DE2943852C2

DE2943852C2 - Mikrowellen-Leistungskombinator

Info

Publication number: DE2943852C2
Application number: DE2943852A
Authority: DE
Inventors: Clifford Alan Groton Mass. Drubin; Allen Lee Waltham Mass. Hieber; George Acton Mass. Jerinic
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1978-11-02
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1987-03-12
Also published as: JPS5564403A; GB2035002B; NL183917B; NL183917C; GB2035002A; DE2943852A1; JPS6161562B2; FR2440626A1; US4189684A; IT7950689A0; IT1164747B; FR2440626B1; CA1139381A; NL7908026A

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Leistungskombinator mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
Ein derartiger Mikrowellen-Leistungskombinator ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 24 00 488 bekannt. Die Koaxial- Dioden-Oszillatoren des bekannten Leistungskombinators sind symmetrisch am Umfang des Zylinderhohlraumes angeordnet, der durch entsprechende Dimensionierung einen Betrieb mit der Schwingungsform TM ₀₁₀ ermöglicht. Die Anzahl der mit Impatt- Dioden ausgerüsteten Oszillatoren am Umfang des Zylinderhohlraumes ist begrenzt, so daß auch die Höhe der Mikrowellen- Ausgangsleistung eines derartigen Mikrowellen-Leistungskombinators begrenzt ist.
Könnte man die Umfangslänge des Zylinderhohlraumes vergrößern, so ließe sich auch eine größere Anzahl von Koaxial-Dioden- Oszillatoren am Umfang dieses Zylinderhohlraumes anordnen und damit könnte die Ausgangsleistung in entsprechendem Maße vergrößert werden. Eine einfache Vergrößerung der Umfangslänge des Zylinderhohlraumes bei Aufrechterhaltung einer gewünschten Schwingungsform TM ₀₂₀ ist jedoch nicht möglich, da dann auch unerwünschte Schwingungsformen höherer Ordnung entstehen, die entweder unterdrückt werden müssen oder in ihrer Frequenz so verschoben werden müssen, daß Leistungsverluste durch solche Schwingungsformen und Betriebsinstabilitäten vermieden werden.
Aus der US-Patentschrift 35 82 813 und aus der Britischen Patentschrift 14 31 969 sind bei Mikrowellen-Leistungskombinatoren Maßnahmen zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungsformen bekannt. Demgemäß ist bei einem Leistungskombinator nach der US-Patentschrift 35 82 813 die eine Stirnwand des Zylinderraumes, mit dem die Koaxial-Dioden-Oszillatoren gekoppelt sind, mit Radialschlitzen versehen, die mikrowellenabsorbierendes Material enthalten. Bei einem Mikrowellen-Leistungskombinator nach der Britischen Patentschrift 14 31 969 ragen in den Resonanzhohlraum Stäbe aus verlustbehaftetem Material hinein und bewirken eine Unterdrückung unerwünschter Schwingungsformen.
Demgegenüber soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, einen Mikrowellen-Leistungskombinator mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 so auszugestalten, daß am Umfang des mit den Koaxial-Dioden-Oszillatoren gekoppelten Zylinderraumes eine größere Anzahl von Koaxial-Dioden-Oszillatoren angeordnet werden kann und der Leistungskombinator bei Unterdrückung unerwünschter Schwingungsformen mit der gewünschten Schwingungsform TM ₀₂₀ betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines Mikrowellen-Leistungskombinators nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung seien nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die einzige Figur in vereinfachter isometrischer und teilweise geschnittener Darstellung einen Mikrowellen-Leistungskombinator gemäß der Erfindung zeigt. Dabei sind der Einfachheit halber lediglich die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teile gezeigt. Die übrigen Teile, wie Halterungen, Stromzuführungen für die koaxialen Impatt- Dioden-Oszillatoren und Anschlüsse für einen Verbraucher, sind nicht gezeigt, da diese bekannt sind und von einem Fachmann ohne Schwierigkeiten ergänzt werden können.
Wie die einzige Figur zeigt, weist die bevorzugte Ausführungsform einer Mikrowellen-Leistungsquelle 10 einen Hohlraum 11 auf, der von den Metallscheiben 15 a, 15 b und 15 c gebildet wird und so dimmensioniert ist, daß die Schwingungsform TM ₀₂₀ mit der gewünschten Betriebsfrequenz, im vorliegenden Falle einer X-Band-Frequenz von etwa 10 GHz, gewährleistet ist. Der Hohlraum 11 dient dazu, die Ausgangsleistung einer Vielzahl von koaxialen Impatt-Dioden-Oszillatoren, die nicht gesondert bezeichnet sind, zu kombinieren. Jeder dieser Oszillatoren wird von einem durch die Metallscheiben 15 a, 15 b, 15 c und 15 d gebohrten Loch gebildet, das wie gezeigt den Außenleiter eines Diodenschwingkreises bildet. In dem nicht gesondert bezeichneten Loch sind ein Mittelleiter 17 der gezeigten Form, eine Impatt-Diode 19 a und eine angepaßte Last 23 a untergebracht. Die Impatt-Diode 19 a ist mit der Metallscheibe 15 e in herkömmlicher Weise verbunden, z. B. durch Löten.
