DE1541409A1 - Modulation eines Gunn-Oszillators - Google Patents
Modulation eines Gunn-OszillatorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Zweipoloszillator mit parallel geschalteter Impedanz, in dem unter Einwirkung eines
oberhalb eines kritischen Schwellenwertes angelegten elektrischen Feldes eine hochfrequente Schwingung erzeugt und auf die
Impedanz übertragen wird.
Ein Halbleiter-Zweipoloszillator dieser Art besteht z. B. aus einem η-Halbleiter wie Galliumarsenid oder Indiumphosphid.
Wird nun an ein solches Halbleiterbauelement ein elektrisches Feld angelegt, dessen Stärke einen kritischen Schwellenwert
übersteigt, dann entsteht in einer hieran angeschlossenen Impedanz ein Wechselstrom. Dieser Wechselstrom läßt sich theoretisch
in seiner Entstehung so deuten, daß sich unter Einwirkung des elektrischen Feldes heiße Elektronen im Halbleiter
gruppieren und eine sich fortpflanzende elektrische Stoßwelle auslösen, die sich dann zwischen den Grenzflächen der Halb leiterzone
ausbreitet. Diese Wirkung ist unter dem Namen Gunn-
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ORiGiNAL INSPECTED
Effekt bekannt geworden. Die Auslösung der elektrischen Stoßwelle läßt sich auch als Nukleatian einer Hochfela-Domäne
deuten.
Theoretische Betrachungen zeigen, daß der Gunn-Effekt
infolge eines Übergangs von Leitungselektronen in einem Halbleiter von einem zentralen Energieminimum zu einem
benachbarten Energiemaximum entstehen, wo sie dann eine geringere Beweglichkeit besitzen.
Während der Auslösung einer elektrischen Stoßwelle besteht eine nicht gleichförmige Feldverteilung in der HaIb-
W leiterzone, die sich in Feldrichtung in Abhängigkeit von
der Zeit ausbreitet. Diese Huchfeld-Domäne breitet sich
in der Halbleiterzone von der Kathode zur Anode aus, um dann erneut an der Kathode ausgelöst zu werden, so daß
sich eine sich wiederholende elektrische Stoßwellenausbreitung ergibt. In der an dem Halbleiter-Zweipoloszillator
angeschlossenen Impedanz entsteht dann in Abhängigkeit von der elektrischen Stoßwellenausbreitung ein entsprechender
Wechselstrom.
Die elektrische Stoßwellenausbreitung ist sozusagen eine sich fortpflanzende lokalisierte Raumleitungsverteilung,
die die Halbleiterzone unter Einwirkung eines genügend
fc starken elektrischen Feldgradienten durchquert. Damit eine
lokalisierte Raumleitungsverteilung der Halbleiterzone entstehen kann, ist es erforderlich, daß eine ausreichende
Dichte von Leitungselektronen bereitgestellt ist und eine Inhomogenität des elektrischen Feldgradienten auftritt. Die
normale Ladungsträgerdichte, d. h. das Dichtegleiehgewicht der Leitungselektronen in einer Halbleiterzone eines Halbleiter-Zweipoloszillators
ist bezeichnend für die zur Verfügung stehenden n-Leitfähigkeitsladungsträger, um einen
Strom bei einer bestimmten Temperatur entsprechend der Kristallstruktur und der Störstellenkonzentration der Halbleiterzone
BAD ORIGINAL
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auslösen zu können.
Der oben beschriebene Gunn-Effekt ist in folgenden Literaturstellen
beschrieben: "Instabilities of Current in III-V Semi- '
conductors", J. B. Gunn, IBM Journal of Research and Development, April 1901, Seite l4l bis 159j "The Gunn Effect", J.
B. Gunn, Journal of International Science and Technology, Oktober 19o5, Seite K$ bis 5o; " Continuous Microwave Oscillations
of Current in GaAs", N. Braslau, et al., IBM Journal of Research and Development, November I9o4, Seite 545 und 5^ü;
und "Synchronized Non-Reciprocal GaAs Oscillator Circuit", P. L. Fleming, IBM Technical Disclosure Bulletin, August I965, ^
Seite 415. ™
Bisher hat sich in der Praxis gezeigt, daß elektrische Stoßwellenausbreitung
in aus Galliumarsenid oder Indiumphosphid bestehendem Halbleitermaterial auftreten kann. Es wird angenommen,
daß diese Halbleitermaterialien beispielhaft sind für viele andere Halbleiterarten, in denen sich eine elektrische
Stoßwellenausbreitung auslösen läßt. Ebenfalls hat sich ergeben, daß der spezifische Widerstand geringer als ungefähr
100 Ohmzentimeter in einer Halbleiterzone sein muß, damit hierin eine normale Dichte von Leitungselektronen auftritt,
die ausreichend ist, um eine elektrische Stoßwellenausbreitung auslösen zu können. .
Die Ausgangsimpulse eines so beschriebenen Halbleiter-Zweipoloszillators
entsprechen in ihrer Anfachung und Eigenschaft genau der Art und der Dauer des die elektrische Feldstärke
bereitstellenden Eingangsspannungsimpulses, d. h. die Folge
der in der Halbleiterzone erzeugten elektrischen Stoßwellen ist exakt abhängig von der Einsatzzeit und der Form des Eingangsspannungsimpulses.
