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Die Erfindung betrifft einen von einem dielektrischen Resonator
stabilisierten Mikrowellen-Oszillator, der einerseits aus einem Gehäuse, das die dielektrische
Resonatorschaltung einschließt und eine Befestigungsfläche enthält, und andererseits aus
einem Träger besteht, auf dessen Außenfläche das Gehäuse befestigt ist.
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Das Aufkommen neuer Werkstoffe mit hoher Dielektrizitätskonstante
(Bariumtitanat oder Zirkontitanat) und äußerst geringen Mikrowellenverlusten neben
Temperaturkoeffizienten gleich Null oder leicht positiv hat zur Verwirklichung einer
neuen Generation von Mikrowellen-Oszillatoren geführt: die von einem dielektrischen
Resonator stabilisierten Oszillatoren. Diese Oszillatoren arbeiten auf einer festen oder
einigermaßen einstellbaren Frequenz und zeichnen sich durch eine hohe Stabilität der
Frequenz und eines von der Temperatur abhängigen Ausgangspegels, eine gute
elektrische Leistungsfähigkeit durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren, eine gute
spektrale Reinheit und durch die Möglichkeit der Ausnutzung der
Mikrostreifenleitertechnologie aus, die geringes Gewicht und geringes Volumen ermöglichen. Ein
derartiger Oszillator ist aus der Zeitschrift "International Journal of Electronics"
bekannt, Vol. 55, Nr. 4, Oktober 1983, S. 579 . . .590; Basingstoke, Hampshire, Dib et
al. "An X-band integrated circuit FET oscillator with dielectric resonator stabilisation".
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Diese Gattung von Oszillatoren findet viele Anwendungen im Bereich der
automatischen Kontrollgeräte, der Telekommunikation, der Funkmeßtechnik, usw. In
bestimmten Anwendungen muß eine bestimmte spektrale Reinheit des
Mikrowellensignals im Betrieb der Zufallsschwingungen gewahrt werden. Die Aufbautechnologie muß
somit an diese Einschränkungen angepaßt werden, insbesondere ist der dielektrische
Resonator ganz fest auf seiner Schaltung zu befestigen und die metallische und
dielektrische Umgebung dieses Resonators muß sehr starr und stabil sein, da jede Änderung
in den Metallebenen, die den dielektrischen Resonator umgeben, Änderungen in der
Schwingfrequenz mit sich bringen. Speziell ist dabei der Abstand h zwischen dem
dielektrischen Resonator und dem Gehäusedeckel in dieser Beziehung äußerst kritisch.
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Anmelderin hat beispielsweise nachgewiesen, daß bei einem Abstand h von 3 mm eine
leichte differentielle Änderung Δh von einigen zehn der 10&supmin;³ um eine Herabsetzung des
Phasenrauschens von etwa 15 dB bei einer 1-kHz-Frequenz des um 14 GHz zentrierten
Oszillators bewirkt. Daher ist es wichtig, ein äußerst starres Gehäuse zu bilden, was mit
der Verstärkung der Metalldicken allein nicht verwirklichbar ist, ohne auf nachteilige
Weise das Gewicht und das Volumen des Gehäuses zu vergrößern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil ohne
Vergrößerung des Gewichts und des Volumens des Gehäuses mit einem Oszillator zu
beseitigen, der eine stark verringerte Empfindlichkeit für bei seinem Träger
ankommende Schwingungen hat.
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Erfindungsgemäß ist ein von einem dielektrischen Resonator stabilisierter
Mikrowellen-Oszillator, einerseits bestehend aus einem Gehäuse, das eine dielektrische
Resonatorschaltung einschließt und eine Befestigungsfläche enthält, und andererseits aus
einem Träger mit einer Außenfläche, auf der das Gehäuse befestigt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gehäuse/Träger-Schnittstelle derartige Spannmittel enthält, daß
das Gehäuse eine Biegungsspannung erfährt, wenn es durch seine Befestigungsfläche auf
der Außenfläche des Trägers befestigt und verriegelt wird, während die
Befestigungsfläche des Gehäuses und die Außenfläche des Trägers miteinander in mechanischem und
elektrischem Kontakt bleiben. Auf diese Weise bietet die Biegungsspannung des
Gehäuses eine größere Steifheit und eine geringere Empfindlichkeit für an den Träger
gelegte Schwingungen.
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Nicht einschränkende Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand
der Zeichnung zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Verwirklichung näher
erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,
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Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,
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Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,
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Fig. 4 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators.
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Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Mikrowellen-Oszillator 11 ist vom
Typ des dielektrischen Resonators 12. Er besteht aus einem runden Gehäuse 13, das die
dielektrische Resonatorschaltung 20 enthält, die auf vorteilhafte Weise mit der
Mikrostreifenleitertechnologie verwirklicht wird. Das Gehäuse 13 enthält weiter einen Deckel
21, der die Schaltung 20 nach ihrer Anordnung hermetisch einschließt und zusammen
mit den anderen Wänden des Gehäuses 13 den Mikrowellen-Hohlraum 22 bildet. Das
Gehäuse 13 besitzt außerdem eine Befestigungsfläche 14. Zum anderen besteht der
Mikrowellen-Oszillator 11 aus einem Träger 15 mit einer Außenfläche 16, auf der das
Gehäuse 13 beispielsweise mit Hilfe der Bolzen 23 befestigt wird.
