DE2337060C3 - Mikrowellenoszillator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweikreisin Mikrowellenoszillator, bestehend aus einem auptkreis mit einem Halbleiterelement als aktivem ement, das unter dem Einfluß einer angelegten Spanng einen negativen Widerstand aufweist und eine irch die Resonanz des Hauptkreises bestimmte hwingung erzeugt, und einem an den Hauptkreis über eine Kopplungsöffnung im Bereich des Halbleiterelementes angekoppelten Stabüisierungsresonator mit hoher Kreisgüte, bei dem der Haupikreis als inhomogene Leitung ausgebildet ist, die aus einem metallischen Innenleiter und einem den Innenleiter abschließenden Halbleiterelement besteht.

Bei Mikrowellenoszillatoren mit einem Halbleiterelement als aktivem Element, beispielsweise aus dem Bericht »High Stability, High Power, Impatt Oseillator«, von K. Wilson, A. J. Tebby and D. W. Langdon, A. Novel, Proceedings 1971 European Microwave Conference, A6/2:l-A/6 2:4, ist es bekannt, daß dieses Halbleiterelement in einem z. B. koaxialen Hauptkreis angeordnet ist und daß zur Stabilisierung der in diesem Kreis erzeugten Schwingung ein Stabüisierungsresonator mit hoher Kreisgüte angekoppelt ist. Der Hauptkreis des Oszillators besteht aus einem koaxialen Leitungsstück, welches einerseits mit dem Halbleiterelement (Gunn-Diode) und andererseits mit einem, iix Mikrowellenbereich als Kurzschluß wirkenden ICörper abgeschlossen ist. Der Hauptkreis steht über einen λ/4 langen rechteckigen Verbindungswellenleiter mit dem Stabilisierungsresonetor in Verbindung. Die Ankopplung der Diode an den Stabüisierungs.-esonator erfolgt über eine rechteckige Kopplungsöffnung in der Resonatorwand und den erwähnten VerbindungswelleRleiter. Der Stabilisierungsresonator ist abstimmbar. Bei fest eingestelltem Hauptkreis kann bei dieser Art Oszillatoren, die erzeugte Frequenz durch Veränderung der Resonanzfrequenz des Stabilisierungsresonators über einen Ziehbereich gezogen werden (Pulling-Bereich). Je größer die Kreisgüte des Hauptkreises gewählt wird, um so schmäler wird der Ziehbereich des Oszillators. Durch Verschieben des Kurzschlusses im Hauptkreis, d. h. durch Anpassen des Hauptkreises an den Stabüisierungsresonator, kann der Abstimmbereich vergrößert werden. Diese bekannten Mikrowellenoszillatoren haben den Nachteil, daß der Frequenzziehbereich relativ klein ist. Eine gleichzeitige Veränderung der Resonanzfrequenz des Stabilisierungsresonators und des Hauptkreises läßt sich nicht leicht realisieren, da die beiden betreffenden Abstimmcharakteristiken so verschieden sind, daß zum Erreichen eines Gleichlaufes ein kompliziertes Funktionsgetriebe notwendig wäre. Die rechteckige Kopplungsöffnung weist zusammen mit dem λ/4 langen, rechteckigen, für eine Frequenz ausgelegten Verbindungswellenleiter einen sehr schmalen Übertragungsbereich auf.
Zum Stand der Technik gehört ferner die DT-OS 23 19 632, in der ein Mikrowellenoszillator mit einer die Resonanzfrequenz und die Impedanzanpassung bestimmenden Struktur beschrieben ist.

Aus US-PS 35 93 192 ist ein weiterer abstimmbarer Halbleitermikrowellenoszillator mit einer zweikreisigen Hohlraumresonatoranordnung bekannt. Ein mittels eindrehbaren Stempeln abzustimmender Hilfskreis isi nach der auch beim Bau von Klystrons üblichen Art ar einen Hauptkreis angekoppelt. Im Hauptkreis selbsi befindet sich als Oszillatorelement ein Halbleitei (Schwingende Diode). Dieser Halbleiter ist durch eine einerseits als Diodenhalterung und andererseits als er ste Zuleitung einer Richt-Spannung (Eias-Voltage) die nenden Achse auf einer, mit der zweiten Zuleitung ir Verbindung stehenden Stiftschraube fixiert. Die Achse ist auf der Halbleiterseite abgesetzt und in ihrem Mit telteil mit einer Eindrehung, zur Bildung einei HF-Sperre (High-Frequenzy-Choke), versehen.
Die verwendete Resonator-Ankopplung wirkt eben

fills als Verbindungswellenleiter; der Ziehbereich der Schwingungsfrequenz ist relativ schmal.

Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung geiösi werden sol!, besteht darin, mit konstruktiv einfachen Mitteln, unter Verwendung weniger Teile, den Bau von Mikrowellenoszillatoren mit hoher Kurzzeitstabilität und großen Frequenzabstimmbereichen zu ermöglichen. Insbesondere soll auch die Frequenzabstimmung gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen

9 isoliert. Im Zentrum der Leitung 1 ist ein Zuführungsleiter 11 vorhanden, der an einem Ende ein Gewinde 15 aufweist und in der Isolierplatte 12 eingeschraubt ist. Diese isolierplatte 12 ist auf dem Flansch 8 befestigt. Sie ist leicht federnd ausgeführt, so daß der Zuführungsleiter 11 auf das am anderen Ende liegende Halbleiterelement 3 drückt Die über den Zuführungsleiter 11 geleitete Betriebsspannung wird auf diese Weise unter guter Kontaktgabe dem Halbleiterelement 3 zuge-

Anordnungen vereinfacht sein. Auf die bekannten, als _I0 führt. Zwischen dem Zuführungsleiter 11 und dem Verbindungswellenleiter wirkenden Resonatorankopp- Außenleiter 9 ist ein konzentrisch angeordnetes Teil lungsglieder soll verzichtet werden können.
Der erfindungsgemäße Mikrowellenoszillator ist da

durch gekennzeichnet, daß der Außenleiter der inho-

eingepreßt Es ist durch eine dünnwandige Isolierhülse 14 vom Zuführungsleiter 11 isoliert Dieses Teil besteht aus zwei aneinandergereihten Büchsen 6 und 13. Die

stellt zusammen mit der Einschnürung 21 des Außenleiters 9 die erforderliche Inhomogenität dar und ist entsprechend dimensioniert. Die Stirnseite 4 der zweiten Büchse 13 bildet den Mikrowellen-Kurzschluß. In der

mogenen Leitung koaxial zum Innenleiter und zum 15 vom Halbleiterelement 3 aus gesehene erste Büchse 6 Halbieiterelement verläuft und daß die Kopplungsöffnung zum Stabilisierungsresonator unmittelbar in den
Außenleiter eingelassen ist.

Beim erfindungsgemäßen Mikrowellenoszillator ist

der Stabilisierungsresonator unmittelbar, d. h. ohne 20 der inhomogenen Leitung 1 gegenüberliegenden Wand Zwischenschalten eines z. B. λ/4 langen Wellenleiter- des Flansches 8 ist eine Schraube 16 eingelassen. Die an Stückes, an den Hauptkreis angekoppelt. Durch die die Leitung 1 angrenzende Stirnseite der Schraube 16 Ausbildung des Hauptkreises als inhomogene Leitung ist mit einem Gewinde 17 versehen, mit welchem das und durch deren besondere Ausgestaltung verläuft de- Halbleiterelement 3 befestigt ist. Die Lage des Halbren Impedanz mit der Frequenz derart, daß der Haupt- 25 leiterelementes 3 im Wellenleiter kann mittels der kreis mit der Diode über einen großen Frequenzbe- Schraube 16 eingestellt werden.

reich an den Stabilisierungsresonator angepaßt ist. Es Der Stabilisierungsresonator 2 ist zylindrisch. Er ist ergibt sich daraus der Vorteil, daß der Oszillator einen mittels einer U-förmigen Kopplungsöffnung 5 unmittelgroßen Ziehbereich (Pulling-Bereich) aufweist. bar an den Hauptkreis angekoppelt. Die durch die Um-

Darüber hinaus ist in einer anderen Ausführungsform 3,0 risse der U-Form gebildete Zunge 18 ist parallel zum

sowohl die inhomogene Leitung als auch der als Mikro- elektrischen Feld E im Resonator 2 gerichtet. Der Re-

wellenkurzschluß wirkende Körper entlang der Leitung verschiebbar angeordnet. Die inhomogene Leitung ist in diesem Fall so gestaltet, daß die Abstimm-

sonator 2 ist in bekannter Weise durch Verschieben des Kolbens 19 abstimmbar.

