DE3518377A1 - Oberwellenoszillator fuer millimeterwellen - Google Patents

Oberwellenoszillator fuer millimeterwellen

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DE3518377A1
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Helmut Dipl.-Ing. 7904 Erbach Barth
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Airbus Defence and Space GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03B19/00—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • H03B19/16—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source using uncontrolled rectifying devices, e.g. rectifying diodes or Schottky diodes
    • H03B19/18—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source using uncontrolled rectifying devices, e.g. rectifying diodes or Schottky diodes and elements comprising distributed inductance and capacitance
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    • H03B9/12—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
    • H03B9/14—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance
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    • H03B9/146—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance the frequency being determined by a cavity resonator, e.g. a hollow waveguide cavity or a coaxial cavity formed by a disc, e.g. a waveguide cap resonator

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft einen Oberwellenoszillator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus Wissenschaftliche Berichte AEG-TELEFUNKEN 54 (1981) 4-5, Seite 189 bekannt ist. Bei dem bekannten Oszilla tor ist eine Gunn-Diode in einen Hohlraumresonator eingebaut, der sowohl für die Grundfrequenz als auch für die erste Oberwelle in Resonanz gebracht werden kann. Beide Frequenzen sind durch konzentrisch ineinander angeordnete Kurzschlußschieber abstimmbar, bzw. in der Leistung optimierbar, während nur die Oberwelle durch einen entsprechenden Ausgangshohl leiter ausgekoppelt wird.
  • Um noch höhere Frequenzen mit der Stabilität von Gunn-Oszillatoren zu erreichen, müssen nach dem Stand der Technik zum Beispiel Varaktoren als Frequenzvervielfacher mit einem Pumposzilllator für die Grundfrequenz eingesetzt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oberwellenoszillator der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem bei hohem Konversionswirkungsgrad Ausgangsfrequenzen auf der zweiten Oberwelle (3. Harmonische) erreicht werden können. Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Der Unteranspruch beinhaltet eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oszillators. Dieser ist ein Oberwellenerzeuger, dessen dritte Harmonische (zweite Oberwelle) ausgekoppelt wird. Die Grundwelle oder erste Harmonische liege zum Beispiel bei 45 GHz, die dritte Harmonische folglich bei 135 GHz. Da die nichtlineare Kapazität einer Millimeterwellen-Diode zur Oberwellenerzeugung genutzt wird, ist der Einbau eines sogenannten Idlerkreises für die zweite Harmonische bei 90 GHz erforderlich. Ein und dieselbe Gunn-Diode D erzeugt hier die Grundfrequenz und vervielfacht diese.
  • Die Diode D auf einer Halterung 8 ist zur Anpassung der Grundfrequenz von zum Beispiel 35 GHz mit einem koaxialen Resonator beschaltet, bestehend aus einem induktiv wirkenden Leitungsstück 1 und einer kapazitiv wirkenden kreisrunden Scheibe 4.
  • Im umgebenden Hohlraumresonator 2, hier ein Hohlleiter WR 10 ist die Grundwelle nicht ausbreitungsfähig, wohl aber die zweite und dritte Harmonische. Die Anpassung der zweiten Harmonischen (1. Oberwelle) wird ebenfalls von der Kreisscheibe 4 bewerkstelligt, die in Verbindung mit der Bohrung für das Biasfilter 6 näherungsweise wie ein Ringresonator wirkt. Die endgültige Abstimmung des Hohlleiters 2 für die erste Oberwelle wird durch einen Hohlleiter 3, hier WR 6. und eine Abstandsscheibe 5, hier WR 10 wie der Hohlleiter 2, vorgenommen.
  • Der Hohlleiter 3 ist auf der Kurzschlußseite des Hohlraumresonators 2 beweglich angeordnet. In ersterem ist lediglich die dritte Harmonische ausbreitungsfähig, die mit einem Kurzschlußschieber 9 angepaßt wird, während die zweite Harmonische am Hohlleiter 3 total reflektiert wird. Die dritte Harmonische wird über einen Auskoppelhohlleiter 7, hier WR 6 für 135 GHz, ausgekoppelt. Dessen Abstand zur Diode D ist mittels einer Abstandsscheibe 5, hier WR 10, einstellbar, was ebenfalls der Abstimmung des Idlerkreises für die zweite Harmonische dient.
  • Beim erfindungsgemäßen Oberwellenoszillator sind auf engstem Raum drei verschiedene Resonanz- und Transformationskreise untergebracht. Dies ist vorteilhaft, da sonst die Verluste auf den Transformationswegen, besonders bei hohen Frequenzen, den Konversionswirkungsgrad von der Grundwelle zur dritten Harmonischen entscheidend vermindern würden. Auch sind bei großer räumlicher Verteilung der Transformationselemente unerwünschte Schwingungen möglich. Beim erfindungsgemäßen Oszillator kann mit GaAs-Gunn-Dioden der Frequenzbereich über 140 GHz erreicht werden, mit In Ph-Gunn-Dioden der Frequenzbereich über 200 GHz. Der Konversionswirkungsgrad von der ersten zur dritten Harmonischen ist sehr gut: ca-14 dB, entsprechend 3,75%.
  • Zur effektiven Funktion des erfindungsgemäßen Oszillators trägt auch das Biasfilter 6 bei. Dieses Filter ist zur Gleichspannungsversorgung der Gunn-Diode D erforderlich und muß die drei Nutzfrequenzen sperren.
  • Fig. 2 zeigt den theoretischen Verlauf der Sperrdämpfung in Richtung der Gleichspannungszuführung. Bei der Dimensionierung des Filters 6 wurde sowohl die Dämpfung S21 als auch die Phase des Reflexionsfaktors S 11 berücksichtigt. S21 ist bei allen drei Frequenzen > 40 dB, S11 1 1 und der Winkel von S11 > 1700. 1800 wäre ideal.
  • - Leerseite

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Oberwellenoszillator für Millimeterwellen, mit einer Diode in einem Hohlraumresonator, welcher für zwei zueinander harmonische Frequenzen in Resonanz gebracht werden kann mittels konzentrisch ineinander angeordneter Kurzschlußschie ber, wobei die Diode mittels eines Radialleitungstransformators an den Hohlraumresonator angepaßt ist und über ein Biasfilter gleichspannungsversorgt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - im Hohlraumresonator (2) ist die Grundfrequenz der Diode (D) nicht ausbreitungsfähig, jedoch deren zweite und dritte Harmonische; - an der Kurzschlußseite ist im Hohlraumresonator (2) verschiebbar ein Hohlleiter (3) angeordnet, in welchem lediglich die dritte Harmonische ausbreitungsfähig ist, in diesem Hohlleiter (3) ist ein Kurzschlußschieber (9) angeordnet; ~durch einen entsprechend dimensionierten Auskoppelhohlleiter (7) wird nur die dritte Harmonische ausgekoppelt.
  2. 2. Oberwellenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auskoppelhohlleiter (7) die Länge des Hohlraumresonators (2) mittels einer Abstandsscheibe (5) einstellbar ist.
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Title
Helmuth BARTH "Ein breitbandig abstimmbarer GUNN-Oberwellenoszillator im 90-GHz-Bereich" in Wiss.Ber.AEG-Telefunken 54 (1981) 4-5, S. 189-192 *

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