DE2361602A1

DE2361602A1 - Dioden-oszillator

Info

Publication number: DE2361602A1
Application number: DE2361602A
Authority: DE
Inventors: Jean Raymond Basset
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-12-12
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2221855B1; FR2221855A1; GB1444948A; US3883822A

Description

Dioden-Oszillator

Die Erfindung bezieht sich auf Dioden-Oszillatoren, insbesondere auf Oszillatoren mit einem quaderförmigen Hohlraum, beispielsweise einem Abschnitt eines Rechteckt-Hohlleiters, in dem eine in geeigneter Weise angeordnete Diode die Schwingungen einer elektromagnetischen Welle bei der Resonanzfrequenz des Hohlraums aufrecht erhält.

Die Diode ist beispielsweise eine Gunn-Effekt-Diode oder eine Lawinendiode·. Die Achse der Diode steht senkrecht zu den beiden Breitseiten des Rechteckhohlleiters. Die die Achse der Diode enthaltende Ebene, die senkrecht zur Hohlleiterachse steht, teilt den Hohlraum in zwei Teile:

- Einen Haupthohlraum, der durch einen Hohlleiterabschnitt gebildet ist, dessen eines Ende die Diode mit negativem

Lei/Pe

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Widerstand enthält, während das andere Ende eine Öffnung oder Ausgangsblende aufweist, welche die Kopplung des Oszillators mit einem äußeren Lastkreis ermöglicht. Die Abmessungen dieses Hohlraums sind in Abhängigkeit von der gewünschten Frequenz und Schwingungsform bestimmt.

- Einen Hilfshohlraum, der zwischen dem die Oszillatordiode enthaltenden Querschnitt des Hohlleiters und einer Kurzschlußebene liegt, wobei die Kurzschlußebene in einem solchen Abstand von der Diode angebracht ist, daß die in die Ebene der Diode gebrachte, von diesem Hohlraum verursachte Impedanz groß ist.

Im Prinzip darf nur der Haupthohlraum für die Bestimmung der Frequenz des Oszillators maßgeblich sein. Die Resonanzfrequenz des Hilfshohlraums muß von derjenigen des Haupthohlraums her verschieden sein.

Die verwendeten Dioden weisen im allgemeinen eine Impedanz mit einem negativen Realteil in einem ziemlich großen Frequenzband auf. Wenn die Resonanzfrequenz des Hilfshohlraums in diesem Frequenzband liegt, besteht die Gefahr des Auftretens einer Störschwingung in dem Hilfshohlraum. Diese Störschwingung wird dann über den Haupthohlraum zu der Last übertragen und verursacht einen beträchtlichen Leistungsabfall bei der Nutzfrequenz des Oszillators oder sogar das vollständige Verschwinden der Schwingungen bei der Nutzfrequenz.

Diese Gefahr von Störschwingungen wird noch vergrößert, wenn eine Frequenzabstimmvorrichtung vorhanden ist. Zu diesen Frequenzabstimmvorrichtungen gehören beispielsweise

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Tauchkolben, die eine mechanische Abstimmung' des Haupthohlraums ermöglichen, oder eine Halbleiterdiode, die in der gleichen Ebene wie die Oszillatordiode angeordnet ist und eine elektronische Abstimmung ermöglicht. Das Vorhandensein einer solchen Vorrichtung verringert den Gütefaktor des Hohlraums, der dann seine Resonanzfrequenz weniger leicht erzwingen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Gefahr von Störschwingungen zu beseitigen.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Hilfshohlraum durch einen die Bildung von Störschwingungen im Hilfshohlraum verhindernden reflexionsfreien Abschluß abgeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Dioden-Oszillator nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt in'der Ebene P von Fig. 1.

Der in der Zeichnung gezeigte Oszillator besteht aus einem quaderförmigen Haupthohlraum 1, der aus einem Rechteck-Hohlleiterabschnitt der Längs I₁ gebildet ist. Die der Resonanzfrequenz entsprechende V/ellenlänge ist χ <ä*2 · I₁ bei der Schwingungsform TEO11. Eine Diode ist an einem Ende dieses Hohlraums angeordnet und mit diesem über Stützen 4 gekoppelt. Die Achse der Diode liegt in einer Querschnittsebene P des Hohlleiterabschnitts. Am anderen Ende des Hohlraums erlaubt eine ·

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Kopplungsblende 5, die durch eine öffnung in der Wand gebildet ist, die Kopplung des Oszillators mit einer äußeren Last, die durch einen Hohlleiter 6 dargestellt ist. Ein Zylinder 9 aus dielektrischem Material oder aus Metall, der mehr oder weniger tief in den Hohlraum eingeführt werden kann, ermöglicht eine mechanische Einstellung der Resonanzfrequenz des Hohlraums 1. Der Oszillator enthält ferner eine Kapazitätsdiode 10 (Varaktor), die in Fig. 2 zu erkennen ist und eine elektronische Abstimmung der Resonanzfrequenz des Haupthohlraums 1 ermöglicht. Die Achse der Diode 10 liegt parallel zu derjenigen cter Diode 3 in der gleichen Ebene P. Die Stromversorgungskreise der beiden Dioden sind nicht dargestellt. Der Haupthohlraum 1 ist durch einen Hilfshohlraum 2 der Länge Ip verlängert, der in einem reflexionsfreien Abschluß 11 endet.