Das bedeutet aber, daß für untereinander identische Eingangsimpulse einer angelegten Impulsfolge
die Ausgangsimpulse ebenfalls untereinander identisch sind
und sowohl in Form und Phase jeweils den Eingangsimpulsen entsprechen. Dies ist auch aus den oben genannten Literatur-
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stellen ersichtlich. Ist hingegen der Eingangsspannungsimpuls in seiner Dauer so lang, daß er effektiv einer angelegten
Gleichspannung entspricht, dann stellt die von dem Halbleiter-Zweipoloszillator abgegebene Schwingung
einen kontinuierlichen Wellenzug dar. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es wünschenswert, die
Ausgangsschwingungen eines Halbleiter-Zweipoloszillators zu modulieren. So könnte zum Beispiel eine Erfordernis
darin bestehen, einen Halbleiter-Zweipoloszillator jeweils in äußerst kurzen Zeitintervallen zu betreiben, um die Verlustleistung
zur Vermeidung übermäßiger Wärmeentwicklung auf ein Minimum herabzudrücken. Für andere Anwendungszwecke
soll eine Modulation der Ausgangsschwingungen herbeigeführt werden. Schließlich kann auch gefordert sein, daß ein Halbleiter-Zweipoloszillator mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad
betrieben werden soll. Diese Erfordernisse ließen sich bisher aber nicht mit ausreichender Betriebssicherheit und
Wirksamkeit erfüllen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die den oben genannten Ansprüchen gerecht wird, wobei gleichzeitig eine vollständige gegenseitige
Entkopplung des Modulationskreiees und des Oszillatorkreises herbeigeführt wird. Es soll insbesondere auch eine Eigen modulation
der Schaltungsanordnung möglich sein. Hierzu besteht die Erfindung darin, daß an das kalte Ende des Halbleiter-Zweipoloszillators
sowohl die im wesentlichen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz, bei der vom Halbleiteroszillator
erzeugten Trägerfrequenz wirksame Impedanz über eine für die Trägerfrequenz im wesentlichen unwirksame Kapazität
als auch ein erster Pol der für die Bereitstellung des elektrischen Feldes dienenden Gleichspannungsquelle angeschlossen
ist, deren zweiter Pol mit dem heißen Ende des Halbleiteroszillators gleichstrommäßig in Verbindung steht,
wobei die Verbindungsleitung zwischen dem ersten
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Pol der Gleichspannungsquelle und dem kalten Ende zur
Einprägung einer Modulation eingerichtet ist, für deren Frequenz die Kapazität einen ausreichenden Widerstand
darstellt und deren Amplitude in Zusammenwirkung mit der zugeführten Gleichspannung periodisch den dem kritischen
Schwellenwert der elektrischen Feldstärke entsprechenden Schwellenspannungspegel über- und unterschreitet. Damit
ist sichergestellt, daß eine absolut wirkende gegenseitige Entkopplung zwischen dem Modulationskreis und dem
Oszillatorkreis gewährleistet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung m
ist dabei der Halbleiteroszillator mit seinem kalten Ende direkt an die Kapazität angeschlossen, wobei zur Einprägung
der Modulation eine Induktivität in der Verbindungsleitung zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Verbindungspunkt
der Kapazität mit dem kalten Ende liegt . In vorteilhafter Weise ist dabei die Kapazität und die Induktivität
als Resonanzkreis auf die Modulationsfrequenz abgestimmt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
ist der Halbleiter-Zweipoloszillator mit seinem kalten Ende über eine Induktivität zur Einprägung der Modulation an den
Verbindungspunkt der Kapazität mit der Gleichspannungsquelle angeschlossen. In vorteilhafter Weise liegt dabei parallel I
zur Induktivität ein Kondensator, so daß ein auf die Modulationsfrequenz
abgestimmter Schwingkreis gebildet ist. Während im ersten Ausführungsbeispiel der Verbindungspunkt
bei ausreichender Entkopplung unstabilisiert ist, ist er im zweiten Falle vollständig stabilisiert.
Zur Fremdmodulation wird in beiden Ausführungsbeispielen die
Modulationsquelle vorteilhafterweise mit der jeweiligen in der Zuführungsleitung liegenden Induktivität gekoppelt. Gemäß
einem weiteren Erfindungsgedanken wird aber hierbei der Schwingkreis durch einen Widerstand gedämpft, dessen Wert
kleiner ist als der bei Schwingungsanregmig durch den negativen
Widerstand des Halbleiter-ZweipoloszilMors dargestellte
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-υ-
Wert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird bei Anwendung von Eigenmodulatioja die Gleich Spannungsquelle
getastet, so daß ein Impuls entsteht, dessen Dauer gleich oder angenähert der Hälfte des Reziprokwerts
der iiigenmodulationsfrequeriz ist. In diesem Falle besteht der jeweilige Dämpfungswiaerstand aus dem
Innenwiderstand des Impulsgenerators bzw. der Zuführungsleitung. V/ird kein besonderer Schwingkreis verwendet
dann kann in vorteilhafter V/eise die Induktivität der Zufüfrungsleitung
als Schwingkreisinduktivität für den Modu-
^ lationskreis dienen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken liegt das heiße
Ende des Halbleiter-Zweipoloszillators direkt an einem Punkt einer Wellenleitung während der mit dem kalten Ende
gleichstrommäßig in Verbindung stehende Verbindungspunkt je über einen zusammen die Kapazität darstellenden Entkopplungskondensator
an dem geerdeten Teil der Wellenleitung liegt, mit der andererseits der zweite Pol der Glfcichspannungsquelle
verbunden ist. Hierbei besteht die Impedanz neben der Belastung aus einem auf die Belastung abgestimmt
eingestellten KurzSchlußschieber. In zweckmäßiger Weise
sind hierbei die beiden Entkopplungskondensatoren als Durchführungskondensator ausgebildet, wobei der jeweils eine Beleg
P durch die Zuführungsleitung und der andere Beleg jeweils durch einen entsprechenden Abschnitt der Wellenleitung gebildet
wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich in vorteilhafter
Weise in einem abgestimmten Zwischenfrequenzradarsystem verwenden,
wobei es dann nicht erforderlich ist, einen örtlichen Oszillator für den Empfangsteil des Radarsystems vorzusehen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die anhand von Ausführungsbeispielen
mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert t und aus den Patentansprüchen.
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Es zeigen:
Pig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsge-
mäßen Schaltungsanordnung
Fig.2a u. 2b Ersatzschaltbilder für die Schaltungsanordnung
nach Fig. 1
Fig. 3a das Prinzipschaltbild eines an sich bekannten
Oszil3ä;ors
Fig. 3b bis 3d Diagramme zur Erläuterung der Wirkungs- £
weise der Schaltung nach Fig. 3Ji
Fig. 4a eine graphische Darstellung der Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Feldstärke
Fig. 4b eine graphische Darstellung des Stromes
in Abhängigkeit von der Feldstärke
Fig. 5a u. 5b graphische Darstellungen der Modulationsschwingungen in idealisierter Form
Fig. oa eine graphische Darstellung der hochfrequenten
Ausgangsschwingungen f
Fig. ob eine Darstellung eines vergrößerten Zeitausschnittes der graphischen Darstellung nach
Fig. oa
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
in abgewandelter Form
Fig. 8 eine weitere Abwandlung der erfindungsge
mäßen Schaltungsanordnung
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-&-■
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Fig. 9 . eine Modifikation der Schaltungsanordnung
nach Fig. 8
Fig. 10 ein Blockschaltbild für eine Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
.
Zunächst soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Schaltungsanordnung eines Mikrowellengenerators nach
Fig. 1 beschrieben werden, in dem ein Halbleiter-Zweipol oszillator 12 in einer Wellenleitung IJ mit einer Einspeisungsklemme
20 eingebaut ist. Der Halbleiter-Zweipoloszillator 12 besteht aus einer einzigen Halbleiterzone 13 mit den
ohmischen Kontakten 14 und lö, die mit der Wellenleitung 17
am Punkt 18 bzw. an der Einspeisungsklemme 20 in Verbindung
stehen. An die Einspeisungsklemme 20 wird die Betriebsspannung zur Schwingungsanfachung im Halbleiter-Zweipoloszillator
12 angelegt. Hierzu ist ein Impulsgenerator 22 mit seinem Innenwiderstand 24 über die Verbindungsieiturig 26 mit der Einspeisungsklemme
20 verbunden. Der Impulsgenerator 22 kann dabei aus einem Transistorverstärker in Kollektorschaltung
bestehen, der von einer Impulsquelle angesteuert wird. Die Verbindungsleitung 2ö besitzt eine verteilte Induktivität,
die durch eine Ersatzinduktionsspule 28 dargestellt ist.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung soll vorausgesetzt werden, daß der Impulsgenerator 22 am Punkt 23 geerdet ist und einen Rechteckimpuls
30 mit einer Impulsdauer t und einer Spannungsamplitude VD liefert. Zur Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung wird der Impulsgenerator 22 durch
eine Gleichspannungsquelle ersetzt. Der Verbindungspunkt 18 an den der ohmische Kontakt 14 des Halbleiter-Zweipoloszillators
12 angeschlossen ist, ist über die Wellenleitung 17 mit dem einen Ende 33 eines Kurzschlußschiebers 32 verbunden.
