DE2048528A1

DE2048528A1 - Mikrowellenvorrichtung

Info

Publication number: DE2048528A1
Application number: DE19702048528
Authority: DE
Inventors: Bernardus Bastiaan van Tjassens Hindnk Eindhoven Iperen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-10-25
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR2080873B1; CA943267A; BE757968A; NL6916126A; JPS5336307B1; FR2080873A1; JPS5337696B1; US3701049A; SE365070B; GB1293986A

Description

PHN. 4594. ZcUe. ^dJ°/^R7·

N. Y. Philips' sJioeilarnpenfabriekeo
Akte No. PHN- 4394

Anmeldung vom ι 1. Okt. 19.70

Mikrowellenvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Mikrovellenvorriohtung Bit einem hohlen Abstandszylinder aus dielektrischem Material, der an den StirnflSchen durch elektrisch leitende Kontaktorgane geschlossen ist, und mit einer Halbleiterdiode, die im Innern des Zylinders untergebracht und mit einer Seite unmittelbar mit einem der Kontaktorgane und mit der anderen Seite über einen Zufuhrdraht mit dem anderen Kontaktorgan verbunden ist·

Eine solche Mikrovellenvorriohtung ist aus "Proceedings

of the I.E.E.E.", MSr* 1969, Seiten 339, 340 bekannt. Zur Ausbildung eines Oszillators wird diese Vorrichtung in einem Hohlraumresonator untergebracht, der durch eine durch einen Wellenleiter gebildete Belastung mittels einer Irisblende angepasst ist.

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Es tritt dabei die Aufgab· auf» die Halbleiterdiode mit der diese umgebenden, durch den Abstandszylinder und die Kontaktorgane gebildeten Hülle und den Hohlraumresonator aneinander anzupassen und das Ganze auf die erwünschte Oszillatorfrequens abzustimmen. Eine Schwierigkeit bereitet dabei die Reaktanz des Abetandszylinders, die sowohl in den Anpassungs- als auch in den Abstimmungsbedingungen eine Rolle spielt. Dementsprechend wurde bei der bekannten Halbleitervorrichtung versucht» die Kapazität und die Induktivität der HQlIe abglichet gering zu halten. Bei derartigen geringen KapazitSts- und Induktivitätswerten des Abstandszylinders ist es einfach möglich, die Diode und den Hohlraumresonator aneinander anzupassen und durch eine mechanische Frequenzabstimmung einen grossen Abstimmbereich zu erzielen·

Die Erfindung bezweckt duroh einen neuen Entwurf der eingangs erwähnten Mikrowellenvorriohtung» die Kapazität und die Induktivität der Hülle als Faktoren bei den Anpaesungs- und Abstimmungebedingungen bei einer äusserst einfachen Bauart zu beseitigen» während eine Abstimmung auf noch höhere Frequenzen und eine noch einfacher« Anpassung erzielt werden können.

Die Mikrowellenvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet» dass der durch die Aussenfliehe des Abstandszylinders und die der Innenseite des Abstandszylinders zugewandten Oberflächen der Kontaktorgane begrenzte Raum derart ausgebildet wird, dass von der als AuskopplungaSffnung wirksamen AussenfHohe des Abstandszylindere her gesehen diese Oberfl&chen nacheinander einen Impedanztransformator und einen Hohlraumresonator bilden, wobei die elektrische Llnge des Ispedanstransformators nahezu ein Viertel der bei der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonator gemeinsam mit den darin vorhandenen Impedanzen auftretenden Wellenlänge beträgt.

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Ein «usStzlioher Torteil ist der, dan β die IfbergangswiderstEnde zwischen den Kontaktorganen und einer Wellenleiterstruktur, in dor die Mirkowellenvorriohtung untergebracht wird, nicht innerhalb des Hohl-

raumresonators der Mikrowellenvorrichtung liegen, so dass diese TJbergartffswiderstSnde nicht in dem Kreis der Hochfrequenzstr8»e des Hohlrauaresonators liegen, wodurch die Vorrichtung eine hUhere Hoohfreq,uenzleistung aufweist.

