DE2240565B2 - Mikrowellenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenanordnung mit einem hohlen Abstandszyliiider aus dielektrischem Material, der an den Endflächen durch elektrisch 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, dki im Abständszylinder derart angebracht ist, daß eine Seite unmittelbar mit dem zweiten Kontaktelement und die andere Seite über einen (ersten) Zuführungsdraht mit einem der Teile des ersten Kontaktelementes verbunden ist, und einem im Zylinder angebrachten kapazitiven Halbleiterelement.

Eine derartige Mikrowellenanordnung ist aus der niederländischen Patentanmeldung 69 16 126 bekannt 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 Mikrowellenwiderstand als aktives Element angewendet wird. Die Varaktorschaltung und die Schaltung, in der sich die Diode mit dem negativen Mikrowellenwiderstand befindet, sind mittels der Zufuhrungsdrähte miteinander gekoppelt Die Größe 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 (DE-OS 20 48 528), bei denen der Varaktor In Serienabstimmung mit der Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand in der Oszillalorschaltung 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 Zuführungsleiter oder Viertelwellenlängen-Transformatoren angewendet, die außer einer erwünschten impedanz gleichfalls Streuimpedanzen in die qszillatorschaHnng einführen. Durch die Gesamtheit dieser impedanzen wird der Regelbereich derartiger Oszillatoren verringert,

ι per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, eine Mikrowellenanordnung der erwähnten Art auf konstruktiv sehr einfache Weise zur Anwendung in einer Oszillatorschaltung geeignet zu machen, um ejnen über einen optimalen Regelbereich elektrisch abstimmbaren

Kr Oszillator zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Halbleiterelement in einen zwei tea Zuführungsdraht eingefügt ist, ..welcher zwischen der anderen Seite der Diode mit

ti'negativem Mikrowellenwiderstand und dem zweiten Teil des ersten Kontaktelementes angebracht ist

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

Fig. I ein- Ausführungsbeispiel einer erfindungsge-

mäßen Mikrowellenanordnung,

Frg.2 das elektrische Ersatzschema der in Fig. 1 dargestellten Mikrowellenanordnung,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel eines koaxialen Leiters, in dem die erfindungsgemäße Mikrowellenan-

Ordnung angebracht ist

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Mikrowellenanordhäng enthält einen hohlen keramischen Abstandszylinder. Dieser Abstandszylinder 1 ist an beiden Seiten durch ein erstes Kontaktelement 6, 7

H) und durch ein zweites Kontaktelement 2 abgeschlossen, wobei mit dem ersten Kontaktelement 2 eine Seite einer Halbleiterdiode mit einem negativen Mikrowellenwiderstand 3 unmittelbar verbunden ist Unter einer Diode mit einem negativen Mikrowellenwiderstand wird eine Diode verstanden, die für einen Bereich von Gleichströmen einen negativen Widerstand für im Mikrowellenfrequenzband liegende Frequenzer, hat Das zweite Kontaktelement 2 ist einerseits als elektrische Anschlußklemme für, die Diode 3 und

■to andererseits als wärmeleitendes Element zum Ableiten der in der Diode 3 entwickelten Wärme wirksam. Als Diode mit einem negativen Mikrowellenwiderstand wird beispielsweise eine Avalanche-Diode angewendet. Die Diode 3 ist mit der anderen Seite über einen ersten Zuführungsdraht 4 mit einem als flacher Ring ausgeführten ersten Teil 6 eines ersten Kontaktelementes 5 verbunden. Dieses Kontaktelement 5 schließt den Abstandszylinder 1 an der anderen Seite ab, und es ist aus dem ringförmigen ersten Teil 6, einem als flache

w Scheibe ausgeführten zweiten Teil 7 und einem aus Isoliermaterial, beispielsweise Glimmer bestehenden flachen Ring 8 aufgebaut, der zwischen den Teilen 6 und 7 angebracht ist Das Kontaktelement 5 kann beispielsweise auch aus einer Scheibe aus leitendem Material aufgebaut sein, welche Scheibe mittels radial angebrachter Sägeschnitte in zwei isolierend in bezug aufeinander angeordnete Sektoren eingeteilt ist.

Eine derartige Mikrowellenanordnung wird u.a. in einem Oszillator als Halbleiterelement angewendet, um

ω die Oszillatorschaltung zu entdämpfen.

