DE2828927C2 - Mechanisch abstimmbarer koaxialer Impatt-Oszillator - Google Patents

Mechanisch abstimmbarer koaxialer Impatt-Oszillator

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Description

dadurch gekennzeichnet,
— daß der erste der beiden Impedanztransformatoren mit der Impatt-Diode (40) eine Baueinheit (40,48,54,55) bildet,
— daß der zweite Impedanztransformator (56) im Bereich zwischen der Impatt-Diode (40) und der Auskoppelöffnung (70) angeordnet, mit dem Innenleiter (44) fest verbunden und gegenüber dem Außenleiter (42) verschiebbar ist,
— und daß Einstellmittel (62,64) vorgesehen sind, durch welche die Lage des zweiten Impedanztransformators (56) relativ zu dem ersten Impedanztransformator und der Auskoppelöffnung veränderbar ist.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
— daß die Einstellmittel,
— eine becherförmige Metallhülse (48), die mit einer Elektrode der Impatt-Diode (40) elektrisch verbunden und auf einem Ende des Innenleiters (44) verschiebbar angeordnet ist,
— und ein in der Nähe des anderen Endes des Innenleiters, diesen umgebendes und mit dem Außenleiter fest verbundenes und mit einem Innengewinde versehenes Teil (62) umfassen, in welches das mit einem entsprechenden Außengewinde versehene Ende des Innenleiters (44) eingeschraubt ist,
derart daß bei Drehen des Innenleiters (44) dieser und der mit ihm fest verbundene zweite Impedanztransformator (56) relativ zu dem Außenleiter (42) axial verschoben werden,
— und daß das mit einem Innengewinde versehene Teil (62) einerseits mit einer nach außen führenden Zuleitung (66) zur Zuführung der Vorspannung und andererseits über den Innenleiter (44) und die Metallhülse (48) mit der Impatt-Diode (40) in elektrischer Verbindung steht.
3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der becherförmigen Metallhülse (48) eine Feder (54) befindet, die sich einerseits gegen die Metallhülse (48) und andererseits gegen die benachbarte Stirnfläche des Innenleiters (44) abstützt
Die Erfindung betrifft einen mechanisch abstimmbaren koaxialen Impatt-Oszillator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art
Ein solcher Impatt-Oszillator ist beispielsweise durch die Literaturstellen »Elektronics Letters«, Vol. 8 (1972), No. 21, S. 513—514 und Hewlett Packard, Application Note 935 (1972), S. 12-14 und 21-22 bekannt. Probleme ergeben sich bei Mehrfach-Oszillator-Anordnungen, bei denen eine Mehrzahl von Impatt-Oszillatoren mit einem gemeinsamen Hohlraumresonator zusammenwirkt, Anordnungen also, wie sie beispielsweise in den US-PS 36 28 171 und 39 31 587 beschrieben sind. Solche Mehrfach-Oszillator-Anordnungen, die mit einem Hochfrequenz-Leistungs-Kombinierer zusammenwirken, dienen zur Erzeugung von Hochfrequenzsignalen entsprechend hoher Leistung. Die hierbei auftretenden Forderungen sind in dem Aufsatz »The Single Cavity Multiple Device Osidllator« IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band MTT-19, Nr. 10, Oktober 1971 beschrieben. Es handelt sich im wesentlichen um Probleme der Anpassung der vergleichsweise niedrigen Impedanz der Impatt-Diode an die vergleichsweise hohe Impedanz des Hohlraumresonators. Es zeigt sich, daß die in der zuletzt genannten Literaturstelle vorgeschlagene Verwendung eines Impedanztransformators wegen der Schmalbandigkeit zur Lösung dieser Probleme ungeeignet ist, da eine hinreichende Berücksichtigung der sich nichtlinear mit der Hochfrequenzleistung und der Vorspannung ändernden Impedanz der Impatt-Diode in der Praxis kaum möglich ist
Durch die Literaturstelle »Wiss. Ber. AEG-Telefunken50« (1977) 1/2, S. 10-22 ist es bekannt, einen koaxialen Impatt-Oszillator mit Hilfe von λ/4-Impedanztransformatoren an den Hohlraumresonator anzupassen. Eine solche Lösung ist extrem frequenzabhängig·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impatt-Oszillator der im Gattungsbegriff des Patentanspruch 1 beschriebenen Art zu schaffen, der eine individuelle und möglichst verlustarm arbeitende Einstellung der Anpassung der Impedanz der Impatt-Diode an den zugeordneten Hohlraumresonator ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Impatt-Oszillator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist die in die Verbindung zwischen dem mit der Impatt-Diode unmittelbar zu einer Baueinheit verbundenen ersten Impedanztransformator und der Auskoppelöffnung ein zweiter Impedanztransformator eingefügt, dessen Position relativ zu dem ersten Impedanztransformator einstellbar ist Damit lassen sich Impedanzabweichungen der Impatt-Dioden von ihrem Nennwert die zu einer entsprechenden Impedanzänderung am Ausgang des ersten Impedanz-
transformators führen, durch eine relative Verschiebung des zweiten Impedanztransformator kompensieren. Durch eine soiche Justierung wird die Eingangsimpedanz des zweiten Impedanztransformator» geändert, wodurch schließlich der geeignete Abgleich hergestellt wird.
