DE2632141A1

DE2632141A1 - Diodenhalterung

Info

Publication number: DE2632141A1
Application number: DE19762632141
Authority: DE
Inventors: Jean-Rene Mahieu; Michel Robin
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1977-02-24
Also published as: US4072901A; DE2632141C3; FR2318515B1; DE2632141B2; FR2318515A1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasae 19 2 O 3 2 I H Ί

8 München 60

LIGNES TELEGRAPHIQUES 14.· Juli 1976

ET Ai ^:

89, rue de la Faisanderie
75016 PARIS / Frankreich.

Unser Zeichen: L 997

Diod enhaiter ung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diodenhalterung für eine Mischdiode und insbesondere für eine Schotte-Diode, die im Millimeterwellenbereich arbeitet.

Pur Mischstufen in Milimeterwellen-ÜbertragungssysteiBen werden gewöhnlich Halbleiterdioden verwendet. Bekanntlich werden bei diesen Frequenzen als Übertragungsleitungen gewöhnlich Hohlleiter verwendet. Für die Diode muß daher eine Diodenhalterung vorgesehen sein, welche die Montage der Diode im Hohlleiter ermöglicht. In der Zeitschrift »IEEE TRANSACTIONS ON MICROY/AVE THEORY AND TECHNIQUES», Vol. 16, Nr. 5, Mai 1968, ist eine Diodenhaiterung be-.schrieben, die in einer -Mischstufe verwendet wird, deren Träger eine Frequenz f_Q = 51,7 GHz hat und deren Zwischenfrequenz f^ gleich 1,3 GHz ist. Fig. 1 der Zeichnung zeigt

709808/0748

2632U1

die in diesem Aufsatz dargestellte Diodenhalterung. Sie besteht aus einer Metallplatte 1 mit einem rechteckigen Ausschnitt 2, dessen kleinste Abmessung gleich der kleinsten Abmessung des Hohlleiters RG- 97/ΐΧ ist, während die größere Abmessung größer als diejenige des entsprechenden Hohlleiters ist. Die Diodenhalterung hat außerdem eine kreisrunde Öffnung 3 und eine Kerbe 4, in der sich der Mittelleiter 5 eines genormten Ausgangs-Koaxialsteckers für die Zwischenfrequenz befindet. Der Mittelleiter 5 ist durch einen Stift 6 verlängert, der um 90° abgewinkelt ist und durch Bohrungen 7 und 8 hindurchgeht, die im Innern der Metallplatte 1 angebracht sind. Der Stift 6 ist in den Bohrungen 7 und 8 durch ein Dielektrikum festgelegt. Das mit der Wand des Ausschnitts 2 abschneidende Ende des Stiftes 6 trägt das Plättchen der Schottky-Diode, das in Fig. 1 nicht sichtbar ist.

TTm den besten ModulationsWirkungsgrad der Diode zu erhalten, ist es bekanntlich erforderlich, zu verhindern, daß die vom Überlagerungsoszillator gelieferte Trägerfrequenz f nicht in den Verstärker für die Zwischenfrequenz f. gelangt, wie auf Seite 1291 der Zeitschrift "The Bell System Technical Journal", September 1968 erläutert ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Diodenhalterung, welche die Sperrung der Trägerfrequenz und die Anpassung bei der Zwischenfrequenz gewährleistet.

Uach der Erfindung ist eine Diodenhalterung zur Verwendung in einer Hohlleiterschaltung im Millimeterwellenbereich mit zwei Koaxialleitungsabschnitten, zwischen denen eine zylindrische Öffnung liegt, die einen Verbindungsleiter 'enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungsabschnitte eine länge haben, die einer Viertelwellenlänge

709808/0748

_ 3 —

in Luft bei der Trägerfrequenz entspricht, daß der Verbindungsleiter ein dünnes Drähtehen ist, dessen elektrische Länge einer Dreiviertelwellenlänge frei der Trägerfrequenz entspricht, und das an den Enden der Koaxialleitungsabschnitte "befestigt ist, und daß der Durchmesser des Drähtcheni? einerseits und der Wellenwiderstand der Koaxialleltungsabschnitte andrerseits so bemessen sind, daß die Diode am Ausgang "bei der Zwischenfrequenz eine Impedanz aufweist, die gleich dem Wellenwiderstand der für die Übertragung der Zwischenfrequenz dienenden Koaxialleitung ist.