Der auf die Impatt-Diode 19 a folgende Teil des Mittelleiters 17 ist so gestaltet, daß er einen Impedanz- Transformatorabschnitt 21 a bildet, der durch übliche Dimensionierung die relativ niedrige Impedanz der Impatt- Diode 19 a an die relativ hohe Impedanz in der Mittelebene des Hohlraumes 11 anpaßt. Der im Bereich des Hohlraumes 11 liegende und ebenfalls nicht gesondert bezeichnete Teil des Mittelleiters 17 weist einen vergrößerten Durchmesser auf, um die Anordnung über ein größeres Betriebsband zu stabilisieren. Dies ist erforderlich, da in diesem Bereich der Außenleiter des Koaxial-Oszillators durch einen Teil der Außenwand des Hohlraumes 11 gebildet wird.
Eine Abstimmvorrichtung 25 und eine Auskopplungssonde 27 sind in der gezeigten Weise verstellbar und auf die Mitte des Hohlraumes 11 ausgerichtet vorgesehen. Die Sonde 27 ist im wesentlichen Teil einer Koaxialleitung mit einem Mittelleiter 29, einer dielektrischen Isolierhülse 31 und einer metallischen Abschirmung 33, die in die Metallscheibe 15 a eingeschraubt ist und dadurch eine Einstellung der Eindringtiefe des Mittelleiters 29 in den Hohlraum 11 ermöglicht. Der nicht gezeigte Außenteil der Sonde 27 umfaßt ein konzentrisches Verbindungsstück für den Anschluß eines nicht gezeigten Verbrauchers. Die Abstimmvorrichtung 25 ist in die Metallscheibe 15 d eingeschraubt und erlaubt so eine Einstellung der Eindringtiefe des Abstimmzapfens in den Hohlraum 11 und damit auch die Einstellung der Resonanzfrequenz des Hohlraumes.
Zur Vervollständigung der bisher beschriebenen Anordnung ist ein dielektrischer Zylinderring 35 aus Aluminium- Oxyd in der gezeigten Weise innerhalb des Hohlraumes 11 vorgesehen. Dieser Zylinderring 35 dient zur Verschiebung von Frequenzen auftretender unerwünschter Schwingungsformen höherer Ordnung, wie TM ₂₁₀ und TM ₁₁₀, gegenüber der Frequenz der Schwingungsform TM ₀₂₀. Es sei in diesem Zusammenhang jedoch folgendes angemerkt: Obwohl der dielektrische Zylinderring 35 auch bewirkt, daß die Frequenz der Schwingungsform TM ₃₁₀ näher an die der Schwingungsform TM ₀₂₀ herangeschoben wird, so unterscheiden sich die Frequenzen dieser beiden Schwingungsformen noch so voneinander, daß nur eine geringe oder gar keine Leistung durch die Schwingungsform TM ₃₁₀ verbraucht wird. Zur weiteren Unterdrückung von Schwingungsformen höherer Ordnung in dem Hohlraum 11 ist in der Metallscheibe 15 c, die die Bodenoberfläche des Hohlraumes 11 bildet, eine Vielzahl von Schlitzen, wie der Schlitz 37, vorgesehen. Ein solcher Schlitz 37, der teilweise mit einem bekannten Hochfrequenzenergie absorbierenden Material 39 gefüllt ist, ist jeweils zwischen den nebeneinander liegenden koaxialen Dioden-Oszillatoren, und wie gezeigt, radial zum Hohlraum 11 angeordnet. Das hierbei verwendete absorbierende Material ist unter dem Namen "Eccosorb" bekannt, das von der Emerson-Cummings Company, Canton, Massachusetts, hergestellt wird. Der Schlitz 37 und das absorbierende Material 39 dienen zur Abschwächung von durch unerwünschte Schwingungsformen höherer Ordnung hervorgerufenen Strömen.
Beim vorliegenden Beispiel sind die Wandstärke des dielektrischen Zylinderringes 35 und die Menge des absorbierenden Materials 39 empirisch ermittelt worden. Danach lassen sich einwandfreie Ergebnisse erzielen, wenn die Wandabmessungen des dielektrischen Zylinderringes annähernd gleich r/2, 3 ± a sind, wobei "a" etwa dem Wert 0,025 Zoll entspricht und "r" der Radius des Hohlraumes 11 ist (r/2, 3 entspricht der Null-Lage des elektrischen Feldes bei der Schwingungsform TM ₀₂₀). Gute Ergebnisse ergeben sich des weiteren, wenn das absorbierende Material 39 die Schlitze 37 zu zwei Dritteln ihrer Tiefe füllt.
Ausgehend von dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind durch den Fachmann eine Reihe von Änderungen möglich. Zum Beispiel können die Impatt-Dioden ebensogut in einer zylindrischen Grundplatte angebracht sein, die in die Metallplatte 15 e eingeschraubt wird.