Sie Erfindung wird an Hand der in den Figuren dargestellten

Ausführungsbeispielsn nSher erläutert. In den unterschiedlichen Figuren | sind für entsprechende Einselteile die gleichen Bezugsziffern verwendet. Es zeigern

Fig. 1 eine bekannte Diodenhülle mit Halbleiterdiode,

Fig« 2, 3» 4 und 5 Ausführungsbeispiele von Mikrowellenvorrichtungen nach der Erfindung,

Fig· 6a und 6b eine Ausführungeform einer Mikrowellenvorrichtung mit mehreren Dioden,

Fig· 7 und 8 Ausführungsformen der Mikrowellenvorrichtung in Wellenleiterstrukturen.

Die in Fig· 1 dargestellte, bekannte Diodenhülle mit der Halbleiterdiode D besteht aus eine« hohlen, keramischen Abstandszylinder 1, der auf einer Seite durch ein Kontaktorgan 2 abgeschlossen ist, mit dem eine Seite der Diode D unmittelbar verbunden ist. Dieses Kontaktorgan 2 ist einerseits al* eine erste elektrische Anschlussklemme für die Diode und andererseits als Wlreeleitungselement zum Abführen der in der Diode erzeugten W&raw wirksam. Die Diode D ist mit ihrer anderen Seite mit nahezu der Mitte eines Zufuhrdrahtes 4 verbunden, dessen Enden mit einem sehet benfSrmigen Kontak+organ 3 verbunden sind, das den Abstandszylinder auf

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der anderen Seite abdeckt und als svelte elektrische Anschlussklemme f die Diode Β wirksam ist. Diese Halbleiterdiode mit der HQlIe wird zur Bildung eines Oszillators in einem Hohlraumresonator untergebracht, der mit einem als Irisblende ausgebildeten Impedanztransformator versehen ist, um eine Anpassung an die an den Hohlraumresonator angeschlossene Belastung zu erzielen. Die Kapazität des keramischen Abstandszylinders ist möglichst gering gemacht und betrSgt 0,14 pF. Diese Kapazität ist jedoch parallel zur Reihenschaltung der Diodenimpedanz und die Impedanz des Zufuhrdrahtes und ist für die Hoohfrequenzimpedanz der Diode mltbestimmend, wodurch einerseits die Resonanzfrequenz des ganzen Systems beeinflusst und andererseits die Anpassung der Diode mit der Hülle an den Hohlraumresonator und an die Suesere Belastung erschwert wird.

Ausserdem durchlaufen die Hochfrequenzströme die Ubergangswiderstände der Anschlüsse der Kontaktorgane 2 und 3 Bit dem Hohlraumresonator, wodurch Verlust an Hoohfrequenzleistung auftritt·

Die Mikrowellenvorrichtung naoh der Erfindung, die in Fig. dargestellt ist sucht durch eine neue Konfiguration diese Naohteile zu beheben, indem der Hohlrauaresonator und der Anpassungstransformator in der Diodenhülle untergebracht werden, was im Vergleich zu der in Pig. 1 dargestellten Diodenhülle nicht verwickelter und kaum teuer ist.

Im nachstehenden werden nur diejenigen Einzelteile beschrieben, die von denen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform verschieden sind·

Der hohle Abstandszylinder 1 in Fig. 2 besteht aus einem dielektrischen Material mit hoher Dielektrizitätskonstante z.B. mit einem C von 10· Das Kontaktorgan 2 ist ein massiver Zylinder, der den gleichen Durohmesser aufweist wie der Aussenduroheeseer des Abstandszylinders 1

