DE2828821A1

DE2828821A1 - Hochfrequenzsender

Info

Publication number: DE2828821A1
Application number: DE19782828821
Authority: DE
Inventors: George Jerinic; James Lee Lampen; Jun Francis Joseph Sullivan; Glenn Richard Thoren
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-11
Also published as: JPS5413723A; FR2396452A1; JPS5856287B2; FR2396452B1; CA1096945A; US4097823A; DE2828821C2; GB1574204A

Description

München, den 29. Juni 1978 /J Anwaltsaktenz. : 27 - Pat. 2^fJ9

Raytheon Company, lAl Spring Street, Lexington, Mass. 021731 Vereinigte Staaten von Amerika

ho chfr equ eazs end er

: Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Hochfrequenzoszillatoren und insbesondere auf Oszillatoren einer Bauart, bei welcher , die Ausgangsleistung einer Mehrzahl von Festkörper-Baueinheiten

j kombiniert wird.

. Es ist seit vielen Jahren bekannt, daß die Hochfrequenzausgangssignale jedes einer Mehrzahl von Oszillatorkreisen praktisch in : sogenannten Kombinationsschaltungen addiert werden können, um ¹ ein einziges Hochfrequenzssignal hoher Amplitude zu erzeugen.

■ Mit der Entwicklung von Festkörpereinheiten, beispielsweise den IMPATT-Dioden als aktiven Elementen in den Oszillatorkreisen hat das Interesse an geeigneten Kombinationskreisen oder Kombina-

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- ---■■ -■ --2828321

tionsschaltungen zugenommen. Die mittlere Leistung und die Scheitelleistung solcher Geräte sind groß genug, so daß brauchbare ¹ Senderleistungspegel erreicht werden können, indem die Leistung

einer bestimmten Anzahl von Einheiten in einer geeigneten Kombi-ί

nationsschaltung oder einem geeigneten Kombinationskreis vereinigt wird. Beispiele für Kombinationskreise oder Kombinationsschaltungen mit Festkörperbaueinheiten lassen sich den US-Patentschriften 3 628 171 und 3 931 587 entnehmen.

Beide Schriften zeigen Kombinationsschaltungen oder Kombinationskreise mit einer Anzahl von IMPATT-Dioden, welche als kontinuierliche Schwingungen abgebende Oszillatoren betrieben werden, wobei jede der Dioden sich in einem Oszillatorkreis befindet, welcher an einen gemeinsamen Raum angekoppelt ist. Die erforderlichen Frequenz- und Phasenbeziehungen zwischen den hochfrequenten Schwingungen der einzelnen CW-Oszillatoren oder kontinuierlich schwingenden Oszillatoren bestimmen sich im Betrieb aus dem Eigenschaften des gemeinsamen Raumes.

Die Einrichtungen nach den US-Patentschriften 3 628 171 und 3 93I 587 arbeiten zwar jeweils im Dauerstrichbetrieb, also bei der Erzeugung kontinuierlicher Schwingungen, zufriedenstellend, doch ergeben sich andere Verhältnisse, wenn diese Einrichtungen dazu verwendet werden sollen, hochfrequente Impulse zu erzeugen. Bei der Impulserzeugung kommt es darauf an, optimale Verhältnisse hinsichtlich der gleichzeitigen Erfüllung der Forderung nach Stabilität im Betrieb, Wirkungsgrad des Kombinationseffektes und I spektraler Reinheit zu schaffen.

I Ein weiteres Problem bei IMPATT-Dioden-Oszillatoren im Impulsbe-1 trieb, welches in den genannten Veröffentlichungen nicht angesprochen ist, besteht darin, daß die Einrichtungen für eine zufriedenstellende Wirkungsweise eine elektrische Leistungsquelle benötigen, welche eine Stromregelung besonderer Art aufweist. Im 'einzelnen muß die elektrische Leistungszufuhr, wenn eine spek-1trale Reinheit jedes Impulses aufrecht erhalten werden soll, so i

i WJS-8B2/-1-0-20 _.

angepaßt werden, daß eine Erhöhung der Temperatur am Übergang der j betreffenden IMPATT-Diode während der Erzeugung jedes Impulses j !kompensiert wird. Fernerhin ist es beim Impulsbetrieb wünschens- j

wert, die Anstiegszeit und die Abfallzeit jedes Impulses steuern
zu können, um das Spektrum jedes hochfrequenten Impulses in gewünschter Weise ausbilden zu können.

In der US-Patentschrift 3 628 I7I ist vorgeschlagen worden, eine ^: Kombinationsschaltung oder einen Kombinationskreis in der Weise
auszubilden, daß ein gemeinsamer rechteckiger Resonanzhohlraum
vorgesehen wird, der in einem von dem TE „-Schwingungsmodus
verschiedenen Modus betrieben wird (N ist hierin eine ganze

Zahl entsprechend der halben Zahl miteinander zu kombinierender

Baueinheiten). In der soeben genannten Schrift wird als Beispiel ;

ein gemeinsamer, rechteckiger Resonanzhohlraum angegeben, welcher, im TE_n „-Schwingungsmodus betrieben wird. Die vorgenannte Schrift schlägt auch die Verwendung üblicher Einrichtung zur Unterdrükkung bestimmter Schwingungsmoden vor, welche eingesetzt werden,
wenn der gemeinsame Resonanzhohlraum so bemessen ist, daß in ihm ; die TE_n „-Welle oder eine Welle höherer Ordnung angeregt wird. ,

i Der zylindrisch ausgebildete Resonanzhohlraum gemäß der US-Pa-

tentschrift 3 931 5^7 wird im TM -Schwingungsmodus betrieben,
doch könnten hier vermutlich auch Einrichtungen zur Unterdrückung bestimmter Schwingungsmoden eingesetzt werden, so daß Schwingungsmoden höherer Ordnung, beispielsweise der TM _n-Schwingungs-i modus angeregt wird. Jedenfalls ist, nachdem die Längsachsen der
Festkörperdiodenoszillatoren und des Resonanzhohlraumes nach der
US-Patentschrift 3 931 5^7 zueinander parallel sind, die Maximalzahl von Festkorperdiodenoszxllatoren, welche an einen gemeinsamen zylindrischen Resonanzhohlraum ankoppelbar sind, bei einem
bestimmten Umfang des letzteren von dem Verhältnis dieser Abmessung zu dem Außendurchmesser der Festkorperdiodenoszxllatoren
abhängig. Diese Beschränkung bezüglich der Maximalzahl von Fest- j körperdiodenoszillatoren bewirkt, daß eine unerwünschte obere

Grenze bezüglich der Hochfrequenzleistungen besteht, welche durch

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Kombination erhalten werden können.

: Die vorliegende Erfindung bezweckt allgemein eine Verbesserung I von Anordnungen mit Festkörperdiodenoszillatoren, bei denen

IMPATT-Dioden oder ähnliche Bauelemente impulsweise betrieben I werden und die Leistungen in einem Kombinationskreis oder einer Kombinationsschaltung miteinander kombiniert werden.

Die Erfindung soll auch eine verbesserte Kombination der Leistungen der IMPATT-Dioden in einem Kombinationskreis oder einer ' Kombinationsschaltung ermöglichen, wobei die Frequenz, mit wel- : eher die betreffenden Dioden arbeiten, durch eine sogenannte Steckschloßtechnik bestimmt wird und diese Frequenz durch einen

■ Kristalloszillator gesteuert wird.

Eine verbesserte Kombinationsschaltung für IMPATT-Dioden ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Anzahl dieser Dioden min-J destens doppelt so groß sein kann wie die Anzahl bisher bekannter IMPATT-Diodenanordnungen.

j Kombinationsschaltungen für IMPATT-Dioden-Oszillatorkreise der ι hier vorgeschlagenen Art können so ausgebildet sein, daß die j Dioden während des Impulsbetriebes in geeigneter Weise vorge- j , spannt werden, derart, daß die Betriebsfrequenz im wesentlichen j unbeeinflußt von Änderungen der Temperatur des Überganges der ^! Dioden bleibt.
j

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß allgemein, einen Gegenstand mit den Merkmalen des Oberbegriffes des anliegenden Anspruches so auszubilden, daß er für den Impulsbetrieb besonders geeignet ist und die Eigenschaften bezüglich der Schwingungsfrequenz in vorbestimmter Weise eingestellt werden können.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im ; I
I kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruches 1 genannten Merk-

i male erreicht. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen I

8 0 "98ΪΙ/Τ "02Ö"

; dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Inhalt
hierdurch zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, während j zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung der Wortlaut
an dieser Stelle nicht nochmals wiederholt werden soll.

