Hohlraumresonator für Mikrowellen Im Hauptpatent ist ein Hohlraumresonator für Mikrowellen beschrieben mit Mitteln zur Ein- und Auskopplung der elektromagnetischen Energie, die ein zur angepassten Ankopplung dienendes ko axiales Leiterelement einschliessen, und mit einem Resonatorhohlraum, der in einer zu seinen Boden flächen parallelen Ebene an seiner Mantelfläche eine flache Nische aufweist, die in Richtung senk recht zu dieser Ebene vom Innenleiter des koaxia len Leiterelementes durchstossen wird.
Ein solcher Hohlraumresonator kann besonders vorteilhaft in einem Frequenzvervielfacher angewen det werden, wobei der Innenleiter des koaxialen Lei terelementes in der Nische durch eine Halbleiter-Ka- pazitätsdiode gebildet wird.
Bei Frequenzvervielfachern mit Kapazitätsdioden treten oft Störeffekte auf, die in der Literatur schon verschiedentlich beschrieben wurden (vgl. z. B. Avoiding spurious responses in varactor harmonic generators in Electronic Design , 14. Sept. 64, p. 3 6).
Art und Ausmass der Störeffekte hängen von der Wahl und dem Aufbau der Vervielfacherschal- tung; von der Betriebseinstellung sowie von den Ei genschaften und der negativen Vorspannung der Ka pazitätsdiode ab. In diesem Zusammenhang sei dar auf hingewiesen, dass die Abstimmlage solcher Ver- vielfacher kein fester Betriebszustand ist, sondern aus- ser von der Frequenz auch von der übertragenen HF-Leistung abhängt.
Bei veränderlicher HF-Lei- stung wird die gleitende Vorspannung der Diode und damit die jeweils wirksame Diodenkapazität beein- flusst.
Die Abwanderung der Abstimmlagen muss sich nicht nur in einer sichtbaren Unstabilität der HF- Leistung zeigen. Die auftretenden Leistungsschwan- kungen können auch im Bereich von z. B. 20 bis 30 db unterhalb des Ausgangspegels liegen, wobei sie also die Feinstruktur der HF-Schwingung beein flussen.
Ein Frequenzvervielfacher, der Störeffekte in dem genannten Ausmass zeigt, ist für Geräte der Nach richterübertragung unbrauchbar.
Das Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, bei der die genarmen Störeffekte in wesentlich geringerem Masse auftreten als bei den bisher bekannten An ordnungen.
Erfindungsgemäss weist der Hohlraumresonator zur Verwendung in Frequenzvervielfachern eine Ka pazitätsdiode auf, die mit einer der Endkappen am freien Ende eines Stempels befestigt ist und mit die sem den Innenleiter des koaxialen Leiterelementes bildet, wobei die Nische an ihrer dem Stempel ge genüberliegenden Bodenfläche in einen Hohlraum übergeht, dessen Innenfläche den einen Belag einer abstimmbaren Kapazität C, bildet, wobei die freie, zweite Endkappe der Kapazitätsdiode den anderen Belag bildet.
Die Erfindung wird an Hand der Figuren bei spielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Frequenzvervielfacher unter Verwendung des erfindungsgemässen Hohlraumreso- nators und Fig. 2 das zugehörige Ersatzschaltbild.
Der Hohlraumresonator weist einen kreiszylin drischen Hohlraum 1 auf, der durch das Gehäuse 3 und die Deckplatte 2 begrenzt wird. Im Boden des Gehäuses ist der zentrale Abstimmstempel 4 (Ls, C3) angeordnet. Zur Auskopplung der elektromag netischen Energie dient die Schleife 5 (L5), die mit dem Koaxialleiter 6 verbunden ist.
An der Mantel fläche des Hohlraumes 1 ist eine Nische 8 ange ordnet mit Bodenflächen parallel zu den Bodenflä- chen des Hohlraumes. In der Nische 8 ist ein zu sätzlicher senkrecht zu den Bodenflächen bewegba rer Abstimmstempel 10 vorgesehen. Eine Kapazi tätsdiode in Patronenform 11 (Co) ist mit einer End- kappe 12 an dem freien Ende des Stempels 9, z. B. mittels einer Spannzange befestigt, der als axial be wegbarer Abstimmstempel ausgeführt ist.
