DE2300999A1 - Mikrowellengenerator - Google Patents

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LITTON HiDUSTEXES, ING., 360 North Orescent Drive, Beverly Hills, California 90210, U.S.A.

Mikrowellengenerator

Die Erfindung "bezieht sich auf Festkörper-Mikrowellengeneratoren und insbesondere auf Mikrowellenfrequenzoszillatoren mit einer Breitband-Abstimmcharakteristik.

Verschiedene Arten von Halbleitern einschließlich Transistoren und im besonderen Hikrowellendioden besitzen die Fähigkeit, als Generatoren von Mikrowellenenergie zu wirken. Unter diesen Dioden sind die IMPATT- Diode, die Tunnel-Diode und die G-unn-Diode zu erwähnen, die auch als "transferred electron devices" (TED) bezeichnet werden. Obgleich die exakte physikalische Mechanik, durch die die Mikrowellenenergieerzeugung bedingt ist, von Vorrichtung zu Vorrichtung verschieden ist, sind im weitesten Sinne diese Dioden zueinander insoferne verwandt, als sie bei geeigneter Vorspannung, d.h. bei Zuführung von Energie, für eine äußere Schaltung eine Impedanz darstellen, deren reeller Teil kleiner als Null ist. Diese Charakteristik

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wird allgemein als "negativer Widerstand" "bezeichnet. Eine solche Vorrichtung zeigt, wenn sie in einen Respnanzstromkreis und an eine Ohm'sche Last, die den ResonanzStromkreis aufweisen kann, gekoppelt ist, und wenn sie in den negativen Widerstandsbereich vorgespannt wird, eine Instabilität in Form von Oszillationen . Solche Oszillationen können in der Weise auftreten, daß "bei der Oszillationsfrequenz die Impedanz der aktiven Vorrichtung gleich dem negativen Wert der Impedanz ist, die ihr durch die äußere Schaltung dargeboten wird. Die Gunn-Diode beispielsweise, die ein· typisches Beispiel für eine TED ist, besteht aus einem Kristall .aus Galliumarsenid, das vorzugsweise mit einer Verunreinigung, z.B. Tellur, Zinn, Silizium, Selen oder einem äquivalenten Material "überkritisch angereichert" worden ist. Theoretisch bewirkt das Anlegen eines entsprechenden Vorspannpotentiales an die Diode und eine entsprechende Ankopplung an eine Last eine Elektronenbewegung durch den Kristall in "Domänen" oder "Gruppen" Hierbei wird der Ausdruck "Vorspannpotential" so verwendet, wie erüblicherweise in der Literatur verwendet wird, obgleich er die Antriebs spannung, d.h. die tatsächliche Quelle der zugeführten und in Mikrowellenenergie umgewandelten Energie, und nicht eine Steuerspannung, wie der Ausdruck dies normalerweise ergeben würde, bezeichnet. Der herkömmliche Ausdruck "Domäne" soll entsprechend nicht so interpretiert werden, wie dies in der Theorie des Magnetismus der lall ist. Es kann sein, daß eine Gruppe, d.h. eine Domäne, den Kristall durchwandert, bevor eine nachfolgende Domäne entsteht. Dann ist die Oszillationsfrequenz von Natur aus auf die Laufzeit der Domäne durch den Kristall bezogen. Ein weiteres Phänomen, das dem vorausgehenden zugeordnet ist, ist die "verzögerte Domäne", d.h., daß die Erzeugung einer nachfolgenden Domäne um ein kurzes Zeitintervall und solange verzögert werden kann, bis die vorausgehende Domäne den Kristall durchwandert hat. Auf dieser Basis entspricht die Änderung der Oszillationsfrequenz einer Änderung der Periode zwischen der Domänenformation. Die vorausgehenden Erläuterungen haben lediglich den Zweck, eine vereinfachte und kurze Einführung in die

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verhältnismäßig komplizierte Theorie der Mechanik der Gunn—Diode zu geben - für eine grundlegendere und mathematische Behandlung dieses Problemes wird auf die ausführliche Literatur "bezug genommen.

Yon den Festkörpervorrichtungen, die als TED bezeichnet werden, ist die Gunn-Diode als vielversprechendes aktives Element zur Erzeugung von Mikrowellenenergie angesehen worden, und zwar aufgrund der Fähigkeit, hohe Energieausgänge in Verbindung mit einem geringen Geräuschpegel zu erzeugen, Es sind Leistungsabgaben von einem halben Watt erzielbar. Darüber hinaus kann die Gunn-Diode durch Varaktoren über weite Frequenzbereiche abgestimmt werden, wie dies in "Proceedings of the IEE", Band 591 Nr. 8 (August 1971) ausgeführt ist. Deshalb wird vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einer aktiven Vorrichtung wie der Gunn Diode betrachtet.

Ein Oszillator erzeugt einen Ausgang bei einer bestimmten Frequenz im Mikrowellenbereich von Frequenzen abhängig von den elektrischen Stromkreisparametern einer Eesonanzschaltung, d.h. eines OszillatorSchwingkreises. Die Abstimmung wird durch Änderung eines oder mehrerer dieser Stromkreisparameter erreicht, so daß die Oszillationsfrequenz geändert wird. Der Ausdruck "Breitband"-Abstimmung gibt, wie dies allgemein üblich ist, die Möglichkeit der Abstimmung über wenigstens 15% einer Oktave an. Man nimmt an, daß Gunn-Dioden-Oszillatoren, die vor vorliegender Erfindung zur Verfugung gestanden haben, innerhalb 20% einer Oktave in der Bandbreite abstimmbar sind, und so weit dies bekannt ist, gibt es keine kommerziell zur Verfügung stehenden Oszillatoren, die über einen weiteren Bereich bzw. über eine weitere Frequenzbandbreite abgestimmt werden können.

Bei allen Vorrichtungen, die für den Betrieb im Mikrofrequenzbereich ausgelegt sind, sind kleine Dimensionen und (Toleranzen ein kritischer Faktor, so daß dann, wenn Schaltungen auf

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Mikrowellenfrequenzen abgestimmt werden, geringe Änderungen in den Dimensionen und/oder Abständen einen verhältnismäßig großen Einfluß auf die effektiven elektrischen Eigenschaften des Resonanzstromkreises haben. Da jede Oszillatoreinheit viele Teile und Zwischenverbindungen aufweist, wird das Problem vervielfacht. Aus diesem Grunde ist die Einstellung eines Oszillators in der Fabrik eine außerordentlich komplizierte und zeitraubende ·Haßnahme, die komplizierte Justierungen im Labor erfordert_r und keinesfalls von weniger geschultem Personal in einer Art Fließbandarbeit vorgenommen werden kann.

Bei einem bekannten Gunn-Dioden-Oszillator, dessen Konstruktion , auf Warner und Hermann zurückgeht, wird .eine Gunn-Diode in einem zylindrischen, koaxialen Hohlraum angeordnet und ein Varaktor wird induktiv mit den Feldern innerhalb des Hohlraumes über eine DrahtsGhleife gekoppelt. Zur Übertragung von Mikrowellenenergie; aus dem Hohlraum, d.h. zur.Erzielung einer Energieabgabe, tiird eine ähnliche induktive Kopplung mit den Feldern in dem Hohlraum über eine Drahtschleife verwendet. Eine derartige bekannte Oszillatoranordnung zeigt einen Abstimmbereich vnn maximal IU^ einer Oktave. Jede Einstellung eines.solchen Oszillators macht eine geeignete Platzierung., der Ausgangskopp lungsschleife und der Varaktorkopplungsschleife erforderlich. Die richtige Tiefe und Ausrichtung geder Schleife im Hohlraum muß. empirisch festgestellt werden* Dies ist bei jedem Oszillator individuell notwendig, selbst wenn die Oszillatoren die gleiche Konstruktion aufweisen, damit sie bei der gleichen Frequenz betrieben werden können. Darüber hinaus müssen die Schleifen nach ihrer Positionierung in ihrer Stellung festgelegt werden, ο line daß die Stellung der Schleifen gestört wird* Da -bereits kleine mechanische Abweichungen die Resonanzbedingungen bei hohen Frequenzen in der Größenordnung von lOGHz außerordentlich stax'k beeinflussen, ist das Festlegen der.Schleifen selbst bereits ein.außerordentlich komplizierter Vorgang. Diese Einstellvorgänge erfordern eine maßgerechte Behandlung und machen die Oßzillatoranordiiung seitaufweniger und teuerer» als dies

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erwünscht ist, insbesondere, wenn eine Herstellung auf kommerzieller Basis notwendig ist.

