DE3145386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen varaktorabstimmbaren Oszillator in Hohlleitertechnik mit einem Schwingelement zur Schwingungserzeu­ gung und einer Auskoppelblende für die Auskopplung der Hochfre­ quenzleistung.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine Anordnung von H. Barth und M. Bischoff "Mikrowellenoszillator", DE-OS 28 12 410, bekannt.

Die Erfindung der genannten Art wird beispielsweise in Flugkörpern und Waffenplattformen eingesetzt.

Aufgrund ihrer Einsetzbarkeit in solchen Systemen kommt sie bei­ spielsweise im Bereich der intelligenten Munition zur Anwendung.

Bei der bekannten Anordnung handelt es sich um einen varaktorab­ stimmbaren Oszillator in Hohlleitertechnik mit einem Halbleiter­ schwingelement 3 zur Schwingungserzeugung und einer Auskoppel­ blende 2 für die Auskopplung der Hochfrequenzleistung.

Die Anordnung ist aus einem Gunn-Oszillator, einem Abstandsstück und einem Varaktorabschnitt zusammengesetzt. Hierbei befindet sich das Gunn-Element innerhalb eines höhenreduzierten Hohllei­ ters vom Typ WR 19. Der Hohlleiter dieses Gunn-Oszillators ist in einem Metallblock 2 eingebracht. In dessen Abschlußwand ragt zur Frequenzfeinabstimmung ein Saphierstift hinein.

An den dortigen Metallblock 2 schließt sich ein Metallblock 5 an, der als Abstandsstück zum an ihn anschließenden Varaktor­ abschnitt 6 fungiert. Im Abstandsstück 5 und im Varaktorab­ schnitt 6 ist der Hohlleiter des Gunn-Oszillators fortgesetzt.

Wesentlich für die Erfindung ist die Doppelausnutzung eines Va­ raktors als abstimmendes und als frequenzvervielfachendes Ele­ ment. Durch Variation der Varaktorspannung ist dieser Oszillator frequenzmodulierbar.

Diese Anordnung verhält sich wie ein spannungsabgestimmter Os­ zillator mit nachfolgender Frequenzverdopplung und zeichnet sich durch die beschriebene Doppelausnutzung des Varaktors aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator der eingangs genannten Art zu implementieren, der einen möglichst großen Abstimmbereich aufweist und im gesamten Abstimmbereich stabil arbeitet.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung ge­ löst. Durch die Verwendung von zwei Varaktordioden wird nicht nur der Abstimmbereich vergrößert, sondern, da diese symmetrisch zur Achse Auskoppelblende - Schwingelement angeordnet sind, wer­ den auch Feldverzerrungen im Bereich der Auskoppelblende im Durchstimmbereich weitgehend vermieden, so daß ein stabiles Ar­ beiten des Resonators im gesamten Durchstimmbereich gewährlei­ stet ist.

Werden die Varaktordioden etwa in der Mitte zwischen Auskoppel­ blende und Schwingelement angeordnet, so ist die Ausgangslei­ stung im gesamten Durchstimmbereich des Oszillators nahezu konstant.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, daß der Kapazitätsvariationsbereich der Varak­ tor-Dioden voll ausnutzbar ist. Besonders günstig für die Entwicklung von Hohlraum-Resonatoren mit großem Durch­ stimmbereich und mit hoher Güte ist es, die Resonanz­ frequenz des Hohlraum-Resonators ohne Varaktor-Dioden gleich der Mittenfrequenz des Hohlraum-Resonators mit eingebrachten Varaktor-Dioden zu wählen.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 perspektivische Ansicht eines Hohlraum-Resona­ tors mit einer Varaktor-Diode;

Fig. 2 magnetischer Feldlinienverlauf eines Hohlraum- Resonators nach Fig. 1;

Fig. 3 magnetischer Feldlinienverlauf eines Hohlraum- Resonators mit einer vom Schwingelement entfernt angeordneten Varaktor-Diode;

