DE3239500C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Oberwellenoszillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Oberwellenoszillator ist beispielsweise aus dem Artikel von J. Ondria: "Wide-band mechanically tunable W-band (75-110 GHz) CW Gunn Diode Oscillator", in: AGARD Conference on Millimeter and Submillimeter Wave Propagation and Circuits, München, September 1978, Conference Proceedings No. 245, Seiten 12-1 und 12-16 bekannt.

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 f₀ abgestimmt ist und Leistung nur bei einer Oberwelle, meist der 2. Harmonischen 2 _* f₀, 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. den eingangs bereits erwähnten Artikel von J. Ondria in: Conference on Millimeter and Submillimeter Wave Propagation and Circuits, München, September 1978, Conference Proceedings No. 245, Seiten 12-1 bis 12-16, bzw. Electronic Letters, Vol. 16, No. 2, January 1980, Seiten 50-51, bzw. Electronics Letters, Vol. 18, No. 7, April 1982, Seiten 307-308) 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 Gleichstromführung endet. Die Schaltung ist in einem Hohlleiter 5 aufgebaut, dessen Querschnittsabmessungen keine Wellenausbreitung bei der Grundfrequenz f₀ des Oszillators zulassen.

Die Scheibe 2 und die aus dem Leitungsstück 3 und der Tiefpaßstruktur 4 bestehende Leitungsstruktur bilden bei der Grundfrequenz f₀ einen Parallelschwingkreis für das aktive Element 1. Bei der Frequenz 2 _* f₀ wirkt die Scheibe 2 als quasi-Radialwellen-Transformator (vgl. Electronic Letters, Vol. 16, No. 2, January 1980, Seiten 50 bis 51), der den hohen Wellenwiderstand des Hohlleiters 5 an die niedrige Quellimpedanz des aktiven Elements 1 anpaßt.

Ein Nachteil der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist, daß der Einbau von weiteren Halbleiterelementen, z. B. Varaktor- Dioden oder Mischerdioden zur elektronischen Frequenzabstimmung oder zum Aufbau von Phasenregelschleifen (PLL), nicht ohne weiteres möglich ist.

Aus der US-PS 39 86 153 ist ferner bekannt, daß wesentliche Teile einer Millimeterwellen-Oszillatorschaltung wie z. B. die Gleichstromzuführung mit Tiefpaßstruktur auch in planarer Technik realisiert werden kann.

Aus dem Artikel von M. Bischoff, A. Plattner, B. Rembold und F. Sicking: "Möglichkeiten der Frequenzstabilisierung von Millimeterwellen- Gunn-Oszillatoren", in: Wiss. Ber. AEG TELEFUNKEN 54 (1981), Heft 4-5, Seiten 197-202, ist schließlich bekannt, daß bei Millimeterwellen-Oszillatorschaltungen in planarer Technik auch zusätzliche Halbleiter auf dem dielektrischen Substrat angebracht werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oberwellenoszillator der eingangs genannten Art so zu ändern, daß ein leichter Einbau von zusätzlichen Halbleitern, vorzugsweise in Form von Beam-Lead- oder Chip-Bauelementen, möglich ist.

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

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert. Im Hohlleiter 5 befindet sich wieder das aktive Element 1. Dessen Beschaltung besteht jedoch nicht aus einer quasi-koaxialen Struktur, sondern aus einem dielektrischen Substrat 6 mit einer Metallisierung 7, die z. B. im Photo-Ätzverfahren strukturiert worden ist. Die Metallisierungsstruktur weist für die Auskopplung der Oberwelle und als Schaltungskapazität für die Grundwelle eine Kreisscheibe 8 auf. Zur Gleichstromzuführung und als induktive Komponente zum Aufbau eines Parallelschwingkreises für die Grundwelle dient ein Leitungsstreifen 9 mit anschließender Tiefpaßstruktur 10. Von der anderen Seite her ist weiterhin ein Leitungsstreifen 11 gezeichnet, der zum Anschluß einer Diode 12 dient (z. B. Varaktor-Diode oder Mischer-Diode). Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig. 2 ist ähnlich der in Fig. 1. Der Durchmesser der Scheibe 8 muß so bemessen sein, daß die Scheibe als Radialwellen-Transformator arbeitet (ca. halbe Wellenlänge bei der Oberwellenfrequenz). Bei der gegebenen Größe der Scheibe 8 müssen Länge und Breite der Leitung 9 sowie die Eingangsimpedanz der Tiefpaßstruktur 10 so dimensioniert werden, daß bei der Grundfrequenz des Oszillators die Schwingbedingung erfüllt wird (Parallel-Resonanz). Mit der Diode 12 kann z. B. die Kapazität der Scheibe 8 und damit die Kapazität des frequenzbestimmenden Parallelschwingkreises beeinflußt werden (Varaktor-Diode) oder es kann die im Oszillator erzeugte Frequenz mit einer über die Leitung 11 herangeführten Frequenz gemischt werden (Mischer-Diode).

Claims (3)

1. Oberwellenoszillator, mit einem aktiven Element in einem Hohlleiter, mit einer metallischen, kreisförmig ausgebildeten Scheibe und einem Leitungsstück zur Festlegung der Grundfrequenz des Oszillators sowie mit einer Gleichstromzuführung über eine Tiefpaßstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Scheibe (8), das Leitungsstück (9) sowie die Gleichstromzuführung mit Tiefpaßstruktur (10) in planarer Technik als Metallisierung (7) auf einem dielektrischen Substrat (6) ausgeführt sind, daß das als Leitungsstreifen ausgebildete Leitungsstück (9) als induktive Komponente zum Aufbau eines Parallelschwingkreises für die Grundwelle angeordnet ist, an den sich die Tiefpaßstruktur (10) anschließt und daß zusätzliche Halbleiter (12) über einen weiteren, auf der anderen Seite angeordneten Leitungsstreifen (11) auf dem dielektrischen Substrat (6) kontaktiert sind.

2. Oberwellenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element (1) zwischen eine Hohlleiterwand und die Metallisierung (7) des dielektrischen Substrats (6) geklemmt ist.

3. Oberwellenoszillator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung im Millimeterwellenbereich.