Es besteht somit ein Bedarf an einfachen, leicht zusammenbaubaren ITestkÖrper-Mikrowellenoszillatoren, die über einen Frequenzbereich abstimmbar sind, der breiter ist als die Abstimmbereiche herkömmlicher Oszillatoren dieser Art.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Pestkörper-Hikrowellen-Oszillator mit einer Diode, die in der Lage ist, elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereich zu erzeugen, vorgeschlagen, daß die Diode einer offenseitigen übertragungsleitung antriebsmäßig zugeordnet ist, die in einen stromleitend begrenzten Hohlraum eingebaut ist, wobei der Raum zwischen parallelen Stromleitern der Übertragungsleitung mit dem Hohlraum in Verbindung steht. Um den Qualitätsfaktor des Hohlraumes zu verringexⁱn, kann dieser verlustbehaftetes Material enthalten, vorzugsweise in Form eines Belages, der auf Innenwandflächen des Hohlraumes aufgebx'acht ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die übertragungsleitung durch eine stromleitende Säule gebildet ist, die parallel zu und im Abstand von einem stromleitenden Element verläuft; es können jedoch auch zwei stromleitende Elemente verwendet werden, zwischen denen die Säule befestigt ist, wobei die Diode beispielsweise in der Nähe eines Endes der Säule befestigt ist. Bei einer derartigen Ausführungsforin ist der Hohlraum das Innere des kastenförmigen, rechteckigen Abschirmgehäuses, die stromleitende Säule ist in der Mitte aes Gehäuses befestigt, und das stromleitende Element oder jedes dex· beiden stromleitenden Elemente ist als Steg ausgebildet, der in den Hohlraum hineinragt und einen Teil einer von zwei entgegengesetzten Seitenwänden des Gehäuses darstellt, elektrisch jedoch von allen Wänden des Gehäuses isoliert ist.

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Des weiteren ist die ojfenseitige Übertragungsleitung durch eine stromleitende Abschlußfläche an jedem der beiden Enden der Übertragungsleitung in Resonanz, die stromleitenden Abschlußflächen für die übertragungsleitung sind die nach innen gerichteten Flächen der Wände des Gehäuses, welche in der llähe der gegenüberliegenden Seitenwände liegen. Dabei kann die Übertragungsleitung dadurch abs bimmbar gemacht werden, daß wenigstens ein Varaktor zur Abstimmung der übertragungsleitung als Funktion von Steuerspannungen ausgeführt wird, die zwischen den beiden Anschlüssen des Varaktors oder der Varaktoren angelegt werden; es kann ein einzelne!" Varaktor zwischen der stromleitenden Säule und einem einzigen stromleitenden Element befestigt sein, oder aber es können zwei Varaktoren vorgesehen sein, deren jeder zwischen der Säule und einem anderen der beiden stromleitenden Elemente befestigt ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand verschiedener Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Oszillators gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Oszillator nach Fig. 1, wobei eine Deckwand weggelassen ist,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Oszillators nach den Figuren 1 und 2 längs der Linie 3-3 <ier Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Oszillators nach den Figuren 1 und 2 längs der Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. β ein vereinfachtes, schematisches, äquivalentes Schaltdiagramm eines Oszillators gemäß vorliegender Erfindung,

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Pig. 6 eine graphische Darstellung der Leistungskennwerte des Oszillators nach Pig. 1,

Ji¹Ig. 7 eine perspektivische, teilweise aus einander ge ζ ο gene Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Oszillators gemäß vorliegender Erfindung,

Pig. 8 eine Aufsicht auf den Oszillator nach Fig. 7, wobei eine Deckwand weggelassen ist,

xfig. 9 eine Querschnittsansicht der vollständig zusammengebauten Ausführungßfox'i.i nach Pig. 8 längs der Linie 9-9 der Pig. 8,

Pig;. IO eine graphische Dar st ellung der Leistungskenmserte des Oszillators nach Pig. 7i

Pie-11 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Oszillators gemäß der Erfindung.

In den Figuren 1, 2, 3 und 4 ist ein metallisches Abschirmgehäuse dargestellt, dessen Innenraum den Hohlraum darstellt und die offenseitige Übertragungsleitung aufnimmt, die aus drei zueinander im Abstand angeordneten, elektrisch leitenden Elementen besteht, nänlich den Stromleitern 1, 5 uncL 55 die vorzugsweise aus Kupfer sind. Die Stromleiter 1 und 5 weisen eine recht eckförinige Gestalt auf und besitzen wechselweise einander zugewandte, im Abstand voneinander angeordnete Kanten. Wie dargestellt, bilden die Stromleiter·1 und 5 Stege, da sie In das Innere des Abschlrragehäuses vorstehen, wobei die nicht vorstehenden Teile einen Bestandteil gegenüberliegender Gehäusewände bilden, obgleich üie elektrisch von dem übrigen Teil des Gehäuses isoliex't sind, wie weiter unten ausgeführt wird. Dex^j Stromleiter 3 xsl; eine sylinux'ische Säule von etwas kleinerer Höhe als-die Stromleiter 1 un.-T 5, die Raum für die Diode 15 freiläßt. Dex* Stromleiter ; ist zwischen und in gleichem Abstand von den einaiiäor üUßewmiOtc-]. Kanten aer "benachbarten Stromleiter* angeox'dnet.

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Vorzugsweise verläuft die Achse des Stromleiters'3 parallel zu. den Ebenen der Oberflächen benachbarter Stromleiter, die dem Stromleiter 3 zugewandt sind. Die drei Stromleiter bilden ein Dreileitersystem einer offenseitigen Hikrowellenüberträgungsleitung, die in der Literatur häufig als Bandleitung bezeichnet ist. Aufgrund des Vorhandenseins zweier Öffnungen zwischen drei stromleitenden Elementen kann die Anordnung als Doppel-Bandleitung bezeichnet werden, und da die Stromleiter 1 und 3 als Stege angesehen werden können, die in den Hohlraum vorstehen, hat sich die Bezeichnung Stegbandleitung als zweckmäßig herausgestellt. Die Länge dieser Übertragungsleitung entspricht der Höhenabmessung der die Übertragungsleitung bildenden Stromleiter und ist kleiner als ein Viertel einer Wellenlänge bei einer gewählten Frequenz. Beispielsweise hat die Übertragngsleitung bei der Frequenz von lü GHz eine Länge von etwa 0,625 cm.

Eine Abdeckplatte 7 für das Abschirmgehäuse aus elektrisch stromleitendem Material, vorzugsweise Kupfer, die mit strichpunktierten Linien angedeutet und so dargestellt ist, als ob sie nicht sichtba^Twäre, damit die anderen Elemente in Fig. 1 sichtbar werden, ist an der Oberseite des kastenförmigen Gehäuses und damit am einen Ende der Stromleiter der Übertragungsleitung angeordnet. Eine Gewindebohrung über dem Ende dec Stromleiters 3 ist in der Platte 7 vorgesehen und eine Hetallschräube 8 ist in diese Bohrung eingesetzt, erstreckt sich durch die Bohrung und steht an der Unterseite der Platte 7 vor. Ein Glimmerisiator 9? der in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist und am besten aus den Figuren 3 lind 4- zu ersehen ist, ist zwischen die Unterseite der Platte 7 eingesetzt und isoliert elektrisch die Platte von den oberen Enden eines geden Stromleiters 1 und 3 wie auch von anderen Elementen der Oszillatoranordnung, insbesondere den Wänden des Gehäuses. Der Glimmerisolator 9 besitzt eine rechteckfÖrmige Gestalt und ist in Form eines Bilcerrahmens ausgeführt, zusätzlich weist er jedoch zwei entgegengesetzt vorstehende x-echteckförmige !eile auf, die die oberen

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Flächen der Stromleiter 1 und 5 bedecken. Eine ähnliche Metallplatte 11, die ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer besteht, stellt den Boden des Abschiringehäuses dar und liegt unterhalb des unteren Endes der Stromleiter 1, 3 und 5· Entsprechend ist ein reehteckförmig ausgebildeter Glimmerisolator 13, der in den Figuren

I und 4- gezeigt ist, zwischen der unteren Fläche des Stromleiters 5 und der Platte 11 befestigt und isoliert elektrisch die Platte

II gegen einen Eontakt mit dem Ende des Stromleiters 5· Ein entsprechender Isolator 14, der in Fig. 4 dargestellt ist, ist zwischen dem unteren Ende des Stromleiters 1 und der Platte 11 angeordnet und isoliert diese beiden Elemente elektrisch. Das untere Ende des Stromleiters 3 ist direkt mit der Platte 11 befestigt, wie in den Figuren 3 und 4- dargestellt, wodurch der Stromleiter 3 elektrisch und mechanisch in Kontakt damit kommt.

