DE2306514A1

DE2306514A1 - Hochfrequenzgenerator

Info

Publication number: DE2306514A1
Application number: DE2306514A
Authority: DE
Inventors: Martin Isaac Grace; Jun Harold John Pratt
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1972-02-09
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1973-08-16
Also published as: FR2171277A1; NL7301794A; JPS4893247A; FR2171277B3; US3743966A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. C. Wallach

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach 9- Februar 1973

8 München 2 ₄

Kauflngerstr.8,TBl.24O275 ^

Sperry Rand Corporation New York / USA

Hochfrequenzgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzgeneratoren und bezieht sich insbesondere auf Übertragungsleitungs-Halbleiterdioden-Oszillatoren, die Einrichtungen zur wirkungsvollen Aufrechterhaltung von Schwingungen einschließen.

Bekannte in einer Betriebsweise mit hoher Leistung arbeitende Diodenoszillatoren machen Gebrauch von der Erscheinung der verzögerten Triggerung, um Hochfrequenz- oder Mikrowellenschwingungen zu erzeugen· Die Erscheinung einer zeitlich verzögerten Triggerung bei einem üblichen Diodenoszillator wurde wie folgt erklärt: Es sei angenommen, daß ein Kurzschluß mit einem Abstand von der Diode, der ungefähr einer halben Wellenlänge (λ/2) bei der mittleren Betriebs-Grundfrequenz entspricht, vorgesehen ist und daß ein Einschalt-Überspannungsstoß mit einer ausreichendeGröße an die Diode angelegt wird, wobei die Größe des Einschalt-UberSpannungsstoßes ausreicht, um eine wandernde Lawinendurchbruchs-(avalanche)Zone einzuleiten. Die überspannung kann ein zufälliger Stör- oder Rauschimpuls sein, oder er kann eingeführt werden, wenn ein geeignetes Signal willkürlich in die Vorrichtung eingekoppelt wird. Während die sich daraus ergebende Lawinendurchbruchszone über die Sperrschicht der Diode wandert, fällt die Spannung längs der

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Diode ab. Wenn die Lawlnendurohbruchszonenfront vollständig die Diode überquert hat« ist die momentane Spannung an der Diode im wesentlichen gleioh Null. Entsprechend wird ein Spannungsimpuls mit kurzer Dauer an der Diode erzeugt« dessen Größe im wesentlichen gleich der Dioden-Durchbruchsspannung ist» Dieser Spannungsimpuls mit kurzer Dauer muß sich entlang der Übertragungsleitung ausbreiten, in die die Diode eingeschaltet 1st. Bei Erreichen des effektiven Wertes des Kurzschlusses, der sich im wesentlichen mit einer Entfernung einer halben Wellenlänge von der Diode entfernt befindet, wird der wandernde Impuls invertiert und reflektiert, so daß er die Diode nach einer gesamten Zeitverzögerung von λ/c wieder erreicht, wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der übertragungsleitung ist. Der verzögerte Impuls bringt die Spannung längs der Diode momentan auf einen Wert, der der doppelten Durchbruchsspannung der Diode entspricht, so daß eine weitere Lawlnendurchbruchswelle in der Diode vorgetriggert wird. Auf diese Weise wird der gesamte Vorgang wiederholt und dauernd durchlaufen.

Für Oszillatoren, die in einer Betriebsart mit hoher Leistung arbeiten, kann die vorstehend beschriebene zeltverzögerte Trlggerung mit Vorteil die Hauptquelle für Schwingungen im eingeschwungenen Zustand sein. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bekannte Oszillatoren, die diese Erscheinung ausnutzen, in ihrer Konstruktion nicht optimal waren. Viele dieser Koaxial- oder Hohlleiterschaltungen erwiesen sich auf Grund ihrer kleinen Größe bei anwachsenden hohen Trägerfrequenzen in der Herstellung und Einstellung als schwierig. Die Schwierigkeiten,die mit der Auslegung geeigneter Einrichtungen zur unabhängigen Anpassung, Abstimmung und für andere Abgleichvorgänge der einzelnen Teile der Schaltungen verbunden sind, in denen Grundfrequenzsignale und harmonische Signale gleichzeitig oder getrennt fließen, werden immer schwieriger. Bekannte Oszillatorschaltungen wiesen

