DE3135077C2

DE3135077C2 -

Info

Publication number: DE3135077C2
Application number: DE19813135077
Authority: DE
Inventors: Martin 2085 Quickborn De Lemke
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1992-08-13
Also published as: DE3135077A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenoszillator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ein solcher Oszillator kann z. B. Millimeterwellen erzeugen, wobei er auf die in einem bestimmten Bereich abstimmbare Frequenz der Grundmode des aktiven Elements abgestimmt ist und Leistung auf der zweiten oder höheren Harmonischen ent nommen wird.The invention relates to a microwave oscillator according to the preamble of the main claim. Such a Oscillator can e.g. B. generate millimeter waves, he to the frequency tunable in a certain range the basic mode of the active element is coordinated and Performance on the second or higher harmonic ent is taken.

Es ist bekannt, daß durch die Kombination von Ferritein kristallen mit modernen Mikrowellenhalbleitern Oszilla toren gebaut werden können, die durch Änderung des außen angelegten Magnetfeldes abstimmbar sind. Dabei können Yttrium-Eisen-Granat-Einkristalle verwendet werden oder Barium-Ferrit, wie es z. B. aus "A millimetre-wave Gunn- oscillator, tuneable with a barium ferrite sphere", Proceedings 9th European Microwave Conference, pp. 617-620, Sept. 1979 bekannt ist. In dieser Druck schrift ist ein sogenannter Gunn-Oszillator beschrieben, dessen Schwingfrequenz mit einer Bariumferrit-Kugel abstimmbar ist. Der Oszillator enthält eine Gunndiode, die in einer Lücke eines dielektrischen Wellenleiters montiert ist. Der Oszillator umfaßt ferner eine Kugel aus Barium ferrit, die in einem Gebiet mit linear polarisiertem, hochfrequentem Magnetfeld angeordnet ist, um reziproke Kopplung zu erreichen. Außerdem wird für die Anordnung der Kugel ein homogenes Gebiet des Magnetfeldes ausgewählt, um verschiedene Schwingmoden zu vermeiden, d. h. den Oszilla tor nur auf einer Grundfrequenz schwingen zu lassen. Wenn die Grundschwingung des aktiven Elements ausgenutzt wird, ergibt sich, daß oberhalb einer bestimmten Frequenzgrenze das Magnetfeld unpraktisch groß wird. Man ist daher bestrebt, eine Oberschwingung auszunutzen, so daß die Schwingungserzeugung selbst bei der niedrigeren Frequenz der Grundschwingung erfolgen kann. Außerdem gibt es für die aktiven Elemente, z. B. Gunn-Dioden eine obere Frequenzgrenze, oberhalb derer eine Grundschwingung nicht mehr angeregt werden kann.It is known that by combining ferritein crystals with modern microwave semiconductors Oszilla gates can be built by changing the exterior applied magnetic field are tunable. You can Yttrium iron garnet single crystals can be used or Barium ferrite such as e.g. B. from "A millimeter-wave Gunn- oscillator, tunable with a barium ferrite sphere ", Proceedings 9th European Microwave Conference, pp. 617-620, Sept. 1979. In this print a so-called Gunn oscillator is described, its oscillation frequency with a barium ferrite ball is tunable. The oscillator contains a gun diode that mounted in a gap of a dielectric waveguide is. The oscillator also includes a barium ball ferrite in an area with linearly polarized, high frequency magnetic field is arranged to be reciprocal To achieve coupling. In addition, for the arrangement of the Sphere selected a homogeneous area of the magnetic field to to avoid different vibration modes, d. H. the Oszilla to let the gate vibrate only on a fundamental frequency. If the fundamental vibration of the active element is used, results in that above a certain frequency limit the magnetic field becomes impractically large. One is therefore endeavors to exploit a harmonic so that the Vibration generation even at the lower frequency the fundamental vibration can take place. There is also for the active elements, e.g. B. Gunn diodes an upper one Frequency limit above which a fundamental wave does not can be stimulated more.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikro wellenoszillator so auszubilden, daß die Abstimmung bei der Grundschwingung erfolgen kann, dem Oszillator jedoch die Oberschwingung entnommen wird, wobei die Grund schwingung nicht störend in den Oszillatorausgang hinein gelangt.The invention has for its object a micro Train wave oscillator so that the vote at the fundamental can occur, but the oscillator the harmonic is taken, the reason vibration does not interfere with the oscillator output reached.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Mikro wellenoszillator der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved according to the invention in a micro wave oscillator of the type mentioned by the characteristic features of the main claim solved.