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z.B. 8 ma. Das Kontaktorgan 3 wird durch einen flachen Ring 3* und eine Scheibe 3^M gebildet· Der Ring 3' hat einen Innendurchmesser gleich dem des Abstandszylinders 1 z»B, 3 mm und ist mit einer Seite damit verbunden. Der Aussendurchmesser des flachen Ringe 3* und der Scheibe 3" ist derselbe und ist etwas grosser als der des Abstandszylinders 1. Auf der Seite, durch die der flache Ring 3¹ mit der Scheibe 3^W verbunden ist, ist über einen kleinen HBhenabstand der Innendurchmesser des Ringes 3* etvas grosser als über den weiteren HShenabstand, wodurch ein Rand gebildet wird, auf dem die Enden des Zufuhrdrahtes befestigt werden» "

Die Resonanzferquenz der reaktiven Impedanz der Diode, dee Zufuhrdrahtes und des durch die Innenfläche des Abstandszylinders und der Kontaktorgane begrenzten Raums beträgt etwa 10 GHz. Die radiale elektrische Länge des AbstandsZylinders ist bei den beispielsweise gegebenen Abmessungen etwa ein Viertel der dieser Resonanzfrequenz zugehSrenden Wellenlänge und der Zylinder wirkt wie ein Viertelwellenlängentransformator, der die Impedanz des als Hohlraumresonator wirksamen Innenraums, der durch die Innenfläche des Abstandszylindera und die Kontaktorgane begrenzt wird, welche Impedanz etwa 1 bis 2 Ohm beträgt, an die Impedanz a von etwa 50 bis 400 0ha der an die Aussenflache des Abstandezylinders angesohlossenen Wellenleiterkonfiguration anpasst. Die Kapazität des Abstandszylinders liegt ausserhalb des durch die Innenfläche des Abstandszylinders und die Kontaktorgane begrenzten Raums, der mit der Gesamtimpedanz der Diode D und des Zufuhrdrahtes 4 in Resonanz ist. Es folgt daraus, dass diese Kapazität bei der Resonanzfrequenz und der Impedanz von der Diode ab gesehen keine Rolle mehr spielt, wodurch es leichter ist, die Impedanz des Resonanzraums an die der Diode anzupassen. Eine Mikrowellenvorrichtung mit einer anderen Resonanzfrequenz kann dadurch erhalten wer-

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den dass wie in der Ausftthrungsfoma nach Fig, 3 angegeben ist, das Kontaktorgan 2 mit eines ringfSrmigen Kanal 21 versehen wird, wodurch ein* andere Induktivität des durch die Innenfläche des Abstandszylindere 1 und die Kontaktorgane 2 und 3 begrenzten Raums erhalten wird· Ee ist weiterhin möglich, alle Abmessungen anders su wühlen oder die HSlfte des Zufuhrdrahtee 4 wegzulassen_t so dass die Induktivität dieses Drahtes nahezu verdoppelt wird*

Der i/4- λ Transformator kann auoh anders ausgebildet werden; Fig· 4 zeigt ein Beispiel.

Der massive Zylinder 2 dieser Ausführungsform ist mit einem kreisförmigen, zentral angeordneten Kanal 21 in des mit der Diode D verbundenen Zylinderende und der flache Ring 3' ist mit einem mit dem Kanal zusammenwirkenden, hohlen aufreohtstehenden Zylinder 31 versehen, dessen HShe geringer ist als die des Abstandsajrlinders 1 und als die Tiefe dee Kanals 21, während dessen Auesendurchnesser kleiner ist als der grBsste Durchmesser des Kanals und als der lichte Durchmesser des Kanal·· Auf diese Weise bildet sich ein Labyrinth, das gemeinsam mit dem Abstandszylinder 1 den Viertelwellenlangentransformator bildet. Die Mikrowellenvorrichtung lSsst sioh bequem abstimmbar machenf Fig. 5 zeigt ein Beispiel· Diese Vorrichtung unterscheidet sioh von der Ausführungsform naoh Fig. 3 nur darin» dass die Soheibe 3" der Fig. 3 duroh einen Netallzylinder 13 ersetzt ist, der eine axiale Bohrung mit Innengewinde aufweist, deren Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Abstandssylinders 1 ist. Diese Bohrung nimmt einen dielektrischen Zylinder 14 auf, der mit Autsengewinde versehen ist. Das Ende dieses Zylinder· auf der Innenseite ist mit einer leitenden Metallschicht 15 versehen. Duroh Drehung bewegt sioh der dielektrisohe Zylinder auf- und abwärts, woduroh der Innenraum der Mikrowellen»

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vorrichtung geändert wird, so dass die Resonanzfrequenz der Mikrowellenvorrichtung sich auch Ändert.