An der dem Stempel 9 gegenüberliegenden, durch den Deckel 2 begrenzten Bodenfläche geht die Nische 8 in eine Höhlung 7 über. Die Innenfläche dieser Höhlung 7 und die zweite freie Endkappe 13 der Kapazitäts diode 11 bilden die Beläge einer abstimmbaren Ka pazität CS. Diese Kapazität C, liegt also in Serie zur Kapazitätsdiode 11 (C,).
Zur Erzeugung einer gleitenden Vorspannung für die Kapazitätsdiode 11 wird auf dem Keramik körper der Diode ein streifenförmiger Widerstandsbe lag 14 (Rp) aufgebracht, wobei dessen Enden zu mindest teilweise noch die Endkappen 12 und 13 überdecken, so dass ein guter Kontaktübergang vor handen ist.
Der Frequenzvervielfacher weist ausserdem einen Eingangsresonator 15 auf, mit der Einkoppelung 16 (L1) und der Abstimmung 17 (Lo, Cl). Der Stem pel 9 dient zusammen mit der Kapazitätsdiode 11 sowohl als Auskopplungselement (L2) des auf die Grundfrequenz f1 abgestimmten Resonators 15, als auch als Einkopplungselement (L4)
des auf die Fre quenz nfl (n = Vervielfachungszahl) abgestimmten Resonators 1. Mit dem zusätzlichen Abstimmstem- pel 10 kann die Kopplung zwischen den Induktivi- täten L3 und L4 geändert werden.
Bei der Abstimmung von C, wird auch die Ka pazität C2 gleichsinnig verändert. Es hat sich näm lich gezeigt, dass dadurch mitunter ein starrer Gleich lauf zwischen diesen beiden Abstimmungen möglich gemacht werden kann. In Fällen, wo ein solcher Gleichlauf nicht möglich ist, kann gegenüber der Ver dickung 18 noch ein Trimmer 19 angebracht werden.
Im Ersatzschaltbild bilden die Kapazität C3 und die variable Kopplung zwischen L3 und L4 zwei Freiheitsgrade für Resonanzabstimmung und Anpas- sung des Vervielfacherausganges an den Lastwider stand.
Weiter sind durch die Kapazitäten Cl und C2 zwei Freiheitsgrade gegeben für Resonanzabstimmung und Anpassung des über die Kapazitätsdiode auf die Grundfrequenz transformierten Lastwiderstandes an den Innenwiderstand der Speisequelle.
Die Dioden ströme allfälliger, zwischen der Grundfrequenz f1 und der Nutzharmonischen nfl liegender Blindharmoni- sehen schliessen sich im wesentlichen über die Kapa zität C2 und die Induktivität L4, die beide sehr niederohmig sind.
Durch Variation der Kapazität C6 wird auf maximalen Vervielfacherwirkungsgrad eingestellt. Bei dieser Einstellung der beschriebenen Anordnung mit der Kapazität C, in Serie zur Diode 11 wird, wie Versuche gezeigt haben, eine praktisch vollständige Unterdrückung der eingangs erwähnten Störeffekte erreicht.
Der eingestellte optimale Kapazitätswert von C, liegt meistens zwischen dem Wert Co (Diodenka- pazität bei Vorspannung Null) und Cmi" (Diodenka- pazität bei Durchbruch-Vorspannung). Der Abstimm- bereich der Kapazität C9 soll daher die Werte Co und Cmin einschliessen.
Es sind noch von Fig. 1 abweichende Varianten denkbar, die es gestatten, die Kapazität C2 und C, unabhängig voneinander abzustimmen. Man kann z. B. im Stempel 9 koaxial einen weiteren Abstimm- stempel vorsehen, der die Spannzange zur Befesti gung der Diode trägt und mit dem Stempel 9 an des sen Ende über ein Kontaktsystem in Verbindung steht. Der Stempel 9 würde dann lediglich zur Ver änderung von C2 dienen.
Zwecks Grobeinstellung von C, kann die freie Endkappe 9 der Diode auch mit verschieden dimensionierten wahlweise aus wechselbaren Abgleichelementen versehen sein. Es wäre auch denkbar, die Abstimmung von C, durch Veränderung der Dimensionen der Höhlung 7 vorzu nehmen. Der Stempel könnte dann fest bleiben und die Abstimmung von C2 mittels des Trimmers 19 erfolgen.