Die im Patentanspruch 2 beschriebene Ausbildung der Mittel zur Verschiebung des zweiten Impedanztransformators relativ zu dem ersten Impedanztransformator bringeo den Vorteil mit sich, daß der Außenleiter ι ο des Impatt-Oszillators keine öffnungen aufzuweisen braucht, um Zugang zu dem zweiten Impedanztransformator zu ermöglichen, Damit entfallen die durch eine solche Öffnung im Außenleiter verursachten Störungen des elektrischen und magnetischen Feldes innerhalb des koaxialen Impatt-Oszillators.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
F i g. 1 zeigt eine Schnittzeichnung einer koaxialen Impatt-OsziUators gemäß der Erfindung.
F i g. 2 zeigt eine vereinfachte teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Hochfrequenz-Leistungskombinierers, bei welchem eine Mehrzahl der Impatt-Oszillatoren gemäß F i g. 1 mit einem gemeinsamen kreiszylindrischen Hohlraumresonator gekoppelt sind.
Der in Fig. 1 dargestellte Impatt-Oszillator ist Bestandteil eines Senders gepulster Hochfrequenzsignale. Aufbau und Wirkungsweise solcher Sender sind vom Grundsatz her bekannt und sollen daher hier nicht näher beschrieben werden.
Der Impatt-Oszillator gemäß F i g. 1 enthält eine Impatt-Diode 40, die in einem ersten Endbereich eines Koaxialleitungsabschnitts angeordnet ist. Der mit 42 bezeichnete Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts wird von einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung in einem Aluminiumblock gebildet. In dieser Bohrung ist ein Innenleiter 44 gehalten. Die Impatt-Diode 40 befindet sich zwischen einer Wärmesenke 46 und einer Metallhülse 48, die verschiebbar auf dem Innenleiter 44 angeordnet. Die Impatt-Diode 40 ist einerseits mit *o einem leitfähigen Epoxyharz in einer Ausnehmung der Metallhülse 48 festgeklebt und andererseits in einer öffnung der Wärmesenke 46 eingelötet und wird dadurch in ihrer Lage gehalten.
Die Metallhülse 48 ist gegenüber dem Außenleiter 42 *5 und der Wärmesenke 46 durch eine IsoHerstoffhülse 50 isoliert. Die Wärmesenke 46 wird durch einen Schraubeinsatz 52 in ihrer Lage gehalten. Zwischen der Metallhülse 48 und dem Innenleiter 44 befindet sich eine Feder 54. An die Impatt-Diode 40 schließt sich ein aus der Metallhülse 48, der Isolierstoffhülse 50 und einer Hülse 55 aus Berylliumkupfer bestehender erster Impedanztransformator an, der auf diese Weise eine Baueinheit mit der Impatt-Diode 40 bildet. E'n zweiter Impedanztransformator, der aus einer Hülse 5b aus geeignetem dielektrischen Werkstoff besteht, die mit dem Innenleiter 44 fest verbunden und gegenüber dem Außenleiter 42 verschiebbar ist, befindet sich zwischen dem die Impatt-Diode 40 tragenden Enden des Koaxialleitungsabschnitts und einer zu einem kreiszylindrischen Hohlraumresonator 70 führenden Auskoppelöffnung.
