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Beschreibung
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Varaktorabstimmbarer Oszillator in Hohlleitertechnik Die Erfindung
betrifft einen varaktorabstimmbaren Oszillator in Hohlleitertechnik mit einem Schwingelement
zur Schwingungserzeugung und einer Auskoppelblende für die Auskopplung der Hochfrequenzleistung.
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Oszillatoren mit einem Rechteckhohlraum-Resonator nutzen meistens
den H101-Schwingungstyp. Als Schwingelement wird z.B. eine Gunn-Diode verwendet
und zur Abstimmung eine Varaktor-Diode. Um eine kapazitive Verstimmung der Resonanzfrequenz
durch die Varaktoranordnung sowie Feldverzerrungen im Bereich der Auskoppelblende
gering zu halten, sind Varaktor und Schwingelement dicht beieinander an der der
Auskoppelblende gegenüberliegenden Seite des
Resonators angeordnet.
Die Varaktor-Diode ist dadurch im Bereich großer magnetischer Felddichten an den
Resonator angekoppelt. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß im Abstimmbereich die
erforderliche Kopplung der relativ hochohmigen Varaktor-Diode an den dort niederohmigen
Hohiraum-Resonator unzureichend ist und sich dadurch nur geringe Frequenzänderungen
erzielen lassen. Außerdem ergeben sich im Bereich großer Kapazitätswerte der Varaktor-Diode
bei niedrigen Sperrspannungen, insbesondere im Null-Volt-Bereich, hohe Richtströme,
die den Resonator stark bedämpfen und einen unerwünscht hohen Abfall der Ausgangsleistung
verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu
verbessern. Insbesondere soll ein Oszillator der eingangs genannten Art angegeben
werden, der einen möglichst großen Abstimmbereich aufweist und im gesamten Abstimmbereich
stabil arbeitet.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Durch die Verwendung von zwei Varaktor-Dioden wird nicht nur der Abstimmbereich
vergrößert, sondern, da diese symmetrisch zur Achse Auskoppelblende-Schwingelement
angeordnet sind, werden auch Feldverzerrungen im Bereich der Auskoppelbiende im
Durchstiminbereich weitgehend vermieden, so daß ein stabiles Arbeiten des Resonators
im gesamten Durchstimmbereich gewährleistet ist.
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Werden die Varaktor-Dioden -etwa in der Mitte zwischen Auskoppelblende
und Schwingelement angeordnet, so ist die Ausgangsleistung im gesamten Durchstimmbereich
des
Oszillators nahezu konstant.
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Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß
der Kapazitätsvariationsbereich der Varaktor-Dioden voll ausnutzbar ist. Besonders
günstig für die Entwicklung von Hohiraum-Resonatoren mit großem Durchstimtnbereich
und mit hoher Güte ist es, die Resonanzfrequenz des Hohlraum-Resonators ohne Varaktor-Dioden
gleich der Mittenfrequenz des Hohlraum-Resonators mit eingebrachten Varaktor-Dioden
zu wählen Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: FIG. 1 Perspektivische Ansicht eines Hohlraum-Resonators
mit einer Varaktor-Diode; FIG. 2 Magnetischer Feldlinienverlauf eines Hoiilraum-Resonators
nach FIG. 1; FIG. 3 Magnetischer Feldlinienverlauf eines Hohlraum-Resonators mit
einer vom Schwingelement entfernt angeordneten Varaktor-Diode; FIG. 4 Magnetischer
Feldlinienverlauf eines Hohlraum-Resonators mit zwei gemäß der Erfindung symmetisch
zur Achse A-A angeordneten Varaktor-Dioden.
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FIG. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hohiraum-Resonators
1 mit Auskoppelblende 2, Schwingelement 3 und einer Varaktor-Diode 4. Das Schwingelement
kann beispielsweise eine Gunn-Diode sein. Varaktor-Dioden werden auch als Kapazitätsdioden
bezeichnet Bei ihnen wird die Änderung der Sperrschichtkapazität in Abhängigkeit
von der Sperrspannung eines Halbleiters mit einer Sperrschicht ausgenutzt. Die Varaktor-Diode
4 ist üblicherweise in unmittelbarer Nähe des Schwingelementes 3 angeordnet. Die
Auskoppelung der Hochfrequenzleistung erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite des
Hohlraum-Resonators über die Auskoppelblende 2.
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FIG. 2 zeigt für die Anordnung nach FIG. 1 den Verlauf der magnetischen
Feldlinien 5 bei Draufsicht auf den Hohlraum-Resonator. Der Hohlraum-Resonator 1
ist, wie auch in den folgenden Figurentnur schematisch dargestellt. Wie ersichtlich,
ist die Dichte der magnetischen Feldlinien in der Mitte des Hohlraum-Resonators
verschwindend klein und nimmt zu den Wänden des Hohlraum-Resonators hin zu. Die
Dichte der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden elektrischen Feldlinien verhält
sich genau umgekehrt; sie ist in der Mitte maximal und verschwindet in der Nähe
der Wände.