.Eine Sendeeinrichtung mit einer Festkörper-Oszillatoranordnung
der hier angegebenen Art enthält einen Kombinationskreis mit einer Anzahl impulsbetriebener Diodenoszillatoren, die an einen
zylindrischen Resonanzhohlraum angekoppelt sind, wobei die Hoch- ^; frequenzenergie innerhalb des Resonanzhohlraumes nach der Steck- | Schloßtechnik während jedes Impulses auf die hochfrequente Aus- j gangsenergie eines kristallgesteuerten Oszillators festgelegt ι j ist, der kontinuierlich betrieben werden kann. Die Impulse der j j Hochfrequenzenergie der impulsbetriebenen Diodenoszillatoren j

j i

ι werden periodisch durch Anlegen von Gleichspannungssignalen an j die IMPATT-Diode jedes gepulsten Diodenoszillators erzeugt, wo-■ bei diese Signale von Modulatoren abgeleitet werden, welche so
ausgebildet sind, daß sie den IMPATT-Dioden eine geeignete Vorspannung liefern. Es sind hier auch verschiedene Ausführungsfor-S men von Kombinationskreisen angegeben, wobei die Anzahl gepulster Diodenoszillatoren größtmöglich ist. j

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Sendeeinrichtung

mit Festkörperoszillatoren in einer gewissen
Vereinfachung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines Diodenoszillators zur Verwendung in

der Sendeeinrichtung nach Figur 1,

I Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Ausfüh- :

rungsform der Modulatoren, welche in der .

Sendeeinrichtung nach Figur 1 Verwendung ι

finden, 1

- 5 - j

Fig. k eine etwas vereinfachte schaubildliche Darstellung der Koaxial-Oszillatorkreise und des Kombinationskreises in ihrer gegenseitigen Zuordnung für die Einrichtung nach Fi-

! gur 1 und

¹ Fig. 5A,Abbildungen verschiedener Ausführungsformen, j __ welche zeigen, wie die Diodenoszillatoren nach i den Figuren 2 und k abgewandelt werden können,

j um die Anzahl der IMPATT-Dioden zu erhöhen, die

^; in Verbindung mit einem Ausgangs-Resonanzhohl-

: raum gemäß Figur 1 betrieben werden können.

Aus Figur 1 ist zu sehen, daß ein Sender 11 mit Festkörper-ßau-■ einheiten der hier vorgeschlagenen Art zwei Stufen aufweist, welche nicht näher bezeichnet sind und jeweils allgemein mit je einem eines Paares von Zirkulatoren 13 und 15 an sich bekannter Bauart gekoppelt sind. Die erste Stufe oder die Stufe niedrigerer Leistung, welche dem Zirkulator 13 zugeordnet ist, enthält j einen Resonanzhohlraum 17, mit dem ein koaxialer Oszillatorkreis 19 magnetisch gekoppelt ist, was durch gestrichelte Linien ange- ;deutet ist. Die zweite Stufe oder die Hochleistungs-Ausgangsstufe, die dem Zirkulator 15 zugeordnet ist, enthält einen Resonanzhohlraum 21, mit welchem jeweils eine Anzahl (im vorliegeni den Falle Neun) von koaxialen Oszillatorkreisen 23 magnetisch

j gekoppelt sind, was ebenfalls wieder durch gestrichelte Linien ι
deutlich gemacht ist. Der koaxiale Oszillator 19 und die koaxia-

Jlen Oszillatorkreise 23, welche im einzelnen in Figur 2 dargestellt sind, werden von Ausgangssignalen von Modulatoren 25 be- ! aufschlagt, welche wiederum in der Weise wirksam sind, daß sie

Vorspannungen von einer Gleichspannungsquelle 27 an den koaxialen Oszillatorkreis 19 und die koaxialen Oszillatorkreise 23 immer dann weitergeben, wenn entsprechende Steuersignale von ei- j nem Synchronisationskreis 29 zugeführt werden. !

Die Resonanzhohlräume 17 und 21 haben die Gestalt zylindrischer j Hohlräume, welche nachfolgend genauer beschrieben werden. Es j

I genügt hler festzustellen, daß diese Resonanzhohlräume Vorzugsj weise so bemessen sind, daß bei der anzuregenden Hochfrequenz
j sich der TM .-Schwingungsmodus ausbildet. Weiter sind die Resonanzhohlräume so ausgelegt, daß sich ein optimaler Q-Wert einstellt und die Innenwände sind mit Werkstoff hoher Leitfähigkeit
beschichtet und/oder poliert, um die Ohm'sehen Verluste klein
zu halten.

Die dargestellte Sendeeinrichtung wird durch einen kristallgesteuerten Oszillator 31 vervollständigt, der in der dargestellten Weise mit dem Zirkulator 13 verbunden ist. Schließlich steht i mit· dem Zirkulator 15_? wie aus Figur 1 zu ersehen, eine Antennen-' i anordnung 33 in Verbindung. Der kristallgesteuerte Oszillator 31 ι j kann an sich bekannter Bauart sein und kontinuierlich Schwingun-

I <

': gen mit einer Frequenz erzeugen, welche innerhalb der eigenen I

i I

j Bandbreite der Resonanzhohlräume 17 und 21 liegt. Die Antennen-
!anordnung 33 kann ebenfalls an sich bekannter Bauart sein. Vor- , zugsweise ist die Antennenanordnung 33 eine Monopuls-Antennen- , 'elementreihe, wobei der Ausgang des Zirkulators 15 über nicht
,dargestellte Isolationseinrichtungen mit dem Summeneingang einer

!der Antennenelementreihe zugeordneten, ebenfalls nicht abgebilde-l

j ten Recheneinheit verbunden ist. Die Differenzeingänge der Re-

Icheneinheit sind dann mit den Differenzkanälen eines nicht dari gestellten Monopuls-Empfängers zu verbinden und der entsprechende Anschluß der Isolationseinrichtungen ist an den Summenkanal
des genannten Empfängers zu legen.

Man erkennt nun, daß im Betrieb der Ausgang des kristallgesteuer-! ten Oszillators 31 ständig über den Zirkulator 13 den Resonanz- ; hohlraum 17 beaufschlagt. In dem Resonanzhohlraum 17 werden folglich ständig Schwingungen mit der Frequenz des kristallgesteuerten Oszillators 31 angeregt. Dies hat zur Folge, daß immer dann,
wenn der Koaxialoszillatorkreis 19 gepulst wird, die resultieren-:

1 1

j den, impulsweise angeregten Schwingungen auf diejenige Frequenz _s i
einrasten, welche durch den kristallgesteuerten Oszillator 31

vorgegeben ist. Das bedeutet, daß die Mittellinie des jmpulsweise

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angeregten Frequenzspektrums des koaxialen Oszillatorkreises 19 j auf derjenigen Frequenz festgehalten wird, welche durch den kristallgesteuerten Oszillator 31 bestimmt ist. Der Ausgang des

. Resonanzhohlraumes 17 gelangt über die Zirkulatoren 13 und 15 zu dem Resonanzhohlraum 21. Die koaxialen Oszillatorkreise 23

j wiederum werden dazu veranlaßt, in Phase miteinander bei der Resonanzfrequenz des Resonanzhohlraumes 21 Resonanzschwingungen

j auszuführen. Die Leistungen der koaxialen Oszillatorkreise 23

' werden daher in dem Resonanzhohlraum 21 miteinander kombiniert. Sind die impulsweise angeregten Schwingungen des Resonanzhohlraumes 17 vorhanden, so richtet sich das Hochfrequenzspektrum hoher Leistung des Resonanzhohlraumes 21 auf das Spektrum der erstgenannten Schwingungen aus. Die impulsweise erzeugten Schwin-^ gungen am Ausgang des Resonanzhohlraumes 21 sind dann annähernd eine verstärkte Wifiderholung der impulsweise angeregten Schwin-

gungen am Ausgang des Resonanzhohlraumes 17· I

Der Fachmann erkennt, daß die Resonanzfrequenzen der Resonanz- \ hohlräume 17 und 21 der Festkörperbauelemente enthaltenden Sendeeinrichtung 11 für einen optimalen Betrieb mit der Frequenz am _;

i Ausgang des kristallgesteuerten Oszillators 31 übereinstimmen i sollten. Weiter versteht es sich, daß jede praktisch auftretende Fehlabstimmung geringer sein muß als die Einrastbandbreiten