Eine elektronische Übertragungseinrichtung, vorzugsweise eine Gunn-Diode 15, ist zwischen die innere Fläche der Platte 7 und das obere Ende des Stromleiters 3 eingesetzt. Obgleich eine Gunn-Diode hier als bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird, kann jede andex^e Ealbleitereinrichtung mit einer negativen Widerstandscharakteristik, die als Quelle für Mikroenergie geeignet ist, verwendet werden. Die Gunn-Diode ist eine Einrichtung mit; zwei Anschlüssen, deren einer in Kontakt mit dem Ende der Schraube 8 steht und somit in elektrischem Kontakt mit der Platte 7 ist, während der andere Anschluß in Kontakt mit dem oberen Ende des Stromleiters 3 gehalten wird, wie dies dargestellt ist.

Ein Varaktor 16, der ein herkömmliches Halbleiterelement ist, dessen Kapazität sich als Funktion angelegter Gleichspannungspegel ändert, ist zwischen Stromleitern 1 und 3 und in der Nähe der Gunn-Diode Iy angeordnet. Ein Anschluß des Varaktors 16 steht somit in elektrischem Kontakt mit dem Stromleiter 1 und der andere, in elektrischem Kontakt mit dem Stromleiter 3· Ein zweiter Varaktor 17 ist in ähnlicher Weise mit seinen Anschlräen

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zwischen die Stromleiter 3 und 5 gelegt und bildet einen elektrischen Pfad dazwischen. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Stromleiter 5 ait einer Gewindebohrung 4-0 versehen, und eir&Metallschraube 42, die in I^?ig. 1 nicht dargestellt ist, .jedoch aus j?ig. 4 zu ersehen ist, wird in dieser Bohrung aufgenommen und steht durch diese Bohrung hindurch vor, so daß sein Ende elektrisch und mechanisch in Kontakt mit einem Anschluß des Varaktors Iy ist. Die Schraube trägt den Varaktor und stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Varaktor und dem Stromleiter5 dar, da sie einen Druck auf den Varaktor ausübt, um ihn in seiner Lage gegen die Säule 3 zu halten. Eine gleiche Anordnung und Schraube 44 ist für den Stromleiter 1 vorgesehen, um den Varaktor 16 aufzunehmen, wie dies in Eig. 4 gezeigt ist (in Fig. 1 nicht dargestellt).

Zwei U-förmige Wandteile 19 und 21 aus elektrisch stromleitendem Material, z.B. Aluminium, mit der erforderlichen Breite sind zwischen die Platten 7 und 11 auf jeder Seite der Stromleiter 1, 3 und 5 eingesetzt und bilden das vollständige, räumlich geschlossene Abschirmgehäuse. Somit legen die Bodenplatte 11, die Deckplatte 7 mit den beiden U-förmigen Seitenwandteilen 19 und 21, die mit den durch die Stromleiter 1 und 3 gebildeten Stegen verbunden, aber elektrisch dagegen isoliert sind, einen Hohlraumbereich fest, der in Verbindung mit und offen zu der offenseitigen Übertragungsleitung längs der gesamten Länge ist, und der eine Abschirmung um die Übertragngsleitung bildet. Ein dünner Glimmerisolator 23 ist zwischen Stromleiter 5 und Wandbauteil 19 eingesetzt, wodurch ein Ende des Wandbauteiles 19 gegen den Stromleiter 5 elektrisch isoliert wird. Ein zweiter dünner Glimmerisolator 25 ist zwischen den Stromleiter 1 und dem Wandbauteil 19 eingesetzt, wodurch das andere Ende des Wandbauteiles 19 eleketrisch gegen einen Kontakt mit der Seitenfläche des Stromleiters 1 isoliert wird. Wie vorstehend ausgeführt, isoliert der Glimmerisolator 9 die Platte 7 elektrisch gegen die Wandbauteile 19 und 21. In gleicher Welse ist ein

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anderer Isolator 26. vorzugsweise aus Glimmer, zwischen den Stromleiter5 und das Vandbauteil 21 eingepaßt und isoliert somit das Vandbauteil 21 gegen einen Kontakt mit der anderen Seite des Stromleiters 5· Ein weiterer dünner Gliinmerisolatoi' 27 ist zwischen das Waiidbauteil 21 und den Stromleiter 1 eingepaßt, wodurch die andere Seite des Stromleiters 1 -gegen das Wandbauteil 21 elektrisch isoliert wird. iJie linke Seitenkante der Deckplatte 7 ist, wie den figuren 1 und 3 zu entnehmen ist, in geringem Abstand von einen erhabenen Lippenteil 46 des Wandbauteiles 21 versetzt, damit ein elektrischer Kontakt dazwischen verhindert wird. Es kann jedoch ein zusätzlicher Oszillator in den so gebildeten Spalt eingesetzt werden, um die Kante der Platte 7 S^eS^en ^i e nach oben vorstehende Lippe 46 des Wandbauteiles 21 zu isolieren. Alle die erwähnten Isolatoren sind sehr dünne Platten, vorzugsweise aus Glimmer, und ergeben somit keinen Streufluß für die Hikrowellenenergie in dem Arbeitsbereich der Frequenzen. Die Platte 7 kann mit den Wandbauteilen 19 und 21 durch herkömmliche Isolierschrauben oder durch Metallschrauben aufnehmende Isoliereinsätze befestigt werden, was in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.

Die Platten 20 aus verlustbehaftetem, d.h. für Mikrowellen verlustbehaftetem Haterial, z.B. "Eccosorb" sind mit den inneren Flächen der Bauteile 19 und 21 befestigt. Eine Platte 29 ist mit der äußeren Fläche des Wandbauteiles 21 befestigt. Ein Koaxialverbinder 31 herkömmlicher Konstruktion ist darin angeordnet. Ein Stück Koaxialkabel 33, dessen eines Ende sich durch eine Bohrung in der Platte 29 erstreckt, ist mit dem Verbinder 51 in herkömmlicher Weise, wie in Fig. 3 gezeigt, verbunden. Am anderen, inneren Ende steht das Kabel 33 mit dem mittleren Stromleiter 35 in elektrischem Kontakt mit dem Hittelleiter, .d.h. der Säule 3? aid zwar in der ITähe der Gunn-Diode 15·

Während des Betriebes ist eine Speisequelle 57 mit Gleichstrom-Vorspamipotential vor. z.B. 10 V mit dem positiven Anschluß in kontakt ni; der Platte 7 vxlÖl mit dein negativen Anschluß in

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Eontakt mit der Platte 11 und mit Erde gelegt, wie schematisch in I*ig. 1 angedeutet ist. Eine llC-Sieb schaltung 38 ist an die Speisequelle 37 gelegt. Eine zweite Vorspannungs-Speisequelle 39 ist mit ihrem positiven Anschluß an beide Leiter 5 und gelegt, sie schaltet diese Leiter elektrisch zusammen und ist mit dem negativen Anschluß an Erde verbunden, wie dargestellt. Die Torspannquelle 39 ist veränderlich, so daß der Spanmingsausgang gesteuei't v/erden kann.

Zur "besseren Darstellung und weiteren Elarstellung der baulichen Einzelheiten der hiex^ beschriebenen Ausführungsform sind die metallische Deckplatte 7 und der darunter liegende Isolator 9 wie auch die Einstellschraube 8 in der Aufsicht nach I¹Ig. 2 weggelassen, so daß die Stromleiter 1, 3 und 5 von dem oberen offenen Ende her wie auch die Glimmerisolatoren 23 und 25, die die Stromleiter 1 und 5 von dem Wandbauteil isolieren, und die Glimmer isolator en 26 und 27 ₅ die die Stromleiter 1 lind 5 von dem Wandbauteil 21 isolieren, sichtbar werden. Die Bodenplatte H₅ die die stromleitende Abschlußfläche für die "Übertragungsleitung am unteren Ende darstellt, die in den verschiedenen Figuren gezeigt ist, ist in Fig. 2 sichtbar. Aus dieser Figur ergibt sich, daß die Platten 7 und 11 zusammen mit den U-förmigen Wandbauteilen 19 und 21 einen Hohlraum definieren, der sich auf der linken und der rechten Seite der Stromleiter 1, 3 und 5 der Übertragungsleitung erstreckt, und der Hohlraum ergibt sich in dieser Figur in offeier Verbindung mit den Elementen der Übertragungsleitung über die gesamte Länge. Die Platten 20 aus yerlustbehaftetem Material, die in geeigneter Weise längs der Oberflächen der Wandbauteile 19 und 21 angeordnet sind, bewirken eine Verringerung des Gütefaktors des Hohlraumes.