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Der andere ohmische Kontakt Io des Halbleiter-Zweipoloszillators
12 ist über die Einspeisungsklemme 20 und den Kopplungskondensator 34 mit dem anderen Ende ?ö des
Kurzschlußschiebers 32 verbuxiden. Mit der Wellenleitung
17 ist an den Verbindungspunkten 40 und 42 andererseits die Last 3& angeschlossen. Die Last 38 kann dabei ohmisch
oder komplex sein. Der Kurzschlußschieber 32 ist in der
Wellenleitung 17 zur Abstimmung in Abhängigkeit von der Last 38 eingestellt.
Die Einspeisungsklemme 20 ist über Kondensator 44 und
Wellenleitung 1? an den Verbindungspunkt 42 angeschlossen.
Außerdem ist die Wellenleitung 17 an den Punkten 4o und A
4ö jeweils mit Erde verbunden. Der Spannungsabfall der
Last J5Ö wird mit Hilfe eines hier nicht gezeigten Oszilloskopes,
das an die Verbindungsleitungen 50 und 52 ange schlossen
ist, gemessen. Wenn im Betrieb ein Spannungs impuls JO des Impulsgenerators 22 einen eigemnodulierten
Mikrowellen-Schwingungsimpuls am Ausgang des Halbleiter-Zweipoloszillators
12, nämlich am Verbindungspunkt l8 und an der Einspeisungsklemme 20 veranlasst, dann stellt die
Einspeisungsklemme 20 tatsächlich einen Entkopplungspunkt zwischen der relativ niederfrequenten Treiberspannung (Fig.5A)
und der erzeugten relativ hochfrequenten Ausgangsspannung (Pig.oB) dar.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann in der Weise realisiert
werden, daß ein Halbleiter-Zweipoloszillator 12 in einer symmetrischen Bandleitung, die als Wellenleitung
dient, eingebaut ist. Diese Bandleitung ist mit einem Kurzschlußschieber 32 versehen und enthält die Ableitkondensatoren
34 und 44, die Erdanschlüsse 4o und 48, die Einspeisungsklemme
20 und einen hier nicht gezeigten Übergang an den Anschlußpunkten 40 und 42 von der Bandleitung auf eine
Koaxialleitung. Die veränderbare komplexe Belastung 38 besteht
dabei aus einer koaxialen, doppelten Abstimm-Stich leitung, die herkömmlicherweise mit der Koaxialleitung ver-
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bunden ist. Diese Abstimm-Stichleitung wird an einem
Ende mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen, an dieser
Stelle sei bemerkt, daß die Streuinauktivität 2c aucn in einer Induktionsspule enthalten sein kann.
Als Ersatzschaltbilder für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 diener* die Schaltungen nach aen AbDildungen
in den Figuren 2A und 2B, um jeweils aie entkoppelten
Schaltkreise , xür-ilich den der relativ hochfrequenten
Schwingung in aer WelleiJ.eitun_· 17 und uen der relativ
niederfrequenten Schwingung am £irispeisuii,j3punkt 20 darzustellen.
fc In der Schaltung nach Fig. 2A stellt öle Induktivität Ll
die effektive Induktivität des KurzsehluBsehiebers j>2 in
der Wellenleiturig 17 dar. Die Ableitun^skondensatoren ~^4
und 44 sind hierin weggelassen, da sie für die relativ hochfrequente Schwingung des Halbleiter-Zweipoloszillc.t^rs
12 jeweils einen Kurzschluß nach Erde darstellen. In der Schaltung nach Fi^. 23 stellt die Kapazität C aie
Gesamtkapazität der Kondensatoren 34 und 44 dar, die Ix.
Parallelschaltung zum Halbleiter-Zweipoloszillator 12 für die relativ niederfrequente Schwingung wirksam ist. Parallel
hierzu ist außerdem eine Serienschaltung gebildet aus aer
Induktivität L2 und den Widerstand R v/irksam, die wie bereits gesagt, die Streuinduktivität bzw. den Innenwiderstar.d des
™ Impulsgenerators 22 und der Verbindungsleitung 2υ darstellen.
Bei Betrachtung der Ersatzschaltbilder nach den Figuren 2A und 2B ergibt sich ohne weiteres, daß eine am Halbleiter-Zweipoloszillator
12 wirksame relativ niederfrequente Spannung keinen nennenswerten Einfluß auf die Last Jb habeu kann, wo
hingegen eine am Halbleiter-Zweipoloszillator 12 auftretence
relativ hochfrequente Spannung nicht auf den Impulsgenerator 22 übertragen wird.
Bevor nun weiter die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 betracntet
wird, soll zunächst die an andererstelle vorgeschlagene und der Erfindung zugrunde liegende Schaltung anhand der Fie -oA
bis Fig. 3D erläutert werden.
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154U09
Der in der Schaltungsanordnung nach Fig. JA verwendete
Halbleiter-Zweipoloszillator besteht aus der Halbleiterzone
υ2, deren Material, vorzugsweise monokristallines Galliumarsenid oder Indiumphosphid ist und deren wirksame
Lnnge L zwischen den Begrenzungsflächen o4A und o4B liegt.
Die ohrnischen η -Kontakte όυΑ und ουΒ sind an entsprechende
HalbIeiterbegrenzungsflachen u4A und u4B angebracht.
Die elektrischen Anschlüsse an den ohmischen η -Kontakten stehen in Verbindung mit einer variablen Spannungsquelle o8.
Die negative Klemme der variablen Spannungsquelle o8 ist über die Leitung 70/den Kontakt ooA angeschlossen, während
die positive Klemme über die Leitung 72 den variablen Belastungswiderstand
74 und die Leitung 7o mit dem Kontakt ooB Λ
verbunden ist. Über die Zuführungsieitungeη 7&A und "SB
läßt sich der Strom im variablen Belastungswiäerstand 74
mit Hilfe eines Oszllloskopes messen.
Die Dotierung der Halbleiterzone o2 ist so gewählt, daß sich
eine Überschuß-Leitung ergibt, d. h., daß eine normale Gleichgewichtsverteilung
der Leitungselektronen entsteht, die ausreichend ist, um hierin eine elektrische Stoßwelle zu übertragen.
