DE2812410C2 - Mikrowellen-Oszillator - Google Patents

Mikrowellen-Oszillator

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DE2812410C2
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Michael Dipl.-Ing. 7910 Neu-Ulm Bischoff
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Telefunken Systemtechnik AG
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B9/00—Generation of oscillations using transit-time effects
    • H03B9/12—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
    • H03B9/14—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance
    • H03B9/141—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance and comprising a voltage sensitive element, e.g. varactor
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    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • H03B19/16—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source using uncontrolled rectifying devices, e.g. rectifying diodes or Schottky diodes
    • H03B19/18—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source using uncontrolled rectifying devices, e.g. rectifying diodes or Schottky diodes and elements comprising distributed inductance and capacitance

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

— der Varaktor (7) dient außer zur Abstimmung der Grundfrequenz /o des Gunn-Oszillators zur Frequenzvervielfachung auf eine Ausgangsfrequenz π · f0 (mit n=2, 3,...) des Mikrowellen-Oszillators;
— der gemeinsame Resonator ist derart bemessen, daß in ihm sowohl die Grundfrequenz /o als auch die Ausgangsfrequenz π ■ /ο resonanzfähig ist;
— im Ausgang des Mikrowellen-Oszillators ist eine Siebschaltung (8) angeordnet, welche lediglich für die gewünschte Ausgangsfrequenz passierbar ist.
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2. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebschaltung (8) ein Wellenleiter mit einer über der Grundfrequenz f0 gewählten Grenzfrequenz m · /0(mitl <m<n)isl.
3. Mikrowellen-Oszillator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein Hohlleiterstück ist, bestehend aus der Aneinanderreihung erstens eines Hohlleiter-Gunn-Oszillators,
in dessen einseitig durch den Kurzschluß abgeschlossenen Hohlleiterabschnitt mindestens ein Frequenzabstimmelement (4) einwirkt, zweitens aus einem Abstandsstück (5) zur Phaseneinstellung, drittens aus einem Hohlleiterteil, in dem sich der Varaktor befindet und daß an das Hohlleiterteil die Siebschaltung (8) über ein Koppelstück (9) abgeschlossen ist.
4. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator-Hohlleiter ein Rechteckhohlleiter ist, dessen Querschnittsabmessungen über die gesamte Resonatorlänge gleich sind.
5. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzabstimmelement (4) ein Saphirstift ist.
6. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Grenzfrequenz des Hohlleiter-Resonators und andererseits der Abstand Φ\ des Gunn-Elements (1) vom Kurzschluß und der Abstand Φι des Varaktors (7) von dem Gunn-Element (1) und der Abstand Φι des Varaktors (7) von dem auskoppelseitigen Ende des Resonators bei gewünschtem π = 2 derart gewählt sind, daß der Resonator über die Länge aus der Summe der Abstände Φ\ + Φι + Φι bei /0 und über die Länge aus der Summe der Abstände Φ2 + Φι bei 2 f0 resonanzfähig ist.
7. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand Φ2 und/oder die Varaktorspannung und/oder das Frequenzabstimmelement (4) zwecks Optimierung des Betriebs der Gesamianordnung einstellbar sind.
Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Oszillator, wie er aus IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-21, Nr. 9, Spet 1974, S. 563-570 bzw. aus IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Mai 1974, S. 554-556, oder der DE-OS 26 37 472 bekannt ist