I der Kombination aus dem Resonanzhohlraum 17 und dem Koaxial- j

i ' oszillator 19 und der Kombination aus dem Resonanzhohlraum 21 |

und den Koaxialoszillatorkreisen 23· Die Einrastbandbreite oder ■ Mitnahmebandbreite ist zu dem Mitnahmegewinn umgekehrt proportional. Für charakteristische Werte des Gewinns (1OdB bis 15dB je Stufe), wie sie für den Festkörperbauelemente enthaltenden Sen- : der 11 anzusetzen sind, beträgt die Bandbreite für die Kombination aus dem Resonanzhohlraum 17 und dem Koaxialoszillatorkreis

ι 19 mehrere Zehntel Prozent und für die Kombination aus dem Re- i ^; sonanzhohlraum 21 und den Koaxialoszillatorkreisen 23 unter 3%. j

ι I

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß Temperaturänderungen in wei- i

!ten Grenzen und das Auftreten von bestimmten Höchstwerten der

Temperatur zwei Faktoren sind, welchen wesentlichen Einfluß auf '■ ' die Auslegung der Sendeeinrichtung haben. Beim Einschalten steigt j die Temperatur des Überganges der IMPATT-Dioden in jedem der ," Koaxialoszillatorkreise 19 und 23 in Sekundenbruchteilen über
einen Wert von etwa 200 C über der Umgebungstemperatur. Bei
Temperaturen oberhalb 220 C vermindert sich die Zuverlässigkeit
einer IMPATT-Diode um etwa die Hälfte für je 10° C Zunahme der j Temperatur. Während weiter oben vorgeschlagen wird, daß eine ! Temperaturregeleinrichtung geeigneter Art vorgesehen werden kann,; sei hier die verhältnismäßig einfache Lösung angegeben, die Resonanzhohlräume 17 und 21 gegenüberliegend anzuordnen und Kühl—

ι schlangen '.an sich bekannter Art (in Figur 1 nicht gezeigt) vori ι

j zusehen, um ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser durchzuleiten ' I und die Wärme abzuführen, welche in den Übergängen der IMPATT-

! Dioden der Koaxialoszillatorkreise 19 und 23 erzeugt wird. j

j ;

j Aus Figur 2 erkennt man, daß jeder der Koaxialoszillatorkreise 19 j und 23 nach Figur 1 eine IMPATT-Diode 40 enthält, die in einem
• Abschnitt einer Koaxialleitung (nicht näher bezeichnet) unterge- : : bracht ist. Jede dieser Koaxialleitungen ist im vorliegenden Aus-! ! führungsbeispiel in der Weise hergestellt, daß eine im wesentli- j j ι

j ch'en zylindrische Bohrung in einem ebenfalls nicht näher bezeich-

I !

j neten Block aus Aluminium gebildet wird, wodurch ein Außenlei- j I ter 42 entsteht, in welchem in einer nachfolgend näher beschrie-I benen Weise ein Innenleiter 44 gehaltert ist. Die IMPATT-Diode
40 befindet sich zwischen einer Wärmesenke 46, welche sich in
der dargestellten Weise an der Bohrungswand oder dem Außenleiter 42 abstützt, einerseits und einer metallischen Hülse oder
Kappe 48 andererseits, welche verschieblich auf dem Mittellei-

ter oder Innenleiter 44 angeordnet ist. Die IMPATT-Diode 40 wird | vorzugsweise dadurch in ihrer Lage gehalten, daß sie mit einem j leitfähigen Epoxyharz in einer nicht dargestellten Ausnehmung | der metallischen Hülse oder Kappe 48 festgeklebt ist und in ei- ι

! ner nicht bezeichneten Öffnung der Wärmesenke 46 eingelötet ist. ', i

i ι

I
Eine Isolierhülse 50 ist in der dargestellten Weise solchermaßen

angeordnet, daß sie die metallische Kappe 48 gegenüber der Boh-

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rungswand oder dem Außenleiter 42 und gegenüber der Wärmesenke isoliert. Letztere wird durch einen Schraubeinsatz 52 in ihrer Lage gehalten. Eine Feder 54 befindet sich zwischen der metallischen Kappe 48 und dem Innenleiter oder " Mittelleiter 44. An die j IMPATT-Diode 40 schließt sich in der dargestellten Weise ein erj ster Impedanztransformator an, welcher nicht näher bezeichnet ist und im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die metallische Kappe 48, die Isolationshülse 50 und eine aus Berylliumkupfer gefertigte Hülse 55 gebildet ist. Ein zweiter, nicht näher bezeichneter Impedanztransformator enthält in der hier be- ; schriebenen Ausführungsform eine aus geeignetem Dielektrikumswerkstoff bestehende Hülse 56, welche an dem Innenleiter 44 festgeklebt oder festgekittet ist, während sie verschieblich in der den Außenleiter bestimmenden Bohrung angeordnet ist. Der Zweck der beiden Impedanztransformatoren wird weiter unten im einzelnen erläutert. Eine Abschlußbelastung 58, welche, wie aus Figur 2 zu sehen, konisch ausgebildet ist, stützt sich gegen eine entsprechende Schulter oder einen Absatz der den Außenleiter bildenden Bohrung ab und ist gegenüber dem Innenleiter 44 verschieblich. Die Abschlußbelastung 58 wird mittels eines becherförmigen Isolationselementes 60 gegen den genannten Bohrungsabsatz gedrückt, wobei die Isolationshülse durch ein Mutterstück gegenüber der Abschlußbelastung 58 angespannt werden kann. Der Werkstoff, aus welchem die Abschlußbelastung 58 hergestellt ist, kann von der Firma Emerson & Cuming, Incorporated, Microwave Products Division, Canton, Massachusetts, Vereinigte Staaten von

] Amerika, bezogen werden und ist unter dem Warenzeichen

■ "ECCOSORB" bekannt. Das Gewinde des erwähnten MutterStückes 62

entspricht einem nicht näher bezeichneten Gewindeansatz des Innenleiters 44. Ein isolierendes' Einstellelement 64 befindet sich auf einem entsprechend abgesetzten und geformten, nicht näher bezeichneten Endansatz des Innenleiters 44. Schließlich reicht ! ein Vorspannungsdraht 66 über eine aus geeignetem Isolierwerk-' stoff gefertigte Durchführung 68 in der dargestellten Weise

durch den Außenleiter 42 hindurch. Das innere Ende des Vorspan- ' nungsdrahtes 66 ist beispielsweise durch Lötung mit dem metalli-

- 10 -

, sehen Schraubmutterstuck 62 verbunden. Schließlich ist noch aus
Figur 2 zu ersehen, daß sich in dem den Außenleiter 42 des Oszillatorkreises bildenden Block eine Öffnung zu einer Kammer 70 ' befindet.