Unter elektrischer Stoßwelle wird hier eine lokalisierte Raumleitungsverteilung in der Halbleiterzone b2 verstanden,
die unmittelbar am Kontakt üöA ausgelöst wird und sich längs der Länge L der Halbleiterzone Ö2 in Richtung auf
den Kontakt öoB ausbreitet. Diese lokalisierte Raumleitungsverteilung
ist begleitet von einer örtlichen Inhomogenität ä eines elektrischen Feldes, das sich unter der Einwirkung der
Spannungsquelle o8 zwischen den farn ischeri Kontakten o6A und
OuB ausbildet. Voraussetzung ist allerdings, daß das elektrische Feld anfangs wenigstens einen bestimmten Schwellenwert
A, der in der graphischen Darstellung nach Fig. jJB gezeigt
ist, erreicht.
Die am als Kathode wirkenden Kontakt o6A eingeleitete elektrische Stoßwelle breitet sich dann weiterhin über die Halbleiterzone
62 aus, vorausgesetzt allerdings, daß die elek-
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trische Feldstärke mindestens einen Wert beibehält, der
sich durch Anlegen einer Schwellenwertspannung des Pegels B ergibt. In der graphischen Darstellung der Figur ^B ist
ein zusätzlicher Vorspannungspegel angedeutet, der einer konstanten, an die Halbleiterzone 62 angelegten Spannung entspricht, der dann die Spannungsamplitude 82 eines Impulses 80 überlagert wird. Wenn entsprechende Beschränkkungen infolge unvermeidlicher Verlustleistungen berücksichtigt werden, dann läßt sich auch ein der Maximalamplitude des Impulses 80 entsprechender Gleichspannungswert
an die Halbleiterzone o2 anlegen.
sich durch Anlegen einer Schwellenwertspannung des Pegels B ergibt. In der graphischen Darstellung der Figur ^B ist
ein zusätzlicher Vorspannungspegel angedeutet, der einer konstanten, an die Halbleiterzone 62 angelegten Spannung entspricht, der dann die Spannungsamplitude 82 eines Impulses 80 überlagert wird. Wenn entsprechende Beschränkkungen infolge unvermeidlicher Verlustleistungen berücksichtigt werden, dann läßt sich auch ein der Maximalamplitude des Impulses 80 entsprechender Gleichspannungswert
an die Halbleiterzone o2 anlegen.
In den graphischen Darstellungen nach den Figuren JQ und
JD sind in schematischer Wiise Stromimpulsformen angegeben,
die zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Strom in der Halbleiterzone 62 und der zwischen den ohmischen
Kontakten ööA und 66B angelegten Spannung dienlich sind. Wird vorausgesetzt, daß der Spannungsimpuls 80 mit seiner Maximalamplitude 82 unterhalb der Schwellenwertspannung A liegt, dann stellt sich der Strom in der Belastung J^ in zeitlicher Abhängigkeit wie in Fig. JG gezeigt dar. Es
läßt sich feststellen, daß die Impulsform 8o in der graphischen Darstellung nach Fig. JC vergleichbar ist mit der Form des Spannungsimpulses 80 in der graphischen Darstellung nach Fig. JB, Übersteigt die Amplitude 82 des Spannungsimpulses die Schwellenwertspannung A, dann wird eine lokalisierte Raumleitungsverteilung beim ohmischen Kontakt 66A erzeugt, die sich in Richtung auf den ohmischen Kontakt 66 B ausbreitet. Die in Begleitung hiermit auftretende Stromänderung wird für jede am ohmischen Kontakt o6A ausgelöste elektrische Stoßwelle wiederholt. Die in der graphischen Darstellung nach Fig. JO gezeigte Stromimpulsform 88 besitzt eine relativ hochfrequente Schwingung 90, die während des Zeitintervalls, das der Dauer des Impulses 80 entspricht, auftritt, wenn dessen Maximalamplitude 82 höher als die an der Halbleiterzone 62Schwellenwertspannung D ist.
Die graphische DarÄJ*e£iung nÄiih-IiLig. 4 zeigt Leistungskurven
Kontakten ööA und 66B angelegten Spannung dienlich sind. Wird vorausgesetzt, daß der Spannungsimpuls 80 mit seiner Maximalamplitude 82 unterhalb der Schwellenwertspannung A liegt, dann stellt sich der Strom in der Belastung J^ in zeitlicher Abhängigkeit wie in Fig. JG gezeigt dar. Es
läßt sich feststellen, daß die Impulsform 8o in der graphischen Darstellung nach Fig. JC vergleichbar ist mit der Form des Spannungsimpulses 80 in der graphischen Darstellung nach Fig. JB, Übersteigt die Amplitude 82 des Spannungsimpulses die Schwellenwertspannung A, dann wird eine lokalisierte Raumleitungsverteilung beim ohmischen Kontakt 66A erzeugt, die sich in Richtung auf den ohmischen Kontakt 66 B ausbreitet. Die in Begleitung hiermit auftretende Stromänderung wird für jede am ohmischen Kontakt o6A ausgelöste elektrische Stoßwelle wiederholt. Die in der graphischen Darstellung nach Fig. JO gezeigte Stromimpulsform 88 besitzt eine relativ hochfrequente Schwingung 90, die während des Zeitintervalls, das der Dauer des Impulses 80 entspricht, auftritt, wenn dessen Maximalamplitude 82 höher als die an der Halbleiterzone 62Schwellenwertspannung D ist.
Die graphische DarÄJ*e£iung nÄiih-IiLig. 4 zeigt Leistungskurven
BAD ORIGINAL
eines Mikrowellerigenerators gemäß der Schaltungsanordnung
nach Pig. 1, die sich ergeben, wenn die Einspeisungsklemme
20 einer in Fig. 1 nicht gezeigten Widerstandsverbiudung
nach Erde während des Meßvorganges stabilisiert ist. In der graphischen Darstellung nach Pig. 4A ist auf
der Ordinate die Ausgangsleistung des Mikrowellengenerators in Watt und auf der Abszisse die angelegte elektrische
Feldstärke an die Halbleiterzone IJ (Pig. I)
zwischen den ohmischen Kontakten 14 und Io in Volt pro cm aufgetragen. Die ausgezogene Kurve Al gilt für einen
Galliumarsenid-Halbleiter, dessen wirksame Fläche 0,o6 mm , dessen Leitfähigkeit 2 Ohmzentimeter und dessen Dicke 75 /u.
beträgt. Die Kurve Al steigt stetig mit wachsender Feldstärke
an. Die Kurve Bl entspricht einem Galliumarsenid-
2 Λ
Halbleiter, dessen wirksame Fläche O,lol mm , dessen Leit- ^
fähigkeit 0,5 Ohmzentimeter und dessen Dicke 75 M beträgt.
Die Kurve Bl steigt dabei stetig bis zu einem Maximum an, um dann nach Erreichen eines Höckerpunktes abzufallen. Beide
Halbleiter-Bauelemente sind für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geeignet.