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im allgemeinen keine leichte Abstimmung oder Konstruktion für einen Betrieb bei einer speziellen Betriebsfrequenz auf· Bisherige Abstimmanordnungen stellten keine optimale Kopplung mit richtiger relativer Phase und Amplitude für die Energie bei dsr Grundfrequenz und bei den harmonischen Frequenzen sicher. Weiterhin zeigten bekannte Diodenschaltungen beim Impulsbetrieb ein übermäßiges Zittern der Vorderkante der Impulse·

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Hochfrequenzgenerator der mit Nutzeinrichtungen koppelbar ist, umfaßt Übertragungsleitungsteile mit ersten und zweiten Hoehfrequenzleiterelementen, leitende Kurzsohlußteile zur Verbindung der Hochfrequenz-Leiterelemente an einem Ende der Übertragungsleitungstelle miteinander, Halbleiterdiodenelemente, die im Nebenschluß zu Kapazitäten in den ersten Hochfrequenz-Leitereleraenten eingeschaltet sind, wobei der Mittelpunkt der Diodenelemente an einer Stelle liegt, die im wesentlichen λ/2 von den Kurzschlußteilen entfernt ist, wobei A die Betriebs-Grundwellenlänge des Hochfrequenzgenerators ist, Drosselelemente für die dritte Harmonische, die leitend mit den Übertragungsleitungsteilen verbunden sind und im wesentlichen an einer derartigen Entfernung von den Diodenelementen angeordnet sind, daß die Diodenelemente eine Serienresonanz bei der dritten Harmonischen der Grundfrequenz aufweisen, und Impedanz-Anpaßeinrichtungen, die mit Abstand von Drosseleinrichtungen für die zweite Harmonische entgegengesetzt von den Drosseleinrichtungen für die dritte Harmonische angeordnet sind um den Hochfrequenzgenerator an die Nutzeinrichtungen für eine wirkungsvolle Übertragung der Grundwellenlängenenergie anzupassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung 1st ein Hochfrequenz- oder Mikrowellenoszillator, der in einem in der zeitverzögerten Trigger-Betriebsweise arbeitenden Übertragungsleitungsnetzwerk arbeitet und der ein aktives Diodenelement

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verwendet, das in einer Betriebsweise mit hohem Wirkungsgrad arbeitet* Sin unipolares'Potential ist längs der Diode derart angelegt, daH diese über den Lawlnendiirshbruchspegel vorgespannt ist* Irgendein der Yorspannimg .Überlagertes Spannungssignal erzeugt große Änderungen der momentanen Spannung und des momentanen Stromes der Β£οα©_Λ woto©I diese Änderungen charakteristisch für durch Zeitverzögerung getriggarte Schwingungen sind· Die sich daraus orgetende Stromwelle enthält viele harmonische Komponenten der Be&wingungs-Grundfrequenz. Die Verwendung eines unabhängigen. Iinp©dansabglei©hs bei Jeder Harmonisehen erzeugt ©ine optimale Strom-Wellenform.» so dai der Umwandlungs-Wirkurngsgrafl der Siofie verbessert wird» ©ie Frequenz der GrundsGhwiBgong ist weitgehend durch die ©!©lettische Länge eines kurzgeschlossen@n ÄbssMittes öer tung bestimmt^ so daß sich ©in im wesentlichen Prequenzabgleich ergibt.- Äußerdeia ©rgibt sieh eins ins wesentlich©!?, imabMagige Äbstifflaimg der.Haraonisehen.

Welter® VQ^tellliaffe© Äusgestaltiimg^s rad Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus ü®n

Die Erfindung wird Im folg©ad©ia &£sh@mk ^oa in der Zeichnung dargestellten -lusführungsbelspielea aoeh siiher erläutert.