Auf diese Weise kann die Frequenzgrenze eines magnetisch abgestimmten Oszillators zu hohen Werten hin verschoben werden, bei denen kein geeignetes Ferritmaterial und kein zur Schwingungserzeugung geeignetes aktives Element mehr zur Verfügung steht. Außerdem wird der Abstimmbereich vergrößert, der ja entsprechend der Harmonischen ebenfalls vervielfacht, mindestens also verdoppelt wird.This way the frequency limit of a magnetic tuned oscillator shifted to high values where no suitable ferrite material and no active element suitable for generating vibrations more is available. Also, the voting area enlarged, which also corresponds to the harmonics multiplied, at least doubled.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es aus der DE-AS 29 25 827 bekannt ist, bei einem mit einer Pump energie arbeitenden Mischer die Abmessungen des eingangs- oder ausgangsseitig angeschlossenen Wellenleiters so zu bemessen, daß die Frequenzen der Eingangsenergie bzw. der Ausgangsenergie, nicht aber die Pumpfrequenz ausbreitungs fähig sind. Dabei wird also eine besondere Pumpfrequenz schwingung zugeführt, und der Wellenleiter wird in spezieller Form als Filter ausgebildet. Demgegenüber wird bei der Erfindung die Grundschwingung innerhalb des Wellenleiters erzeugt und nur die Oberschwingung vom Wellenleiter aufgenommen.For the sake of completeness it should be noted that it is from the DE-AS 29 25 827 is known in one with a pump energy working mixer the dimensions of the input or waveguide connected on the output side dimension that the frequencies of the input energy or Output energy, but not the pumping frequency are capable. So there is a special pumping frequency vibration is fed, and the waveguide is in special shape designed as a filter. In contrast, will in the invention, the fundamental within the Waveguide generated and only the harmonic from Waveguide added.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorzugs weise der Wellenleiter als Hohlleiter ausgebildet sein. Dieser hat z. B. eine Breite von 3 mm und eine Tiefe von 1,5 mm.According to one embodiment of the invention can be preferred as the waveguide be formed as a waveguide. This has z. B. a width of 3 mm and a depth of 1.5 mm.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das aktive Element in der Achse des Hohlleiters, der vorzugsweise als Rechteck-Hohlleiter ausgebildet ist, in der Nähe eines kurzgeschlossenen Endes des Hohlleiters angeordnet, und der ferrimagnetische Resonator ist an der dem offenen Teil des Hohlleiters abge wandten Seite des aktiven Elementes angebracht. Dabei kann zweckmäßig die Gleichstromzuleitung zum aktiven Element am ferrimagnetischen Resonator vorbei zur Kurzschlußwandung geführt werden.According to a development of the invention, this is active Element in the axis of the waveguide, preferably as Rectangular waveguide is formed near one short-circuited end of the waveguide arranged, and the ferrimagnetic resonator is on the open part abge the waveguide attached side of the active element. It can expediently the DC power supply to the active element on ferrimagnetic resonator over to the short circuit wall be performed.

Der Resonator kann aus hexagonalem Ferrit, z. B. Barium- Ferrit bestehen. Das hat den Vorteil, daß das Magnetfeld nicht allzu groß zu sein braucht. Der Resonator kann auch aus Yttrium-Eisen-Granat bestehen; damit ist gegebenenfalls eine bessere Güte und somit eine größere Amplitude zu er reichen.The resonator can be made of hexagonal ferrite, e.g. B. barium Ferrite exist. This has the advantage that the magnetic field doesn't need to be too big. The resonator can too consist of yttrium iron garnet; with that, if necessary a better quality and thus a larger amplitude pass.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail, for example.