Aus Vorstehendem erkennt man, daß dann, wenn der Vorspannungsdraht 66 an eine elektrische Energiequelle, etwa an einen der
Modulatoren 25 nach Figur 1 gelegt wird, über das Mutterstück 62, den Innenleiter 44, die Feder 54 und die metallische Hülse oder
Kappe 48 eine Spannung an eine Elektrode der IMPATT-Diode 4θ ge- j führt wird. Der Abstand zwischen der Hülse 56 und der Hülse 55
kann verändert werden, indem das aus Isolierstoff gefertigte
Einstellelement 64 verdreht wird. j

Die Spannung, welche im vorliegenden Falle über den Vorspanndraht 66 letztlich der IMPATT-Diode 40 zugeleitet wird, ist von

einem der Modulatoren 25 nach Figur 1 in der nachfolgend be- ' schriebenen Weise abgeleitet. Es sei hier zunächst gesagt, daß

das genannte Schaltungsteil derart ausgebildet ist, daß es zum 1 einen eine Soekelspannung (nämlich eine konstante Gleichspannung) zur Vorspannung der IMPATT-Diode 4θ auf einen etwas unter dem j

[für den Lawinendurchbruch erforderlichen Wert liegenden Pegel

; liefert und zum anderen bestimmte Impulse in bestimmter Wie- ; derholungsfrequenz erzeugt, deren Spannung sich zu der Sockelspannung addiert, so daß die an der IMPATT-Diode 40 anliegende
Spannung periodisch auf einen Wert angehoben wird, der größer
als derjenige Wert ist, bei welchem der Lawinendurchbruch auftritt. Handelt es sich bei der IMPATT-Diode um ein Bauelement, j wie es von der Firma Hewlett Packard Company, Palo Alto, ' Kalifornien, Vereinigte Staaten von Amerika, unter der Bezeich- | nung "Part No. 5Ο82-Ο71Ο" in den Handel gebracht wird (X-Band- j

ι Doppeldrift-IMPATT-Diode), so liegt die Sockelspannung in der -Größenordnung von 125 Volt Gleichstrom und die Amplitude der J Impulse liegt in der Größenordnung von 25 Volt bei einer Dauer
von 100 bis 1000 Nanosekunden und einem Betriebszyklus von "}0%.

Der von dem Modulator 25 (Figur l) bezogene Strom wird so ge- j

- 11 - j

₈ 0

steuert, daß Frequenzänderungen am Ausgang einer IMPATT-Diode aufgrund einer Erwärmung ihres Überganges während jedes Impulses kompensiert werden. Im vorliegenden Falle, in welchem der Pegel der hochfrequenten ■ Ausgangsleistung einer Kombinationsj schaltung mit neun Koaxialoszillatorkreisen in der Größenord-• nung von 100 Watt bei minimalem Frequenzchirp liegt, wird der Strom in jedem Impuls, der zu jedem der Koaxialoszillatorkreise geführt wird, erhöht (wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschriei ben wird), während jeder Spannungsimpuls zu der erwähnten Sockel-I spannung kombiniert wird. Schließlich sind, da die spektrale ! Reinheit des Hochfrequenzsignales am Ausgang der impulsweise betriebenen Oszillatorkreise von der Form der Impulsstirn und des Impulsrückens der Modulationssignale in einem derartigen Kreis abhängt, die Modulatoren 25 (Figur l) derart ausgebildet , daß, wie in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wird, die Impulsstirn und der Impulsrücken der Impulse bezüglich Anstiegszeit und Ab- : fallszeit einstellbar sind.

Der Zweck des erstgenannten und des zweiten Impedanztransformators ist es, bei der gewünschten Betriebsfrequenez die relativ ; niedrige Impedanz der IMPATT-Diode 40 während jedes Impulses an , die verhältnismäßig hohe Impedanz des Resonanzhohlraumes 70 an- ; zupassen. Die Gesichtspunkte, welche bei einer derartigen Impej danzanpassung zu beachten sind, kann man ohne weiteres aus der ■ Veröffentlichung "The Single Cavity Multiple Device Oscillator" ¹ von Kaneyuki Kurokawa, IEEE Transactions on Microwave Theory j and Techniques, Band MTT-19, Nr. 10, Oktober 1971, entnehmen. j Die wesentliche Erkenntnis aus dieser Veröffentlichung besteht : darin, daß unter Annahme einer wohl definierten Admittanz für j jede IMPATT-Diode die Parameter eines einstufigen Impedanztrans-

formators bestimmt werden können, um die notwendigen Bedinguni gen für die gewünschten Schwingungen zu erfüllen. Dies sind j folgende:

l) Darbietung einer Belastung gleich dem Negativen der Diodenimpedanz bei der gewünschten Betriebsfrequenz;

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2) Einhaltung des richtigen Phasenwinkels zwischen den
Charakteristiken der Belastung und der Diodenimpedanz
und

3) Verhindern von Schwingungen bei unerwünschten Frequenzen.

Die Vorschläge der erwähnten Veröffentlichung ermöglichen zwar '

theoretisch die Konstruktion einer brauchbarjen-JCombinations- '

schaltung unter Verwendung eines Resonanzhohlraumes zum Kombi- I

nieren der Ausgangsschwingungen einer Mehrzahl von koaxialen ι

Oszillatoren, doch ist die praktische Verwirklichung einer sol- 1

chen Konstruktion verhältnismäßig schwierig. » I

j Die Verwendung eines nur einstufigen Impedanztransformators,
;

welcher notwendig ein Gerät geringer Bandbreite ist, verursacht j Schwierigkeiten bei der gleichzeitigen Erfüllung sämtlicher Be-' dingungen, welche für einen zufriedenstellenden Betrieb zu er-

ί füllen sind, nachdem diese Konstruktion zu wenig flexibel ist.

i Die Schwierigkeiten erhöhen sich, wenn eine Mehrzahl von IMPATT- : Dioden innerhalb einer entsprechenden Zahl koaxialer Oszillator- ; j kreise impulsweise betrieben werden soll. Dies bedeutet, daß ■ dann, wenn wie im vorliegenden Falle die Ausgangsleistung von
j jeder aus einer Anzahl von IMPATT-Dioden periodisch kombiniert J werden soll, wobei jede dieser Dioden eine jeweils unterschied- j liehe Admittanz aufweist, welche sich nicht linear mit der Hochfrequenzleistung und der Gleichstromvorspannung ändert, es fast
unmöglich ist, Betriebszustände zu vermeiden, welche ungünstig
oder nicht zufriedenstellend sind.

Um zusätzliche Abstimmittel zur Verfügung zu haben, welche so
betätigt werden können, daß sich die in der Veröffentlichung
von Kurokawa aufgeführten Schwingungskriterien herstellen lassen und um ferner eine Abstimmung bezüglich der einzelnen Dio-

1 den vornehmen zu können, ist bei dem vorliegend angegebenen Sy- ;

stem eine Kaskadenanordnung koaxialer Transformatoren vorgesehen,; j welche in jeder Diodenzuleitung vorgesehen ist und einen beweg-

I - 13 -

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ORIGINAL INSPECTED

baren Impedanztransforraator enthält.

Es sei daran erinnert, daß die IMPATT-Diode kO und der erste Impedanztransformator eine Baueinheit bilden*? welche in den j Koaxialoszillator als eine solche Baueinheit eingesetzt wird. Es ist ferner festzustellen, daß die Lage des zweiten Impedanztransformators relativ zu dem ersten Impedanztransformator einj Mit einer solchen Anordnung ^^

I stellbar ist./läßt sich selbst dann, wenn eine Abweichung des

! ι

I tatsächlichen Impedanzwertes der IMPATT-Diode vom Nennwert auch ' eine entsprechende Änderung der Impedanz am Ausgang des ersten I Impedanztransformators nach sich zieht, eine Kompensation vorneh- | men, indem die Lage des zweiten Impedanztransformators relativ zum ersten Impedanztransformator justiert wird. Diese Einstellung bewirkt selbstverständlich eine Änderung der Eingangsimpedanz | zum zweiten Impedanztransformator, so daß letztlich die richtige j Anpassung zwischen der Ausgangsimpedanz dieses Impedanztransfor- , mators und der Eingangsimpedanz zu dem Resonanzhohlraum 70 ver- j wirklicht wird. Man erkennt, daß die Einstellung der Lage des zweiten Impedanztransformators relativ zum ersten Impedanztransformator in einfacher Weise durch Verdrehen des Einstellelementes 64 geschieht. Das bedeutet, daß in dem den Außenleiter 42 bildenden Block keine Zugangsöffnung vorgesehen zu werden braucht, um etwa die Hülse 56 manipulieren zu können. Eine sol-

i

!ehe Öffnung wäre selbstverständlich eine Ungleichförmigkeit in

¹ der Wand des Außenleiters, so daß das elektrische Feld innerhalb des Koaxialoszillatorkreises gestört würde.