Die Figuren 3 und 4- zeigen, wie die Einstellschraube 8 die Diode 15 mit der Oberseite des Stromleiters 3 festklemmt und der Stromleiter 3 stuf der Bodenplatte 11 und in elektrischem Eontakt damit angeordnet ist; Fig. 4 zeigt insbesondere die

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Stromleiter 1, 3 und 5 micl den symmetrischen Abstand dazwischen. Aus dieser Figur ergibt sich, daß die Länge des Hittelleiters, d.h. der Säule 3 kleiner ist als die der Stromleiter 1 und 5* damit die Gunn-Diode 15 dazwischen aufgenommen werden kann. Fig. 4- zeigt ferner, wie die Einstellschrauben 4-0 uid 41 in festgezogenem Zustand sich gegen die Varaktoren 17 und 16 legen, damit ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Stromleitern, in welchen sie aufgenommen werden, und dem entsprechenden Vax*aktor erzielt wird.

Die Stromleiter 1 und 5 können während des Zusammenbauens und bevor die !Teile miteinander fest verbunden werden, auf die Säule 3 zu und von diesex¹ weg bewegt werden. Auf diese Weise läßt sich die charakteristische Impedanz Z der Übertragungsleitung einstellen, damit ein Impedanzwert ausgewählt werden kann, der der Gunn-Diode 15 über die Schaltung dargeboten wird.

Grundsätzlich kann ein Oszillator, der einen Generator, z.B. eine Diode 15 mit einer negativen Widerstandscharakteristik verwendet, durch die vereinfachte äquivalente Schaltung nach Fig. 5 dargestellt werden, in der die Gunn-Diode in Parallelschaltung zu einer Kapazität G, einer Induktivität L, und einem Widerstand R vorgesehen ist. Die Induktivität L ist die der kurzgeschlossenen Übertragungsleitung zugeordnete Reaktanz, während G die Kapazität darstellt, die durch einen oder mehrere Varaktoren 16 und 17 eingeführt wird; R stellt den Widerstandswerfc der Belastung dar, mit der der Oszillatorausgang gekoppelt wird.

Wie sich aus vorstehenden Erläuterungen ergibt, wird während des Betriebes das Vorspannpotential aus der Speisequelle 37 im Anschluß 50 an der Diode 15 über eine elektrische Serienschaltung von dem positiven Anschluß der ßfcpeisequelle über die Platte 7 und die Schraube 8 zum positiven Anschluß der Did* und von dem geerdeten, d.h. negativen Anschluß der Speisequelle über die Platte 11 und den Stromleiter 3 zum negativen Anschluß

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der Diode gelegt. Die Spannung der Speisequelle 37 reicht aus, um die Diode 15 in den Bereich, negativen Widerstandswertes vorzuspannen, so daß die Diode Mikrowellenenergie erzeugt. Dies erläutert die herkömmliche Verwendung des Ausdruckes "Vorspannung" in Verbindung mit der Speisequelle 37, obgleich sie die Erreger-, d.h. die Antriebsleistungsquelle darstellt, insoferne, als ö.ie elektrische Gleichstromenergie einspeist, die in Mikrowellenenergie umgewandelt wird.

Legt die Speisequelle 39 eine Spannung von 0 V an, d.h. ist sie praktisch abgeschaltet, ergibt sich eine Anfangsgröße der effektiven Kapazität zwischen den Stromleitern der Übertragungsleitung durch jeden der Varaktoren 16 und 17· Die Vorspannquelle 39 ist in einen Stromkreis über jeden Varaktor eingeschaltet. Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, ist insbesondere der positive Anschluß der Speisequelle über eine Leitung der Außenfläche des Stromleiters 5? nach Fig. 4 durch Verbindung mit dem Anschluß 48, und damit mit einem Anschluß des Varaktors 17 verbunden. Der Stromkreis wird über den zweiten Anschluß des Varaktors 17» d-ie Mittelsäule 3, die Platte 11 und von da zur Erde, mit der der andere Anschluß der Speisequelle 39 ii Verbindung steht, geschlossen. In ähnlicher Weise führt eine zweite Leitung von der Stromquelle 39 zu der Außenfläche des Stromleiters 1, indem eine Verbindung mit dem Anschluß 49 der Fig. 4 vorgesehen wird, wobei der Stromkreis über einen Anschluß des Varaktors 16, dessen zweiten Anschluß, über die Mittelsäule 3 zur Platte 11 und von dort elektrisch nach Erde geschlossen irird. Die Stromleiter 1 und 5 sind durch diese Verbindung elektrisch gemeinsam geschaltet.

Auf diese Weise wird vermieden, daß die elektrischen Leiter und Strompfade von der Vorspannquelle öffnungen erforderlich machen, durch die Mikrowellenenergie sonst entweichen könnte. Die Einheit ist mithin vollständig abgeschirmt. Der Zweck der RC-Siebschaltung 38 besteht darin, Oszillationen der Vorspannschaltung zu unterdrücken, wie dies bei Gunn-Diodenanordnungen der Fall ist.

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Die Gunn-Diode 15 ist elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung und den Varaktoren so verbunden, wie dies schematisch durch die äquivalente Parallelschaltung nach Mg. 5 dargestellt ist. Beim Anlegen einer Vorspannung, die - wie weiter oben ausgeführt - als die Spannung der zugeführten .Antriebsenergie interpretiert werden kann, erzeugt die Diode 15 elektromagnetische Energie im Hikrowelleiibereich. Diese Mikrowellenenergie xfandert. von dem Stromleiter 3 über die Ausgangsleitung 35 zur Verbindung mit einer elektrischen Belastung, die nicht dargestellt ist. Die Ausgangsspannung aus der Vorspannquelle 39 i'ür den Varaktor ändert bei einer Einstellung auf unterschiedliche Pegel die effektive Kapazität in der Schaltung, die wiederum die Eesonansfrequenz der Hesonatorschaltuiig in Form der übertragungsleitung mit Anschlüssen, an die die Diode 15 L^:e~ koppelt ist, verändert. Auf diese Weise wird die Betriebsfrequenz des Oszillators verändert.

Bei dem Oszillator nach der Ausführungsform nach den figuren

I bis 4 bildet der Stromleiter 3 cLen mittleren Stromleiter einer offenen Mikrowellenübertragungsleitung, und jeder der Stromleiter 1 und 5 bildet einen äußeren Leiter, die beide parallel zu einer gemeinsamen Verbindung mit der Vorspannspeisequelle 39 angeordnet sind. Diese Übertragungsleitung wird am einen Ende durch die elektrisch leitende Bodenplatte

II begrenzt, die als Kurzschluß bei Mikrowellenfrequenzen wirkt, obgleich die Platte gegen direkten elektrischen Kontakt mit den Stromleitern 1 und 5 <3-^er Übertragungsleitung isoliert ist. In ähnlicher Weise ergibt die Deckplatte 7 einen Kurzschlußeffekt bei Mikrowellenfrequenzen am oberen Ende der Übertragungsleitung, obgleich die Platte 7 ebenfalls gegen direkten elektrischen Kontakt mit den Stromleitern 1 und 5 &ejc Übertragungsleitung isoliert ist. An der Stelle der Gunn-Diode ergibt die Übertragungsleitung elektrisch gesprochen einen Induktivitätseffekt. Der Hohl-bereich auf jeder Seite der Übertragungsleitung, wie er durch das abgeschirmte Gehäuse definiert ist, das durch Waiidbauteile 19 und 21 und die Platten 7 und 11

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gebildet wird, verhindert ein Entweichen von Mikrowellenenergie, Da es sich um einen stromleitend "begrenzten Hohlraum handelt, und zwar aufgrund der metallischen Innenflächen, würde er normalerweise Anlaß zu unerwünschten Resonanzen als abgestimmter Hohlraum gehen. Dadurch, daß der Hohlraum mit Material, z.B. der Auskleidung 20 versehen wird, die eine hohe Dämpfung "bei ,Mikrowellenfrequenzen ergibt, so daß der Bereich v©s frei von parasitären Resonanzen ist, beeinflußt der Hohlraumbereich die Betriebsfrequenz des Oszillators nicht oder nicht wesentlich.

Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel nach den !Figuren 1 üis 4 betrug die Länge der Übertragungsleitung etwa 0,625 cm, was dem 0,21fachen einer Wellenlänge bei einer Frequenz von 10 GHz entspricht. Eine Vorspann- d.h. Steuerspannung von 10V wurde über die Speisequelle 37 an. die Gunn-Diode 15 gelegt und eine einstellbare Vorspannung aus der Speisequelle 39 von zwisehen 0 und minfs 50 V Gleichstrom wurde an die Varaktoren gelegt. Wie durch die graphische Darstellung nach Fig. 6 gezeigt, wurden Ausgangsleistungen von zwischen etwa 12 bis 24- mW, gemessen bei Frequenzen innerhalb des Bereiches von 6 bis 9 GHz, aufgrund einer Einstellung der Varaktorvorspannung über einen Bereich von zwischen 0 bis 4-2 V erhalten. Von der Ausgangsfrequenz von 6 GHz aus betrachtet, stellen die zusätzlichen drei GHz etwa 50% einer Oktave abstimmbaren Frequenzbereiches, d.h. Bandbreite, dar. Im Vergleich hierzu sind bekannte, zur Verfügung stehende Festkörperoszillatoren in der Lage, nicht mehr als 20% einer Oktave abstimmbarer Bandbreite zu ergeben. Ein zusätzliches Ergebnis, das in der graphischen Darstellung nach Fig. 6 erkennbar ist, besteht darin, daß die Leistungsabgabe des Oszillators verhältnismäßig gleichförmig bei 13 mW über einen Frequenzbereich von 6,5 bis 7>5 GEfc war, während die Varaktorvorspannurig etwa linear von 4- bis 8 V zunahm. Dies ist offensichtlich ein entscheidender Vorteil, wenn eine Linearität der Abstimmung erforderlich ist.

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Vom praktischen Standpunkt aus stellt dex· hier beschriebene und dargestellte ^szilllator eine vollständige, abgedichtete Baueinheit dar, die die Hikrowellenenergie in ihrem Inneren begrenzt und nur zuläßt, daß hikrowellenenergie an dem koaxialen Ausgangsverbinder 3I austritt.

Da die Deckplatte 7 ein verhältnismäßig großes Volumen aufweist, das wesentlich größer ist als das der Diode, stellt sie eine zusätzliche Funktion einer Wärmesenke dar, d.h. sie leitet Wärme ab. Alle Dioden erzeugen während ihres Betriebes Wärme und diese Wärme wird vorzugsweise abgeleitet oder in anderer Weise abgeführt, damit eine Beschädigung der Diode vermieden wird.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung können der Stromleiter 5 νο&δ. der zugeordnete Varaktor I7 weggelassen werden, wodurch die Übertragungsleitung eine offenseitige Zweileiter— Übertx'agungsleitung wird, wie in den figuren 7j 8 und 9 gezeigt. In diesem Fall wird nur ein Varaktor verwendet, um die frequenz des Oszillators einzustellen. Bei dieser Ausführungsform werden die Enden der Wandbauteile 21 und 19 der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4- miteinander verbunden, so daß sie eine einteilige Hetallkammer bilden, die den inneren Hohlraum festlegt, welcher somit einwandfrei gegen Streuverlust von Hikrowellenenergie abgedichtet ist.

Insbesondere aus Fig. 7 läßt sich entnehmen, daß einige Teile der Anordnung mit gestrichelten Linien dargestellt sind, ,so, als ob sie unsichtbar wären, und daß ein Teil der Figur auseinandergezogen dargestellt ist.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 7? 8 und 9 ist eine zylindrische Hetallsäule 51 innerhalb eines Abschirmgehäuses 61 befestigt und im Abstand von einem und parallel zu einem rechteckförmigen Stromleiter 531 z.B. aus Aluminium. Befestigt·, diese beiden metallischen Stromleiter bilden die Mikrowellen-

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übertragungsleitung einer Länge, die der Höhenabmessung entspricht, wie in J?ig. 7 ge zeigt. l)ie zylindrische Säule 51 weist ein Schraubgewindeteil 55 auf, das in einer Gowindebohrung in ■ einer rechteck!örmigen Metallplatte 57? z.B. aus Kupfer und in Fig. 7 gestrichelt dargestellt, damit die Darstellung des imioren Oszillatoraufbaues-möglich ist, aufgenommen wird. Die Metallplatte 57 bildet einen KuraSchlußabSchluß für die Übertragungsleitung, gebildet durch die Säule 51 und den Stromleiter 53 "bei Mikrowellenfrequenzen, wie in der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4. Der rechteckförniige Metalleiter 53 ist in geeigneter Weise auf seiner Obex^seite, auf der rechten und der linken Seite und auf der Bodenfläche eloxiert, so daß tlünne Aluminiumoxydschichten ausgebildet werden. Diese Üxydschichten verhindern direkte elektrische Strompfade zwischen dem Stromleiter 53 und der Platte 57? einer darunterliegenden Bodenplatte 59 und den Seitenwandungen des Abschirmgehäuses Die Bodenplatte 59 aus Metall, z.B. aus Kupfer, ist auf der Innenbodenfläche des Abschirmgehäuses 61 angeordnet und bildet einen bei Mikrowellenfrequenzen wirksamen KurζSchlußabschluß am Bodenende der Übertragungsleitung, der durch die beiden im Abstand angeordneten Stromleiter 53 und 51 ausgebildet wird, obgleich eine Isolierung gegen eine Gleichstromverbindung zu jedem dieser Stromleiter vorhanden ist. .

Das Abschirmgehäuse 61 ist im wesentlichen ein hohler Metallkasten mit dicken Wänden und besteht aus elektrisch stromleitendem Material, zweckmäßigerweise Aluminium. Die Innenseitenwand- und Bodenwandflächen des Gehäuses 01 können dann eloxiert sein, so daß sie einen dünnen elektrischen Isolierbelag aufweisen. Dieser Belag isoliert den Gehäuseboden elektric ^h gegen Gleichstromkontakt mit der Bodenplatte 59- Es können auch andere Isolierbeläge verwendet werden, jedoch haben sich Beläge, die eloxiert sind, als geeignet herausgestellt.

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Eine Gunii-Diode 63 ist zwischen dem Bodenende der stromleitenden Säule 51 und der Abschlußbodenplatte 59 angeordnet. Der positive Diodenanschluß steht in elektrischem Kontakt mit der unteren Endfläche der Säule 51j der negative Anschluß der Diele in direktem elektrischem Eontakt mit der Platte 59· Bin Varaktor 65 ist zwischen den Stromleitern 51 und 53 "befestigt, einer seiner Anschlüsse ist mit dem Stromleiter 5I verbunden und c.er anaere Anschluß steht in Kontakt mit dem Stromleiter 53. Auf diese Weise wird der Varaktor 65 in einen elektrischen Stromkreis dazwischen eingeschaltet. Der Varaktor ist zweckmäßir:erweise so angeordnet, daß seine Kante in Reihe mit dem xsodenende der stromleitenden Säule 5I liegt.

Kin HetallabSchluß oder eine obere Abdeckplatte 64, beispielsweise aus Aluminium, die abgehoben dargestellt ist, bedeckt die offene obere Seite des Abschirmgehäuses 61, so daß eine in sich geschlossene Einheit erzielt wird, die gegen Iiikrowellenenergie undurchlässig ist. Die Abdeckplatte 64 ist mit dem Überteil des Abschirmgehäuses 61 in herkömmlicher Weise, beispielsweise mittels Schrauben befestigt, wie dies schematisch in S¹Ig. 7 angedeutet ist. Die Platte 64 weist zwei Gewindebohrungen auf, in denen zwei kurze Schrauben 67 und aufgenommen werden, sowie eine mittlere Öffnung 68 entsprechender Größe, durch die ein Schraubenzieher in einen Schlitz im Schraubendteil 65 der Säule 5I eingesetzt werden kann.

Beim Zusammenbau des Oszillators nach den Figuren 7, 8 und 9 und bei aufgesetzter Abdeckplatte 64, wie in Fig. 9 gezeigt, werden die Schrauben 67 und 69 nach unten gedreht, so daß sie durch die Unterseite der Abdeckplatte vorstehen und zwei im Abstand voneinander angeordnete Teile der darunterliegenden Platte 57 in der Weise berühren, daß ein leichter Druck auf die Platte 57 ausgeübt wird. Anschließend wird die stromleitende Säule 51 mit Hilfe eines Schraubenziehers festgezogen, der durch die Öffnung 68 eingesetzt wird und der in den Schlitz des Schraubteiles 65 der Säule 5I eingreift. Durch Drehen des

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Schraubenziehers wird das untere Ende der Säule 51 i^a kräftigen Eontakt mit dem oberen Anschluß der Diode 63 gebracht, so daß eine ^lemmartige Verbindung zwischen der Säule 51» &&? Diode und der Bodenplatte 59 entsteht.