In der Zeichnung zeigern

Fig. 1 und 2 Ersatesehaltangen bekannter Hochfrequenzgeneratoren zur irlSiateFöBg; der Betriebsweise von mit

seitlich verz6g@rt@r friggerung arb@it@nden Hoch

Fig. 5 und ^ Schwingungsfonnen sur Srllwterung der weise von mit seitlich ver-gögeytei? arbeitenden Oszillatoren*

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Fig· 5 eine Querschnittsansient einer erfindungsgemäßen Ausführungeform des Hochfrequenzgenerators,

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild des Hochfrequenzgenerators nach Pig. 5,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Hochfrequenzgenerators nach Flg. 5»

Fig. 8 ein Ersatzschaltbild des Hochfrequenzgenerators nach Fig. 7*

In der Vergangenheit wurde bei der Untersuchung von Hochfrequenz« Diodenoszillatoren die in einer Betriebsweise mit hohem Wirkungsgrad arbeiten« ein zweckmäßiges jedoch verallgemeinertes Ersatzschaltbildmodell verwendet, das viele beobachtete Ergebnisse scheinbar erfolgreich beschrieb. Das Ersatzschaltbild (Fig. 1) hat sich als in gewissem Grade gültig herausgestellt, obwohl es ein Ersatzschaltbild mit konzentrierten Elementen 1st, das eine Vorrichtung darstellt, die in richtiger Weise durch verteilte Parameter gekennzeichnet ist« und das bei Vorhandensein von Harmonischen in einem weiten Bereich von Frequenzen in einer Welse arbeitet, die nicht genau durch ein Ersatzschaltbild mit bestimmten konzentrierten Elementen bei allen diesen Teilfrequenzen darstellbar ist.

Das Ersatzschaltbild nach Flg. 4 zeigt einen Hochfrequenzgenerator mit einem Hochfrequenzoszillator-Diodenelement, das eine Diode 1 mit parasitären Gehäuseimpedanzen unter Einschluß einer Serienleitungsinduktivität 2 mit dem Wert L_ und einer Neben-

schluß-Gehäusekapazität 2 mit dem Wert C einschließt. Bei Betrachtung des Teils der Figur rechts von den Anschlüssen 7 und 9 des DJ odenelementes 1st zu erkennen, daß die grundlegende Schaltung des Oszillators aus einem Abschnitt einer gleich-

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förmigen übertragungsleitung 4 besteht, die an einer Ebene endet, die die Anschlüsse 8 und 10 enthält, mit denen die Schaltung mit einem Mikrowellenfilternetzwerk 5 und einer Last 6 mit dem Wert R_L in Kette geschaltet ist. Der Abschnitt der gleichförmigen übertragungsleitung 4 1st durch eine elektrische Länge Q und eine charakteristische Impedanz Z_Q charakterisiert. Das Filternetzwerk 5 ist durch eine Eingangsimpedanz Z₁ (ω) und eine Filterübertragungsfunktion Η(ω) gekennzeichnet* Die Anschlußimpedanz Z_ß(ω) der Diode unter ElnschluB der Wirkungen der parasitären Serien-Leitungsinduktivität L_

und der Nebenschluß-Gehäusekapazität C. der Diode kann durch

die folgende Gleichung beschrieben werden:

Z_D(a>) - R₀Ci₁)) + JX₁₁ (iu)

wobei Rjj der ohm'sche Anteil der Impedanz der Diode 1 und X-der Blindanteil dieser Impedanz ist.

Beim Betrieb von Oszillatoren, die in einer Betriebsweise mit hohem Wirkungsgrad arbeiten war der Strom an den Diodenanschlüssen 7* 9 normalerweise eine Folge von Impulsen von relativ kurzer Dauer, die einen hohen Oberifellenenergieantell aufwiesen. Entsprechend enthält die iapulsförmige Stromwelle einen Anteil der Grundfrequenz ω.» und praktisch alle der zugehörigen harmonischen Sprektralkomponenten n&)_f, wobei η ■ 2, 3, 4,...., η ist« Damit diese Vielzahl von Frequenzkomponenten längs der Diode 1 mit erheblichen einzelnen Amplituden aufrecht erhalten wird, muß die Schaltungs-Diodenkombination nach Pig· 1 bei der Grundfrequenz O -. und ebenso wirksam bei allen

harmonischen Frequenzen ηω*. resonant sein* Dies heißt mit anderen Worten, daß der Blindanteil der Eingangsimpedanz Z (ω) zum Blindanteil der Diodenimpedanz X^(ω) konjugiert sein muß, wobei η β 1, 2, 5p«··· η ist.