Zum Erzielen einer höheren Leistung lassen sich mehrere Dioden zwischen den KontaktOrganen 2 und 3 anschliessen. Es tritt dabei die Schwierigkeit auf, dass die Durchschlagspannungen der Dioden nicht einander gleich sind.

Die Ausführungeform nach den Fig. 6a und 6b beseitigt diese Schwierigkeit. Diese Mikrowellenvorrichtung enthSlt vier Halbleiterdioden D₁ bis D . Der flache Ring 3¹ und die Scheibe 3^H sind duroh zwei zuein- % ander senkrechte SSgeschnitte in vier gleiche Sektoren S. bis S aufgeteilt.

Mit jedem dieser Sektoren sind nut die zwei Enden des Zufuhrdrahtes 4 einer der Dioden D₁ bis D. verbunden.

Bei der Aufteilung in Sektoren kann jede der Dioden mit ihrer eignen, nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden werden, die auf die für die Diode erwünschte Spannung eingestellt werden kann. Zur Kopplung der Dioden miteinander werden die ZufuhrdrShte 4 der Dioden D der aneinander grenzenden Sektoren über einen grossen Teil ihrer IAngen nahe einander und parallel zueinander angeordnet.

Es sei bemerkt, dass die Frequenz dieser Mikrowellenvorrichtung sich dadurch elektrisch regeln ISest, dass eine der Halbleiterdioden als veränderliche Kapazitlt verwendet wird.

Fig. 7 zeigt eine Aueführungsfora «ine· rechteckigen Wellenleiters, der eine Mikrowellenvorrichtung nach der Erfindung enthSlt. Die breiten Seiten des Wellenleiters 0 sind zu diesem Zweck mit je einer der anderen gegenüber liegenden Bohrung versehen. Die Bohrung in einer der Fliehen ist mit einem duroh eine Isolierschicht 7 klemmend befestigten,

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massiven Zylinder 5 ausgefüllt, der ein verbreitertes Ende aufweis*, dar bein Einführen des Zylinders dafür sorgt, dass dieser nur über eine bestimmte Tiefe in den Wellenleiter eindringt· An diesen Zylinder 5 wird über ein Tiefbandpaesfilter eine Klemme der nicht dargestellten Speiscquelle angeschlossen, deren andere Klemme mit dem Wellenleiter verbund⁰.??, ist» Die andere Bohrung hat Innengewinde 16 zur Aufnahme eines mit Aussengewinde versehenen massiven Zylinders 6. Die Mikrowellenvorrichtung nach der Erfindung ist zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Zylinder 5 und 6 angeordnet. Der Kolben 9 wird derart eingestellt, dass die maximale Leistung auf die Belastung übertragen wird. Beim Wechseln der Mikrowellenvorrichtung braucht nur der Zylinder 6 heraus- und hineingeechraubt zu werden und wenn eine Mikrowellenvorrichtung mit einer anderen Resonanzfrequenz gewählt wird, braucht nur der Kolben 9 zusStzlich eingestellt zu werden»