I Betrachtet man nun Figur 3i so erkennt man, daß bei einem Aus- \führungsbeispiel eines der Modulatoren 25 nach Figur 1 ein Span-', nungsverstärker VA vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit von

Steuerimpulsen der in Figur 1 mit 29 bezeichneten Synchronisier-I einrichtung eine Stromquelle A und eine Stromquelle B betreibt. j Der Spannungsverstärker VA ist ein temperaturkompensierter Kaska-i I denverstärker mit zwei Transistoren Ql und Q2 als aktiven EIe- _:

menten. Es kann sich hier beispielsweise um Transistoren der ,Typen 2N3866 und 2N2222A handeln. Die Steuerimpulse, welche

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vorliegend beispielsweise eine Dauer in der Größenordnung von ι 800 Nanosekunden und eine Pulswiederholungsfrequenz zwischen j 362 kHz und 435 kHz aufweisen, werden über einen Koppelwiderstand RIA der Basis des Transistors Ql zugeführt. Der Emitter 1 des Transistors Ql ist über einen Vorspannungswiderstand RlB i und die Parallelschaltung eines Kondensators C5 und einer Dio- | de D5 geerdet. Die Diode D5 kann eine IN36ll-Diode sein und er- ! möglicht den gewünschten Temperaturkompensationseffekt. Der Kollektor des Transistors Ql ist über einen Koppelwiderstand \ R2B an den Emitter des Transistors Q2 angeschlossen. Die Basis des Transistors Q2 ist mit einer Diode D3 (vorliegend eine i IN4l48-Diode) und einen Spannungserniedrigungswiderstand R3 an I eine nicht im einzelnen dargestellte 40 Volt-Anzapfung der j Gleichstromquelle 27 nach Figur 1 gelegt. Die Verbindung zwi- ' sehen der Diode D3 und dem Widerstand R3 hat über Zenerdioden Dl und D2 Verbindung zur Erde. Die Zenerdioden Dl und D2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel IN751A-Zenerdioden. Zu der Zenerdiode D2 liegt ein Kondensator Cl parallel. Der Verbindungspunkt zwischen den Zenerdioden Dl und D2 hat außerdem über eine Schaltdiode D4 mit der Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors Ql und dem Koppelwiderstand R2B Verbindung. Weiter , ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R2A und einem Kondensator C3 zwischen die Verbindung von der Diode D3 zu der | J Basis des Transistors Q2 einerseits und Erde andererseits ge- i legt. Der Kollektor des Transistors Q2 ist an die Parallelschaltung der Potentiometer R5A, R5B und des Widerstandes R6 angeschlossen und hat über diese Parallelschaltung Verbindung zu der 40 VoIt-Anzapfung der Gleichstromquelle 27 (Figur l). Außer-

dem ist der Kollektor des Transistors Q2 in der dargestellten Weise mit der erwähnten 40 Volt-Anzapfung über einen Kondensator C6 und eine Serienschaltung aus einem Kondensator C7 und einem Potentiometer R7 verbunden. Die verschieblichen Kontakte der Potentiometer R5A und R5B sind, wie aus Figur 3 zu ersehen, über Widerstände R8A bzw. Res an die Stromquelle A bzw. die Stromquelle B angeschlossen. Nachdem diese beiden Stromquellen identisch ausgebildet sind, reicht zum Verständnis die Be-

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■ 282882t

Schreibung einer dieser Stromquellen aus. Der zweite Anschluß
des Widerstandes ESA ist also mit der Basis eines Transistors
; Q3A verbunden, welcher vorliegend ein 2N3^t68 Transistor ist. Der
Emitter dieses Transistors Q3A hat über einen Spannungserniedrigungswiderstand R(3EA) Verbindung zur kO Volt-Anzapfung der
j Gleichstromquelle 27 und außerdem unmittelbare Verbindung zur
Basis eines Transistors Q4A. Bei Letzterem handelt es sich um
einen 2N5l6l-Transistor. Der Emitter des Transistors Q^A ist
über einen Spannungserniedrigungswiderstand R(4EA) an die
40 Volt-Anzapfung der Gleichstromquelle 27 gelegt und hat außerdem unmittelbar zu der Basis eines Transistors Q5A Verbindung, j welcher ein 2N5l62-Transistor ist. Der Emitter dieses letztge- j nannten Transistors ist über einen Spannungserniedrigungswider- ! stand R(5EA) mit der kO Volt-Anzapfung der Gleichstromqulle 27 ; verbunden und an eine in der dargestellten Weise gepolte Zener- | diode D(A) gelegt. Diese Zenerdiode ist eine 1N4757-Di°cle. Die
Kollektoren der Transistoren Q3A, Q4A und Q5A sowie die zweite
Elektrode der Zenerdiode D(A) sind zusammengeschaltet und an ι einen Eingangsanschluß eines Impulstransformators T(A) gelegt,
welcher ein Windungsverhältnis von 1 : 1 hat. Der zweite Ein-
\ gangsanschluß des Impulstransformators T(A) ist geerdet. Eine
,Serienschaltung aus einem Widerstand R(FA) und einer Diode : D(FA) ist an die Sekundärklemmen des Impulstransformators T(A)

gelegt und liegt zu entgegengesetzt zueinander gepolten Dioden ι

D(PA) und D(LA) parallel. Die zuletzt genannten Dioden sind von j '■ der Bauart lNkkj^· Die Verbindung zwischen dem Widerstand R(FA)

j und der Diode D(LA) ist mit einer Anzapfung (nicht dargestellt) j

j der Gleichstromquelle 27 (Figur l) zusammengeschaltet, wobei , ; ι

diese Anzapfung nachfolgend als die 120 Volt-Anzapfung bezeichnet wird. Schließlich stellt die Verbindung zwischen den Dioden

ι I

,D(PA) und D(LA) den Ausgang der Stromquelle A dar. Dieser Aus- j

gang ist daher ebenfalls mit A bezeichnet. Vor einer Erläuterung !

■ der Wirkungsweise der soeben beschriebenen Schaltung sei darauf ι

hingewiesen, daß einige Vereinfachungen vorgenommen worden sind. ;

Insbesondere sind Schmelzsicherungen zum Schutz der Stromquelle !

A und der Stromquelle B, ferner Prüfeinrichtungen und parallel- i

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ORiGiNAL INSPECTED

Ai

liegende Schaltungselemente zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.

Das Eingabesignal zum Transistor Ql bewirkt eine Veränderung des Stromflusses durch den Transistor Q2 in Entsprechung mit der Einstellung des Potentiometers R7, wodurch-wiederum die Zeitkonstante der Reihenschaltung aus dem Kondensator C7 und dem Potentiometer R7 beeinflußt wird. Diese Änderung des Stromflusses durch den Transistor Q2 überträgt sich dann als Änderung der Beaufschlagung der Basis des Transistors Q3A aufgrund der Einstellung des Potentiometers R5A. Die Schaltungskombination ι aus den Transistoren Q3A, Q4A und Q5A ist in der Wirkungsweise ι praktisch einer üblichen Darlingtonschaltung ähnlich. Die Be-Ϊ aufschlagung der Basis des Transistors Q3A bestimmt den letzt-

■ lieh von der Schaltung erreichten Stromwert. Die Dioden D(PA) und D(LA) stellen eine Zweiwege-Einspannung dar, wodurch die Spannung am Ausgang A zu allen Zeiten außer beim Auftreten eines

■ Steuerimpulses von der Synchronisierschaltung 29 (Figur l) auf

dem Niveau der 120 Volt-Anzapfung der Gleichstromquelle 27 (Fij gur l) gehalten wird. Die Serienschaltung aus dem Widerstand j R(FA) und der Diode D(FA) bewirkt eine Unterdrückung irgendwel-

eher Einschwingvorgänge, welche am Ende jedes Steuerimpulses der ι
Synchronisierschaltung 29 (Figur l) auftreten könnten.

Aus Figur k erkennt man, daß in dieser Ausführungsform der Koaxialoszillatorkreis 19 (Figur l) genauso ausgebildet ist, wie der Koaxialoszillator nach Figur 2. Eine detaillierte Be-Schreibung derjenigen Bauteile, welche in dem Koaxialoszilla- | tor 19 enthalten sind, ist daher hier nicht mehr notwendig. Weiter ist darauf hinzuweisen, daß der in Figur 1 mit 17 bezeichnete Resonanzhohlraum dem hier gezeigten Resonanzhohlraum 70 j entspricht.

