktel ements 5 •angebracht ist. Die Erfindung beruht u.a. auf der Erkenntnis, dass im kapazitiven Halbleiterelement 9 wenig leistung dissLpiort wird, nämlich nur· die durch unerwünschte Leck- und Ruheströme hervorgebrachte leistung. Dadurch kann das kapazitive; Halbleiterlemeii t ohne Nachteile in den zweiten Teil 10 des Zuführungsdrahts aufgenommen werden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass zum Anbringen des kapazitiven Halbloitorelements keine zusätzlichen Zuführungsleiter erforderlich sind. Um die Induktivität des Zuf ührungsdrah ts der Diode 'J herabzusetzen, ist dieser Zuführungsdraht in beistehenden Mikrowel loiiariordnungeri bereits aus zwei parallel. g<! scha I te ten Teilen h und 10 zusammengesetzt· Durch das Anbringen des kapazitiven Halbleiterelements entsprechen'¹ >lcr Erfindung worden keinen zusätzlichen froquen/.-abhängigen Elemente eilige· fühl" t. i.'ti(lurf:h ein grosser Hogi) L — bereich mag) Ich i.;t.

Die !,Windung wird anhand de.·» Xn I¹Mg · 2 darg«>-·

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stellten Ersatzschemas der in Fig. 1 dargestellton Mikrowellenanordnung bei Mikrowellen-reqxienzen näher erläutert. Die Kapazität 13 und der damit in Serie geschaltete negative Widerstand 23 bilden das Mikrowellenschema der als Avalanche Diode ausgeführten Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 nach Fig. "J. Der Widerstand 23 ist mit einer. Anschlussklemme 12 verbunden, die das zweite Kontakte'lament 2 darstellt. Die Avalanche-Diode 13« 23 ist einerseits über die Induktivität 1^ des ersten Teils k des Zuführungsdrahts mit der Anschlussklemme 16 verbunden, welche Anschlussklemme den ersten Teil 6 des ersten Kontaktelements 5 darstellt. Andererseits ist sie über den Widerstand 20, der den Serienwiderstand des kapazitiven Halbleiterelements bildet, den variablen Kondensator 1°-» der den durch das kapazitive Element 9 gebildeten Kondensator ist, und die Induktivität 15 des zweiten Teils 10 dos Zuführungsdrahts mit der Anschlussklemme 17 verbunden. Diese Anschlussklemme 17 stellt den zweiten Teil 7 des ersten Kontaktelements dar. Ferner ist zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 dia zwischen den isoliert voneinander angeordneten Teilen 6 und 7 des ersten Kontaktelements 5 vorhandene Kapazität IB dargestellt. Diese Kapazität 18 hat einen so grossen Wert, dass sie für Str-öme mit Jlikrovellenfrequcnz einen Kurzschluss bildet, wodurch die Induktivität 14 parallel zur Serionschaltung des Widerstands 20, des Kondensators 19 und dor Induktivität 15 geschaltot ist. Die· einerseits zwischen den Anschlussklemmen 16 und I7 und andererseits

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zwischen der Anschlussklemme 12 viedergegebenen Kondensatoren 11 und 21 stellen die zwischen den Kontaktelementen an der Stelle des Abstandszylinders bestehende Kapazität dar, die in einer bestehenden Mikrowellenanordnung gemeinsam etwa O₁16 PF betragen. Da das kapazitive Halbleiterelement 9 etwa auf halber Strecke des zweiten Teils 10 des Zuführungsdrahts angebracht ist, sind die zwischen diesem sehr kleinen Element 9 und den Koiitaktclcmenton 2 und 5 vorhandenen Streukapazitäten vernachlässigbar kleini Die in dieser Schaltung gemessenen Streukapazitäten sind kleiner als 10~¹ V.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, verl »ilt sich ein durch die Avalariche-Diode 13,23 fliessender HF-Strom in einen Strom I₁ durch die Induktivität 1'4 und einen Strom T durch den Widerstand 20, die Kapazität 19 und die Induktivität 15.

