DE3239499C2

DE3239499C2 -

Info

Publication number: DE3239499C2
Application number: DE19823239499
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7913 Senden De Solbach
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-10-26
Filing date: 1982-10-26
Publication date: 1991-07-18
Also published as: DE3239499A1

Description

Halbleiteroszillatoren für Millimeterwellen (30-300 GHz) werden heute meist als Hohlleiterschaltungen ausgeführt. Mit dem für Gunn-Oszillatoren heute üblichen Halbleiter-Grundmaterial GaAs können Oszillatoren als Grundwellenoszillatoren nur bis zu Frequenzen um 60 bis 70 GHz aufgebaut werden. Höhere Frequenzen werden durch Anwendung der Oberwellen-Betriebsart erzeugt, wobei das aktive Element (Gunn-Element) auf eine Grundfrequenz f_o abgestimmt ist und Leistung nur bei einer Oberwelle, meist der 2. Harmonischen 2 _* f_o, ausgekoppelt wird, vgl. IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-30, No. 8, August 1982, pp. 1233-1237.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Oberwellenoszillator. Die aus Veröffentlichungen bekannten Schaltungen (vgl. Conference on Millimeter and Submillimeter Wave Propagation and Circuits, München, September 1978, Conference Reprint No. 245, Seiten 12-1 bis 12-16; Electronic Letters, Vol. 17, No. 22, October 1981, Seiten 825-826) benutzen zur Abstimmung des aktiven Elements 1 auf die Grundfrequenz eine quasi-koaxiale Schaltungsstruktur bestehend aus einer metallischen Kreisscheibe 2 und einem kurzen Leitungsstück 3, das an einer Tiefpaßstruktur 4 zur Gleichstromzuführung endet. Die Schaltung ist in einem Hohlleiter 5 aufgebaut, dessen Querschnittsabmessungen keine Wellenausbreitung bei der Grundfrequenz f_o des Oszillators zulassen.

Die Scheibe 2 und die aus dem Leitungsstück 3 und der Tiefpaßstruktur 4 bestehende Leitungsstruktur bilden bei der Grundfrequenz f_o einen Parallelschwingkreis für das aktive Element 1. Bei der Frequenz 2 _* f_o wirkt die Scheibe 2 als quasi-Radialwellen-Transformator (vgl. Electronic Letters, Vol. 16, No. 2, January 1980, Seiten 50-51), der den hohen Wellenwiderstand des Hohlleiters 5 an die niedrige Quellimpedanz des aktiven Elements 1 anpaßt.

Ein Nachteil der bekannten, in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist, daß eine Abstimmung der Schwingfrequenz, anders als bei Grundwellenoszillatoren, nicht über einen im Hohlleiter angebrachten Kurzschlußschieber erfolgen kann. Vielmehr muß Einfluß auf die Felder der Oszillatorstruktur direkt am Ort der Schaltung genommen werden. Dies ist so, weil die Schwingfrequenz des Oszillators durch die Parallelresonanz der quasi-koaxialen Schaltungsstruktur bei der Grundfrequenz bestimmt wird und die Felder dieser Struktur wegen der Hohlleiterdimensionierung (f_o unterhalb der Grenzfrequenz) exponentiell abklingen (keine Wellenausbreitung).

In Conference on Millimeter and Submillimeter Wave Propagation and Circuits, München, September 1978 und Electronic Letters, Vol. 17, No. 22, October 1981 wird deshalb die Schwingfrequenz der Oszillatoren durch in das elektrische Feld der Scheibe 2 eintauchende Abstimmschrauben beeinflußt. Eine derartige Anordnung ist auch aus Electronic Letters, 1982, Vol. 18, No. 7, S. 307-308, bekannt. Mit solchen Anordnungen lassen sich relativ kleine Abstimm-Bandbreiten erzielen, und zwar nur zu tieferen Frequenzen hin.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Frequenzabstimmung von Oberwellenoszillatoren mit größeren Bandbreiten zu höheren und tieferen Frequenzen hin zu ermöglichen.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Die erfindungsgemäße Anordnung weist wie die bekannte Anordnung (Fig. 1) eine Scheibe 2 und ein Leitungsstück 3 auf zur Realisierung eines Parallelschwingkreises bei der Grundfrequenz des Oszillators. Die Gleichstromzuführung geschieht über die Leitung 3. Jedoch ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Tiefpaßstruktur so ausgelegt, daß die Länge a der Leitung 3 zwischen der Scheibe 2 und der Tiefpaßstruktur verändert werden kann. Dazu besteht die Tiefpaßstruktur aus der Leitung 3 mit konstantem Durchmesser und einer axial verschiebbaren Hülse 6, deren Innendurchmesser Sprünge aufweist (Hoch- Tief-Impedanzstruktur).