Man sieht, daß der Resonanzhohlraum 70 bei.dem gezeigten Aus- , führungsbeispiel dadurch gebildet ist, daß ein oberer blockför- j miger Körper 71 und ein unterer blockförmiger Körper 73 durch j

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Schrauben verbunden werden, wobei die beiden blockförmigen Körper vorzugsweise, wie dargestellt, zusammengeflanscht sind und aus Aluminium hergestellt sind. Der Boden des Resonanzhohlraumes 70 ist derjenige Teil des unteren blockförmigen Körpers 73 > welcher durch eine zentrische Senkbohrung oder Gegenbohrung des oberen blockförmigen Körpers 71 umgrenzt wird. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Senkbohrung oder Gegenbohrung des oberen blockförmigen Körpers 71 so bemessen, daß bei

; der interessierenden Betriebsfrequenz der TM_{n o}~Schwingungsmodus angeregt wird. Eine nicht näher bezeichnete zylindrische Bohrung verläuft parallel zu den Längsachsen des oberen blockförmigen Körpers 71 und des unteren blockförmigen Körpers 73 und erstreckt sich derart durch die beiden genannten Körper, daß die Achse dieser zylindrischen Bohrung einen Kreis C trifft. Der Radius dieses Kreises stimmt mit dem Radius der Gegenbohrung oder Senkbohrung des oberen blockförmigen Körpers 71 überein. Es sei erwähnt, daß diejenigen Flächenteile des oberen blockförmigen Körpers 71 und des unteren blockförmigen Körpers 731 welche die zylindrische Bohrung durch die beiden genannten Körper begrenzen und auch die Oberflächen, welche den Resonanzhohlraum 70 begrenzen, hochglanzpoliert oder in geeigneter Weise mit einem Werkstoff, beispielsweise mit Kupfer oder mit Silber, plattiert sind, welcher in hohem Maße leitfähig ist, um die Ohm¹sehen Ver-

!luste zu verringern.

ι Der untere blockförmige Körper 73 ist verlängert, um in der darj gestellten Weise Raum für eine Ringkammer 75 zu schaffen. Ein ringförmiges Gehäuse 75A wird dann auf den für die Ringkammer 75 vorgesehenen Bereich geschoben und entsprechend befestigt. Eine Einlaßröhre 77 und eine Auslaßröhre 79 sind derart mit der Ring-■ kammer verbunden, daß ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, ι von der Druckseite einer Pumpe (nicht dargestellt) durch die Ringkammer 75 zur Saugseite der Pumpe gefördert werden kann. Der Fachmann erkennt, daß die dargestellte Kühleinrichtung dazu j dient, die innerhalb der IMPATT-Diode kO .erzeugte Wärme abzuführen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß der Innenleiter

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oder Zentralleiter 44 und die Wärmesenke 46 in unmittelbarer Nähe zur IMPATT-Diode 40 angeordnet sind. Aus diesem Grunde sind beide Teile aus sauerstoffreiem, in hohem Maße leitfähigem Kupfer gefertigt. Es ist bekannt, daß saueiS(Bffreies, hochleitfähiges Kupfer gegen thermische Risse besonders widerstandsfähig ist.

Entlang der Längsachse des oberen blockförniif^e"n Körpers 71 er- i streckt sich eine Sonden- und Abstimmanordnung 80. Diese Anord- j nung enthält vorliegend einen Sondenabschnitt 82 innerhalb eines| Abstimmabschnittes 84, wobei die beiden genannten Abschnitte so ; gehaltert sind, daß sie in der nachfolgend daehriebenen Weise entweder zusammen oder unabhängig voneinander einstellbar sind.

Der Sondenabschnitt 82 umfaßt einen Koaxialleitungsteil, hat also die Gestalt "einer Koaxialleitung mit einem Innenleiter 83, einem dielektrischen Abstandshalter 85 und einer Außenhülse 87, wobei diese Koaxialleitung drehbar und längsverschieblich im Bereich der Längsachse des Resonanzhohlraumes 70 gehaltert ist. Zur Halterung des Sondenabschnittes 82 und zur entsprechenden Abstützung des Abstimmabschnittes 84 ist ein Sondeneinstellelement 89 vorgesehen, welches ein metallisches Drehteil der dargestellten Form ist und in ein passendes Gewinde eines Abstimmeinstellelementes 91 eingeschraubt ist. Auch Letzteres ist ein metallisches Drehteil der in der Zeichnung wiedergegebenen Gestalt, welches in ein passendes Gewinde des oberen blockförmigen\ Körpers 71 eingeschraubt ist und in einem nicht näher bezeichneten Lager des oberen blockförmigen Körpers 71 geführt ist. Es sei bemerkt, daß ein Drosseldichtungsteil 93 vorzugsweise in dem Abstimmeinstellelement 91 vorgesehen ist. Eine Feststellschraube 95 befindet sich in einer Gewinde-Querbohrung des Abstimm-Einstellelementes 91 und ist so angeordnet, daß entweder das Sondeneinstellelement 89 und das Abstimm-Einstellelement 91 zwangsweise gekuppelt werden oder eine jeweils unabhängige Bewegung dieser Teile möglich ist.

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Man erkennt, daß das untere Ende des Mittelleiters oder Innenleiters 83 gegenüber dem Abstimmabschnitt 84 elektrisch isoliert werden muß. Diese Isolation ist, wie aus Figur 4 zu ersehen, in Gestalt des unteren Teiles des dielektrischen Abstandshalters 85 vorgesehen, der nicht entfernt wird, wenn der untere Teil der Hülse 87 zurückgezogen wird. Es sei ferner bemerkt, daß die nicht näher bezeichnete Koaxialleitung in dem Sondeneinstellelement 89 mit einer Übertragungsleitung (nicht dargestellt) verbunden sein muß, um beispielsweise ein Mitnahmesignal in den Resonanzhohlraum 70 injizieren zu können und hochfrequente Energie von dem Resonanzhohlraum JO auskoppeln zu können. Zu diesem Zwecke ist das obere Ende des Innenleiters oder Mittelleiters 83 freigelegt und ein koaxialer Verbinder 97 üblicher Bauart ist an dem Sondeneinstellelement angeordnet. Zur Herstellung der notwendigen Verbindung zu einer Übertragungsleitung kann ein nicht dargestellter Doppelbuchsenadapter verwendet werden, wo- ! bei die Übertragungsleitung mit einem koaxialen Verbinder ähnlich dem koaxialen Verbinder 97 abgeschlossen ist. ;

! I

Aus Obigem ergibt sich, daß bei der beschriebenen Anordnung des \

Resonanzhohlraumes und der damit zwangläufig gekoppelten Oszil- I latorkreise drei Einstellmöglichkeiten gegeben sind, wobei die ι Einstellpunkte sämtlich von der Oberseite her zugänglich sind. j ' In Anwendungsfällen, in welchen Schwierigkeiten bezüglich des i , Raumbedarfes bestehen, sind daher Befestigungsprobleme leichter ■ zu lösen.

iMan erkennt, daß eine Anzahl koaxialer Oszillatorkreise, welche gleich oder entsprechend ausgebildet sind, wie der in Figur 4 gezeigte einzige Oszillatorkreis, am Umfang längs des Kreises C vorgesehen sein kann. Die Gesamtzahl solcher Oszillatoren ist j selbstverständlich durch das Verhältnis des Maximaldurchmessers

d der Koaxialoszillatoren zu dem Umfang des Kreises C begrenzt.

Arbeiten die Koaxialoszillatoren im X-ßand und wird in dem Reso-'nanzhohlraum der TM -Schwingungsmodus angeregt, so zeigt es j sich, daß in einem System bis zu fünfzehn oder sechzehn Koaxial-ίoszillatorkreise zusammengefaßt werden können.