Fig. 4 magnetischer Feldlinienverlauf eines Hohlraum- Resonators mit zwei gemäß der Erfindung symme­ trisch zur Achse A-A angeordneten Varaktor- Dioden.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hohlraum- Resonators 1 mit Auskoppelblende 2, Halbleiter-Schwingelement 3 und einer Varaktor-Diode 4. Das Schwingelement 3 kann beispiels­ weise eine Gunn-Diode sein. Varaktor-Dioden werden auch als Kapazitätsdioden bezeichnet. Bei ihnen wird die Ände­ rung der Sperrschichtkapazität in Abhängigkeit von der Sperrspannung eines Halbleiters mit einer Sperrschicht ausgenutzt. Die Varaktor-Diode 4 ist üblicherweise in unmittelbarer Nähe des Schwingelementes 3 angeordnet. Die Auskoppelung der Hochfrequenzleistung erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraum-Resonators 1 über die Auskoppelblende 2.

Fig. 2 zeigt für die Anordnung nach Fig. 1 den Verlauf der magnetischen Feldlinien 5 bei Draufsicht auf den Hohl­ raum-Resonator. Der Hohlraum-Resonator 1 ist, wie auch in den folgenden Figuren, nur schematisch dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Dichte der magnetischen Feldlinien in der Mitte des Hohlraum-Resonators verschwindend klein und nimmt zu den Wänden des Hohlraum-Resonators hin zu. Die Dichte der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden elektrischen Feldlinien verhält sich genau umgekehrt; sie ist in der Mitte maximal und verschwindet in der Nähe der Wände.

Während die Anordnung des Schwingelementes 3 gewöhnlich, wie in Fig. 2 gezeigt, im Bereich großer Dichte der magnetischen Feldlinien plaziert ist, ist dies bei Varaktor-Dioden nicht immer der Fall. Fig. 2 zeigt die am meisten praktizierte Anordnung. Der Varaktor 4 ist im Bereich großer Dichte des magnetischen Feldes an den Resonator angekoppelt. Dadurch bleibt zwar bei Änderung der Varaktor-Dioden-Kapazität die Feldstörung im Bereich der Auskoppelblende 2 gering, doch ist die Ankoppelung der relativ hochohmigen Varaktor-Dioden 4 an den dort nieder­ ohmigen Hohlraum-Resonator 1 sehr ungünstig. Im Null-Volt- Betrieb fließen durch die Varaktor-Diode 4 hohe Richtströme und bewirken einen starken Abfall der vom Hohlraum-Resona­ tor 1 abgegebenen Hochfrequenzleistung.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Varaktor-Diode 4 an einer hochohmigen Stelle des Hohlraum-Resonators 1. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß der erforderliche Koppelfaktor zwischen Schwingelement 3 und Varaktor-Diode 4 leichter zu realisieren ist und die Verluste in der Varaktor-Diode 4 aufgrund des niedrigeren Richtstromes geringer sind. Nachteilig ist allerdings die hohe Feldverzerrung in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt des Varaktors 4. Dadurch wird der Koppelfaktor des Resonators zur ausgangsseitigen Last in unzulässigem Maße geändert, so daß die Ausgangsleistung des Resonators stark frequenzabhängig wird. Ein weiterer Nachteil ist die Verschiebung der Mittenfrequenz des durchstimmbaren Bereichs nach tiefen Frequenzen in Folge der kapazitiven Belastung des Resonators durch die Varaktor-Dioden-Anordnung, so daß der Resonator verkürzt werden muß, was auf Kosten der Resonatorgüte geht.