Es wurde festgestellt, daß einige bedeutende Einschränkungen bei dem willkürlichen Schaltungsmodell nach Fig. 1 gemacht

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werden müssen. Well es allgemein bei einem Oszillator erwünscht ist, daß er ein Ausgangssignal mit einer vorgegebenen einzigen Frequenz erzeugt, die nicht mit harmonischen oder anderen Störsignalen vermischt ist* ist es zu erkennen, daß das Filternetzwerk 5 wirksam die Grundfrequenz U~ an die Nutzschaltung weiterleiten muß, die durch die Last 6 gebildet 1st, wHhrend alle Oberwellen-Frequenzen n&Ju vollständig abgesperrt werden. Zusätzlich zur Absperrung der Oberwellen-Energie muß das Filternetzwerk 5 derart ausgebildet sein, daß die Energie der Oberwellen nicht vernichtet wird, weil andernfalls der Glelohstrom-/fiochfrequenz-l&owanalungswlrku»gsgr& dea Oszillators unbefriedigend niedrig ist. Daher muß der Healanteil der Eingangsimpedanz des Filternetzwerks 5 bei Jsder €" £i*wellen Frequenz angenähert null Ohm sein« Zusammenfassend kann gesagt werden, daß diese Schaltungseigenschaftesi durch ein in geeigneter Weise ausgewähltes !Tiefpaßfilter- oder Drosselsystem für die Oberwellen realisiert werden können. In Jedem Fall muß der Realteil von Z (ω») gleich dem Absolutwert des Realteils von ZqCo),.) sein. Außerdem muß der Esaltell von Ζ(ηίϋχ,) für η β 2, 3, 4,.,·., η angenähert gi^ioh Hull sein. Schließlich muß der Imaginärteil von Z(ni^) gleich dem negativen Wert des Imaginärteils von Z₃₃(ηω^) für η - 1, 2, 3, 4....η sein. Die Übertragungsfunktion Η(ηω^) muß für η ■ 1 sein und muß für η « 2, 3, 4,0·., η a Null sein. Derartige Filternetzwerkschaltungen wurden unter Verwendung von Tiefpaßfiltersystemen oder Oberwellen-Drosselschaltungen von der allgemeinen Art realisiert, wie sie hin und wieder bei parametrischen Verstärkereinrichtungen verwendet wurden.

Hochfrequenzoszillatoren, die mit einer mit hohem Wirkungsgrad betriebenen Diode arbeiten, wurden im Gegensatz zu Verstärkern dieser Art in vielen Fällen unter Verwendung von zeitlich verzögerter Triggerung betrieben. Die grundlegende Eigenschaft der zeitlich verzögerten Triggerung derartiger

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Oszillatoren besteht darin* daß sie ein Netzwerk 5 verwenden, wie es in RLg* 1 gezeigt ist. Wie es in Fig* 2 gezeigt ist, kann das Netzwerk in einer elektrischen Entfernung λ/2 von der Diode 1 angeordnet sein_a wobei λ der Grund- oder Ausgangsfrequenz b) entspricht» Dies definiert ausserdem das Kriterium, das für den Betrieb der Verwendung einer zeitlich verzögerten Triggering erforderlieh ist* eine Erscheinung, die sich bei bestimmten Halbleiterdioden findet. Es hat sich herausgestellt^ daß eins Diode von der Art_s wie sie im allgemeinen als Lawinendurshbruchs-Laufseitdiode bekannt ist, geeignete Eigenschaften zur Verwendung als die Diode 1 aufweist. Sie kann in der Form verwendet werden^ wie si© als TO/fPATT-Diode bekannt ist (getriggerte lawinendurchbruchs-I-aufzeitdiode mit lokalisiertem Plasma)» Beispielsweise kann die Diode 1 ein® epitaxial© Silizium oder aad@re p-n-Diode oder eine Diode mit einer stufenförmigen oder äprupten Grenzschicht oder eine p-n-n⁺~Durciigriffsdiode s@in_p öl© derart ausgelegt ist, daß 'bei Vorhssd©ns@iii ©ines elektrischen Feldes mit geeigneter" Amplitude das PsId beim Durehbruoh In Sparriehtung durch ein Substrat h&ndurehgreif t _β Bsi?artige Dioden" können beispielsweise erfolgreich dadurch hergestellt werden-, daß Bor aus einer Bor-Mitritquell© in ein pSsosphordotiertes Epitaxialmaterial auf ©ines! stark dotierten Antimonsubstrat einöiffundiert wird«, Di© Disks dar Eplts3d.alS0hieht wird vor der Diffusion durch' Jttzen geladerfe^. vrn entweder die abrupte p-n-Struktur oder die p-n-sa⁺-Struktur au erzeugen.