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Anhand von Figur 5A ist zu erkennen, daß eine erwünschte Erhö-
: hung der Anzahl von Dioden oder Koaxialoszillatoren, die am Umj fang eines zylindrischen Hohlraumresonators angeordnet und mit

■ diesem gekoppelt werden können, dadurch erreichbar ist, daß die
Gestalt der einzelnen Diodenoszillatoren und die Art und Weise j verändert werden, in welcher der zylindrische Resonanzhohlraum I ausgebildet ist. So entnimmt man aus Figur 5A, daß der Innen- ■ leiter je eines von einem Paar von Diodenoszillatoren U, L aus ; zwei aufeinander senkrecht stehenden Schenkeln besteht, nämlich
dem Innenleiterschenkel 4ΛΑϋ und dem Innenleiterschenkel kkBÜ ■,

des Diodenoszillators U und dem Innenleiterschenkel kkkh und .

dem Innenleiterschenkel 4^BL des Diodenoszillators L. Die bei- ,

I

' den Innenleiterschenkel sind in geeigneter Weise miteinander ] j verbunden und in aufeinander senkrecht stehenden Bohrungen des '■ oberen blockförmigen Körpers 7IL bzw. des unteren blockförmigen
Körpers 71L abgestützt. Die Bohrungen, in welchen die Innenleiterschenkel ^i^AU und 44AL untergebracht sind, verlaufen parallel zur Längsachse des Resonanzhohlraumes 7OA. Vorzugsweise.}
j sind sie auf einen gemeinsamen Punkt am Umfang des Resonanzhohljraumes 70 ausgerichtet. Die Bohrungen, in welchen sich die Innenj leiterschenkel kkBU und kküL befinden, sind radial zu dem Reso- ;

nanzhohlraum 70A orientiert und, wie aus der Zeichnung ersichti lieh, so zentriert, daß sie sich mit den Bohrungen für die Innen-;

■ leiterschenkel kk AU bzw. ^4AL verschneiden. Bei dem hier be- ! j schriebenen Ausführungsbeispiel ist der Resonanzhohlraum 7OA in

der Weise gebildet, daß einander gegenüberliegende Senkbohrungen im oberen blockförmigen Körper 7IU bzw. im unteren blockförmigen Körper 7IL vorgesehen sind. Man erkennt nun, daß bei einem Radius des Resonanzhohlraumes 70A, welcher mit dem Radius des Re- j sonanzhohlraumes 70 (Figur k) übereinstimmt und bei gleichem I !Durchmesser der Diodenoszillatoren U₁L einerseits und des Koaxial; Oszillators der Ausfuhrungsform nach Figur k andererseits gegen- . über den Verhältnissen bei dem Resonanzhohlraum 70 die doppelte [ Anzahl von Oszillatoren um den Resonanzhohlraum 70A herum ange- _; ordnet und mit diesem gekoppelt werden kann.

j - 21 -

8W8BT7TÖTD

Nachdem die Innenleiter· der vorstehend beschriebenen Diodenoszillatoren abgebogen sind, ist selbstverständlich die Konstruktion, durch welche die Bauteile der Oszillatoren gehaltert j sind, notwendigerweise verschieden von der Konstruktion zu wäh- '. len, die zur Halterung der entsprechenden Teile des Koaxialos- : zillators nach Figur 4 vorgesehen war.

Aus Figur 5A ist zu erkennen, daß in dem Diodenoszillator U der Innenleiter 44BU in einfacher Weise durch eine entsprechend be-

■ messene Bohrung (nicht näher bezeichnet) einer Abschlußbelastung 60' geführt ist. Diese Abschlußbelastung ist in der aus der Zeichnungsfigur erkennbaren Art geformt und in einer Radialbohrung des oberen blockförmigen Körpers 71U eingekittet. Das freie Ende des Innenleiters 44BU dient dann zu dem selben Zweck wie der Vorspanndraht 66 der Ausführungsform nach Figur 4.

Der Innenleiter 44AU ist durch eine Hülse 56' geführt, welche bezüglich Aufbau und Wirkungsweise mit der Hülse 56 nach Figur 4 übereinstimmt. Im vorliegenden Falle jedoch ist eine Schiebepassung zwischen dem Innenleiter 44AU und der Hülse 56' vorgesehen. Weiter ist in der Wand des oberen blockförmigen Körpers 7IU nahe der Hülse 56' ein nicht näher bezeichneter Durchbruch oder Schlitz vorgesehen. Man sieht daher, daß die Lage der Hülse 56' auf dem Innenleiter 44AU in Längsrichtung durch Manipulation der Hülse 56' über die genannte Öffnung verändert werden kann, ohne daß die relative Lage des genannten Innenleiters gegenüber dem Resonanzhohlraum 7OA verändert wird.

An dem freien Ende des Innenleiters 44AU ist, was aus der Zeichnung nicht im einzelnen zu sehen ist, ein Bauteil mit einer Aus-

■ nehmung zur Aufnahme eines Anschlusses der IMPATT-Diode 40 ge-

;bildet. Mittels eines leitfähigen Epoxyharzes ist eine Verbin-

dung niedrigen elektrischen Widerstandes zwischen dem Innenlei- ! ter 44AU und der IMPATT-Diode 40 hergestellt. Die zweite Elek- ! trode der IMPATT-Diode 40 ist in derselben Weise mit einer Wärme-!

senke 46 verbunden, wie dies im Zusammenhang mit Figur 2 be-

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: schrieben wurde und ist in einer Bohrung der Wärmesenke ko festgelötet, welche durch einen Schraubeinsatz 52 in ihrer Lage gehalten wird. Eine Isolierhülse 5O'» welche an der Wärmesenke k6
j festgekittet oder festgeklebt ist und den Innenleiter ?*tAU bzw.
seinen Endabschluß umgibt, vervollständigt den dargestellten | Diodenoszillator U. j

i Man erkennt, daß die Isolierhülse 5O' 1 die Hülse 56' und die Ab- !

Schlußbelastung 6O¹ zur Abstützung der Innenleiter kkAO und i kkBXJ dienen, so daß eine Vorspannung an die IMPATT-Diode kO ge- 1 legt werden kann. Zusätzlich haben die Isolierhülse 50' und die i Hülse 56' dieselben Funktionen wie die im Zusammenhang"mit Fi-

' gur 2 diskutierten beiden Impedanztransformatoren. Im vorliegen- | den Falle wird jedoch die Lage der Hülse 56' durch Einwirken · über die Öffnung des oberen blockförmigen Körpers 7IU justiert ^!

i ■ und nicht durch eine Verdrehung des in Figur 2 gezeigten Ein-

Stellelementes 64 verändert. Der Diodenoszillator L ist in der-

j selben Weise ausgeführt wie der Diodenoszillator U.

\ Zwar fluchten die Bohrungen, in welchen die Innenleiter
und 44AL untergebracht sind, bei dem dargestellten Ausführungs- j beispiel, doch versteht es sich, daß diese Anordnung auch abge- i wandelt werden kann. Das bedeutet, daß im vorliegenden Fall nur j die Forderung erfüllt werden muß, daß die Bohrungen parallel zur
Längsachse des Resonanzhohlraumes 7OA verlaufen und ihre Mittel- ' linien oder Achsen einen gemeinsamen Kreis treffen, so daß der
Innenleiter 44AU auch gegenüber dem Innenleiter 44AL versetzt
sein kann.

Vor einer Bezugnahme auf die Figuren 5B und ^C sei noch erwähnt,
daß in den Darstellungen nach den Figuren 5A bis 5C Kühleinrichtungen weggelassen sind, und daß zur Bezeichnung der Einzelteile der Koaxialoszillatoren jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet werden wie bei den entsprechenden Anordnungen und Teilen
gemäß Figur 2 und Figur k.

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ORIGINAL

In den Figuren 5B und 5C ist eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Anzahl der Diodenoszillatoren aufgezeigt, welche mit einem zylindrischen Resonanzhohlraum gegebener Abmessung gekoppelt werden können. In diesem Falle ist die Anzahl der Dioden-' oszillatoren durch das Verhältnis eines ganz bestimmten Durch-I messers d jedes dieser Oszillatoren zu dem Umfang £ΤΤ~Κ. eines ^: Kreises begrenzt, welcher größer als der Umfang JtTT& des Reso-• nanzhohlraumes ist. Dies bedeutet, daß bei einem gegebenen Um-

j fang des Resonanzhohlraumes und einem kleinen hier anzusetzen-' den Durchmesser der einzelnen Koaxialoszillatoren eine große Anzahl solcher Koaxialoszillatoren um den Resonanzhohlraum herum , angeordnet werden kann.