Jedoch ist ein Halbleiter—Bauelement, dessen Hochfrequenz-Ausgangsleistung
in Abhängigkeit von der angelegten, FeJd. stärke
entsprechend der Charakteristik der Kurve A3./in besonderem Maße für die Anwendung der Erfindung geeignet, da
sich hiermit ein höherer Wirkungsgrad erzielen läßt. So ergibt sich z. B. für ein Halbleiter-Bauelement, dessen monokristalline
Galliumarsenid-Halbleiterzone IJ (Fig. 1) einen g
2 ™
Querschnitt von ungefähr 0,7 mm , eine spezifische Leit fähigkeit von 2 Ohmzentimeter und eine Dicke zwischen den
ohmschen Kontakten 14 und 16 von 75/U aufweist, ohne weiteres
eine« Wirkungsgrad von
Gemäß einem an anderer Stelle gemachten Vorsehlag wird Galliumarsenid
hohen Reinheitsgrades und niedrigen spezifischen Widerstandes
in der Weise hergestellt, daß Galliumarsenid-Kristalle
909842/0773
mit vorherbestimmter Ladungsträgerkonzeiitration einer
Wärmebehandlung für einen solchen Zeitraum unter solchen Temperaturen unterzogen werden, so daß zwar keine
Donator-Diffusion aus den Halbleiterkristallen stattfindet, hingegen aber Akzeptoren aus dem Kristallgitter
entfernt werden und damit die Ladungsträgerkonzentrationen
in den Kristallen von den vorbestimmten Ladungsträgerkonzentrationen abgeändert werden.
Die Kurven A2 und B2 in der graphischen Darstellung
nach Fig. 4B sind von Al und Bl entsprechenden Kurven unter Annahme einer kubischen Symmetrie in der Strom-Spannungscharakteristik
und unter Berücksichtigung der bei den graphischen Darstellungen nach den Fig. 5A, 5B
und oA angegebenen Vierte abgeleitet. IrA der graphische
Darstellung der Fig. 4B ist auf der Ordinate die Stromstärke I in Ampere und auf der Abszisse die elektrische
Feldstärke an der Halbleiterzone I^ (Fig. 1) zwischen
den ohmischen Kontakten 14 und Io in Volt pro cm aufgetragen. Die Kurve A2 zeichnet sich im Gegensatz zur
Kurve B2 durch einen relativ langen Ast negativer Steilheit aus, entsprechend einem sieh ergebenden negative;,
differentiellen V/iderstand. Die Äste der Kurven A2 und B2 rechts von den Punkten Bl bzw. B2 sind unter der oben
erwähnten Annahme eines kubischen Symmetriernodells extrapoliert.
Aus rein theoretischen Erwägungen ergibt sich, daß die Schwingung relativ niedriger Frequenz, wie sie siek für
den Schaltkreis nach Fig. 2B erhalten wird, unter Zusammenwirken des negativen Widerstandes des Halbleiter-Zweipoloszillators
12 während der Ausbreitung der elektrischen Stoßwelle mit dem aus dem Kondensator C, dem Widerstand R
und der Induktivität L2 gebildeten Resonanzkreis abgeleitet wird. Hierbei stellt C die Gesamtkapazität der Kondensatoren
^4 und 44 nach Fig. 1 R den Wert des !."iderstandes 24 des
Impulsgenerators 22 sowie der
BAD 909842/07T3
Verbindungsleitung 2o und die Induktivität L2 die verteilte
Induktivität des Impulsgenerators 22 und der Verbindungslei
tuiig 2o dar. Bei der sich infolge des negativen
Widerstandes des Halbleiter-Zweipoloszillators einstellenden Betriebsbedingung dient dieser als Energiequelle
zum Anfachen einer Schwingung im äquivalenten Schaltkreis nach Fig.2B.
Die Darstellungen nach Fig. 5 und ο sind idealisierte
Oszillogramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Mikrowellengenerators
nach Fig. 1. In den Fig. 5A und 5B ist
das Spannungsoszlllogramm 92 bzw. das Stromoszillogramm 94
als an der Einspeisungsklemme 20 aufgenommen zu denken. Die Skaleneintellung in Fig. 5A beträgt bei der Ordinate
20 Volt pro cm und bei der Abszisse 0,1 Mikrosekurde pro cm.
Die Skaleneinteilung in Fig. 5-B beträgt 2 Ampere pro cm in
der Ordinate und 0,1 Mikrosekunden pro cm in der-Abszisse.
Im Gegensatz aur trapezförmigen Impulsform 82 in Fig. J5B
stellt somit der effektive Treiberimpuls an der Halbleiterzone IJ zwischen den ohmischen Kontakten 14 und Io in der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eine Schwingung dar. Während in der graphischen Darstellung nach Fig. 3D die relativ
hochfrequente Schwingung des Halbleiter-Bauelementes in Fig.JA
dargestellt ist, zeigt die graphische Darstellung nach Fig.5B eine relativ niederfrequente Schwingung des Treiberstromes
selbst.
Die relativ niederfrequente Spannungsschwingung 92 nach Fig.5A
übersteigt 3 Spannungspegel, nämlich eine Schwellenwert spannung
V15, , einen Treiberspannungspegel V^ und einen Spiteen
spannungswert V„ . Die Sehwellenwertspannung Vm stellt dabei
den niedrigsten Spannungspegel dar, der zur Auslösung einer elektrischen Stoßviellenausbreitung im Halbleiter-Zweipol oszillator
12 (Pig.l) erforderlich ist. Der Treiberspannungspegel V0 stellt den Mittelwert der Spannungsschwingung des
Schwingungsimpulses 92 dar. Der Spitzenspannungswert Vp entspricht
dabei dem Seheitelwert des Schwingungsimpulses 92.
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-Ιο-
Der maximale Leistungswirkungsgrad der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird dabei mit einem Treiberimpuls 30 erzielt,
dessen Zeitdauer t ungefähr der Hälfte des reziproken Viertes der Eigenmodulationsfrequenz des Schwingungsimpulses 92 entspricht.
Der relativ niederfrequente Stromschwingungsimpuls 9^- in
der graphischen Darstellung nach Fig. 5D, der der Einspeisungsklemme
20 zugeführt wird, besitzt zwei Strompegel,nämlich einen mittleren Strompegel I. und einen Spitzenstromwert
ID . Der Spitzenstromwert I^ entspricht dabei dem Treiberspannungspegel
VD in der graphischen Darstellung nach fe Fig. 5A. Der Strompegel I. stellt dabei den Mittelwert der
Stromschwingung des Schwingungsimpulses 9^ dar.
Die graphischen Darstellungen nach den Figuren OA und OB
zeigen idealisierte Oszillogramme der relativ hochfrequenten Schwingung des Halbleiter-Zweipoloszillators 12 in Fig. 1,
wie sie auf den Ausgangsleitungen 50 und 52 auftritt. Der
Schwingungspuls 96 des in Fig. 6A gezeigten Oszillogramms besteht aus einer Mehrzehl von Schwingungsimpulsen 98 wie
er bei jeder Periode einer Spannungsschwingung des Schwingungspulses
92 in Fig. 5A entsteht. Jeder Schwingungsimpuls 9& (Fig. oA) stellt einen relativ hochfrequenten
Schwingungszug dar, dessen Mittelabschnitt bei Schwingung W 100 im Oszillogramm nach Fig. OB dargestellt ist. Die entsprechende
Abszissenskalenteilung für die graphischen Darstellungen nach den Figuren 6k und öB ist 50 Nanosekunden
pro cm bzw. 1 Nanosekunde pro cm, während die Ordinaten skalenteilung - da belanglos - nicht dargestellt ist.