Ein Stück aus leitendem Material 1 bildet das Ende eines Hohlleiters 2, der zur Verdeutlichung der Oszillatorstruk tur ohne seine leitende Oberseite dargestellt ist und der mit rechteckförmigem Querschnitt in diesem Material ange bracht ist. Das Material ist auf der rechten unteren Seite geschnitten dargestellt; in dieser Richtung kann sich der Hohlleiter beliebig fortsetzen. Das andere Ende des Hohl leiters ist durch eine Wandung 3 kurzgeschlossen; außerdem ist in einem gewissen Abstand von der Wandung 3 der Anfang eines dielektrischen Wellenleiters 4 angebracht, der sich ebenso wie der ganze Hohlleiter nach rechts fortsetzen kann.A piece of conductive material 1 forms the end of a waveguide 2 , which is shown to illustrate the oscillator structure without its conductive top and which is introduced with a rectangular cross section in this material. The material is shown cut on the lower right side; the waveguide can continue in this direction as desired. The other end of the hollow conductor is short-circuited by a wall 3 ; in addition, at a certain distance from the wall 3, the beginning of a dielectric waveguide 4 is attached, which, like the entire waveguide, can continue to the right.

Dicht neben dem Ende des Leiters 4 ist ein aktives Element 5, z. B. eine Gunn-Diode, also ein Mikrowellen-Halbleiter element, angeordnet. Dessen eine Gleichstromzuleitung ist an das Hohlleitermaterial 1 angeschlossen; die andere Gleichstromverbindung ist über einen Drahtbügel 6 zu einem Tiefpaßfilter 7 und zu einem Anschluß 8 geführt. Neben dem Gunn-Element 5 ist eine Kugel 9 aus Mikrowellenferrit ange bracht. Sie ist in einem geeigneten externen magnetischen Feld angeordnet, dessen Feldlinien senkrecht zur Breitseite des Hohlleiters 2 gerichtet sind, wobei auch die Vorzugs richtung des Ferrites geeignet orientiert ist.Close to the end of the conductor 4 is an active element 5 , e.g. B. a Gunn diode, so a microwave semiconductor element, arranged. Whose DC power supply is connected to the waveguide material 1 ; the other direct current connection is led via a wire bracket 6 to a low-pass filter 7 and to a connection 8 . In addition to the Gunn element 5 , a ball 9 made of microwave ferrite is introduced. It is arranged in a suitable external magnetic field, the field lines of which are directed perpendicularly to the broad side of the waveguide 2 , the preferred direction of the ferrite also being suitably oriented.

Die so dargestellte Anordnung, die oben noch mit einer leitenden Platte abgedeckt sein muß, wird mit dem aktiven Element 5 und der im Magnetfeld angeordneten ferrimagneti schen Kugel 9 bei geeigneter Stromzuführung als Oszillator in einer Grundschwingung betrieben. In dem aktiven Element werden dabei neben der Grundschwingung auch Oberwellen ge bildet, und durch die Bemessung des Hohlleiters wird dafür gesorgt, daß sich die Grundschwingung in den Hohlleiter hinein nicht ausbreiten kann, so daß ihre Amplitude mit dem Abstand vom aktiven Element 5 nach rechts unten schnell vermindert. Die Abmessungen sind so gewählt, daß jedoch eine Oberschwingung, vorzugsweise der doppelten Frequenz, ohne Schwierigkeiten in dem Hohlleiter weitergeleitet werden kann.The arrangement shown in this way, which must still be covered with a conductive plate above, is operated with the active element 5 and the ferrimagnetic ball 9 arranged in the magnetic field with a suitable power supply as an oscillator in a fundamental oscillation. In addition to the fundamental oscillation, harmonics are also formed in the active element, and the dimensioning of the waveguide ensures that the fundamental oscillation cannot propagate into the waveguide, so that their amplitude with the distance from the active element 5 to the bottom right quickly diminished. The dimensions are chosen so that a harmonic, preferably twice the frequency, can be transmitted in the waveguide without difficulty.