In Fig. 2 ist das mit der 3ezugszlff@r 5 foeseiclmete Netzwerk in einer elektrischen Sntfemtang von λ/2 bei der Frequenz (Λ von der Diode 1 angeordnete Weim ©ine ausreichend große vorübergehende Überspannung 17* ^i<§ iß Pig« 3s längs der TRAP PATT-Diode 1 abgelegt wird, wird ®ine wandernd© Lawinen-durchbruöhssone in der Diode eingeleitet=, Mährend der Zeit*

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während der die Zone die Sperrschicht der Diode 1 durchläuft, fällt die Diodenspannung ab und der Strom durch die Diode 1 steigt scharf an. Wenn die Lawinendurchbruehs-Stoßfront die Sperrschicht der Diode 1 vollständig durchlaufen hat, fällt die Diodenspannung momentan fast auf Null ab. Entsprechend wird eine Sparnungs-Sprungwelle 15» dessen Amplitude größer als die Diodendurchbruchsspannung ist, erzeugt.

Die erzeugte Sprungwelle breitet sich dann entlang des λ/2-übertragungsleitungsweges von der Diode 1 zum Filternetzwerk aus, dessen Hochfrequenzimpedanz der Impedanz eines Kurzschlusses angenähert ist. An FiIterrietzwerk 5 wird die Spannungs-Sprungwelle als eine Welle 16 reflektiert, die fast die gleiche Amplitude wie die Welle 15 aufweist, jedoch in ihrer Polarität invertiert ist (Fig. 4). Die reflektierte Sprungwelle erreicht die Diode 1 mit einer Gesaat-Zeitverzögerung, die einer Periode der Grundfrequenz ω_ο entspricht. Die Spannung der Diode 1 wird dann automatisch zum Zeltpunkt des Auftreffens der Welle ungefähr auf die doppelte Durchbruchsspannung angesteuert und ein neuer Lawinendurchbruch wird in der Diode 1 getriggert oder ausgelöst. Der gesamte Vorgang wiederholt sich zyklisch und erhält sich selbst aufrecht.

In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein neuartiger fest abgestimmte? mit zeitverzögerter Triggerung arbeitender Oszillator dargestellt, der gegenüber den bekannten Anordnungen nach den Elgg. 1 und 2 verbesserte Eigenschaften aufweist. Der Oszillator nach Fig. 5 schließt eine TRAPPATT-Diode 1 ein, die in dem Innenleiter 20 einer koaxialen Übertragungsleitung angeordnet ist, die einen Außenleiter 21 aufweist, der den Innenleiter 20 konzentrisch umgibt. Die Diode 1 ist in dem Innenleiter 20 mit einem Abstand A_o/2 von der Kurzschlußoberfläche 22 einer Endwand 23 angeordnet« wobei diese Endwand 23 den Innenleiter 20 in dem Außenleiter 21 in Hochfrequenzströme leitender Beziehung halterto

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An der der Kurzschlußoberflache 22 entgegengesetzten Seite der Diode 1 ist ein leitender Scheibenkondensator 2k im Nebenschluß mit dem Innenleiter 20 eingesetzt. Der Innenleiter erstreckt sich nach rechts in der Zeichnung zu einem (nicht gezeigten) Ausgang für die Diode und kann zusätzlich mit Hilfe üblicher (nicht gezeigter) dielektrischer Stutzelemente in üblicher Weise an seinem Platz gehalten werden. Der Außenleiter 21 kann in gleicher Weise verlängert sein. Ein übliches (nicht gezeigtes) Vorspannungs-T-Stück kann in den Ausgang des Oszillators eingeschaltet sein, um die notwendige Vorspannung längs der Diode 1 zu liefern, wie dies in dem deutschen Patent .......... (deutsche Patentanmeldung P 21 10 903.5 beschrieben ist«

