DE2740294C2 - Mikrowellen-Netzwerk mit einer Temperaturkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellen-Netzwerk mit frequenzbestimmenden Resonanzkreisen, die elektrische oder magnetische scheibenförmige Körper mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (Kompensationselemente) zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten enthalten.

Die Temperaturkompensation eines dielektrischen Resonators mittels einer Scheibe aus dielektrischem Material von erforderlichem Temperaturkoeffizienten ist durch die DE-AS 26 18 992 bekannt.

Durch die DE-OS 25 38 779 ist ein Mikrowellen-Hohlraumresonator bekannt, bei dem zur Kompensation des positiven Temperaturkoeffizienten des Hohlraumresonators an einer Innenfläche ein keramischer Körper mit negativem Temperaturkoeffizienten angeordnet ist.

Ein im prinzipiellen Aufbau diesem Mikrowellen-Hohlraumresonator entsprechender Resonator ist in F i g. 1 vorliegender Patentschrift dargestellt. Der hier gezeigte Halbleiteroszillator sowie die in F i g. 2 gezeigten Kurven des Temperaturkoeffizienten des Halbleiteroszillators dienen der Erläuterung der Temperaturkompensation des Oszillators.

Der in F i g. 1 dargestellte Halbleiteroszillator enthält als frequenzbestimmendes Element einen Hohlraumresonator 1, der mit einem in eine stirnseitige Bohrung des Resonatortopfes eingesetzten Keramikstift 2 in seiner Frequenz einstellbar ist. Im Innenraum des Resonators ist auf der bodenseitigen Platte 8 ein Halbleiterelement 3, beispielsweise ein Transistor angeordnet, dessen Spannungszuführungen 5, beispielsweise Durchführungskondensatoren oder -Filter, in die Bodenplatte eingesetzt sind. Sowohl das aktive Element 3 mit seiner Ankopplung wie auch der Resonator 1, der beispielsweise aus Messing besteht, der Keramikstift 2 und auch die Leistungsauskopplung 4 bestimmen die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz, und zwar einerseits durch die unterschiedlichen temperaturabhängigen Längen- und Lageänderungen, andererseits durch die temperaturabhängige Impedanzänderung des aktiven Elementes. Die Temperaturkompensation erfolgt mit einem in den Innenraum des Hohlraumresonators eintau- chenden, in seiner Eintauchtiefe einstellbaren zyünderförmig ausgebildeten Körper 6 aus dielektrischem Material, beispielsweise Keramik mit negativem oder positivem Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante. Er ist beim Ausführungsbeispiel auf eine konterbare Schraube 7 aufgelötet Mit ihm kann die Frequenz des Oszillators sehr fein innerhalb eines ausreichenden Frequenzbereiches geändert werden. Je mehr der Oszillator durch die TV-Keramik oder P-Keramik verstimmt wird, umso mehr bestimmt der Temperaturkoeffizient der Keramik den Temperaturkoeffizienten TKo des Gesamtoszillators. Der Zusammenhang zwischen der Frequenzverstimmung und dem Temperaturkoeffizienten ist in der graphischen Darstellung nach F i g. 2 wiedergegeben und soll anhand dieser Figur näher erläutert werden. Für AfR = 0 ist in dem Diagramm der Temperaturkoeffizient des unkompensierten Oszillators, d. h. ohne Verwendung eines Kompensationselementes eingetragen, der entsprechend den Toleranzen der beteiligten Oszillatorbauteile streuen kann, was durch die Linienschar aus den durchgehenden Linien 1 und 2 wiedergegeben ist Die Linie 1 schneidet die y-Achse beim Wert TKou das ist der mittlere Temperaturkoeffizient der Oszillatorserie, die Linie 2 schneidet die y- Achse bei TKm, das ist die angenommene Abweichung des Temperaturkoeffizienten eines einzelnen Oszillatorexemplares. Mögliche Streuungen des Temperaturkoeffizienten des Kompensationselementes sind für die Linie 2 strichliert eingezeichnet wobei die strichlierten Linien mit größerer oder kleinerer Steigung als die Linie 2 verlaufen.

Die Temperaturkompensation des Oszillators erfolgt in der Weise, daß der Oszillator bei einer ersten Temperatur ΤΊ, z. B. bei Raumtemperatur, mit dem Kompensationselement 6, beispielsweise einer /V-Keramik, um eine Frequenz AfR \ verstimmt wird, bei der erwartet wird, daß die Mehrzahl aller Oszillatorexemplare bereits ausreichend temperaturkompensiert ist. Bei einer anderen Temperatur T₂ wird nun überprüft, ob die Frequenzabweichung im Vergleich zur Frequenz bei der ersten Temperatur 71 und damit der Temperaturkoeffizient TKo noch zu hoch ist. Die positive Abweichung des Temperaturkoeffizienten vom Nullwert ist mit ATK bezeichnet. Ist, wie im dargestellten Beispiel, der Temperaturkoeffizient TKo zu hoch, dann wird die Oszillatorfrequenz mit dem Kompensationselement 6 auf Afm verstimmt. Bei einer geforderten Kompensationsgenauigkeit von beispielsweise TK < 2,5 · 10-⁶K-' ist nach dieser Korrektur bereits keine weitere Überprüfung mehr notwendig. Bei einer noch höheren Kompensationsgenauigkeit für einen ΓΚ-Wert von beispielsweise < 2 · IO-⁷ K~\ wie sie z.B. für resonatorstabilisierte Richtfunkträgerversorgungen erforderlich ist, wird der Kompensationsvorgang wiederholt, um auch die Temperaturkoeffizienten-Toleranz der kompensierenden /V-Keramik, die in F i g. 2 durch die gestrichelten Linien wiedergegeben ist, zu erfassen.