Um die Resonanzfrequenz des Oszillators ändern zu können, kann ein derartiger Oszillator mit einem kapazitiven Halbleiterelement versehen sein. Unter einem kapazitiven Halbleiterelement wird ein HaIbleiterelement verstanden, das mit einer Metallplatte oder einem Halbleiterkörper mit einem pn-übergang bedeckt ist. Ein Halbleiterkörper mit einem pn-Übergang mit einer besonders effektiven Form und einem

pX pptierungsprofir wird Varaktor genannt. Piese kapwiitiven H»lpieitere|enie!ite haben die Eigenschaft, daß dieKapazität dieser Elemente von der an diesen^ Elementen angeschlossenen Spannung abhängt. Die Art und Weise, in der die kapazitiven Halbleiterelemente m einem Oszillator angebracht sind, bestimmt u,ar die Größe des Abstimmbereichs derartiger Oszillatoren,

So ist aus U-t niederländischen Patentanmeldung 69 16 126 eine Mikrowellenanordnung bekannt, die als Oszillator verwendet wird, von dem das kapazitive Halbleiterelement ein Varaktor ist, der mit einer Seite unmittelbar mit dem einen Kontaktelement 2 und über einen zweiten Zuführungsdraht mit dem zweiten Teil 7 des anderen Kontaktelements 5 verbunden ist Die Schaltung, in der sich die Diode mit dem negativen Mikrowellenwiderstand befindet, und die Schaltung des Varaktors sind hierbei mittels der Zuführungsdrähte induktiv miteinander gekoppelt Diese u. a. den Abstimmbereich des Oszillators bestimmende Kopplung ist von der Lage der Zuführungsdrähte untereinander stark abhängig. Diese Lage der Zuführungsurähte ist jedoch schlecht reproduzierbar.

Um eine Mikrowellenanordnung mit einer negativen Widerstandscharakteristik zu erhalten, die bei Anwendung in einem Oszillator diesen über, einen optimalen Regelbereich verstimmen kann, ist entsprechend der Erfindung in der in F i g. 1 dargestellten Mikrowellenanordnung das kapazitive Halbleiterelement 9 in einem zweiten Züführungsdraht 10 vorhanden, welcher zwischen der anderen Seite der Diode mit dem negativen Mikrowellenwiderstand 3 und dem zweiten Teil 7 des ersten Kontaktelements 5 angebracht ist Die Erfindung beruht u.a. auf der Erkenntnis, daß im kapazitiven Halbleiterelement 9 wenig Leistung dissipiert wird, nämlich nur die durch unerwünschte Leck- und Ruheströme hervorgebrachte Leistung. Dadurch kann das kapazitive Halbleiterelement ohne Nachteile in den zweiten Zuführungsdraht 10 aufgenommen werden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß zum Anbringen des kapazitiven Halbleiterelements keine zusätzlichen Zuführungsleiter erforderlich sind. Um die Induktivität des Zuführungsdrahts der Diode 3 herabzusetzen, ist dieser Zuführungsdraht in bestehenden Mikrowellenanordnungen bereits aus zwei parallel geschalteten Teilen 4 und 10 zusammengesetzt Durch das Anbringen des kapazitiven Halbleiterelements entsprechend der Erfindung werden keine zusätzlichen frequenzabhängigen Elemente eingeführt, wodurch ein großer Regelbereich möglich ist

Die Erfindung wird anhand des in F i g. 2 dargestellten Ersatzschehias der in F i g. 1 dargestellten Mikrowellenanordnung bei Mikrowellenfrequenzen näher erläutert. Die Kapazität 13 und der damit in Serie geschaltete negative Widerstand 23 bilden das Mikrowellenschem/i der als Avalanche-Diode ausgeführten Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 nach Fig. L Der Widerstand 23 ist mit einer Anschlußklemme 12 verbunden, die das zweite Kontaktelement 2 darstellt. Die Avalanche-Diode 13, 23 ist einerseits über die Induktivität 14 des Zuführungsdrahtes 4 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 Serienwkici stand des kapazitiven Halbleiterelements 9 bildet, den variablen Kondensator 19, der die durch das Element 9 gebildete Kapazität darstellt, und die Induktivität 15 des zweiten Zuführungsdrahtes 10 mit der Anschlußklemme 17 verbunden,: piese AV , schlMßklemnie 17 stellt den zweiten Teil 7 des ersten Kontaktelements darr Ferner ist zwischen den Anschlußklemmen 16 und 17 die zwischen den isoliert

ι voneinander angeordneten Teilen 6 und 7 des ersten Kontaktelements 5 vorhandene Kapazität 18 dargestellt. Diese Kapazität 18 hat einen so großen Wert, daß sie für Ströme mit Mikrowellenfrequenz einen Kurzschluß bildet, wodurch die Induktivität 14 parallel zur

in Serienschaitung des Widerstands 20, des Kondensators 19 und der Induktivität 15 geschaltet ist Die einerseits zwischen den Anschlußklemmen 16 und 17 und andererseits zwischen der Anschlußklemme 12 dargestellten Kondensatoren 11 und 21 stellen die zwischen den Kontaktelementen an der Stelle des Abstandszylinders bestehende Kapazität dar, die in einer bestehenden Mikrowellenanordnung gemeinsam e'iiwa 0,16 pF betragen. Da das kapazitive Halbleiterelement 9 etwa auf halber Strecke des zweiten Teils 10 des Zuführungsdrahts angebracht ist sind die zwirnen diesem sehr kleinen Element 9 und den Kontaktelen^snten 2 und 5 vorhandenen Sireukapazitäten vernachlässigbar klein. Die in dieser Schaltung gemessenen Streukapazitäten sind kleiner als 10-'⁴F.