In der Wand des Außenleiters 21 ist ©in vergrößerter Abschnitt 25 vorgesehen, der beispielsweise ungefähr am der Trennfläche zwischen der Diode 1 und dem Scheibenkoadensaaes³ S4 beginnt. Eine erste radiale übertragungsleitung 26_£ die als Oberwellendrossel arbeitet» ist in den Abschnitt 25 mit einer Entfernung 6^ von der Diode 1 eingeschnitten« Ia- gleicher Weise ist eine zweite radiale Übertragungsleitung 2Y₅ die als Oberwellendrossel arbeitet, in den Abschnitt §5 &a einer Entfernung ©₂ von der Diode 1 eingesohnitten oder aingefrästo In dem von der Diode 1 entfernten Teil der radialen übertragungsleitung 27 ist ein mit einer öffnung versehener ringförmiger Impedanz-Anpaßtransfprmator 28 mit einer LSnge von λ_ο/4 vorgesehen, der in irgendeiner üblichen Weise in der durch die Leiter 20, 21 gebildeten Koaxialleitimg einstellbar angeordnet werden kann. Der Parameter A₀ ist die Wellenlänge, die der Grundoder Ausgangsfrequenz O_Q entspricht«

Die Funktionsweise* der S@haltungselem@nte isaeh FIg _e 5 kann anhand des in Fig. 6 dargestellten Ersatzschaltbildes beschrieben werden, obwohl zu beachten ist, daß die Ersatzschaltung nach Fig« 6 nicht ganz zutrifft, weil sie nicht voll-

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ständig die verteilte Schaltung nach Big. 5 insbesondere bei den Frequenzen darstellen kann« die durch den Bereich der verwendeten harmonischen Betriebsfrequenzen dargestellt ist. Wie es in Verbindung mit Fig. 5 erläutert wurde« ist die Länge der kurzgeschlossenen übertragungsleitung links von der Mode 1 gleich /L/2» was der Wert ist, der zur Bildung des reflektierenden Weges benötigt wird, der für den zeitlich verzögerten Triggerbetrieb der Diode 1 erforderlich ist.

Die durch die radialen Übertragungsleitungen gebildeten Oberwellendrosseln 26 und 27 sind vom Serientyp und so aufgebaut und angeordnet, daß sie jeweils einen offenen Kreia in Serie mit dem Mittelleiter 20 bei den gewünschten harmosv"*3hen oder Oberwellenfrequenzen n0_Q darstellen. Die Drossel 2£> für die dritte harmonische oder Oberwelle ist mit einem elektrischen Abstand Θ, von den Anschlüssen der Diode 1 derart angeordnet, daß die Diode 1 eine Serienresonanz bei der dritten Harmonischen aufweist» Die zweite durch eine radiale übertragungsleitung gebildete Oberwellendrossel 27 1st mit einem elektrischen Abstand 6g von den Anschlüssen d er Diode 1 angeordnet, so daß die Diode 1 weiterhin eine Serienresonanz bei der zweiten Harmonischen oder Oberwelle aufweist. Die Oberwellendrosseln 26 und 27 begrenzen die Qber-wellenströme auf den die Diode X umgebenden Bereich und verhindern somit jede Möglichkeit der Vernichtung derartiger Oberwellenenergie in der Last 6« Der Scheibenkondensator 24 an den Anschlüssen der Diode 1 ergibt das wichtige Merkmal einer sehr niedrigen Impedanz für Oberwellenleistungen mit einer Frequenz, die größer als die der dritten Harmonischen ist.