In dem anderen (in der Zeichnung links liegenden) Endbereich des Koaxialleitungsabschnitts befindet sich ein Wellensumpf 58, der 'als konisches Bauteil ausgebildet ist und aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. dem unter dem Handelsnamen »ECCOSORB« bekannten Material besteht. Der Wellensumpf 58 wird von einem becherförmigen Element aus Irolierwerkstoff gegen eine Schulter der den Außenleiter 42 bildenden Bohrung gedrückt, wobei das Element 60 durch ein mit einem Muttergewinde versehenes Teil 62 gegenüber dem Wellensumpf 58 gespannt werden kann. Das Teil 62 ist auf den mit einem entsprechenden Außengewinde versehenen Endbereich des Innenleiters 44 aufgeschraubt Der Innenleiter 44 endet in einem Ansatz, auf den ein aus Isolierstoff bestehendes Einstellelement 64 aufgesteckt ist
Ein Leiter 66 zur Zuführung einer elektrischen Vorspannung für die Impatt-Diode 40 verläuft durch eine in einer Öffnung des Außenleiters 40 angebrachte aus Isolierstoff bestehende Durchführung 63 zu dem Teil 62 und ist mit diesem, z. B. durch Löten, elektrisch verbunden.
Die elektrische Vorspannung, die beispielsweise von einem Modulator geliefert wird, gelangt über das Teil 62, den Innenleiter 44, die Feder 54 und die Metallhülse 48 zu einer Elektrode der Impatt-Diode 40. Diese elektrische Vorspannung besteht aus einer Sockelspannung in Form einer konstanten Gleichspannung, durch welche die Impatt-Diode 40 auf einen Pegel vorgespannt wird, der knapp unterhalb des für den Lawinendurchbruch erforderlichen Spannungswertes liegt. Dieser Sockelspannung überlagern sich Impulse mit vorgegebener Wiederholfrequenz, so daß die an der Impatt-Diode 40 anliegende Spannung periodisch über die Durchbruchsspannung angehoben wird. Für eine bekannte Impatt-Diode liegt die Sockelspannung typisch in der Größenordnung von 125 Volt, während die überlagerten Impulse eine Amplitude etwa 25 Volt und eine Impulsdauer von 100 bis 1000 Nanosekunden haben. Es sind Vorkehrungen getroffen, durch die die Frequenzänderungen aufgrund der Erwärmungen, die impulsweise bei jedem Lawinendurchbruch der Impatt-Diode 40 auftreten, kompensiert werden. Da die spektrale Reinheit des erzeugten Hochfrequenzsignals von der Form der Anstiegs- und Abfallflanken der Impulse abhängt, sind ferner Vorkehrungen zur Einstellung der Impulsanstiegs- und -abfallzeit getroffen.
Die oben beschriebenen Impedanztransformatoren dienen zur Anpassung der vergleichsweise niedrigen Impedanz der Impatt-Diode 40 an die relativ hohe Impedanz des Hohlraumresonators 70. Die Gesichtspunkte, die für eine derartige Impedanzanpassung maßgebend sind, sind der eingangs genannten Literaturstelle »The Single Cavity...« zu entnehmen.
Der in F i g. 1 dargestellte Impatt-Oszillator ermöglicht nun eine Impedanzabstimmung, indem das Einstellelement 64 verdreht wird, wodurch sich der Abstand zwischen der den zweiten Impedanztransformator bildenden Hülse 56 und der einen Bestandteil des ersten Impedanztransformators bildenden Hülse 55 verändert. Eine derartige Abstimmung dient einerseits zur Erfüllung der in der zuletzt genannten Literaturstelle aufgeführten Schwingbedingungen und andererseits zur Berücksichtigung der aufgrund von Exemplarstreuungen sich ergebenden unterschiedlichen elektrischen Parameter der einzelnen Impatt-Dioden.