Als Oszillatoren im MiUimeterwellenbereich finden Gunn-Oszillatoren häufige Verwendung, da sie sich durch relativ hohe Frequenzstabilität auszeichnen, beispielsweise im Vergleich zu lmpatt-Oszillatoren. Unbefriedigend ist jedoch die verhältnismäßig geringe Ausgangsleistung der bekannten Gunn-Oszillatoren bei höheren Frequenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellen-Oszillator der eingangs genannten Art anzugeben, der auch bei höheren Frequenzen, insbesondere im Millimeterwellenbereich, eine hohe Ausgangsleistung abgibt, in weitem Bereich abstimmbar ist, von einfacher Bauart ist und die Frequenzstabilität eines Gunn-Oszillators aufweist. Der Oszillator soll darüber hinaus einfach frequenzmodulierbar sein.
Die Erfindung ist dem Patentanspruch 1 entnehmbar. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Wes3ntlich für die Erfindung ist die Doppelausnutzung eines Varaktors als abstimmendes und als frequenzvervielfachendes Element. Durch Variation der Varaktorspannung ist der erfindungsgemäße Oszillator frequenzmodulierbar.
Die Frequenzvervielfachung und die Frequenzabstimmung mittels eines Varaktors sind in der Mikrowellentechnik jede für sich bekannt, vgl. NTZ, 1964, Heft 8, S. 425—436, nicht aber die Ausnutzbarkeit eines Varaktors für diese beiden Aufgaben gleichzeitig durch die erfindungsgemäße konstruktive und betriebliche Vereinigung eines Gunn-Oszillators mit einem Varaktor innerhalb eines gemeinsamen Resonators. Der Resonator kann dabei z. B. ein Koaxial-Leitungsresonator sein oder ein Hohlleiter mit reduziertem Querschnitt, vgl. die eingangs genannte IEEE Trans, on MTT.
Beim erfindungsgemäßen Oszillator wird die Leistung des Gunn-Oszillators bei der Grundfrequenz in Leistung bei einer Vielfachen dieser Grundfrequenz umgesetzt. Diese Ausgangsleistung ist in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft zur Frequenzsynchronisation eines durch Injektions-Synchronisation steuerbaren Impatt-Oszillators benutzbar, wodurch die Frequenzstabilität eines Gunn-Oszillators und die Ausgangsleistung eines Impatt-Oszillators miteinander kombiniert werden; auch hierbei ist die Durchführung einer Frequenzmodulation durch Steuerung der Varaktorspannung möglich, was bei Verwendung dieses kombinierten Oszillatorsystems, beispielsweise in einem CW/FM-Radarsystem, zu einer hohen wünschenswerten Empfindlichkeit führt, wenn der Sende-Oszillator gleichzeitig als Misch-Oszillator in üblicher Weise benutzt wird.
Die Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Oszillators ist im Bedarfsfall auch vorteilhaft mittels eines Reflexionsverstärkers heraufsetzbar.
Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Oszillator immer dann, wenn ein herkömmlicher Gunn-Oszillator wegen seiner physikalisch bedingten oberen Frequenzgrenze oder seiner beschränkten Ausgangsleistung nicht mehr einsetzbar ist.
Die Abbildung zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses enthält im Beispielsfall einen Gunn-Oszillator mit einer BetricbslYequcnz
/"ο=45 GHz. Zu diesem Oszillator gehört ein Gunn-Element 1 innerhalb eines höhenreduzierten Hohlleiters vom Typ WR 19. Der Hohlleiter dieses Gunn-Oszillators ist, in einem Metallblock 2 eingebracht Der elektrische Abstand des Gunn-Elements 1 vom Kur.eschlußab-Schluß dieses Hohlleiters ist mit Φ\ bezeichnet Mit 3 ist die Spannungszuführungsleitung des Gunn-Elements 1 bezeichnet In die genannte Abschlußwand ragt zur Frequenzfeinabstimmung im Beispielsfall ein Saphirstift 4.