Der im Inneren angeordnete hülsenförmlge Impedanz-Anpaßtransformator 28 weist eine Länge von λ /4 bei der Trägerfrequenz CJ auf und ist so ausgewählt und so in der Koaxialleitung 20, 21 angeordnet, daß er die richtige Lastimpedanz derart an die

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Diode 1 reflektiert« dal» ©in maximaler Wirkungsgrad der Energieübertragung sowie eine mezlm?.le Auegangsleistung bei der Frequenz to erzielt wird» Bei den Oberwelieafrequenzen 2ω_ο, • ···ηω_ο stellen die radialen. Übertragungslei Uings-Drosseln 26, 27 eine niedrige Impedanz an der Diode 1 dar. Die Schaltung hat daher die gewünscht© Charakteristik der Idealisierten Schaltung nach Fig» 1« wobei die Eingangsimpedanz Ζ1(ηω_ο) = O für η gleich 2, 3*...», η ist und wobei alle Oberwellenströme durch die Diode 1 fließen*, um die gewünschte impulsförmige Welle 17 nach Fig. 3 sm erzeugen·

Die Erfindung kann außerdem in der ta Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ausgeführt werden^ wobei Bezugsziffern, die den in Fig. 5 verwendeten Bezugsziffem entsprechen^ für entsprechende Teile^ wie SoB. für die Diode 1, die 3DeIter 20 und 21 der Koaxialleitung und die Endwandoberfl&ehe. 22_S den Scheibenkondensator 24 und-den Viertelw©llen-Xrapedang=tepaßtransfornsator 28 verwendet w@rd©»₀ Bi@ Oberfläche 22 #^seheint an einer Endwand 2Ja, di© nisht einstückig mit den. ICoaxialleitern 20, 21 ausgebildet let» so da3 die Oberfläch© 22 für genaue Abgleichzwecke bewegbar Im₀

Die Vorrichtung nach Fig. 7 ist im Prinzip der Yorrichtung nach Fig« 5 ähnlich* verwendet jedoch gefaltete Drosselelemente 126, 127* die die NebenschluSeigenscfcaften haben, die in der Ersatzschaltung nach Fig. 8 dargestallt sind. Ss ist zu erkennen, daß die Verwendung der lebenschluS-Oberwellendrosseln 126, 127 anstelle der Serien^Oberwellendrosseünnach Fig» 5 <ias Ersatzschaltbild ©twas ä^iderfc. Der Scheinleitwert Y aa der Stelle 31 stellt di©-gesamte Ersatzschaltung des /\_/4-Transfonnators 28 dar^ der verwendet wird tun die Diode 1 bei der urund-Ausgangsfr@quenz In Resonanz zu bringen» Zusätzlich zu den mit der Ausilihrungsform'nach Fig. 5 erzielten Vorteilen weist die Vorrichtung nach FIg₈ 7 den Vorteil auf, daB

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die gefalteten Drosseln 126* 127 in einfacher Weise in eine Stellung einstellbar sind« die optimale Betriebseigenschaften für die Vorrichtung ergibt.

Derartige Oszillatoren wurden zur Erzeugung von Hochfrequenz-Impulsen mit einer Impulsleistung von bis zu 60 Watt bei 4,3 QHz verwendet. Wie erwartet wird die Betriebsfrequenz in der Hauptsache durch die ^/2-Länge der übertragungsleitung links von der Diode 1 bestimmt, die durch die Kurzschlußoberfläche 22 abgeschlossen 1st. Die Bewegung der Oberfläche 22 ergibt daher eine im wesentlichen unabhängige Frequenzeinstellung. Die neuartigen Oszillatoren wurden im Impulsbetrieb betrieben, wobei das Zittern der Vorderkante wesenblich kleiner war als bei üblichen mit zeitlicher verzögerter Triggerung arbeitenden Oszillatoren von der Art, wie sie in Verbindung mit den Flgg. 1 und 2 beschrieben wurde. Beispielsweise wurde das Irapulszlttern von Werten, die bis zu ± 25 Nanosekunden erreichen konnten, auf weniger als ± 5 Nanoselcunden verringert. Es ist selbstverständlich, daß die besten Ergebnisse unter Verwendung von Materialien erzielt werden, die für Hochfrequenzströme hochleitend sind, und zwar an allen Stellen, an denen das die Vorrichtung bildende Material Hochfrequenzfeldern ausgesetzt ist. Die leitenden Oberflächen, beispielsweise der Koaxialleitungs-Ieiter 20, 21, der Wand 23, der Drosseln 26, 27, 126, 127 und des Anpaßübertragers 28 sind aus einem für Hochfrequenzströme gut leitendem Material hergestellt oder überzogen, wie z.B. QoId oder Silber. Die Figg. 5 und 7 wurden im Hinblick auf eine klare Darstellung angefertigt und zeigen daher nicht notwendigerweise Proportionen, wie sie in der Praxis verwendet würden.