Der Ausgangswellenleiter 7 ist zwecks Anpassung an

einen sehr großen Abstimmbereich des Oszillators ermöglicht.

lenoszillators näher erläutert.

Die F i g. la und Ib zeigen dabei einen Mikrowellenoszillator, bei dem der Hauptkreis fest abgestimmt aufgebaut ist;

F i g. 2 zeigt einen Mikrowellenoszillator, bei dem der Hauptkreis abstimmbar aufgebaut ist;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch den Mikrowellenoszillator gemäß F i g. 2.

Charakteristiken des Hauptkreises und des Stabilisie- 35 die Leitung 1 mit einer als Anpassungsglied wirkenden rungsresonators praktisch gleich verlaufen. Hiermit Einstellschraube 20 versehen.

wird auf einfache Weise ein Gleichlauf erreicht, der Der in Fig.2 dargestellte Mikrowellenoszillator ist

im Prinzip gleich aufgebaut wie derjenige in F i g. 1. Gleiche Teile wie in F i g. 1 sind mit denselben Bezugs-

An Hand der Zeichnung werden im folgenden Aus- 40 zeichen versehen. Der Oszillator unterscheidet sich inführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Mikrowel- sofern, als die als Hauptkreis wirkende inhomogene

Leitung 1 veränderbar aufgebaut ist. Die als Inhomogenität wirkende Büchse 6 sowie die Büchse 13 mit der als Mikrowellen-Kurzschluß wirkenden Stirnseite 4 sind entlang der Leitung 1 verschiebbar angeordnet. Der mechanische Aufbau der veränderbaren inhomogenen Leitung 1 sieht folgendermaßen aus:

Im Zentrum der Leitung ist wiederum der Zuführungsleiter 11 angeordnet. Er ist ebenfalls durch die

Der Mikrowellenoszillator gemäß Fig. la und Ib 50 Isolierplatte 12 gehaltert und mittels der Isolierbüchse besteht aus der als Hauptkreis wirkenden inhomogenen 14 isoliert. Das zum Außenleiter 9 konzentrische Teil Leitung 1, dem Stabilisierungsresonator 2 sowie dem ist axial verschiebbar angeordnet. Ausgangswellenleiter 7. Der Hauptkreis, d. h. die inho- Zwischen diesem Teil und dem Außenleiter 9 ist eine

mogene Leitung 1, ist in einem zwischen dem Stabilisie- dünnwandige Isolierbüchse 22 eingelegt. Das verrungsresonator 2 und dem Ausgangswellenleiter 7 ein- 55 schiebbare Teil besteht aus vier aneinandergereihten gefügten Flansch 8 untergebracht. Die Leitung 1 steht Büchsen 6, 26, 27, 28. Die vom Halbleiterelement 3 aus senkrecht zum Ausgangswellenleiter 7. Der Flansch 8 gesehen erste Büchse 6 stellt wiederum die Inhomogeweist beidseitig eine kreisrunde öffnung 10a bzw. 10b nität der Leitung 1 dar. Die zweite Büchse 26 liegt an auf. <W isolierbüchse 22 an. Durch diese Büchse 26 wird ein

Der mechanische Aufbau der inhomogenen Leitung 60 Hohlraum 26a mit einer ungefähren Länge von λ/4 ge-1 sieht folgendermaßen aus: bildet. Die dritte Büchse 27 liegt auf der Isolierbüchse

Die inhomogene Leitung 1 ist koaxial ausgeführt und 14 auf und bildet zusammen mit dem Außenleiter 9 ist einerseits mit einer Büchse 13 mit einer im Mikro- einen ungefähr λ/4 langen Hohlraum 27a. Die zweite, Wellenbereich als Kurzschluß wirkenden Stirnseite 4 dritte und vierte Büchse 26, 27, 28 sowie der Ring 31 und andererseits mit einem Halbleiterelement 3 abge- 65 aus absorbierendem Material bilden ein Sperrfilter für schlossen. Der Innenleiter der Leitung 1 dient gleich- die entlang der Isolierbüchsen 14, 22 laufenden Wellen, zeitig der Zuführung der Betriebsspannung des Halb- Die vierte Büchse weist ein Innengewinde 29 auf, in das ipiterelementes 3 und ist deshalb von dem Außenleiter eine Mutter 30 eingeschraubt ist. Diese Mutter 30 weist