An den Metallblock 2 schließt sich ein MetalJblock an, der als Abstandsstück 5 zum an ihn anschließenden Varaktorabschnitt 6 fungiert Im Abstandsstück 5 und im Varaktorabschnitt 6 ist der Hohlleiter des Gunn-Oszillators fortgesetzt Der gegenseitige Abstand des Varaktors 7 zum Gunn-Element 1 ist mit Φ2 bezeichnet, der Abstand des Varaktors 7 zum auskoppelseitigen Ende des Resonators mit Φ3. Die Leistungsauskopplung erfolgt mittels eines Hohlleiters (Siebschaltung 8) vom Typ WR 10 mittels eines Koppelstückes 9. Der Hohlleiter 8 hat eine über der Grundfrequenz /"0 des 3unn-0szillators iiegende Grenzfrequenz m ■ /0 (mit 1 <m<2) und wirkt demzufolge als Hochpaß.
Die Hohlleiteranordnung mit den Längen Φ\, Φ2 und Φι sowie die spannungsgesteuerte Kapazität des Varaktors 7 bilden einen Resonator für die Frequenz k. Dieser Resonator wird durch den negativen Leitwert des Gunn-Elements 1 entdämpft Man erhält damit einen Gunn-Oszillator, dessen Frequenz /0 durch die am Varaktor angelegte Spannung und mittels des Saphirstifts 4 beeinflußt werden kann. Zwischen der Spannung und der Kapazität am Varaktor 7 besteht ein nicht linearer Zusammenhang, wodurch sich eine Umsetzung der Mikrowellenleistung bei der Frequenz /ö in Mikrowellenleistung bei der Frequenz η ■ /"ο ergibt Die Auskopplung der Oszillator-Leistung erfolgt vorzugsweise bei der Frequenz 2 fo, jedoch ist auch durch entsprechende Wahl der Grenzfrequenz des Hohlleiters 8 eine höhere Harmonische bei gleichzeitiger Unterdrückung der Grundfrequenz und der zweifachen Grundfrequenz möglich.
Die Grenzfrequenz des Hohlleiters, in dem sowohl /0 als auch 2 /0 existieren, ist so zu wählen, daß die elektrischen Längen
Die Optimierung der Gesamtanordnung wird durch Änderung der elektrischen Länge des Abstandsstückes, durch Änderung der Eintauchtiefe des Saphir-Abstimmstiftes in den durch die elektrische Länge Φ\ bestimmten Resonator und durch Einstellen der Varaktorspannung ermöglicht
Diese Anordnung verhält sich wie ein spannungsabgestimmter Oszillator mit nachfolgender Frequenzverdopplung und zeichnet sich durch die .beschriebene Doppelausnutzung des Varaktors aus.
Anstelle des in der Abbildung gezeigten Hohlleiterresonators ist beim Erfindungsgegenstand grundsätzlich jeder Mikrowellenleitungsresonator einsetzbar (z.B. Koaxial-Leitungsresonator).
Das Abstandsstück 5 ist zur Einstellung der elektrischen Länge Φ2 variabel und gleicht Toleranzen, insbesondere des Gunn-Oszillators und des Varaktorabschnitts, aus. Dieser Toleranzausgleich kann auch mittels nicht gezeigter, aber bekannter Phasen-Einstellelemente erfolgen.
In der Praxis ist es häufig vorteilhaft für die Einstellung der elektrischen Länge Φ3 Abstinimelemente vorzusehen (z. B. einen weiteren nicht gezeigten Saphirstift).
Anstelle des gezeigten Hohlleiters 8, der die Funktion eines Hochpasses hat, können auch andere Siebschaltungen (Bandpaß, Bandsperre) verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Φ,+ Φ2 + 03 = P \
45
näherungsweise den Resonator für k und die Längen
Φι + Φ,-qX-Λ(2 k)
50
näherungsweise einen Resonator für 2 /0 bilden, ρ und q sind ganze Zahlen und werden durch das Frequenzumsetzungsverhältnis η bestimmt. Hierbei gilt für die Hohlleiterbreite a die Beziehung
A
2
dabei ist
/ίο Freiraumwellenlänge bei der Frequenz /Ό,
A (fo) Hohlleiterwellenlänge bei der Frequenz f0, A (2 fo) Hohlleiterwellenlänge bei der Frequenz 2 /ö.
60
65

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Mikrowellen-Oszillator, insbesondere für den Millimeterwellenbereich, mit einem Gunn-Oszillator und einem zur Frequenzabstimmung dienenden Varaktor in einem gemeinsamen Resonator, dessen eines Ende als Kurzschluß ausgebildet ist und dessen anderes Ende als Ausgang dient, gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:
DE2812410A 1978-03-22 1978-03-22 Mikrowellen-Oszillator Expired DE2812410C2 (de)

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