Patentansprüche 309833/0940 ·/

Claims

Patentansprüche

1.] Hochfrequenzgenerator, der an Nut Seinrichtungen ankoppelbar ist« gekennzeichnet durch Übertragungsleitungsteile mit ersten und zweiten Hochfrequenzleiterelementen (20, 21), leitende Kurzschlußteile (22) zum Verbinden der Hoohfrequenzleitereleinente (20, 21) an einem Ende der Übertragungsleitungsteile miteinander„ Halbleiterdiodenelemente (1), die im Nebenschluß zu kapazitiven Elementen (245 in dem ersten Hochfrgquenzleiterelement (20) angeschaltet sind, wobei die Diodenelemente (1) mit ihrem Mittelpunkt in einer Entfernimg -won im wesentlichen Λ/2 von den Kurzsehlußteilen (22) angeordnet sind, wobei X die Grund-Betriebswellenlänge des Hochfrequenzgenerators ist, Drosselelemente (26, 126) für die dritte Oberwelle, die den Übertragungsleitungsteil so leitend zugeordnet sind und im wesentlichen in einer derartigen Entfernung von den Diodenelementen (1) angeordnet slna_s daß die Diodenelemente (1) eine Serienresonanz bei der dritten Oberwelle der Grundfrequenz aufweisen, Drosselelemente (27* 127) für die zweite Oberwelle, die den Übertragungsleitungsteilen leitend zugeordnet sind und die im wesentlichen an einer derartigen Entfernung von den Diodenelementen (1) angeordnet sind, daß die Diodenelemente (1) eine Serienresonanz bei der zweiten Harmonischen der Grundfrequenz aufweisen* und Impedanzanpaßelemente (UB)₃ die in den Übertragungsleitungsteilen mit Abstand von den Drosselelemente (27* 127) für die zweite Harmonische entgegengesetzt zu den Drosselelementen (26, 126Jp!ngeo^<Siefc &t$f*uni (fell Hochfrequenzgenerator an die Nutzeinrichtung für eine wirkungsvolle

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übertragung der GinjndwellenlSngen-Snergie anzupassen.

2· Hochfrequenzgenerator nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Element (24) direkt an den Diodenelementen angeschaltet ist«

5. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei e h η e t _s daß die Diodenelemente (1) durch eine TRAPPATT-Diode (getrigg;erte Lawinendurchbruehs-Laufzeitdiode mit lokalisiertem Plasma) gebildet sind»

4. Hochfrequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche« dadurch gekennzeichnet , uaß die Oberwellen-Drosselelemente (26, 27) mit Abstand angeordnete Resonanzkreiselemente in Serie mit den Übertragungsleitungsteilen (20, 21) umfassen.

5. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnetj daß dieOberwellendrosselelemente (126, 127) mit Abstand angeordnete Resonanzschaltungselemente im Nebenschluß mit; den Übertragungsleitungsteilen (20* 21) umfassen.

6. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η · zeichnet* daß die Oberwell endrosselelemente (26, 27) mit Abstand angeordnete radiale Übertragungsleitungsteile umfassen, die von den zweiten Hochfrequenzleiterelementen (21) abzweigen.

7· Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ■ zeichnet^ daß die Oberwell endrosselelemente mit Abstand angeordnete gefaltete Drosselelemente (126, 127) in leitender Berührung mit den zweiten Hochfrequenzleiterelementen (21) umfassen»

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8. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 3* dadurch g e k e η η ..zeichnet« daß die Impedan-zanpaSelemente (28) eine Impedanzdlskontinuität mit einer Länge von einer viertel Wellenlänge in leitender Beziehung mit den zweiten Hoehfreqenzleifcerelementen (21) umfassen»

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