Die Schwingungsbedingung ist erfüllt, wenn die Summe aller Realteile der in die Ebene P der Oszillatordiode gebrachten Impedanzen negativ oder Null ist. Die Betriebsfrequenz iiangt von den in die Ebene P gebrachten Induktivitätsund. Kapazitätswerten ab.

Die mit Hilfe des Tauchkolbens 9 erhaltene mechanische Abstimmung verringert die Frequenz, wenn die in den Hohlraum eingeführte Länge zunimmt. Die eine elektronische Abstimmung erlaubende Kapazitätsdiode stellt einen kapazitiven Blindwiderstand dar, der in Abhängigkeit von der Vorspannung der Diode stetig veränderlich ist.

In dem Hilfshohlraum werden die sich zu dem reflexionsfreien Abschluß 11 ausbreitenden Wellen von diesem absorbiert. Es kann dann keine Störschwingung entstehen.

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Der Gütefaktor dieses Hohlraums ist praktisch Null.

Die Impedanz, welche durch den mit dem reflexionsfreien Abschluß verschlossenen Hohlraum 2 in die Ebene P gebracht wird, ist real und sehr viel größer als die durch den Hohlraum 1 in die gleiche Ebene gebrachte Impedanz.

Der durch den reflexionsfreien Abschluß verursachte Verlust an Ausgangsleistung ist daher praktisch Null (einige Tausendstel der vom Oszillator gelieferten Leistung), und die Gefahr von Störschwingungen ist beseitigt.

Ferner hat die Länge L·, des Hohlraums 2 keine Bedeutung, und ihr Raumbedarf kann auf ein Minimum herabgesetzt werden; er hängt nur von dem Raumbedarf des reflexionsfreien Abschlusses ab. Ein Zwischenraum, dessen Länge gleich einem Bruchteil der Wellenlänge ist, muß jedoch zwischen dem reflexionsfreien Abschluß und der Diode mit negativem Widerstand vorgesehen werden, damit der Betrieb der Diode durch die Nähe des reflexionsfreien Abschlusses nicht gestört wird. Die Länge 1> > wird daher auf die Summe der Dicke des reflexionsfreien Abschlusses und eines Bruchteils der Wellenlänge gebracht. Die Realisierung eines solchen reflexionsfreien Abschlusses ist nicht kritisch.

Er wird aus einem Material gebildet, das die elektromagnetischen Wellen absorbiert. Dieses Material ist beispielsweise eine Mischung von dielektrischen und leitenden Elementen oder ein widerstandsbehaftetes Metall,

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das auf eine Kurzschlußebene aufgebracht ist, wobei die Dicke des Auftrags so bemessen ist, daß der erzielte Widerstand ausreichend groß für die Vernichtung der eindringenden Wellen ist.

Es ist nicht erforderlich, daß der Stehwellengrad eines solchen reflexionsfreien Abschlusses genau gleich eins ist. Ein Stehwellengrad, der kleiner als 2 ist, ist befriedigend. Unter dieser Bedingung kann auch jede andere Art von reflexionsfreien Abschlüssen verwendet werden.

Die Erfindung eignet sich für jede Art von Resonanz-Hohlraum-Oszillatoren, unabhängig von ihrer Betriebsfrequenz.

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Claims

Patentansprüche

Dioden-Oszillator mit einem quaderförmigen Hohlraum," der eine Kopplungsvorrichtung zur Kopplung des Oszillators mit einem äußeren Lastkreis enthält, einer Abstimmvorrichtung für die Betriebsfrequenz und einer Diode mit negativem Widerstand, dessen Achse in einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen stehenden Ebene liegt, welche den quaderförmigen Hohlraum in einen für eine bestimmte Schwingungsform und eine bestimmte Frequenz in Resonanz befindlichen Haupthohlraum und in einen Hilfshohlraum unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfshohlraum durch einen die Bildung von Störschwingungen im Hilfshohlraum verbundenen reflexionsfreien Abschluß (11) abgeschlossen ist.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stehwellengrad des reflexionsfreien Abschlusses (11) kleiner als 2 ist.

3* Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hilfshohlraums(2) der Summe aus der Dicke des reflexionsfreien Abschlusses und aus einem Bruchteil der vorgesehenen Wellenlänge entspricht.

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