Die Diodenhalterung nach der Erfindung ergibt die folgenden Vorteile;

- Die bei der Zwischenfrequenz f. gewährleistete Anpassung erhöht den Umwandlungsgrad um etwa 1 dB gegenüber demjenigen, der mit der bekannten Diodenhalterung erzielt wird;

- die vom Eingang der Diodenhalterung her gesehene Diode hat eine Impedanz, die gleich dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung ist; die individuelle Anpassung der Diodenhalterung in Abhängigkeit von der Impedanz der verwendeten Diode ist möglich.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sichaus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die bereits erläuterte Diodenhalterung bekannter : Art,

.Pig. 2 die Diodenhalterung nach der Erfindung,

709808/07

Pig. 3 das Ersatzschaltbild der Anpassungssehaltung "bei der Zwischenfrequenz,

Fig. 4 das Leitwertdiagramm der Diode "bei der Zwischenfrequenz und

Fig. 5 das Leitwertdiagramm der Diode mit zwischengeschalteter Anpassungsschaltung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Diodenhalterung nach der Erfindung in der Schnittebene ABO von Fig. 1. Die Löcher 7 und 8 haben eine Länge, die unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante des die Leiter 10 und 11 umgebenden Materials gleich einer Viertelwellenlänge ist. Der Stift 6 ist in der Öffnung 3 durch ein Golddrähtchen 9 ersetzt, das durch Thermokompression, Kleben oder Schweißen am Ende der Koaxialleitungsabschnitte 10 und 11 befestigt ist. Die Koaxialleitungsabschnitte sind durch einen .Mittelleiter gebildet, der dem Leiter 6 von Fig. 1 entspricht. Die Länge des zwischen die beiden Koaxialleitimgsabschnitte eingefügten Drähtchens beträgt drei Viertel der Wellenlänge λ in Luft bei der Trägerfrequenz f_Q. Der Ausschnitt 2, die Öffnung 3 und. die Kerbe 4 haben die gleichen Abmessungen wie die entsprechenden Elemente der Diodenhalterung von Fig. 1. Die Diode weist in bekannter Weise ein Halbleiterplättchen 12 auf, das in Verlängerung des Leiters befestigt und in eine Breitseite des Ausschnittes 2 (Hohlleiter) eingefügt ist. Ein Haardrähtchen 13 vervollständigt die Diode.

Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung von Fig. bei der Zwischenfrequenz f^,. Die bei 30 dargestellte Diode ist mit dem Ausgang eines Tiefpaß-Filterglieds verbunden,

709808/074.8

das aus Kondensatoren 34 und 36 und einer Induktivität. besteht. Die Kapazität 34 stellt den Koaxialleitungsabschnitt 8-11 dar, der parallel zur Diode 12-13 liegt. Die Induktivität 35 stellt die Induktivität des Drähtchens 9 dar, und die Kapazität 36 stellt den Koaxialleitungsabschnitt 7-10 dar. Zwei Klemmen 37 und 38 stellen den Eingang der Diodenhalterung bei der Zwischenfrequenz in der Ausgangsebene des Koaxialleitungsabsohnitts 7-10 dar.