Claims

1. Mikrowellen-Leistungskombinator mit einem kreisförmigen Zylinderhohlraum (11) mit Abmessungen zur Ausbildung einer gewünschten Schwingungsform sowie mit einer Vielzahl von am Umfang des Zylinderhohlraumes (11) angeordneten und mit diesem gekoppelten Koaxial-Dioden-Oszillatoren (19 a , 17), gekennzeichnet durch ein innerhalb des Zylinderhohlraumes (11) konzentrisch zu diesem angeordnetes Hohlzylinderglied (35) aus dielektrischem Material zur Unterdrückung von unerwünschten, von der Schwingungsform TM ₀₂₀ verschiedenen Schwingungsformen.

2. Mikrowellen-Leistungskombinator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Aluminiumoxid ist.

3. Mikrowellen-Leistungskombinator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Radius des Hohlzylindergliedes (35) gleich dem Wert (r/2 - a) und dessen äußerer Radius gleich dem Wert (r/2 + a) ist, wobei "r" der Radius des Zylinderhohlraumes (11) und "a" eine empirisch ermittelte Größe ist.

4. Mikrowellen-Leistungskombinator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Radius des Hohlzylindergliedes (35) gleich dem Wert (r/2, 3 - a) und dessen äußerer Radius gleich dem Wert (r/2, 3 + a) ist, wobei "r" der Radius des Zylinderhohlraumes (11) und "a" eine empirisch ermittelte Größe ist.

5. Mikrowellen-Leistungskombinator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungsformen zusätzlich in radialer Richtung sich erstreckende Schlitze (37) umfaßt, die in einer der den Zylinderhohlraum (11) abschließenden Stirnwände (15 c) ausgebildet sind, wobei zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar der koaxialen Dioden-Oszillatoren jeweils ein Schlitz liegt, und daß jeder dieser Schlitze (37) teilweise mit einem Mikrowellenenergie absorbierenden Material (39) gefüllt ist.