Durch Verschieben der Hülse 6 nach oben wird die freie Länge a der Leitung 3 vergrößert mit der Folge, daß die Schwingfrequenz des Oszillators sinkt, während bei Verschieben nach unten die Frequenz steigt. Die Stellung der Hülse hat dabei nur geringen Einfluß auf die Leistungsauskopplung bei der Oberwelle, da diese im wesentlichen durch die Dimensionierung der Scheibe 2 (Radialwellentransformator) bestimmt wird. Die Grundfrequenz des Oszillators kann auf diese Weise in weiten Grenzen variiert werden, wobei allerdings die optimale Leistungsausbeute bei der Oberwellenfrequenz wegen der Frequenzabhängigkeit des Radialwellentransformators nur in engeren Grenzen gewährleistet ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die metallische Scheibe 10 und das Leitungsstück zur Gleichstromzuführung 11 sind hier als planare Struktur auf einem dielektrischen Trägermaterial 7 ausgeführt. Die Tiefpaßstruktur in der Gleichstromzuführung entsteht durch ein auf die Leitung 11 aufgelegtes dielektrisches Substrat 8 mit breiten Leitungsstreifen 9, quer zur Leitung 11, auf einer Seite. Durch Verschieben des Substrats 8 wird die induktiv wirksame Länge a der Gleichstromzuführung 11 verändert. Das aktive Element ist zwischen eine Hohlleiterwand und die metallische Scheibe 10 geklemmt.

Claims

1. Anordnung zur Frequenzabstimmung von Oberwellenoszillatoren, insbesondere für Millimeterwellen, mit

- einem aktiven Element mit einer daran befindlichen metallischen Scheibe in einem Hohlleiter,
- einer bezüglich einer Längsachse symmetrischen Tiefpaßstruktur und
- einem Leistungsstück, dessen Längsachse mit derjenigen der Tiefpaßstruktur zusammenfällt und das durch die Tiefpaßstruktur hindurchgeht und diese mit der Scheibe verbindet, wobei
- die Grundfrequenz des Oszillators durch die Scheibe und das daran angrenzende Teil des Leitungsstückes, das dort durch eine freie Länge bestimmt ist, festgelegt ist und wobei
- die Gleichstromzuführung des Oszillators über das Leitungsstück und die Tiefpaßstruktur erfolgt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefpaßstruktur als mechanischer Körper ausgebildet ist, welcher in Richtung der Längsachse des Leitungsstückes (3, 11) verschiebbar ist, so daß dessen frequenzbestimmende freie Länge (a) veränderbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Oszillatoren mit einer bezüglich der Längsachse rotationssymmetrischen Anordnung der die Tiefpaßstruktur bildende Körper als rotationssymmetrische Hülse (6), deren Innendurchmesser Sprünge aufweist und die axial entlang dem Leitungsstück (3) verschiebbar ist, ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Scheibe (10) und das Leitungsstück (11), dessen Längsachse durch den Mittelpunkt der Scheibe (10) geht, als planare Struktur auf einem dielektrischen Substrat (7) ausgeführt sind,
- daß der die Tiefpaßstruktur bildende Körper gebildet wird durch ein weiteres dielektrisches Substrat (8), auf dem breite Leitungsstreifen achsensymmetrisch und quer bezüglich der Längsachse aufgebracht sind und
- daß das weitere Substrat (8) in axialer Richtung auf dem Leitungsstück (11) verschiebbar ist.