Das Verhältnis zwischen dem Strom I₁ und I„

bestimmt die Grosse der Kopplung zwischen der Avalanclic-Diode 13» 23 und dem kapazitiven Halbleiterelement 191 Dieses Verhältnis wird an sich durch die Grosse der Im]Hidanzen der parallel geschalteten Teile h und 10 des Zuführungsdrahts bestimmt. Dieses Verhältnis kann bei dor Herstellung durch die Wahl der Länge der Teile des Zuführungsdrahts genau und leicht reproduzierbar eingestellt werden. Aus dem Ersatzschema nach Fig. ,2 und der diesbezüglichen Beschreibung geht hervor, dass durch die Zuoi'dnung des kapazitiven Elements 9 im Zuführungsdraht der Diode

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mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 keine zusätzlichen Impedanzen eingeführt sind, wodurch ein optimaler Regelbereich möglich ist, insbesondere wenn die Induktivität einen viel grösseren Wert als die Induktivität 15 hat. Für gleiche Werte dieser Induktivitäten betrug der gemessene Regelbereich in einem X-Band-Oszillator etwa TO j$.

Bei der Aufnahme der Mikrowellenanordnung in einer Oszillatorschaltung wird zwischen den Anschlussklemmen 12 und 16 die für die Dijde mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 erforderliche Speisespannung angeschlossen, zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 die für das kapazitive Halbleiterelement erforderliche Steuerspannung und zwischen den Anschlussklemmen 12 und 17 die Belastung und ein gegebenenfalls damit in Serie oder parallel dazu geschaltetes reaktives Element, um die Oszillationsfrequenz im gewünschten Regelbereich einsteilen zu können. Ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Mikrowellenanordnung in einem Koaxialleiter ist in Fig. 3 angegeben. Der Koaxialleiter enthält einen Aussenleiter 29 Und einen Innenleitor 28, der ein Endestück befasst welches in zwei Hälften 31 und 32 aufgeteilt ist. Diese Hälften sind in bezug aufeinander und den Teil 28 des Iniienleiters mittels einer Isolationsschicht 33 voneinander getrennt₈ Die über dieser Isolationsschicht 33 gebildete Kapazität bildet für die HF-Ströme' einen Kurzschluss. Die.Mikrowellenanordnung 30, bei der die Teile des ersten Kojitakteleiiiönts aus zwei durch einen Sägeschnitt isolierend in bezug aufeinander angeordnete halbe

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Scheiben gebildet werden, ist zwischen dem Ende des Innenleiters 31>32 und dem Aussenleiter 29 derart angebracht, dass jede halbe Scheibe des ersten Kontaktelements einen Kontakt zu einer eigenen Hälfte des Innenleiters "}\ bzw. herstellt. Für die Zufuhr der Speise- und Steuerspannung zur Mikrowellenanordnung sind im Aussenleiter 29 die Bohrlöcher 38 und 39 angebracht. In diesen Löchern sind die Tiefpassfilter 3k und 35 angebracht, die über die Federn 36 und 37 mit den Hälften 31 und 32 des Innenleiters des Koaxialkabels verbunden sind. Zwischen dem Tiefpassfilter 3^ v.nd dem Aussenmantel 29 ist eine nicht dargestellte Speisequelle und zwischen den Tiefpassfiltern 3^ und 35 eine nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen, die die Steuerspannung zum Einstellen des kapazitiven Halbleiterelements der Mikrowellenanordnung 30 liefert. Um die HF-Impedanz der Mikrowellenanordnung 30 den Impedanzen des Koaxialleiters anzupassen, sind die Enden 31 und 32 mit einem Viertelwellenlängen-Transformator versehen, der durch den Teil mit dem grösseren Durchmesser gebildet wird.

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Claims (1)

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   PATENTAITSPHÜCH .

   Mikr owe 11 enanordntuig mit einem liohlen Abstands— ' zylinder aus dielektrischem Material, der an den Endflächen durch elektx*isch leitende Kontaktelemente abgeschlossen ist, von denen ein erstes Kontaktelement aus zwei isolierend in bezug aufeinander angeordneten Teilen aufgebaut ist, einer Halbleiterdiode mit einem negativen Mikrowellenwiderstand, die im Zylinder derart angebracht ist, dass eine Seite unmittelbar mit dem zweiten Kontaktelement und die andere Seite über einen erston-Teil eines Zuführungsdrahts mit einem der Teile des ersten Kontaktelements verbunden ist, und einem im Zylinder angebrachten kapazitiven Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Halbleiterelement im zweiten Teil des Zufüliruiigsdrahts vorhanden ist, welcher Teil zwischen der anderen Seite der Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand und dem zweiten Teil des ersten Kontaktelements angebracht ist«

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