Zur Beschreibung des den Mechanismus des erfindungsgemäß
verwendeten Halbleiter-Zweipoloszillators zugrunde liegenden Gunn-Effekts läßt sich sagen, daß ein solches Halbleiter-Bauelement
sozusagen aus einer Parallelkombination besteht, gebildet aus einem frequenzunabhängigen negativen
Wider-
909842/0773
stand, bei dem die Tendenz besteht, den Strommittelwert
■in Abhängigkeit von der elektrischen Stoßwellenausbreitung absinken zu lassen und aus einem Konstantstrom V/echse
Istromgenerator dessen Frequenz hauptsächlich durch die Länge des Halbleiter-Bauelementes bestimmt ist, und
dessen Amplitude eine Punktion der angelegten Spannung ist.
Die Anordnungen nach den Figuren 7 bis 9 stellen weitere
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung aar. Der Oszillatorteil
102 der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 nutzt nicht die i-iduktiven Eigenschaften der Impuls zuführung an die
Einspeisungsklemme 20 aus, sondern besitzt einen besonderen
Resonanzkreis, dessen Induktionsspule LJ und dessen Kondensator
C2 auf eine bestimmte Modulationsfrequenz abgestimmt sind. Die Kondensatoren Cl und C2 sind hierbei aber nicht
so abgestimmt, daß sie einen Resonanzkreis mit dem Impulsgenerator 22 darstellen. Da die Kapazitäten der Kondensatoren
Gl sehr viel größer sind als die des Kondensators C2
ist die den Klemmen 40 und 42 der Belastung 36 zugeführte
relativ hochfrequente Schwingung vergleichbar d~v mit der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erzeugten.
Bei den Schaltungsanordnungen nach Fig. ο und 9 wird die Modulation der hochfrequenten Schwingung jeweil mit Hilfe
eines besonderen relativ niederfrequenten Schwingungsgenerators durchgeführt. In der Schaltungsanordnung nach
Fig. 7 ist dieser Schwingungsgenerator 112 über einen Transformator
114 mit der Treiberzuführungsleitung des HaIbleiter-Zweipoloszillators
12 gekoppelt. Ein zur Induktionsspule L3 und den Kondensator C2 des entsprechenden Resonanzkreises
parallel geschalteter Widerstand Ho dient dabei zur Stabilisierung der Einspeisungsklemme 20 bei der Steuerung
durch den relativ niederfrequenten Schwingungsgenerator 112. Wennn nämlich-der'Widerstand Ho nicht vorhanden
ist und der mittlere Pegel V"D des Tr eiber impulses ^O merkbar
909842/0773
kleiner als die Schwellenwertspannung V^ ist, dann hat
der Schwingungsgenerator 112 die Tendenz hochfrequente Schwingungen im Halbleiter-Zweipoloszillator 12 anzufachen,
die darauffolgend eine Eigenmodulation aufrecht erhält. Um die Wirkungsweise des Generatorteiles 110
der Schaltungsanordnung nach Pig, 8 zu unterstützen, ist der aus der Induktivität L'j>
der Kapazität C2 und dem Widerstand 11υ gebildete Parallel-Resonanzkreis auf die
Treiberfrequenz des Generators 112 abgestimmt. Der Generatorteil 120 der Schaltungsanordnung oacii Pi£.
stellt insofern eine Modifikation des Generatorteils aer Schaltungsanordnung nach Pig. 1 dar, als die Mittel zur
fe Eigenmodulation durch einen besonderen relativ niederfrequenten
Schwirigungsgexierator 112 ersetzt sind, der über einen Transformator 114. mit der Treiberzuführungsleitung
des Impulsgenerators 22 gekoppelt ist. Zusätzlich ist dabei ein Parallelwiderstand 122 über die Kondensatoren J)4
und 44 geschaltet, um die Einspeisungsklemme 20 für axe
Steuerung durch den relativ niederfrequenten Schwingungsgenerator 112 zu stabilisieren. Ist der Parallelwiderstand
122 im Generatorteil 120 der Schaltungsanordnung nach Pig. 9 nicht vorhanden, dann leitet aer Generator
eine Modulation der hochfrequenten Schwingung des HaIbleiter-Zweipoloszillators
12 ein., so daß anschließend eine Eigenmodulation aufrecht erhalten wird, selbst wenn der
W Generator 112 abgeschaltet ist. Pur eine stabilisierte
Wirkungsweise des Generatorteils HC der Schaltunsanora^u^
nach Fig. ö bzw. des Generatorteils 120 der Schaltungsanordnung
nach Fig. 9 ist der Wert des Parallelwiderstandes Ho bzw. des Parallelwiderstandes 122 so gewählt, daß eier
Absolutwert negativen Widerstandes des Halbleiter-Zweipcl-Oszillators 12 während der Ausbreitung der elektrischen
Stoßwelle größer ist.
Zusammenfassend läßt sich zur V/irkun^sweise der Srfi:-ciun-_;-unter
Verwendung von eigenmodulierten Impulsgenerator^η
sagen, daß der erfindungsgemäße Mikrov/ellengenerator eU^ec.
909842/0773 BAD OR1GINAL
15AU09
Wirkungsgrad in der Spitzenleistung besitzt, der größer
ist als derjenige, der sich ergibt, wenn ein stabilisiertes elektrisches Feld angelegt wird. Unter dem Ausdruck
stabilisiert wird hierbei verstanden, daß an der Einspei- -sungsklemme 20 keine relativ hochfrequente Schwingung
auftritt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist in besonderem Maße für eine Anordnung geeignet, bei der die Hochfrequenz-Au-sgangsleistung
in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Feldstärke über den gesamten Betriebsfrequerizbereich
ansteigt. Insbesondere gilt für die Sehaltungsanordnungen nach Fig. 1 und Fig. 7, daß die Treiberspannung
jeweils um die Schwellenwertspannung variiert, die erforderlich ist, um die Ausbreitung der elektrischen-Stoßwelle (
im Halbleiter-Zweipoloszillator 12 bei einer Schwingung aufrecht zu erhalten, deren Frequenz durch die entsprechenden
Bauelemente der Treiberschaltung bestimmt ist. So entspricht z. B. bei einer Treiberfrequenz von angenähert
20 Megahertz ein Treiberpegel von 42 Volt einem stabilisierten
elektrischen Feld von 5-j00 Volt pro cm. Bei Eigenmodulation
lassen sich Spitzenfeldstärken von angenähert 10 000 Volt pro cm, d. h. δθ Volt Spitzenspannung (V^ in
Fig- 5A) erzielen. Die Oszillogramme nach den Fig. oA und
JB ergeben sich bei einem Betrieb der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit einer Ausgangsfrequenz von 1260 Megahertz
und einer Modulation der Feldänderungen bei 20 Megahertz. An der Einspeisungsklemme 2'0 läßt sich ein Zusammenwirken "
beim Ausbau der relativ hochfrequenten Schwingungen insofern feststellen, als gleichzeitig ein anwachsendes elektrisches
Feld bis zu seiner Selbstbegrenzung wirksam ist. Hinzu kommt, daß die Schwingungen an der Einspeisungsklemme