eine zentrale Bohrung auf, durch welche der Zuführungsleiter 11 hindurchgeführt ist. Mittels dieser Mutter 30 ist ein Ring 31 aus absorbierendem Material, sogenanntem Dämpfungsferrit, sowie eine Mitnehmerplatte 32 auf dem Teil 6, 26, 27, 28 befestigt. Am Flansch 8 ist ein Winkel 33 befestigt, in welchem eine Spindel 34 gelagert ist. Die Spindel 34 greift in ein Gewinde der Mitnehmerplatte 32 ein, so daß diese bei sich drehender Spindel 34 hin- oder herbewegt wird und dabei das Teil 6,26, 27,28 der inhomogenen Leitung 1 verschiebt. Auf der Spindel 34 ist als Antriebselement ein Zahnrad 35 vorgesehen. Als Antriebselement zur Verschiebung des Kolbens 19 des Stabilisierungsresonators 2 ist ein weiteres Zahnrad 36 vorgesehen. Die beiden Zahnräder 35 und 36 sind mit einem gemeinsamen Antrieb 37 verse hen, was in der Zeichnung nur schematisch angedeute ist.

In F i g. 3 ist ein Schnitt durch den Mikrowellenoszil

lator in F i g. 2 dargestellt. Gleiche Teile sind ebenfall:

mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kolben 1!

wird mittels einer durch das Zahnrad 36 angetriebener Spindel 38 hin oder her verschoben. Im Gleichlauf mi

dieser Bewegung wird über das Zahnrad 35 die inho

ίο mogene Leitung verändert, d. h. der jeweiligen Reso nanzfrequenz angepaßt.

An Stelle des Hauptkreises in Koaxial-Technik is ebenso ein solcher in nicht koaxialer bzw. in Streifen Ieitertechnik verwendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

j JS-

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zweikreisiger Mikrowellenoszillator, bestehend aus einem Hauptkreis mit einem Halbleiterelement als aktivem Element, das unter dem Einfluß einer angelegten Spannung einen negativen Widerstand aufweist und eine durch die Resonanz des Hauptkreises bestimmte Schwingung err.eugt, und einem an den Haupikreis über eine Kopplungsöffnung im Bereich des Halbleiterelementes angekoppelten Stabüisierungsresonator mit hoher Kreisgüte, bei dem der Hauptkreis als inhomogene Leitung ausgebildet ist die aus einem metallischen Injsenleiter und einem den Innenleiter abschließenden Halbleiterelement besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (8,9) der inhomogenen Leitung (1) koaxial zum Innenleiter (11) und zum Halbleiterelement (3) verläuft und daß die Kopplungsöffnung (10£>) zum Stabüisierungsresonator (2) unmittelbar in den Außenleiter (8, 9) eingelassen ist.

2. Mikrowellenoszillator nach Anspruch 1, bei dem der Hauptkreis fest abgestimmt aufgebaut ist und bei dem die Frequenz des Oszillators durch die Abstimmung des Stabilisierungsresonators innerhalb des Frequenzziehbereiches bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhomogenität (6) der Leitung (1) derart gewählt ist, daß deren frequenzabhängige Impedanzänderung, wenigstens über einen bestimmten Frequenzziehbereich, eine Anpassung des Hauptkreises an den Stabüisierungsresonator (2) bewirkt (F i g. 1).

3. Mikrowellenoszillator nach Anspruch 1, bei dem eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Stabilisierungsresonators und eine frequenzabhängige Anpassung des Hauptkreises an den Stabüisierungsresonator vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Inhomogenität wirkende Büchse (6) und die im Mikrowellenbereich als Kurzschluß wirkende Stirnseite (4) entlang der Leitung (1) verschiebbar angeordnet und derart gewählt sind, daß die Abstimmcharakteristik der Leitung (1) bezüglich optimaler Anpassung an den Stabüisierungsresonator (2) annähernd gleich verläuft wie die Frequenz-Abstimmcharakteristik des Stabilisierungsresonators (2) und daß ein mechanischer Gleichlauf erzielt ist (F i g. 2).

4. Mikrowellenoszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem als Hauptkreis ein koaxiales Leiterstück vorhanden ist, welches einerseits mit dem Halbleiterelement und andererseits mit einem Kurzschluß abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Innen- und/oder Außenleiters der Leitung (1) im Bereich zwischen dem Halbleiterelement (3) und dem Kurzschluß (4) abgestuft ist (F i g. 1 und 2).