Bei Oszillatoren, Resonatoren, Frequenzdiskriminatoren, Filtern und ähnlichen Netzwerken mit toleranzbehafteten Temperaturkoeffizienten besteht das Problem, in einfacher Weise eine sehr genaue Temperaturkompensation der frequenzbestimmenden Schwingkreise zu erreichen. Bei der Temperaturkompensation durch Verbindung von Materialien verschiedener Längenausdehnung, z. B. mit Bimetallstreifen, oder mit Materialien verschiedener Wärmeausdehnung ist, abgesehen von einem zum Teil hohen mechanischen Aufwand, kein Ausgleich von TK-Toleranzen möglich. Dasselbe trifft für die Kompensation mit Keramiken verschiedener Temperaturkoeffizienten zu. Die Lösung, Frequenzkonstanz durch Materialien kleinster Wärmeausdeh-

nung zu erreichen, wie Hohlraumresonatoren für Oszillatoren, Filter usw. aus Superinvar oder LC-Resonanz-Kreise mit Invarspulen erfordert hohe Herstellungskosten und besitzt für viele Anwendungen nich* die ausreichende Temperaturunabhängigkeit

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Netzwerk der einleitend beschriebenen Art eine Lösung anzugeben für eine in einfacher Weise durchführbare sehr genaue Kompensation positiver oder negativer Temperaturkoeffizienten auch «on sehr großer Toleranz. Es soll dabei auch der stark streuende individuelle Einfluß von angeschlossenen aktiven und passiven Bauelementen, z. B. der eines Oszillatortransistors auf den Oszillatorresonanzkreis, in seinem Temperaturgang mit kompensierbar sein.

Bei einem Mikrowellennetzwerk mit frequenzbestimmenden Resonanzkreisen, die elektrische oder magnetische scheibenförmige Körper mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (Kompensationselemente) zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten enthalten, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß bei seinem Aufbau in MIC-Technik mit einem auf einer metallischen Trägerplatte angeordneten Substrat und einer auf dessen Oberseite aufgebrachten Leiterbahn ein dielektrischer Resonator auf die Leiterbahn aufgesetzt und als Kompensationselement eine neben dem Resonator angeordnete Keramikscheibe vorgesehen ist, die in der Trägerplatte derart exzentrisch gelagert ist, daß sie über der Leiterbahn mit veränderbarem Abstand zumResonatorschwenkbarist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispieis näher erläutert.

F i g. 3 und 4 zeigen in einem Querschnitt und einer Draufsicht eine MIC-Leitung mit einem Resonator. Dabei ist ein MIC-Substrat 9 mit einer auf seiner Oberseite aufgebrachten Leiterbahn 10 auf einer metallischen Trägerplatte 11 angeordnet. Auf der Leiterbahn 10 ist ein dielektrischer Resonator 16 zylinderförmiger Gestalt aufgesetzt. Als Kompensationselement ist hierbei eine Keramikscheibe 15 vorgesehen, die exzentrisch in der Trägerplatte 11 gelagert ist und somit mit einer mehr oder weniger großen Fläche über die Leiterbahn 11 geschwenkt werden kann und sich dabei den Streufeldern des dielektrischen Resonators mehr oder weniger stark nähert.

Mit der erfindungsgemäßen, stetig einstellbaren Kompensation ist nine sehr genaue Kompensation möglich, im Prinzip bis auf einen Temperaturkoeffizienten TK = 0. Die Grenze ist allein durch die nichtlineare Abhängigkeit der Frequenz des Oszillators von der Temperatur im Nutztemperaturbereich gegeben.

Als kompensierende Materialien können je nach Bedarf auch P-Keramiken, also Keramiken mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante oder Dielektrika auf anderer Basis ebenso wie magnetische Werkstoffe, z. B. YIG-Kristalle, eingesetzt werden. Es können sowohl positive wie auch negative Temperaturkoeffizienten kompensiert werden.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Kompensation bestehen darin, daß die Kompensation von positiven und negativen Temperaturkoeffizienten kontinuierlich und sehr fein erfolgen kann, wobei sie nur durch die nichtlineare Temperaturabhängigkeit der Temperaturkoeffizienten begrenzt ist, daß mit den Kompensationselementen sehr große TK-Toleranzen ausgeglichen werden können, so daß z. B. bei einem Mikrowellenoszillator alle auftretenden Γ/ί-Toleranzen von Halbleiter und Resonanzkreis ausgleichbnr sind und die Temperaturkompensation mit einem einfach herstellbaren Kompensationselement mit geringem Abgleich und Meßaufwand durchführbar ist. Die Kompensation ist, unabhängig von der Frequenz, für sehr viele Anwendungsfälle einsetzbar, z. B. bei Verstärkern und Oszillatoren mit verschiedenen Halbleiterelementen (Transistoren, GUNN-Elementen, Impattdioden, Trioden, Klystrons usw.) und verschiedener Technik, (IC-,

ίο Koaxial- oder Hohlleitertechnik), bei Filtern der verschiedensten Art und bei Diskriminatoren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mikrowellen-Netzwerk mit frequenzbestimmenden Resonanzkreisen, die elektrische oder magnelisehe scheibenförmige Körper mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (Kompensationselemente) zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß bei seinem Aufbau in M IC-Technik mit einem auf einer metallischen Trägerplatte (11) angeordneten Substrat (9) und einer auf dessen Oberseite aufgebrachten Leiterbahn (10) ein dielektrischer Resonator (16) auf die Leiterbahn aufgesetzt und als Korrpensationselement eine neben dem Resonator angeordnete Keramikscheibe (15) vorgesehen ist, die in der Trägerplatte (11) derart exzentrisch gelagert ist daß sie über der Leiterbahn (10) mit veränderbarem Abstand zum Resonator (16) schwenkbar ist

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