20 Kippschwingungen darstellen, das heißt während einer Schwingung aufgebaut werden.
Bei einem stabilisierten elektrischen angelegten Feld von 5000 Volt pro cm z. B. beträgt die Spitzenausgangsleistung
5 Watt bei einem Wirkungsgrad von 2,& %.
909842/0773 ^0 ORIGINAL
Die Impulsdauer des Treiberimpulses JO kann soweit verkürzt
werden, daß schließlich nur noch ein Schwingungsirnpuls
9& erzeugt wird. Bei dieser Betriebsweise läßt sich eine Spitzenausgangsleistung von 2j5 Watt bei einem
Vjirkungsgrad von 1j5/j erzeugen.
In der Darstellung nach Fig. 10 ist eine Anordnung 1J50
für eine beispielsweise praktische Anwendung der Erfindung bei einem Zwischenfrequenzradar gezeigt. Die Anordnung
1^0 enthält einen erfindungsgemäßen Mikrowellengenerator
152, wie er im Generatorteil der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 und im Generatorteil 102 der Schaltungs-
fc anordnung nach Fig. 7 dargestellt ist, wobei der verwendete
Halbleiter-Zweipoloszillator lediglich beispielsweise aus einem Galliumarseriid-Halbleiterbauelement besteht.
Der Mikrowellengenerator 1J52 wird von einer Treiberanordnung
IJ^ angesteuert, die zusätzlich mit einer
Anzeigevorrichtung 1J54 gekoppelt ist, um die Anzeige mit
den übrigen Schaltungsanordnurigen der Anordnung 1J50 zu
synchronisieren. Der Mikrowellengenerator 1^2 ist mit einem
Duplex-Gerät 1>j gekoppelt, das über die Zuleitung
mit der Antenne 140 verbunden ist, die als Sende-Empfangsantenne aufgebaut ist. Das Duplex-Gerät Y$b 1st andererseits
mit einem nicht linearen Demodulator 144 verbunden, dessen Ausgang mit dem Zwischenfrequenzverstärker 146 ver-
w bunden ist. Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärker
ist an die Anzeigevorrichtung 1^4 angeschlossen. Bei Betrieb
wird der Ausgang des Mikrowellengenerators 1J2 bei einer
Zwischenfrequenz z.B. von 30 Megahertz moduliert. Der als Empfänger dienende Detektor 144 kann dabei· aus einem
Tunneldiodendetektor bestehen. Der Zwischenfrequenzverstärker l4o ist auf die Modulationsfrequenz abgestimmt.
Im Gegensatz zu den üblichen Radarsystemen, bei denen ein Überlagerungsempfänger, Geradeausempfänger, Breitbandempfänger
oder dergleichen verwendet wird, läßt sich vorliegendes System als abgestimmtes Zwischenfrequenzradarsystem
b%eichnen. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung
BAD ORIGINAL 909842/0773
154U09
erübrigt sicn nämlich die Notwendigkeit eines stabilen örtlichen Oszillators im Empfänger.
Um abschließend auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
selbst zurückzukommen, sei festgehalten, daß sie sowohl unter Eigenmodulation als auch unter Fremdmodulation
betrieben werden kann. Es versteht sich von selbst,
daß auch mehr als eine Eigenmodulationsfrequenz auftreten kann. Darüberhinaus ist es auch möglich, daß eine Kombination
der Eigenmodulations- und der Fremdmodulationsbetriebsweise
bei verschiedenen Frequenzen ausgenutzt werden kann.
Verschiedene Parameter bestimmen die Eigenfrequenz der Stromschwingung eines Halbleiter-Zweipoloszillators. Von
diesen Parametern sind insbesondere die effektive Länge der Halbleiterzone des Halbleitcr-Zweipoloszillators und
die Belastungsimpedanz zu nennen. Die oben gebrachte Darstellung der Erfindung stützte sich hauptsächlich auf ein
Ausführurigsbeispiel zur Erzeugung von Mikrowellen. Ebensogut lassen sich aber auch Frequenzen erzeugen, die in
einem höheren oder niedrigeren Frequenzbereich liegen . Für die Erfindung ist bezüglich der Frequenz lediglich
wesentlich, daß eine relativ hohe Frequenz einer Stromschwingung in einem Halbleiter-Zweipoloszillator, die auf
die Ausbreitung einer elektrischen Stoßwelle beruht, mit einer relativ niedrigen Frequenz moduliert wird.
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Claims (1)
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IS
Belegexemplar
Darf nicht geändert '.vsrden
Patentansprüche
1. Halbleiter-Zweipoleszillator mit parallel geschalteter Impedanz, in dem unter Einwirkung
eines oberhalb eines kritischen Schwellenwertes angelegten elektrischen Feldes eine hochfrequente Schwingung erzeugt
und auf die Impedanz übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an das kalte
Ende (16) des Halbleiter-Zwelpoloszillator3 (12) sowohl die im wesentlichen oberhalb
einer bestimmten Grenzfrequenz, bei der vom Halbleiteroszillator (12) erzeugten Trägerfrequenz
(100) wirksame Impedanz (ZL,32)
über eine für die Trägerfrequenz (100) im wesentlichen unwirksame Kapazität (C) als
auch ein erster Pol (26) der für die Bereitstellung des elektrischen Feldes dienenden
Gleichspannungsquelle (22) angeschlossen ist,
deren zweiter Pol (25) mit dem heißen Ende (14)
des Halbleiter-Oszillators (12) gleich3trommäßig in Verbindung steht, wobei die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Pol (26) der Gleichspannungsquelle
(22) und dem kalten Ende (Ιό) zur Einprägung einer Modulation (92) eingerichtet ist,
für deren Frequenz die Kapazität (C) einen ausreichenden Widerstand darstellt und deren Amplitude
im Zusammenwirken mit der zügeführten Gleichspannung
(VD) periodisch den dem kritischen Schwellenwert der elektrischen
909842/07
,αϊ. FclciStärkt-; ent spreche nden bchwellen-
sehreitet.
(V1-.,) über- und unter-
Jehaltun£;öcMiordnung liuch /,nsprucn 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der HaIblcitor-Zweipoloü::illator
(1") mit seinem kalten JAide (lo) direkt an öle Kap£iv;it'i't
(C) an^'.ijchluüücii ist, ι·.,'. daß
Iauuktivlt;:t (L0) in der V
i—
leitung zwischen de-r Gleichspoxmun^squellc
(ii2) und aciu Vorbinduncspuxikt
(20) der Kap^i.it't (C) mit uern keilten
iLücQ (1 ) voi'ticsiihcii ist.