Die Platten 70 aus für Mikrowellen verlustbehaftetem Material, z.B. "Eecosorb" sind auf den inneren Flächen der Wandungen des Absehirmgehäuses 61 befestigt. Zusätzliche Platten aus für Mikrowellen verlustbehaftetem Material, die der Deutlichkeit wegen in S¹Ig. 7 weggelassen sind, sind längs der vorderen und der am nächsten gelegenen Seitenwandflächen des Gehäuses vorgesehen.

Ein Durchgang 62 rechteckförmiger Gestalt ist in der Rückwand des Gehäuses 61 vorgesehen. Die Wandungen dieses Durchganges sind ebenfalls eloxiert, so daß eine Isolierschicht darauf vorgesehen ist, die einen direkten elektrischen Kontakt mit dem Stromleiter 53 verhindert. Der Stromleiter 53 ist in seiner iOrm und seinen Dimensionen so gewählt, daß er sich durch den Durchgang erstreckt und diesen Durchgang ausfüllt. Auf diese Weise st der Stromleiter 53 "von außerhalb des Abschirmgehäuses 61 zugänglich. Ein weiterer Durchgang 71 erstreckt sich durch eine der Seitenwände des Gehäuses 61 und eine isolierte elektrische Leitung 72 durch den Durchgang. Die Leitung 72 steht mit der Bodenplatte 59 innerhalb des Gehäuses 61 in Verbindung und ergibt einen elektrischen Pfad von einer äußeren Stelle des Gehäuses 61 nach dort.

Der mittlere Leiter 7^ aus einem Stück Koaxialkabel 73 ist in der Uähe der Diode 63 mit der stromleitenden Säule 515 vorzugsweise in der ifähe des Bodens der Säule verbunden. Ein herkömmlicher koaxialer Verbinder 76 ist auf der Außenseite der gegenüberliegend angeordneten Seitenwand des Gehäuees "befestigt und mit dem Koxialkabel verbunden. Das Kabel 73 und der Verbinder 76 ergeben eine Mikrowellenenergie-Ausgangs

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kopplung aus dem Gehäuse 61. Während des Betriebes wird eine elektrische Last mit diesem Ausgangskopplungsverbinder in herkömmlicher Weise gekoppelt»

Wie schematisch in Flg. 7 gezeigt, ist eine Vorspannungsquelle 75 zwischen elektrische Erde und Stromleiter 53 geschaltet. Der Ausgang aus der Speisequelle 75 ist so einstellbar, θθ daß jede Spannung zwischen O und -50 V erzielt werden kann. Wie dargestellt, ist das Abschirmgehäuse 61 und damit die Abdeckplatte 64 mit Erde verbunden. Somit wird ein Strompfad zwischen dem negativen Anschluß der Speisequelle 75 über den Stromleiter 53? den Varaktor 65, den Stromleiter 5I₅ äas mit Schraubgewinde versehene Oberteil 55 desselben, die Metallplatte 57* ^-^e Schrauben 67 und 69, die Abdeckplatte 64 zur· elektrischen Erde und von Erde zum positiven Anschluß der Speisequelle 75 aufgebaut.

Eine Speisequelle 77 für Diodenvorspannung odex» Diodensteuerspannung, z.B.lü V Gleichstrom, ist mit ihrem positiven Anschluß an Erde und mib ihrem negativen Anschluß an die elektrische Leitung 72 gelegt. Eine Serien-RG-Schaltung, die ein liefpaßfilter darstellt, ist in Nebenschluß an die Speisequelle 67 gelegt, so daß niederfrequente Vorspannschaltungsschwingungen verhindert werden, die häufig in Verbindung mit Gunn-Dioden oder ähnlichen Einrichtungen auftreten. Ein Strompfad wird von der Speisequelle 77 zur Diode 63 aufgebaut, und zwar von dem negativen Anschluß der Speisequelle 77 über die Leitung 72 zur Platte 59, zum negativen Anschluß der Diode 63, über die Diode 63, den Stromleiter, d.h. die Säule 51, die Platte 57, die Schrauben 67 und 69, die Abdeckplatte 64 zur elektrischen Erde und von Erde zum positiven Anschluß der Speisequelle 77-

Um die Anordnung von Bauelementen bei dieser Ausführungsform der Erfindung noch deutlicher darstellen zu können, wird eine Aufsicht und eine Querschnittsansicht in verringertem Kaßstab anhand dur .Figuren 8 und 9 nachstehend erläutert. Diese Bauelemente in den .Figuren 8 und 9, die gleich denen nach Sig. 7

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sind, sind zweckmäßigerweise mit gleichen Bezugs zeichen versehen.

Fig. 8 stellt eine Aufsicht auf die beschriebene Ausführungsf or ta dar, wobei die Ketallabdeckiplatte 64- und die Kurzschlußabschluß-Hetallplabte 57 nach Fig. 7 cLe*¹ Deutlichkeit wegen in Fig. 8 weggelassen sind. Die zylindrische, stromleitende Säule 51 ist in der Nähe und im Abstand von dem Stromleiter 53 dargestellt, da der Betrachter bei dieser Ansicht längs der Zweileiter-Übertragungsleitung, die zwischen den Stromleitern 51 und 53 gebildet wird, blickt. Der Varaktor 65 ist so dargestellt, daß er mit seinen Anschlüssen zwischen den Stromleitern 5I voa.d. 53 eingeschaltet ist. Der Stromleiter 53» der durch die gestrichelte, verdeckte Linie dargestellt ist, erstreckt sich durch den Durchgang 62 in der Rückwand des metallischen Abschirmgehäuses 61. Das Koaxialkabel 73 weist einen mittleren Stromleiter 74-auf, der mit dem Stromleiter 5I verbunden ist; das andere Ende des Stromleiters 74- ist mit dem Koaxial verbinder 76 verbunden, der an der Seitenwand des Gehäuses befestigt ist. Die metallische Bodenabschlußplatte 59 ist im Boden des Gehäuses angeordnet und die elektrische Leitung 72 erstreckt sich, durch die Bohrung ^r/l in einer Seitenwand des Gehäuses 61 und ist mit der Bodenabschlußplatte 59 verbunden. In entsprechender Weise sind Platten 70 a-^us verlustbehaftetem Material an allen Innenwandflächen des Behälters 61 angeordnet und befestigt.

In der Querschnittsansicht nach Figo 9₅ die längs der Linie 9-9 der Fig. 8 gezeichnet ist, ist die Aluminiumoxydschiclrfc auf den Innenflächen des Gehäuses 61 durch eine Reihe von kurzen schraffierten Linien dargestellt, um zu zeigen, daß die Oberflächen durch einen herkömmlichen Eloxiervorgang behandelt worden sind, damit ein elektrisch isolierender Aluminiuinoxydebelag ausgebildet wird.

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Die Folge von Zusammenbaustufen für die Bauelemente der Ausfiüirungsform nach den Figuren 7, 8 und 9 ergibt sich nicht notwendigerweise aus den Zeichnungen und wird deshalb nachstehend kurz erläutert.