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Das Gehäuse 13 wird sehr starr ausgeführt, damit unter Einwirkung von
Schwingungen auf den Träger 15 des Oszillators die mechanische Umgebung des
dielektrischen Resonators 12, die sich an der Bestimmung der Schwingfrequenz beteiligt, sich
möglichst wenig ändert. Wie oben bereits erwähnt, bleibt der Mikrowellen-Oszillator 11
nach Fig. 1 dennoch äußerst empfindlich für die in der Richtung XX' angelegten
Schwingungen des Trägers, d. h. insbesondere nach der Oberfläche der Schaltung 20.
Für eine Verringerung dieser Empfindlichkeit ist, wie in Fig. 1 dargestellt, dafür
gesorgt, daß die Schnittstelle Gehäuse 13 - Träger 15 Spannmittel enthält, die im Fall
der Fig. 1 aus einem auf der Befestigungsfläche 14 angebrachtes Profil 17 in Relief
besteht. Das Beispiel nach Fig. 1 zeigt ein Profil 17 in Relief, das durch Ausarbeiten
von zwei konzentrischen Bossen mit den Durchmessern D1 bzw. D2 und mit den
Dicken d1 bzw. d2 verwirklicht wird. Wenn es mit der Befestigungsfläche 14 auf der
Außenfläche 16 des Trägers 15 festgesetzt und verriegelt wird, befindet sich das
Gehäuse 13 auf diese Weise in einem Biegespannungszustand, wodurch es eine größere
Widerstandsfähigkeit gegen Schwingungen besitzt, die der Träger 15 erfährt, und
gleichzeitig einen optimalen mechanischen und elektrischen Kontakt auf dem Pegel der
Gehäuse/Träger-Schnittstelle gewährleistet. Dazu müssen die Spannmittel (hier die
Bossen) speziell an die Geometrie des Gehäuses, an das Befestigungssystem, an die
Schraubspannung sowie an die Art der Werkstoffe des Gehäuses und des Trägers
angepaßt sein. Anmelderin hat einen erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillator 11
geschaffen, der für einen Gesamtdurchmesser von 37 mm des Gehäuses eine erste Bosse
von 22 mm für den Durchmesser D2 bei einer Dicke d2 von 25 um und eine zweite
Bosse mit einem Durchmesser D1 von 14 mm bei einer Dicke d1 von 25 um aufweist.
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Der bei einer Schwingfrequenz von 14 GHz in diesem Oszillator durchgeführte
Versuch hat eine Verbesserung von 20 dB im Phasenrauschen für Schwingungen von
20 g im Band von 20 bis 2000 Hz auf der Achse XX' ergeben.
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In Fig. 2 ist im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators dargestellt, in dem die Spannmittel aus einem Profil
18 in Relief bestehen, das diesmal auf der Außenfläche 16 des Trägers 15 angebracht
wird. Die in dieser speziellen Betriebsart erzeugten Effekte sind offensichtlich gleich
denen des Beispiels, das zuvor anhand der Fig. 1 gezeigt wurde. Genauso ist ebenfalls
ersichtlich, wie in Fig. 3, daß die Spannmittel durch einen dicken Keil 19 zwischen der
Befestigungsfläche 14 des Gehäuses 13 und der Außenfläche 16 des Trägers 15 gebildet
werden. Auch in diesem Beispiel muß die Geometrie des Keiles 19 derart sein, daß er
einen guten mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen dem Gehäuse 13 und dem
Träger 15 gewährleistet.
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Schließlich sei betont, daß die Erfindung sich nicht auf die in Fig. 1, 2
und 3 zu beschränken braucht, wobei von den unterbrochenen Bossen verwirklichte
Spannmittel eingesetzt werden. Dem Fachmann werden dabei andere Spannmittel
bekannt sein, die ein durchgehendes oder ein quasi-durchgehendes Relief wie eine
Kugelhaube oder einen Kegelstumpf aufweisen. Das Wesen liegt in der Schaffung von
Spannungen in den metallischen Wänden des Gehäuses zum Vergrößern der Steifheit
und zum gleichzeitigen Gewährleisten eines ausgezeichneten mechanischen und
elektrischen Kontakts zwischen der Befestigungsfläche des Gehäuses und der
Außenfläche des Trägers.
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In einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in der
Zeichnung nicht dargestellt ist, kann das Gehäuse noch eine Befestigungsfläche
aufweisen, die analog der Befestigungsfläche 14 in Fig. 2, 3 oder 4 zunächst flach sein
kann, während der Träger eine ebenfalls ebene Außenfläche analog der Außenfläche 16
des Trägers 15 in Fig. 1 enthält. Das Gehäuse wird mit Bolzen wie den Bolzen 23 in
der Zeichnung befestigt. Jedoch bestehen nach dieser Abwandlung die das Gehäuse
unter Spannung bringenden Spannmittel aus Hilfs-Druckbolzen, die auf geeignete Weise
auf den Träger und konzentrisch in bezug auf die anderen Befestigungsbolzen verteilt
sind, wobei diese Hilfsbolzen mit ihren Enden sich mit einer vorgegebenen Kraft auf
der Befestigungsfläche des Gehäuses aufstützen.
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Außerdem sei noch bemerkt, daß die Erfindung unempfindlich ist für die
Richtung des von der Biegung erzeugten Hohlraums am Gehäuse. Wie in Fig. 4
ersichtlich, wirken die Spannmittel auf die Ränder des Gehäuses 13 mit Klemmung in
zentralen Teil des Gehäuses.