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Während die Anordnung des Schwingelementes 3 gewöhnlich, wie in FIG.
2 gezeigt, im Bereich großer Dichte der magnetischen Feldlinien plaziert ist, ist
dies bei Varaktor-Dioden nicht immer der Fall. FIG. 2 zeigt die am meisten praktizierte
Anordnung. Der Varaktor ist im Bereich großer Dichte des magnetischen Feldes an
den Resonator angekoppelt. Dadurch bleibt zwar bei Änderung
der
Varaktor-Dioden-Kapazität die Feldstörung im Bereich der Auskoppelblende 2 gering,
doch ist die Ankoppelung der relativ hochohmigen Varaktor-Diode an den dort niederohmigen
Hohlraum-Resonator sehr ungünstig. Im Null-Volt-Betrieb fließen durch die Varaktor-Diode
hohe Richtströme und bewirken einen starken Abfall der vom Hohlraum-Resonator abgegebenen
Hochfrequenzleistung.
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FIG. 3 zeigt die Anordnung der Varaktor-Diode an einer hochohmigen
Stelle des Hohlraum-Resonators. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß der erforderliche
Koppelfaktor zwischen Schwingelement und Varaktor-Diode leichter zu realisieren
ist und die Verluste in der Varaktor-Diode aufgrund des niedrigeren Richtstromes
geringer sind.
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Nachteilig ist allerdings die hohe Feldverzerrung in Abhängigkeit
vom Arbeitspunkt des Varaktors. Dadurch wird der Koppel faktor des Resonators zur
ausgangsseitigen Last in unzulässigem Maße geändert, so daß die Ausgangsleistung
des Resonators stark frequenzabhängig wird. Ein weiterer Nachteil ist die Verschiebung
der Mittenfrequenz des durchstimmbaren Bereichs nach tiefen Frequenzen in Folge
der kapazitiven Belastung des Resonators durch die Varaktor-Dioden-Anordnung, so
daß der Resonator verkürzt werden muß, was auf Kosten der Resonatorgüte geht.
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In FIG 4 ist nun die Lösung gemäß der Erfindung dargestellt. Wie ersichtlich,
sind hier zur Abstimmung des Hohlraum-Resonators zwei symmetrisch zur Achse A-A
(Auskoppelblende-Schwingelement) angeordnete Varaktor-Dioden 41 und 42 vorgesehen.
Durch die symmetrische Anordnung ist die Feldverteilung im Bereich der Auskoppelblende
in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung der Varaktor-Dioden gering, so daß eine
Änderung der Ausgangs-
leistung im Abstimmbereich entsprechend gering
bleibt. Das ist besonders dann der Fall, wenn die Varaktor-Dioden, wie in FIG. 4
ersichtlich, etwa in der Mitte zwischen Auskoppelblende 2 und Schwingelement 3 angeordnet
sind.
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Es ist nun zweckmäßig, die Lage der Varaktoranordnung zur Symmetrieachse
A-A und zur Hohiraum-Resonatorwand so zu wählen, daß die Frequenz vor und nach Einbringung
der Varaktor-Dioden ungefähr gleich bleibt. Da der metallische Anteil der Varaktoranordnung
die Resonanzfrequenz aufgrund der Verdrängung der magnetischen Feldlinien erhöht,
kann damit eine Frequenzerniedrigung, welche aufgrund der kapazitiven Belastung
des elektri#chen Feldes entsteht, kompensiert werden. Zu diesem Zweck muß die Varaktor-Diodenanordnung
entsprechend im Bereich magnetischer und elektrischer Feldlinien stehen. übrig bleibt
die variable Varaktor-Kapazität, welche nunmehr für die Verstimmung der Oszillatorfrequenz
voll genutzt werden kann.
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@@ @ielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Mittenfrequenz des Hohlraum-Resonators
mit Varaktor-Dioden gleich der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators ohne Varaktor-Dioden
ist. Der Resonator läßt sich dann um seine erreci1nete- Resonanzfrequenz zu höheren
u#n.d tieferen Frequenzen hin verstimmen. Hierzu muß der Ort des Einbringens der
Varaktor-Dioden in den Hohlraum-Resonator so gewählt werden, daß die für die Mittenfrequenz
vorgespannx ten Varaktor-Dioden beim Einsetzen,in den Hohlraum-Resonator nahezu
keine Frequenzänderung des Hohlraum-Resonators gegenüber seiner Resonanzfrequenz
ohne Varaktor-Dioden bewirken. Eine Kürzung des Hohlraum-Resonators zur Kompensation
einer Mittenfrequenzverschiebung ist dadurch
nicht rforderlich.
Trotz wesentlich größeren Durchstimmbereiches des Hohlraum-Resonators tritt nur
eine geringe Güteverminderung des Resonators ein, so daß die Ausgangsleistung des
Hohlraum-Oszillators über dem gesamten Durchstimmbereich nahezu konstant bleibt.
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