Beginnend mit dem Abschirmgehäuse 61, bei dem die verlustbehafteten PIaIiEn 70 in ihrer Stellung befestigt sind, wird die Platte 59 auf die innere Bodenfläche aufgesetzt und in entsprechenderWeise mit der elektrischen Leitung 72 verbunden. Dann wird, der Metalleiter 53 durch den Durchgang 62 geschoben, so daß er sich teilweise in den Hohlraum innerhalb des Gehäuses erstreckt. Der Stromleiter 53 nimmt den Varaktor65 mit sich, der vorher mit ihm befestigt worden ist. Der mittlere Leiter, die Säule 5I₅ is* damit befestigt und nimmt die Diode 63 an ihrem Ende auf; diese Säule wird in die Platte 57 mit Hilfe des mit Schraubgewinde versehenen Teiles 55 bis zu einer Tiefe eingeschraubt, die es der Diode 65 gerade noch nicht ermöglicht, die Abschlußbodenplatte 59 zu berühren. Der elektrische Leiter 74- wird dann mit der Säule 51 an einer Stelle in der Nähe der Diafe 63 befestigt und die Anordnung 57 und Säule 51 wird dann in den Hohlraum eingesetzt. Die Abdeckplatte 64 wird dann mit der ofeffenen Seite des Gehäuses 61 befestigt und mit Hilfe von Schrauben, voa denen eine in Fig. 7 dargestellt ist, festgeschraubt. Dann werden die Schrauben 67 und 69 durch die Abdeckplatte 64 bis zu einer Tiefe eingeschraubt, in der sie an der darunterliegenden Abschlußplatte 57 anlegen und gegen diese Platte drücken. Im Anschluß daran wird ein Schraubenzieher durch die öffnung 68 der Platte 64· und in den Schlitz des Schraubendes ^ des mittleren Stromleiters 51 eingesetzt und der Stromleiter 51 gedreht und damit nach unten in bezug auf die Platte 57 verschoben. Entsprechend wird die Diode 63 unter leichtem Druck in guten Kontakt mit der Bodenmetallplatte 59 gebracht und die gesamte Anordnung starr eingebaut. Schließlich wird eine Schraube 52, die den Varaktor 65 im Stromleiter 53 trägt, wie nur in Fig. 8 dargestellt, gedreht

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und ifi. weiter in den Hohlraum vorgeschoben, so daß dex* andere Anschluß des Varalrbors~65~ä5T dem mittleren Leiter^ d.h. der Säule 51 anliegt und fest in Kontakt mit ihr kommt.

Die Theorie der Arbeitsweise der Ausführungsform nach den !figuren 7 j 8 und 9 ist im wesentlichen die gleiche wie nach der Ausführungsform. nach, den !figuren 1 his 4-. Grundsätzlich "besteht ein Unterschied darin, daß hei dieser Autführungsform ein Oszillator flexiblerer Konstruktion erhalten wird, insoferne, als die Länge, der Übertragungsleitung durch geeignete Wahl einer Dimension nur zweier Teile, nämlich des mittleren Stromleiters 5I und des Stromleiters 53 eingestellt werden kann.

Die Stromleiter 5I und 53 bilden die offenseitige Übertragungsleitung, deren Länge zweckmäßigerweise kleiner als ein Viertel einer Wellenlänge ist. Bei einem Ausführungsbeispje 1 beträgt die Länge C,625 cm. Dies entspricht dem O,21fachen einer Wellenlänge bei liner Frequenz von 10 GHz. Die Übertragungsleitung kann nach verschiedenen Theorien als an jedem Ende, je nach dem, wie sie theoretisch analysiert wird, für Energie im liikrowellenfrequenzbereich durch die obere Platte 57 und die untere Abschlußplatte 59 kurzgeschlossen werden, so daß eine effektive elektrische Induktivitäts- und niedrige Impedanzkopplung zur Gunn-Diode erzielt wird. Der Varaktor 65 ergibt die effektive Kapazität, so daß eine abgestimmte· Schaltung erhalten wird. Die umgebenden Wände des metallischen Gehäuses 61 bilden eine Abschirmung um die Übertragungsleitung herum und legen einen Hohlraumbereich .fest, der in den Eaum zwischen den Stromleitern 51 und 53 der Übertragungsleitung offen ist und in Verbindung damit steht. Der Hohlraum ist frei von parasitären Resonanzen, und zwar aufgrund der Wirkung der absorbierenden Platten 70^ und somit beeinflußt oder überlagert der das PeId begrenzende Hohlraum die durch das Paar von Stromleitern gebildete Abstimmschaltung nicht. Der Oszillator wird durch Einstellung des Varaktor-Vorspannungspegels abgestimmt, wie dies in Verbindung mit der Ausführungsform nach den !figuren 1 bis 4-

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beschrieben wurde, und der Mikrowellenenergieausgang wird über den Verbinder 76 an eine entsprechende elektrische Last gekoppelt.

Jede der Abschlußplatten 57 und 59 kann eine geringere Größenabmessung als die gezeigte aufweisen, und es kann eine unterschiedliche Bagruppeiianordnung gewählt werden. Man hat jedoch, festge-

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stellt, daß es zweckmäßig, daß beide Platten in ihrer Oberflächenabmessung wesentlich größer sind als der Querschnitt der tfbertra'-xingsleitung. Im Betrieb erzeugt die Gunn-Diode Wärme, die abgeführt werden muß. Somit weist die Platte 59 aweckmäßigerweise einen großen Oberflächeninhalt auf, und. dient somit dazu, die Wärme wirksamer an das Gehäuse 61 heranzuführen. Die Platte 57 besitzt vorzugsweise einen so großen Flächeninhalt, daß ein Kontakt mit den linden der Sclirauben 67 und 69 auf der Abdeckjil at te 64- hergestellt wird, damit die verschiedenen Bauelemente des Oszillators mechanisch an ihrem Platz gehalten werden.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 und der Ausführungsform nach den Figuren 7 bis 9 besteht dax*in, daß der Aufbau der letzteren Ausführungsform flexibler ist und eine Änderung der Grund- oder Hittenfrequenz des Oszillators bei minimaler Änderung der Form oder Größe der Bauelemente ermöglicht. Um einen neuen Oszillator mit einer niedrigeren Grundfx'equenz nach der Ausführungsform nach den Figuren 7 bis 9 zu konstruieren, kann eine Säule, z.B. der Stromleiter 51, jedoch mit etwas größerer Länge, wie auch ein längerer Stromleiter 53 verwendet werden. Bei einer solchen Konstruktion erstrecken sich die Schrauben 67 und 69 nicht so weit unter die Abdeckplatte 64, daß eine Kraft auf die Platte 57 ausgeübt wird. Um umgekehrt einen Oszillator mit einer höheren Grundfrequenz zu konstruieren, werden eine Säule 51 und ein Stiunleiter 53 geringerer Länge verwendet. In diesem Fall erstrecken sich die Schrauben 67 und 69 weiter durch die Pllsbte 64hindurch in Eingriff mit der Platte 57. Es ist jedoch klar, daß alle anderen Bauelemente der Einheit einschließlich des Abschirmgehäuaes 61, der

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Abdeckplatte 64- und des Belages, d.h.. der Platten 70 aus verlustbehaftetem Material in Größe und Form unverändert "bleiben. Alle Seile des Oszillators nach den Figuren7 bis 9 sind austauschbar, unabhängig von der Erundfrequenz des Oszillators. Somit wird die Lagerhaltung von Teilen, die zur Herstellung von Oszillatoren mit verschiedenen Grundfrequenzen erforderlich sind, wesentlich verringert, und es werden damit erhebliche Einsparungen, erzielt. Im Gegensatz hierzu muß, wenn die Länge des mittleren Leiters 3 der Ausführungsform nach den Figurenl bis 4- größer gemacht werden soll, die Größenabmessung der Gehäusewände in der Höhe ebenfalls vergrößert werden.

Während die Varaktoren 16 nach Fig. 1 und 65 nach Fig. 7 zwischen den beiden, die entsprechende kurzgeschlossene Übertragungsleitung bildenden Stromleiter an verschiedenen Stellen zwischen den Enden der Leitung angeordnet sein können, erscheint die Lage die beste, bei der die Kante des Varaktors in Linie, d.h. in der gleichen Höhenstellung wie das Bodenende des mibtleren Leiters liegt, wie in den Figuren 1 und 7 dargestellt. "Wenn der Varaktor diese Lage einnimmt", erreicht er seine höchste Effektivität und ergibt die breiteste Abstimmcharakteristik für einen gegebenen Varaktor.

Darüber hinaus sind die Ansgangsleitungen 35 nach Fig. 1 und 74 nach Fig. 7 in- entsprechender Weise direkt mit dem Ende des entsprechenden mittleren Stromleiters 3 in Fig. 1 und 51 in Fig. 7 verbunden, d.h. an einer Stelle in der ITähe der Gunn-Diode. Während andere Verbindungspunkte als Kopplungspunkte mit der Ausgangsleitung für Mikrowellenfrequenzenergie möglich und geeignet sind, wurde festgestellt, daß diese Lage für die Verbindung die beste Leistumgs-Abstimm-Charakteristik ergibt, da sie die Auskopplung der höchsten Werte in der Hikrowellenenergie ermöglicht. Dieses Kerkmal stellt einen wesentlichen Vorteil "beim Zusammenbau des Oszillators dar, da von dem 'l'echniker nur eine geringe Erfahrung gefordert wird. Der Techniker

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verbindet lediglich die Ausgangsleitung mit der vorgeschriebenen Stolle und dabei wird die erste und beste Verbindung hergestellt. Im Grgensatz hierzu muß bei bekannten Oszillatoren, bei denen zylindrische Resonatoren und Ausgangskopplungsschleifen zur kopplung mit den elektromagnetischen Feldern für optimale Leistungsabgabe verwendet werden, die Schleife im Hohlraum bewegt werden, und jedex· Leistungsausgang mit jeder Stellung genessen werden, bis festgelegt ist, daß eine bestimmte erzielte Stellung eine optimale Feldkopplung und resultierende Leistungsabgabe ergibt. Dieser Vorgang muß im Anschluß an jeden Oszillatorzusammenbau vorgenommen werden, da bei so kleinen räumlichen Abmessungen nicht zwei Osaillatoranordnungen genau gleich sind. Eine derartige mühsame Positionierung der Ausgangskopplungsschleifen durch einen empirischen Vorgang macht die Produktion ganz eindeutig schwierig und aufwendig. Hit vorliegender Erfindung werden diese mühsamen und zeitaufwendigen Vorgänge ausgeschaltet .