Wie ψ, F i g. 2 dargestellt ist, verteilt sich ein durch die Avalanche-Diode 13, 23 fließender HF-Strom in einen Strom /i durch die Induktivität 14 und einen Strom h durch den Widerstand 20, die Kapazität 19 und die Induktivität 15.

Das Verhältnis zwischen dem Strom Λ und h bestimmt die Größe der Kopplung zwischen der Avalanche-Diode 13, 23 und dem kapazitiven Halbleiterelement 19,20. Dieses Verhältnis wird an sich durch die Größe der Impedanzen der parallel geschalteten Zuführungsdrähte 4 und 10 bestimmt Dieses Verhältnis kann bei der Herstellung durch die Wahl der Länge der Teile des Zuführungsdrahts genau und leicht reproduzierbar eingestellt werden. Aus dem Ersatzschemt nach Fig.2 und der diesbezüglichen Beschreibung geht hervor, daß durch die Zuordnung des kapazitiven Elements 9 im Zuführungsdraht der Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 keine zusätzlichen Impedanzen eingeführt sind, wodurch ein optimaler Regelbereich möglich ist, insbesondere wenn. die Induktivität 14 einen viel größeren Wert als die Induktivität 15 hat Für gleiche Werte dieser induktivitäten betrug der gemessene Regelbereich in einem -Y-Band-Oszillatoretwa 10%.

In einer Oszillatorschaltung für die Mikrowellenan-

Ordnung wird zwischen den Anschlußklemmen 12 und 16 die für die Diode mit negativem Mikrowellenwiderstand 3 erforderliche Speisespannung angeschlossen, zwischen den Anschlußklemmen 16 und 17 die für das kapazitive Halbleiterelement erforderliche Steuerspannungund zwischen ei ;n Anschlußklemmen ll<.tnd 17 die Belastung und ein gegebenenfalls damit in Serie oder parallel dazu geschaltetes reaktives Element, um die Oszillationsfrequcnz im gewünschten Regelbereich einstellen zu können. Ein Anwendungsbeispiel der

vorliegenden Mikrowellenanordnung in einem Koaxialleiter ist in Fig.3 dargestellt. Der Koaxialleiter enthält einen Außenleiter 29 und einen Innenleiter 28, der ein Endstück besitzt, welches in zwei Hälften 31 und 32 aufgeteilt ist. Diese Hälften sind in bezug aufeinander

(-.5 und den Teil 28 lies htnenleiters mittels einer Isolationsschicht 33 voneinander getrennt. Die über dieser Isolationsschicht 33 gebildete Kapazität bildet für die HF-Ströme einen Kurzschluß. Die Mikrowellenan-

Ordnung 3ö, bei der die Teile des ersten Kontaktelements aus zwei durch einen Sägeschnitt isolierend in bezug aufeinander angeordnete halbe Scheiben gebildet werden, ist /wischen 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 31 bzw. 32 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 34 und 35 angebracht, die über die Federn 36 und 37 mit den Hälften 31 und 32 des fnnenieiters des Koaxialkabeis verbunden sind. Zwischen dem Tiefpaßfilter 34 und dem Außenmantel 29 ist eine nicht dargestellte Speisequelle und zwischen den Tiefpaßfiltern 34 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   NfikroweHenanordwrrg mft einem, hohlen Abstan&feylinder aus dielektrischem Material, der an den Endflächen durch elektrisch leitende Kontaktelemente abgeschlossen ist, von denen ein erstes Kontaktelement aus zwei isolierend in bezug aufeinander angeordneten Teilen aufgebaut ist, einer Halbleiterdiode mit einem negativen Mikrowellen widerstand, die im Abstandszylinder derart angebracht ist, daß eine Seite unmittelbar mit dem zweiten Kontaktelement und die andere Seite über einen (ersten) Zuführungsdraht mit einem der Teile des ersten Kontaktelementes verbunden ist, und einem im Zylinder angebrachten kapazitiven Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Halbleiterelement (9) in einen zweiten Zuführungsdraht (10) eingefügt ist, welcher zwischen der anderen Seite der Diode {3) mit negativem Mikrowellenwiderstand und dem zweiten Tei! (7) des ersten Kon;aktc!cmentes angebracht ist