Da die Impatt-Diode 40 und der erste Impedanztransformator eine Baueinheit bilden, die in den Impatt-Oszillator als Ganzes eingesetzt wird, ermöglicht die relative Verschiebung des zweiten Impedanztransformators 56 die gewünschte Einstellung, wenn die Ausgangsimpedanz des ersten Impedanztransformators infolge von Abweichungen der Dioden-Impedanz vom Nennwert
von dem für die Anpassung an den Hohlraumresonator 70 geeigneten Wert abweicht. Da die Einstellung der Lage der den zweiten Impedanztransformator bildenden Hülse 56 in einfacher Weise durch des Einstellelements 64 erfolgt, brauchen in den den Außenleiter 42 bildenden Aluminiumblock keine Zugangsöffnungen im Bereich der Hülse 56 angebracht zu werden. Dadurch sind nicht nur Feldstörungen innerhalb des koaxialen Oszillatorkreises vermieden, es ist auch ein bequemer Abgleich gewährleistet, wenn eine Vielzahl gleichartiger koaxialer Oszillatoren gemäß F i g. 1 an einen gemeinsamen kreiszylindrischen Hohlraumresonator angekoppelt werden.
F i g. 2 zeigt eine derartige Mehrfach-Oszillator-Anordnung. Der gemeinsame kreiszylindrische Hohlraum- ,5 resonator 70 ist dadurch gebildet, daß ein oberer blockförmiger Körper 71 und ein unterer blockförmiger Körper 73 zusammengeflanscht werden. Den Boden des Hohlraumresonators 70 bildet derjenige Teil des unteren Körpers 73, der von einer zentrischen Senkbohrung des oberen Körpers 71 begrenzt ist. Diese Bohrung ist so bemessen, daß sich bei der gewünschten Betriebsfrequenz der Eoio-Schwingungstyp ausbilden kann.
Auf einem zu den Längsachsen der Körper 71 und 73 konzentrischen Teilkreis C dessen Radius mit dem der den Hohlraumresonator 70 bildenden Senkbohrung übereinstimmt, befinden sich parallel zu den genannten Längsachsen gerichtete Bohrungen, deren Innenwandungen die Außenleiter der einzelnen Impatt-Oszillatoren bilden, die im übrigen vollständig dem in Fig. 1 dargestellten Impatt-Oszillator entsprechen.
Der untere Körper 72 ist in Höhe der Impatt-Dioden 40 von einem ringförmigen Gehäuse 75 umgeben, in dem eine Ringkammer 75 gebildet ist, durch die ein Kühlmittel zirkulieren kann. Sie besitzt einen Einlaß 77 und einen Auslaß 79, die mit der Druck- bzw. Saugseite einer Pumpe verbunden sind. Der Innenleiter 44 des koaxialen Impatt-Oszillator und die Wärmesenke 46 sind vorzugsweise aus sauerstofffreiem Kupfer hergestellt, das besonders widerstandsfähig gegen Wärmerisse ist.
Entlang der Längsachse des Körpers 71 erstreckt sich eine Sonden- und Abstimmeinrichtung 80. die aus einem Sondenteil 82 und einem Abstimmteil 84 besteht. Letztere können einzeln oder gemeinsam in entsprechenden Schraubgewinden verstellt werden.
Über die Koaxialleitung 83 der Einrichtung 80 ist ein Signal in den Hohlraumresonator 70 einkoppel- und auskoppelbar.
Der Hohlraumresonator 70 und die an ihn angekoppelten Impatt-Oszillatoren verfügen über drei Einstellmöglichkeiten, die sämtlich von der Oberseite her zugänglich sind, so daß selbst bei beengten Einbauverhältnissen bequeme Justiermöglichkeit gegeben ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Mechanisch abstimmbarer koaxialer lmpatt-Diodenoszillator, insbesondere für Mehrfach-Oszillator-Anordnungen,
— mit einer in einem Endbereich eines Koaxialleitungsabschnitts zwischen dessen Innenleiter und Außenleiter geschalteten und über den Innenleiter elektrisch vorgespannten Impatt-Diode,
— mit einem in dem anderen Endbereich des Koaxialleitungsabschnitts zwischen dessen Innenleiter und Außenleiter angeordneten Wellensumpf,
— mit einer zwischen der Impatt-Diode und dem Wellensumpf im Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts angebrachten mit einem Hohlraumresonator verbindbaren Auskoppelöffnung
— sowie mit zwei Impedanztransformatoren zur Anpassung der Impedanz der Impatt-Diode an die Impedanz des Hohlraumresonators,
DE2828927A 1977-06-30 1978-06-30 Mechanisch abstimmbarer koaxialer Impatt-Oszillator Expired DE2828927C2 (de)

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