In Zusammenhang mit einer speziellen Ausführungsform eines Oszillators nach der Anordnung nach Fig. 7 sind die ersielten iir.^ebnisse graphisch in Fig. 10 aufgetragen. Der Oszillator wurde dabei über einen Frequenzbereich von 7?5 GH-ζ bis 10,5 GHz abgestimmt und die Leistungsabgabe "betrug 15 oder mehr

Eine geringe Abänderung der Ausführungsform nach den Figuren 7 bis 9 ist in Fig. 11 dargestellt. Hierbei genügt eine Aufsicht auf den Oszillator dieser abgeänderten Ausführungsform, da die Anordnung der vez^schilienen Bauelemente sich aus der Beschreibung der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ergibt und diese Aufsicht die Änderung klar erkennen läßt. Die Bauelemente in Fig. 11, die Elementen nach den Figuren 7, 8 und 9 entsprechen, haben die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem (') erhalten. Da alle Bauelemente in Verbindung mit der anderen Ausführungsform vreiter oben beschrieben worden sind, braucht diese Besehreibun;s nicht wiederholt zu werden. Die Ausgangs-

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kopplungselemente, die den Verbinder 76, das Kabel 73 und die Leitung 7^ umfassen, wie in Fig. 8 gezeigt, sind so angeordnet, daß der Verbinder 76' sich in der Vorderwand des Abschirmgehäuses 61' befindet und das Kabel 73^! in der die Achsen der Stromleiter 51' und 53' aufnehmenden Ebene zur Verbindungsstelle der Leitung^-' mit dem Stromleiter 51 verläuft. Dies ermöglicht, die Länge des Abschirmgehäuses 61''kürzer zu wählen als die entsprechende Länge des Gehäuses 61 nach Fig. 8. Ermöglicht wird dies dadurch-, daß der Hohlraum, der die offenseitige Zweidraht-Über- · tragungsleitung, welche durch die Stromleiter 51' uncL 53^! gebildet wird, aufnimmt, aufgrund des Vorhandenseins des verlustbehafteten Materiales 70' keinen wesentlich© Einfluß auf die Grundfrequenz des Oszillators ausübt. Daraus ergibt sich eine wesentliche-Verringerung in der Größenabmessung der Oszillatoreinheit.

Die vorstehende Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen nach der Erfindung soll in keiner Weise die Erfindung in ihrem Umfang beschränken. Vielmehr liegen zahlreiche äquivalente Anordnungen der Bauelemente, Ersatz bestimmter Bauelemente durch andere und Modifikationen im Aufbau der Anordnung im Rahmen vorliegender Erfindung.

Die Ausdrücke "Anschluß positiver Polarität" und "Anschluß negativer Polarität" jder Gunn-Diode sind üblicherweise verwendete Ausdrücke, wobei davon ausgegangen wird, daß die Diode als Einrichtung mit negativem Widerstand für den beabsichtigten Zweck wirkt, wenn diese Anschlüsse mit gleichen Anschlüssen, nämlich den positiven und negativen Anschlüssen einer Spannungsquelle verbunden sind. Während die Vorspann- oder Steuerspannungsquellen 37, Fig. 1, und'771 Fig. 7? mit ihren positiven und negativen Anschlüssen im elektrischen Strmkreis mit entsprechenden Bauelementen verbunden dargestellt sind, kann die Speisepolarität auch umgekehrt werden, wenn die entsprechende Gunn-Diode in ihrer Lage vertauscht wird, so daß positive und negative

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Anschlüsse vertauscht werden. Obgleich isolierte elektrische Leiter, die sich durch die Wandbohrungen erstrecken, in den Ausführungsbeispielen beschrieben und dargestellt sind, können auch herkömmliche Verbinder in den Wandungen eines Abschirmgehäuses vorgesehen werden, und die Steuerspannungsquellen können mit Hilfe dieser Verbinder verbunden werden.

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Claims (1)

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   Pat entanspräche:

   Festkörper-Mikrowellenoszillator mit einer Mode, die in der Lage ist, elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereieh zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) einer offenseitigen Übertragungsleitung antriebsaäßig zugeordnet ist, die in einen, stromleitend begrenzten Hohlraum eingebaut ist, wobei der Baum zwischen parallelen Stromleitern (1, 3? 5) der Übertragungsleitung mit dem. Hohlraum in Verbindung steht.

   2. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum verlustbehaftetes Material enthält.

   3. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbehaftete Material als Befg (20) auf Innenwandflächen des Hohlraumes aufgebracht ist.

   4. IFestkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 1» 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) eine Gsmn-Diode ist.

   5. ffestkörper-Hikrowellenoszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung durch eine stromleitende Säule (3) gebildet ist, die parallel zu und im Abstand von wenigstens einem stromleitenden Element; (1, 5) verläuft.

   6. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 5₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung von zwei stromleitenden Elementen (1 ,-5) gebildet ist, zwischen denen die Säule (3) befestigt ist.

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   7. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) in der Nähe eines Endes der Säule (5) befestigt ist.

   8. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum das Innere des kastenförmigen, reclfeckigen Abschirmgehäuses ist, daß die stromleitende Säule (3) in der Mitte des Gehäuses befestigt ist und daß das stromleitende Element oder jedes der beiden stromleitenden Elemente (1, 5) ein Steg ist, der in den Hohlraum hineinragt und einen Teil einer von zwei entgegengesetzten Seitenwänden des Gehäuses darstellt, elektrisch jedoch von allen Wänden des Gehäuses isoliert ist.

   9. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch.! oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die oflfenseitige Übertragungsleitung durch eine stromleitende Abschlußfläche an jedem der beiden Enden der 'übertragungsleitung in Resonanz ist.

   10. IPestkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitenden Abschlußflächen für die Übertragungsleitung die nach innen gerichteten Flächen der Wände (7, H) des Gehäuses sind, die in der Nähe der gegenüberliegenden Seitenwande liegen.

   11. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (15) zwischen dem Ende

   {TGI*

   der Säule (3) und einer nach innen gerichteten Flächen angeordnet ist.

   12. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellschraube (8) in die Gehäusewand (7), die die nach innen gerichtete Fläche ergibt, einschraubbar und hindurchführbar ist, wobei die Schraube

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   räumlich und elektrisch die Diode (15) zwischen die Säule (3) und die Gehäusewand (7) einsetzt.

   13. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung abstimmbar ist.

   14-. Festörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Varaktor (16, 17, 65) zur Abgstimmung der Übertragungsleitung als eine Funktion von Steuerspannungen, die zwischen den beiden Anschlüssen des Varaktors oder der Varaktoren angelegt werden, vorgesehen ist.

   15. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 14-und 5? dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Varaktor (65) zwischen der stromleitenden Säule (51) und einem einzigen stromleitenden Element (53) "befestigt ist.

   16. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 6 und 14-, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Varaktoren (16, 17) vorgesehen sind, deren jeder zwischen der Säule (3) und einem anderen der beiden stromleitenden Elemente (1, 5) befestigt ist.

   17. Festkörper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 15 oder

   16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Einstellschraube (4-0, 4-1) in eine Bohrung durch ein stromleitendes Element (1, 5) hindurch einschraubbar ist, wobei jede Einstellschraube räumlich und elektrisch einen Varaktor (16, 17) zwischen die Säule (3) und das entsprechende stromleitende Element (1, 5) einsetzt.

   18. Festkürper-Mikrowellenoszillator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (3),eine Ein&ellschraube (4-0, 4-1) und ein stromleitendes Element (1, 5) einen Teil des elektrischen Pfades zum Anlegen einer Steuerspannung bilden, sie an einen Varaktor (16, 17) angelegt wird.

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