üaoh Anspruch 2,
dadurch gekennzGichn t, daß die Kapazität
(G) uiio die Induktivität (Lp)
£ils rt.eso-nanzkre.is c^uf üie ModuletionsfrequG/12
ab^estimnit ist.
k. ochEltunoSanurdnui% n^ch Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, d&2 der HtIbleiter-Zv;eipoloszillator
(12) mit sei- *
nern kalten ünde (It) über eine Induktivität
(L-.) zur Einprägurit; der Modulation
(92) an dea Verbinöungspunkt (20)
der Kapazität (C) mit der Glölchsp&.nnuiigsquelle
(22) angeschlossen ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2S da
durch gekennzeichnet, daß parallel zur
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154U09
au J). Induktivität (L-) ein Kondensator (üg)
geschaltet ist, so daß ein auf die Moüulationsfrequenz
abgestimmter schwingkreis (Iu4) gebildet ist.
u. uchpltungsanordnung mindestens nach An
spruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß
ule Verbinduiigsleitung zwisch<
/i <ier GleichspaiUiUn^squelle
(22) und dem ualWn Knde
(Iu) mit einer- äußeren Moaalationsquelle
(112) gekoppelt ist.
Ί . uehaltun^sanorcuiung nach ι nspruch 5,
Anspruch 5 uixd Anspruch υ, dadurch gekennzeichnet,
daß der Jchwingkreis durch einen Mderstand (11t. oder 122) gedampft ist,
dessen wert kleiner ist als der bei Schwiiigungsanregung
durch den negativen Widerstand des Halbleiter-Zweipoloszillators (12) dargestellte
υ. ochaltungsanordnung mindestens nach Anspruch
dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle
(22) getastet ist.
9. {Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» und
Anspruch 5# dadurch gekerxnzelehnet, daß zur
Anfachung von Eigenmodulation die getastete Gleichspannungsquelle (22) einen Impuls (30)
abgibt, dessen Dauer (t) gleich oder angenähert der Hälfte des Reziprokwertes der
Eigenmodulationsfrequenz ist.
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10. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das heifSe lüide (14) des Halbleiter-Zweipoloszillators
(12) direkt an eixi&n Punkt
(Ic1) einar W-IIenieitunj (ΐγ) augeschlossen
ist, während der mit dem kalten linde (ΐυ)
gleichstrommäkig in Verbindung stehende Verbindungspunkt (20) je über eiuen zusammen
die Kapazität (ü) darstellenüen hntkopplungskondensator (j54 und 44) an dem
geerdeten Tell dor Ut-llenleitung (17) liegt,
mit der andererseits der zweite Pol (23)der
Gleichspannungsquelle(22) verbunden ist,
und daß die Impedanz neben der Belastung (Z,)
aus einem auf die Belastung abgestimmt eingestellten Kurzschlußschieber (j52) besteht.
11. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch
und Anspruch 10, gekennzelcnnet durcn aie Verwendung als oendeteil (1^2) in einem Radarsystem
(1^0), in dem der Impuls (j;o) zur Anfachung
der bigenmodulation gleichzeitig zur Synchronisierung der Anzeige (134) dient.
909842/0773
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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SE (1) | SE333957B (de) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010031023A1 (en) * | 1999-10-28 | 2001-10-18 | Kin Mun Lye | Method and apparatus for generating pulses from phase shift keying analog waveforms |
US6456216B2 (en) | 1999-10-28 | 2002-09-24 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for generating pulses from analog waveforms |
US6630897B2 (en) | 1999-10-28 | 2003-10-07 | Cellonics Incorporated Pte Ltd | Method and apparatus for signal detection in ultra wide-band communications |
US6498578B2 (en) | 1999-10-28 | 2002-12-24 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for generating pulses using dynamic transfer function characteristics |
US6452530B2 (en) | 1999-10-28 | 2002-09-17 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for a pulse decoding communication system using multiple receivers |
US6486819B2 (en) * | 1999-10-28 | 2002-11-26 | The National University Of Singapore | Circuitry with resistive input impedance for generating pulses from analog waveforms |
TW496035B (en) | 2000-04-25 | 2002-07-21 | Univ Singapore | Method and apparatus for a digital clock multiplication circuit |
US6633203B1 (en) | 2000-04-25 | 2003-10-14 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for a gated oscillator in digital circuits |
US6907090B2 (en) * | 2001-03-13 | 2005-06-14 | The National University Of Singapore | Method and apparatus to recover data from pulses |
US6476744B1 (en) | 2001-04-13 | 2002-11-05 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for generating pulses from analog waveforms |
US6498572B1 (en) | 2001-06-18 | 2002-12-24 | The National University Of Singapore | Method and apparatus for delta modulator and sigma delta modulator |
US20020196865A1 (en) * | 2001-06-25 | 2002-12-26 | The National University Of Singapore | Cycle-by-cycle synchronous waveform shaping circuits based on time-domain superpostion and convolution |
TW531984B (en) | 2001-10-02 | 2003-05-11 | Univ Singapore | Method and apparatus for ultra wide-band communication system using multiple detectors |
US7054360B2 (en) * | 2001-11-05 | 2006-05-30 | Cellonics Incorporated Pte, Ltd. | Method and apparatus for generating pulse width modulated waveforms |
US20030103583A1 (en) * | 2001-12-04 | 2003-06-05 | National University Of Singapore | Method and apparatus for multi-level phase shift keying communications |
US20030112862A1 (en) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | The National University Of Singapore | Method and apparatus to generate ON-OFF keying signals suitable for communications |
US6724269B2 (en) | 2002-06-21 | 2004-04-20 | Cellonics Incorporated Pte., Ltd. | PSK transmitter and correlator receiver for UWB communications system |
US8571489B2 (en) * | 2010-06-03 | 2013-10-29 | Broadcom Corporation | Front end module with tone injection |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3134949A (en) * | 1960-01-08 | 1964-05-26 | Gen Electric | Negative resistance frequency modulated oscillator |
US3089967A (en) * | 1961-03-30 | 1963-05-14 | Westinghouse Electric Corp | Pulse generator |
GB1070261A (en) * | 1963-06-10 | 1967-06-01 | Ibm | A semiconductor device |
US3422289A (en) * | 1965-12-15 | 1969-01-14 | Hewlett Packard Co | Semiconductor bulk oscillators |
US3339153A (en) * | 1965-12-27 | 1967-08-29 | Bell Telephone Labor Inc | Amplification oscillation and mixing in a single piece of bulk semiconductor |
-
1966
- 1966-02-02 US US00524594A patent/US3846717A/en not_active Expired - Lifetime
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GB1153457A (en) | 1969-05-29 |
DE1541409B2 (de) | 1974-10-10 |
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SE333957B (de) | 1971-04-05 |
CH451262A (de) | 1968-05-15 |
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