Bei der Trägerfrequenz bildet der Koaxialleitungsabschnitt 8-11, der an seinem oberen Ende infolge der Öffnung 3 mit einer großen Impedanz belastet ist, die Rolle eines Kurz-' schlüssel in der Ebene der die Diode tragenden Wand des Ausschnitts 2. Die Kondensatoren 34, 36 und die Induktivität 35 bilden ein Tief paß-JFilterglied, dessen Grenzfrequenz zwischen der Zwischenfrequenz f. und der Trägerfrequenz f liegt»

Pig. 4 zeigt das Leitwertdiagramra der Diode bei der Zwischenfrequenz f., wenn die Diodenhalterung in den Hohlleiter eingebaut ist. Die Lage der Diode im Hohlleiter, die länge des Haardrähtehens und der Durchmesser des Halbleiterplättchens sind in an sich bekannter Weise so bemessen, daß die Diode bei der Trägerfrequenz an den Hohlleiter angepaßt ist. Zur Anpassung der Diode an die für die Übertragung der Zwischenfrequenz f. bestimmte Koaxialleitung wird eine Impedanzraessung zwischen den Klemmen 37 und 38 vorgenommen oder, was auf das gleiche hinauskommt, in der Trennebene zwischen der genormten Koaxialleitung (beispielsweise einer 50 Ohm-Koaxialleitung) und dem Koaxialleitungsabschnitt 7-11; da der Wellenwiderstand der Koaxialleitungsabschnitte 7 und 8 und der Durchmesser des Drähtchens 9 bekannt sind, kann

70 9808/074 8

2632U1

man daraas die Impedanz der Diode in der Nahe der Frequenz f. berechnen. Messungen, die an Diodenhalterungen bei verschiedenen Trägerfrequenzen und bei konstanter Zwischenfrequenz durchgeführt worden sind, haben gezeigt, daß sich diese Impedanz wenig ändert; Pig. 4 zeigt die Impedanz einer Schottky-Diode bei 1,45 GHz.

Die verschiedenen Bestandteile 34, 35 und 36 werden nach der Erfindung beispielsweise wie folgt definiert.

Jedes durch einen Koaxialleitungsabschnitt gebildete Element ist durch zwei Parameter definiert, nämlich durch seinen Wellenwiderstand und seine elektrische Länge. Die elektrischen Längen sind durch die erfindungsgemäße Bedingung festgelegt, daß die beiden Koaxialleitungsabschnitte eine Viertelwellenlänge und der Leiter eine Dreiviertelwellenlänge haben. Technologische Erwägungen (die insbesondere durch die Drahtherstellung bedingt sind) begrenzen die Möglichkeiten der Wahl des Wellenwiderstands des vom Leiter 9 gebildeten Leitungsabschnitts. Es sind daher noch die Wellenwiderstände der den Kapazitäten 36 und 34 entsprechenden Koaxialleitungsabschnitt e festzulegen. Die Kapazität 34 wirkt sich auf den Hohlleiter 2 und die bei der frequenz f_Q arbeitende Übertragungsleitung aus. Es ist daher vorzuziehen, den entsprechenden Wellenwiderstand unter Berücksichtigung ihres Verhaltens bei der Frequenz f_Q zu wählen«, Somit verbleibt nur ein einziger Parameter.

In den folgenden Gleichungen ist die elektrische Länge jedes Elements durch den Buchstaben 1 bezeichnet, dem das Bezugszeichen des Elements als Index hinzugefügt ist. Die Wellenwiderstände sind mit dem Buchstaben Z und dem gleichen Index bezeichnet, c ist die Lichtgeschwindigkeit.

709808/074

- 7 - 2632H1

Da die elektrischen Längen klein gegen die Wellenlängen in Luft bei der Zwischenfrequenz sind, kann man schreiben:

O - ^{50 1}M'

50

36 =E

	C
1	36
	C
1	35

Pig. 4 zeigt in einem normierten Smith-Diagrämm des komplexen Leitwerts R/Z_Q + DX/Z₀, wobei Z_q der Wellenwiderstand ist, wie Z^g bei dem obigen Beispiel graphisch bestimmt werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können aber praktische Erwägungen dazu führen, daß Z^g fest vorgegeben und ein anderer veränderlicher Parameter gewählt wird. Ausgehend von dem Punkt 1 (Impedanz der Diode; siehe Pig. 3) entspricht der Bogen 41der Auswirkung der Kapa- ■ zität 34, die in Bezug auf die Impedanz ZV* normiert worden ist; der Bogen 42 entspricht der Auswirkung der Induktivität 35, normiert in Bezug auf Z,c; und der Bogen 43 enspricht der Auswirkungder Kapazität 36, normiert in Bezug auf Z^g. Da der Endpunkt des Bogens 43 notwendigerweise mit dem Punkt zusammenfallen muß, der die normierte Impedanz darstellt, definiert die Verschiebung · zwischen dem Bogen 42 und dem Bogen 43 die normierte ■".-Impedanz Z^g der Kapazität 36.