Das aktive Element 5 ist in der Achse des Hohlleiters in der Nähe des kurzgeschlossenen Endes angeordnet, und der ferrimagnetische Resonator ist an der dem offenen Teil des Hohlleiters abgewandten Seite des aktiven Elementes 5 ange bracht. Der Resonator befindet sich somit im elektromagne tischen Nahfeld des aktiven Elementes. So sind die Be dingungen für eine Wechselwirkung zwischen dem Element 5 und der Kugel 9 gut erfüllt; durch die Bemessung des Hohlleiters sind jedoch die Ausbreitungsbedingungen für die Grundschwingung nicht erfüllt. Um die Anregung von höheren magneto statischen Moden zu vermeiden, muß der Durchmesser der Ferritkugel klein sein im Vergleich zur Wellenlänge der Grundschwingung. Das ist gleichzeitig eine Voraussetzung dafür, daß die frequenzbestimmende Ferritkugel im elektro magnetischen Nahfeld des aktiven Elementes angeordnet werden kann. Auch die Abmessungen des aktiven Elementes sind klein im Vergleich zur Wellenlänge der Grundschwingung. The active element 5 is arranged in the axis of the waveguide in the vicinity of the short-circuited end, and the ferrimagnetic resonator is placed on the side of the active element 5 facing away from the open part of the waveguide. The resonator is thus in the electromagnetic near field of the active element. So the conditions for an interaction between the element 5 and the ball 9 are well met; however, due to the dimensioning of the waveguide, the propagation conditions for the fundamental vibration are not fulfilled. In order to avoid the excitation of higher magnetostatic modes, the diameter of the ferrite ball must be small compared to the wavelength of the fundamental vibration. This is also a prerequisite for the fact that the frequency-determining ferrite ball can be arranged in the electromagnetic near field of the active element. The dimensions of the active element are also small compared to the wavelength of the fundamental vibration.

Ein Mikrowellenoszillator nach der Erfindung kann z. B. in der Oberschwingung einen Abstimmbereich zwischen 64 und 84 GHz haben mit einer Wellenlänge der Grundschwingung von 9,4 bis 7,1 mm. Der Abstand zwischen Ferritkugelmitte und dem aktiven Gunn-Element beträgt dabei 1/12 oder weniger der Wellenlänge der höchsten Frequenz der Grundschwingung, also 42 GHz.A microwave oscillator according to the invention can e.g. B. in the harmonic has a tuning range between 64 and 84 GHz with a wavelength of the fundamental wave of 9.4 to 7.1 mm. The distance between the center of the ferrite ball and the active Gunn element is 1/12 or less the wavelength of the highest frequency of the fundamental, so 42 GHz.

Claims

1. A microwave oscillator in which an active element, in particular a semiconductor element, is magnetically coupled to a ferrimagnetic resonator arranged in a magnetic field in a waveguide for generating a fundamental oscillation, characterized in that a harmonic is removed from the microwave oscillator, the resonator ( 9 ) is mounted in the electromagnetic near field of the active element ( 5 ) and that the active element ( 5 ) is arranged in a waveguide which can transmit the harmonic, but not the fundamental.

2. Microwave oscillator according to claim 1, characterized in that the waveguide is designed as a hollow conductor ( 2 ).

3. Oscillator according to claim 1 or 2, characterized in that the resonator ( 9 ) made of hexagonal ferrite, for. B. barium ferrite.

4. Oscillator according to claim 1 or 2, characterized in that the resonator ( 9 ) consists of yttrium iron garnet.

5. Oscillator according to claim 3 or 4 in conjunction with claim 2, characterized in that the active element ( 5 ) in the axis of the waveguide, which is preferably designed as a rectangular hollow conductor ( 2 ), near a short-circuited end of the waveguide and that the resonator ( 9 ) is attached to the side of the active element ( 5 ) facing away from the open part of the waveguide.

6. Oscillator according to claim 5, characterized in that the direct current feed line ( 6 ) to the active element ( 5 ) on the ferrimagnetic resonator ( 9 ) is guided past the short-circuit wall ( 3 ) of the waveguide ( 2 ).

7. Oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that a Gunn diode is used as the active element ( 5 ).