Um die genannte Vergrößerung der Anzahl der mit einem Resonanzhohlraum zu koppelnden Koaxialoszillatoren im angegebenen Sinne herbeizuführen, macht man sich die Tatsache zu nutze, daß die Abmessungen einer Koaxialleitung, nämlich die Radien der Innenleiter und der Außenleiter, geändert werden können, ohne den Wellenwiderstand einer solchen Leitung zu verändern. Das bedeutet, daß der Wellenwiderstand einer Koaxialleitung konstant bleibt, solange das Verhältnis zwischen dem Innenradius des ; Außenleiters und dem Radius des Innenleiters konstant bleibt.

Es ist somit möglich, die Radien des Innenleiters und des Aus- ; senleiters einer Koaxialleitung so zu bemessen, daß ein Teil der ^; Leitung, im vorliegenden Falle der Abschnitt der Leitung von der

Abschlußbelastung an den Resonanzhohlraum vorbei, verhältnis-[ mäßig kleinen Durchmesser besitzt, während ein zweiter Abschnitt, j im vorliegenden Falle derjenige Abschnitt, welcher die IMPATT-Diode enthält, so bemessen ist, daß die Diode in dem Oszillatori kreis bequem untergebracht werden kann.

^! Unter Berücksichtigung des Vorstehenden erkennt man aus den Fi-I guren ^Q und 5C, daß ein oberer blockf örtniger Körper 71U¹ in j

ι ι

^; solcher Weise als Drehteil ausgebildet ist, daß er eine Sonden- i j i

! und Abstimmanordnung 80 haltert, welche genauso ausgebildet sein !kann, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Außer-,

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dem ist eine Anzahl nicht näher bezeichneter Bohrungen vorgesehen, die auf einem konzentrischen Kreis des Radius R liegen und parallel zur Längsachse des oberen blockförmigen Körpers 71U¹ verlaufen. Diese Bohrungen erstrecken sich bis in einen unteren blockförmigen Körper 71L¹ hinein. Der Radius jeder dieser Bohrungen ist kleiner als die Hälfte des Durchmessers d, welcher sich durch den Durchmesser der IMPATT-Dioden 40 bestimmt.

Die Wände und der Boden des hier mit 7OB bezeichneten Resonanzhohlraumes werden durch die Wände einer den Radius R aufweisenden Senkbohrung im unteren blockförmigen Körper 71L¹ gebildet. Dieser blockförmige Körper weitet sich kegelartig unter einem Winkel von beispielsweise 45 in Richtung seiner Längsachse auf. Eine Anzahl entsprechend geformter, in der Zeichnung nicht bezeichneter Bohrungen ist in der aus Figur ^C ersichtlichen Weise in dem sich aufweitenden Teil des unteren blockförmigen Körpers 71L¹ vorgesehen, wobei jede dieser abgesetzten Bohrungen auf eine entsprechende der genannten Anzahl von Bohrungen durch den oberen blockförmigen Körper 71U¹ und einen Teil des unteren blockförmigen Körpers 71L¹ trifft. Man sieht ohne weiteres, daß die Wandungsflächen der abgesetzten Bohrungen und der zugehörigen Vertikalbohrungen den Außenleiter einer Koaxialleitung bilden.

Der radial äußere Teil jeder der abgesetzten Bohrungen ist so ausgedreht, daß er eine der IMPATT-Dioden 40 sowie einen ersten und einen zweiten Impedanztransformator aufzunehmen vermag, wie dies im Zusammenhang mit Figur ^A beschrieben worden ist.

Der innere Teil jeder der abgesetzten Bohrungen hat denselben Durchmesser wie die zugehörige, auf die abgesetzte Bohrung treffende Vertikalbohrung. Zwischen dem inneren und dem äußeren Teil jeder abgesetzten Bohrung befindet sich ein Ubergangsabschnitt kegelstumpfförmiger Gestalt.

Ein Innenleiter 44B₁ welcher die aus Figur 5C erkennbare Querschnittsgestalt besitzt, ist mit dem Resonanzhohlraum 70B ge-

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koppelt und in den zusammengehörigen Bohrungsteilen des oberen blockförmigen Körpers und des unteren blockförmigen Körpers gehaltert. Das obere Ende des Innenleiters kkB ist durch eine Ab- : Schlußbelastung 6O¹ abgestützt und das untere Ende des Innenj leiters kkB ist durch die Hülse 48* und die Isolationshülse 56' , abgestützt. Der Innenleiter kkB ist so geformt, daß an jedem

' Punkt entlang seiner Längserstreckung das Verhältnis seines Ausj senradius zu dem Radius der abgesetzten Bohrung konstant bleibt, j

Man erkennt nun, daß bei einem gegebenen Durchmesser d des Oszillatorkreises entsprechend dem durch die IMPATT-Diode kO geforderten Durchmesser und einem gegebenen Umfang des Resonanz— hohlraumes 70S eine größere Anzahl von Diodenoszillatoren mit

■ dem Resonanzhohlraum 70B gekoppelt werden kann, als dies der Falllwäre, wenn die Diodenoszillatoren in der im Zusammenhang

. mit den Figuren 2 und k beschriebenen Weise ausgebildet wären.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann eine Anzahl von Weiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise sind bei der Beschreibung der oben betrachteten Ausführungsbeispiele als aktive Elemente nur IMPATT-Dioden erwähnt worden, doch können die beschriebenen Oszillatorkreise auch so ausgebildet sein, daß in ihnen andere Arten von Festkörper-Diodenoszillatoren eingesetzt werden können. Während fernerhin der

: kristallgesteuerte Oszillator zum Mitziehen der Frequenz gemäß Figur 1 ein eine kontinuierliche Welle erzeugendes Gerät ist,

; kann ein derartiger Oszillator auch durch einen impulsweise be- j

■ triebenen Oszillator ersetzt werden.

• Während weiterhin die Sendeeinrichtung nach Figur 1 mit Fest- j körper-Oszillatoren die Leistung von zwei Oszillatorstufen korn- I biniert, können in ganz entsprechender Weise auch drei oder mehr ■ Stufen vorgesehen sein. Schließlich können in dem Ausführungs- ; beispiel nach Figur 5A die Lagen der Abschlußbelastung und der IMPATT-Dioden auch vertauscht werden.

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Leerseife

Claims

2B28821

München, den 29· Juni 1978 /J Anmelder: Raytheon Company, Lexington Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 209

i Patentansprüche

I :

; 1. Hochfrequenzsender, bei welchem Hochfrequenzimpulse von je- ; weils einer Anzahl von Diodenoszillatoren miteinander kombiniert werden, wobei die Frequenz dieser Impulse durch die Frequenz eines kontinuierlich schwingenden Ausgangssignales eines kristallgesteuerten Oszillators bestimmt ist und die Länge sowie : die Pulswiederholungsfrequenz durch periodische Signale eines Modulators bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schaltungsstufe mit einem ersten Resonanzhohlraum (17) und mindestens einem damit gekoppelten Diodenoszillator (l9) vorge- ; sehen ist, wobei diese erste Schaltungstufe auf das kontinuierlich schwingende Ausgangssignal des kristallgesteuerten Oszillators (31) und auf die periodischen Ausgangssignale des Modulators (25) im Sinne einer periodischen Verstärkung des kontinuierlich schwingenden Signals anspricht und daß eine zweite : iSchaltungsstufe mit einem zweiten Resonanzhohlraum (2l) und ei-'ner Anzahl von Diodenoszillatoren (23) vorgesehen ist, wobei ;diese zweite Schaltungsstufe auf die von der ersten Schaltungsjstufe aufgenommenen, verstärkten Teile des kontiuierlich schwingenden Signales und ebenfalls auf die periodischen Ausgangssignale des Kombinators im Sinne einer Kombination der genannten ' verstärkten Signaleteile zu Hochfrequenzimpulsen anspricht, welche zur Aussendung gelangen.

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2- Hochfrequenzsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzen des ersten Resonanzhohlraumes (17) und des zweiten Resonanzhohlraumes (21) und die Frequenz des kontinuierlich schwingenden Ausgangssignales des kristallgesteuerten Oszillators (31) übereinstimmen.

3. Hochfrequenzsender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Güte der zweiten Schaltungsstufe geringer als die Güte der ersten Schaltungsstufe ist.

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