Als Beispiel soll die Halterung für eine Schottky-Diode _ beschrieben werden, die als Mischstufe zwischen einer Trägerfrequenz f - 44 GHz und einer Zwischenfrequenz f = 1,450 GHz verwendet wird.

7098 08/074 8

Die Anode der Siliciumdiode hat einen Durohmesser von 3 Mm.

Die beiden Koaxialleitungsabschnitte 7-10 und 8-11 haben eine Länge von 0,9 mm, was einer Viertelwellenlänge in einer Koaxialleitung entspricht, die ein Epoxydharz als Dielektrikum aufweist.

Die Innenleiter der beiden Koaxialleitungsabschnitte haben einen Durchmesser von 0,9 mm.

Das Golddrähtchen 9 hat einen Durchmesser von 12 um und eine Länge von 5 mm, was einer Dreiviertelwellenlänge in Luft entspricht.

Die Schaltungselemente haben die folgenden Werte:

- Der Kondensator 34 hat eine Kapazität von 1,38 Picofarad;

- der Kondensator 36 hat eine Kapazität von 0,45 Picofarad;

- die Induktivität 35 hat einen Wert von 5.500 Nanohenry.

Die experimentell aufgenommene äquivalente Impedanz der Diode beträgt 170 Ohm.

I¹Ig. 5 zeigt das am Ausgang des Koaxialleitungsabschnitts aufgenommene Leitwertdiagramm. Dieses läßt erkennen, daß zu beiden Seiten der Zwischenfrequenz f. die Anpassungsbedingungen im wesentlichen erfüllt sind.

Dagegen wird die Trägerfrequenz f beim Durchgang durch die Diodenhalterung zwangsläufig stark gedämpft, so daß ihr Pegel am Ausgang des Koaxialleitungsabschnitts 7-10 um 20 dB unter dem im Hohlleiter gemessenen Pegel liegt.

709808/0748

Claims

-9- 2632 U1 Patent a η s ρ r ii ο h e

1.] Diodenhalterung zur Verwendung in einer Hohlleiterschaltung im Millimeterwellenbereich mit zwei Koaxialleitungsabschnitten, zwischen denen eine zylindrische Öffnung ■ liegt, die einen Verbindungsleiter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungsabschnitte eine Länge haben, die einer Viertelwellenlänge in Luft "bei der !Trägerfrequenz entspricht, daß der Verbindungsleiter ein dünnes Drähtchen ist, dessen elektrische Länge einer Dreiviertelwellenlänge /bei der Trägerfrequenz entspricht, und das an den Enden der Koaxialleitungsabschnitte befestigt ist, und daß der Durchmesser des Drähtchens einerseits und der Wellenwiderstand der Koaxialleitungsabschnitte andrerseits so bemessen sind, daß die Diode am Ausgang bei der Zwischenfrequenz eine Impedanz aufweist, die gleich dem Wellenwiderstand der für die Übertragung der Zwischenfrequenz dienenden Koaxialleitung ist.

2. Diodenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koaxialleitungsabschnitte und der sie verbindende Verbindungsleiter ein Tiefpaß-Filterglied bilden, dessen Grenzfrequenz zwischen der Trägerfrequenz und der Zwischenfrequenz liegt.

3. Diodenhalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen der Koaxialleitungsabschnitte und der Durchmesser des Verbindungsleiters in Abhängigkeit von der Impedanz der Diode so bemessen sind, daß deren Impedanz an diejenige einer genormten 50 Ohm-Koaxialleitung bei der Zwischenfrequenz angepaßt ist.

709808/074 8

Leerseite