Fig* θ zeigt eine Ausführung»form einer in einem koaxialen Leiter untergebrachten Mikrowellenvorrichtung nach der Erfindung» Das Ende der Auasenleiter 11 des koaxialen Wellenleiters ist mit Innengewinde 20 zur Aufnahme eines massiven, mit Auesengewinde versehenen Zylinders ">0 versehen» Der Aussenleiter 11 ist auf der Innenseite mit einem naoh innen geriohteten drehsymmetrischen Bolsen 21 versehen, der ein Loch zur Aufnahme der Mikrowellenvorriohtung naoh der Erfindung frei lSsst» Diese Vorrichtung ist zwischen dem Ende des Innenleiters 12 und dem massiven Zylinder 10 angeordnet. Die nicht dargestellt· Speisespannungsquelle wird über «in Tiefpassfilter zwischen den Innen- und Aussenleitern des koaxialen Kabels angeschlossen» In den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungeforaen sind die Übergangswiderstand· zwisehen den Zylinders 3 und 5 und zwischen 2 und 6 bzw. zwisohen 3 und dem Innenleiter 12 und zwischen

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2 und 10 weniger wiohtig, da sie nicht in dem Resonanzkreis der Vorrichtung liegen. Aus der Figur ist ersichtlich_f daes die Mikrowellenvorrich+Λΐζν; bequem auswechselbar ist, wodurch viele Verwendungsarten möglich sind.

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Claims

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PATENTANSPRUCH Ει

1·/ Mikrowellenvorriohtung mit einem hohlen Abstand«zylinder aua dielektrischem Material, der an den Stirnflächen durch elektrisch leitende Kontaktorgane geschlossen ist, und einer Halbleiterdiode, die im Innern des Zylinders angeordnet und mit einer Seite unmittelbar mit einem der Kontaktorgane und mit der anderen Seit· über einen Zufuhrdraht mit dem andere Kontaktorgan verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die AussenflÄche des Abstandszylindere und die der Innenseite des Abstandszylinders zugewandten Oberfllchen der Kontaktorgane begrenzte Raum derart ausgebildet ist, dass diese OberfHohen, von der als AuekopplungsSffnung wirksamen AussenflSche des Abstandszylinders ab gesehen, nacheinander einen Impedanztransformator und einen Hohlraumresonator bilden, wobei die elektrische Länge des Impedanztransformators nahezu ein Viertel der der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators gemeinsam mit den darin vorhandenen Impedanzen zugehSrenden Wellenlänge betrSgt.

2· Mikrowellenvorriohtung nach Anspruoh 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanztransformator durch den dielektrischen Abstandssylinder gebildet wird.

3. Mikrowellenvorrichtung naoh Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die der Innenseite des Abstandssylinders zugewandte Oberfläche eines der Kontaktorgane mit einer die Achse des Abstandszylindere umgeben*· den, ringförmigen Ausnehmung und die der Innenseite des Abstandszylindere zugewandte OberflÄohe des anderen Kontaktorgans mit einem aufreohtstehenden, hohlen Zylinder versehen ist, dessen Aohse sich mit der der ringförmigen Ausnehmung deokt.

4, Mikrowellenvorriohtung naoh einem der vorhergehenden Ansprüche daduroh gekennzeichnet, dass mehrere Halbleiterdioden mit je einem Zufuhr-

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draht vorgesehen sind und eines der Kontaktorgane in eine der Anzahl von . Dioden entsprechende Anzahl gegeneinander isolierter Sektoren aufgeteilt ipt und jede der Dioden über den zugeordneten Zufuhrdraht zwischen einem individuell zugeordneten Sektor des einen Kontaktorgans und dem anderen Kontaktorgan angeschlossen ist.

5. Mikrowellenvorrichtung nach Anepruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die ZufuhrdrShte derart mit den Sektoren verbunden sind, dass die zueinander grenzenden Sektoren führenden ZufuhrdrShte über einen grossen Teil ihrer Lange parallel zueinander verlaufen und in einem kurzen Abstand voneinander angeordnet sind*

6. Mikrowellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprache dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Halbleiterdioden vorgesehen sind und dass mindestens eine dieser Halbleiterdioden eine durch eine Spannung regelbare Kapazität aufweist.

7. Mikrowellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprache dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Mittel zur Abstimmung des Hohlraumresonators vorgesehen sind.

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