In Fig. 4 ist nun die Lösung gemäß der Erfindung darge­ stellt. Wie ersichtlich, sind hier zur Abstimmung des Hohlraum-Resonators 1 zwei symmetrisch zur Achse A-A (Auskoppelblende-Schwingelement) angeordnete Varaktor- Dioden 41 und 42 vorgesehen. Durch die symmetrische Anordnung ist die Feldverteilung im Bereich der Auskoppel­ blende 2 in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung der Varaktor-Dioden 41, 42 gering, so daß eine Änderung der Ausgangs­ leistung im Abstimmbereich entsprechend gering bleibt. Das ist besonders dann der Fall, wenn die Varaktor-Dioden 41, 42 wie in Fig. 4 ersichtlich, etwa in gleichem Abstand zu Auskop­ pelblende 2 und Schwingelement 3 angeordnet sind.

Es ist nun zweckmäßig, die Lage der Varaktoranordnung zur Symmetrieachse A-A und zur Hohlraum-Resonatorwand so zu wählen, daß die Frequenz vor und nach Einbringung der Varaktor-Dioden 41, 42 ungefähr gleich bleibt. Da der metallische Anteil der Varaktoranordnung die Resonanzfrequenz aufgrund der Verdrängung der magnetischen Feldlinien erhöht, kann damit eine Frequenzerniedrigung, welche aufgrund der kapazitiven Belastung des elektrischen Feldes entsteht, kompensiert werden. Zu diesem Zweck muß die Varaktor- Diodenanordnung entsprechend im Bereich magnetischer und elektrischer Feldlinien stehen. Übrig bleibt die variable Varaktor-Kapazität, welche nunmehr für die Verstimmung der Oszillatorfrequenz voll genutzt werden kann.

In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Mittenfre­ quenz des Hohlraum-Resonators 1 mit Varaktor-Dioden 41, 42 gleich der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 1 ohne Varak­ tor-Dioden 41, 42 ist. Der Resonator 1 läßt sich dann um seine errechnete Resonatorfrequenz zu höheren und tieferen Frequenzen hin verstimmen. Hierzu muß der Ort des Ein­ bringens der Varaktor-Dioden 41, 42 in den Hohlraum-Resonator 1 so gewählt werden, daß die für die Mittenfrequenz vorgespann­ ten Varaktor-Dioden 41, 42 beim Einsetzen in den Hohlraum-Resona­ tor 1 nahezu keine Frequenzänderung des Hohlraum-Resonators 1 gegenüber seiner Resonanzfrequenz ohne Varaktor-Dioden 41, 42 bewirken. Eine Kürzung des Hohlraum-Resonators 1 zur Kompensation einer Mittenfrequenzverschiebung ist dadurch nicht erforderlich. Trotz wesentlich größeren Durchstimm­ bereiches des Hohlraum-Resonators 1 tritt nur eine geringe Güteverminderung des Resonators ein, so daß die Ausgangs­ leistung des Hohlraum-Oszillators 1 über dem gesamten Durchstimmbereich nahezu konstant bleibt.

Claims (4)

1. Varaktorabstimmbarer Oszillator in Hohlleitertechnik mit einem Halbleiterschwingelement (3) zur Schwingungser­ zeugung und einer Auskoppelblende (2) für die Auskopplung der Hochfrequenzleistung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung zwei symmetrisch zur Achse Auskoppelblende- Schwingelement (A-A) angeordnete Varaktor-Dioden (41, 42) vorgesehen sind.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Varaktor-Dioden (41, 42) jeweils in gleichem Abstand zu Auskoppel­ blende (2) und Schwingelement (3) angeordnet sind.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Varaktor-Dioden (41, 42) von der Wandung des Hohlraum- Resonators (1) soweit entfernt angeordnet sind, daß die Fre­ quenz des Oszillators vor und nach Einbringung der Varak­ tor-Dioden (41, 42) in den Hohlraum-Resonator (1) nahezu gleich bleibt.

4. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz des Hohlraum-Resonators (1) mit Varaktor- Dioden (41, 42) gleich der Oszillatorfrequenz des Hohlraum-Resona­ tors (1) ohne Varaktor-Dioden (41, 42) ist.