DE3007580C2 - Oszillator mit einem dielektrischen Resonator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Oszillator mit einem dielektrischen Resonator mit zwei Leiter mit Streufeld, die im folgenden auch als Streuleiter bezeichnet werden und von denen der eine mit einem Ende an den Eingang und der andere mit seinem einen Ende an den Ausgang eines Verstärkers und mit seinem anderen Ende an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist, wobei der dielektrische Resonator in bezug auf die Streuleiter eine derartige räumliche Lage einnimmt, daß über ihn ein Rückkopplungsweg besteht.

Ein solcher Oszillator (DE-OS 28 02 461) mit einem Feldeffekttransistor als Verstärkerbauteil zeichnet sich durch gute Frequenzstabi'.ität aus. Je nachdem, welche elektrische Eigenschaften von diesem bekannten Oszillator gefordert werden, ergeben sich Ausführungen, die sich in ihrem Aufbau soweit unterscheiden, daß sie nicht mehr ohne weiteres als Varianten einer Grundausführung hergestellt werden können. Diesbezüglich vergleichbare Verhältnisse liegen auch bei Oszillatoren vor, wie sie aus der US-PS 40 79 341 oder dem Aufsatz »A Highly Stabilized Low-Noise GaAs FET Integrated Oscillator with a Dielectric Resonator in the C Band« aus ICEE TRANSACTIONS ONMICROWAVE TH EORY AND TECHNIQUES. March. 1978. VoL MTT-26. No. 3 bekannt sind. Zur Erläuterung der genannten Problematik ist in Fig. 1 das Grundprinzip eines letztgenannten Oszillatoren dargestellt. Innerhalb eines Gehäuses 10 befindet sich zwischen zwei Erregerstäbchen 12 und 13 ein dielektrischer Resonator 11. Der eine Erregerstab 12 ist über ein geeignetes Anschlußelement mit einem Koaxialkabel 14 verbunden, welches an den Eingang eines Verstärkers 15 angeschlossen ist, dessen Ausgang über ein Koaxialkabel 16 mit einem Koaxial-Richtungskoppler oder einem T-Abzweigelement 17 für Hochfrequenz verbunden ist. Ein Anteil des dem Abzweigelement 17 zugeführten Ausgangs des Verstärkers 15 wird als hochfrequenter Signalausgang des Oszillators entnommen, und ein Teil des Ausgangs des T-Abzweigelements 17 wird über ein geeignetes Anschlußelement dem zweiten Erregerstab 13 zugeführt. Bei diesem Oszillator wird ein Anteil des hochfrequenten Signalausgangs vom Verstärker 15 positiv zum Eingang dieses Verstärkers über den dielektrischen Resonator 11 rückgekoppelt und so die Schwingung aufrechterhalten. Das hochfrequente RUckkoppelsignal am Eingang des Verstärkers i5 ist phasenabhängig von einer Phasendifferenz zwischen den beiden Erregerstäbchen 12 und 13, den Längen der Koaxialkabel 14,16 und 18 sowie einer Phasendifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers 15. Die Kopplungsfaktoren zwischen Erregerstab 12, Resonator 11 und Erregerstab 13 sind eine Funktion der Spalte g 1 und g2 zwischen den Elementen 11, 12 bzw. 11, 13) Soll die Phase durch Änderung des Verstärkerfaktors von Verstärker 15, die Schwingungsfrequenz o. dgl. verändert werden, dann müssen die Weglängen der Koaxialkabel 14, 16 und 18 in dem Rückkopplungszweig verändert werden. Zur Änderung der Dämpfung in dem Rückkopplungszweig müssen die Abmessungen der Spalte g 1 und g 2 zwischen den Erregerstäbchen 12 und 13 und dem dielektrischen Resonator 11 verändert werden, was eine Änderung der Abmessungen des Gehäuses zur Folge hat. Da femer der dielektrische Resonator 11, die Koaxialkabel 14, 16, 18 für die Phasenänderung und der Verstärker 15 separate Blöcke sind, benötigt der Oszillator relativ viel Platz. Außerdem wird bei dieser Ausführung ein T-Abzweigelement 17 o. dgl. zur Abzweigung eines hochfrequenten Signalausgangsanteils des Verstärkers 15 für Rückkoppelzwecke benötigt. Dieses Abzweigelement verursacht jedoch eine Dämpfung von etwa 10 bis 2OdB, so daß der Verstärker 15 eine entsprechend größere Verstärkung haben muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator der eingangs genannten Art anzugeben, der so konzipiert ist, daß ausgehend von einem Grundtyp ohne Verschlechterung der elektrischen Kennwerte auf einfache Weise verschiedene Varianten hergestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen enthalten.

Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit einer Phasenjustierung zur Herstellung eines gewünschten Schwingungszustandes durch Positionsänderung des dielektrischen Resonators können auf sehr einfache Weise Oszillatoren gleicher Konstruktion und Größe auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Durch die besondere Ausbildung des Gehäuses, aufgrund deren die Kopplung zwischen dem dielektri-

sehen Resonator und den Streuleitern über in Längsrichtung der Streuleiter sich erstreckende Koppelschlitze erfolgt, ist dabei gewährleistet, daß bei einer solchen Einstellung der ICopplungsgrad sich nicht verändert Sollte andererseits ein Typenmerkmal in verändertem Dämpfungsgrad der Rückkopplungsschleife liegen, dann läßt sich dies durch Veränderung der Koppelschlitzlänge ohne großen Aufwand erreichen.

Ein erfindungsgemäß eingekapselter Oszillator ist außerdem kompakt herstellbar und in der Anwendung robust.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen dem Stand der Technik entsprechenden Oszillator mit einem dielektrischen Resonator in einer Rückkoppelschleife,

F i g. 2A eine Schnittansicht des nachstehend beschriebenen Oszillators.

Fig.2B und 2C Querschnitte durch eiru; Ebene llß- UBbzw. UC-UCvon F i g. 2A. und

F i g. 3A und 3B verschiedene Ansichten des Oszillators von F i g. 2A, bei denen die Position eines dielektrischen Resonators zum Zwecke der Phasenjustierung verändert wurde.

Der in F i g. 2A, 2B und 2C in verschiedenen Schnitten dargestellte Oszillator befindet sich in einem Gehäuse 2 aus einem elektrisch leitenden Material, welches aus einer Bodenplatte 21, Endplatten 22, 23, einer Trennwand 24 und einer Abdeckung 25 zusammengesetzt ist. In die Abdeckung 25 ist im Mittelabschnitt und in Längsrichtung eine durch Hohlraumwände 251 begrenzte erste Hohlraumausnehmung eingearbeitet, und seitlich davon erstrecken sich ebenfalls in Längsrichtung der Abdeckung 25 zwei flachere Ausnehmungen, die etwas durch die Unterkanten der Hohlraumwände 251 überragt werden. Auf diese Weise werden im montierten Zustand zwischen der Bodenplatte 21 und der Abdeckung 25 im Mittelbereich ein erster Haupthohlraum und seitlich davon zwei Hilfshohlräume gebildet, und die dazwischen liegenden Unterkanten der Hohlraumwände 251 bilden in Verbindung mit der Bodenplatte 21 zwei Koppelschlitze 252 und 253. In dem Haupthohlraum befindet sich, durch ein Isolierstück 31 abgestützt, ein dielektrischer Resonator 11, und zu dessen beiden Seiten sind auf der Bodenplatte 21 in den Hilfshohlräunien und parallel zueinander ein Eingangsleiter 41 mit Streufeld und ein Ausgangsleiter 42 mit Streufeld angeordnet. Diese Leiter 41 und 42 bestehen aus je einem Keramiksubstrat 43 bzw. 44 aus Aluminiumoxid und einem darauf verlegten Leiterstreifen 411 bzw. 421. Beide Leiterstreifen 411 und 421 der Eingangs- und Ausgangsleiter 41,42 sind an einem Ende etwa rechtwinklig abgebogen und mit dem Eingang bzw. Ausgang eines Verstärkers 5 verbunden.

Der beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgebildete Verstärker 5 ist mit seiner Gate-Elektrode an den Leiterstreifen 411 des Eingangsleiters 41, und mit seiner Source-Elektrode über eine nicht dargestellte Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator an Masse angeschlossen. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors ist mit dem Leiterstreifen 421 des Ausgangsstreifenleiters 42 verbunden, und die Stromversorgung erfolgt über einen Source-Anschluße an der Endplatte 22. Das andere Ende des Leiterstreifens 411 von Streifenleiter 41 ist über einen Anpaßwidersiand 45 von 50 Ω mit einem Masseanschluß 46 verbunden. Dieser AnpaCiwidcrstand 45 verhindert Refleklionen und damit die Ausbildung einer stehenden Weile auf dem an den dielektrischen Resonator 11 angekoppelten Eingangsleiter 41. Das andere Ende des Leiterstreifens 421 des Ausgangsleiters 42 ist mit einem Ausgangsanschluß 7 an der Endplatte 23 verbunden.

Der Eingangsleiter 41 ist über den Koppelschlitz 252 und der Ausgangsleiter 42 über den anderen Koppelschlitz 253 elektromagnetisch an den dielektrischen Resonator 11 angekoppelt, und zur Frequenzjustierung

ίο dient eine über dem Resonator 11 in die Abdeckung 25 eingefügte Justierschraube 8.

Wenn der beschriebene Oszillator über den Anschlußstift 6 eine Source-Spannung für den Oszillator 5 erhält, gelangt über den Leiterstreifen 421 ein Hochfrequenz-Ausgangssignal des Verstärkers 5 zum Ausgangsanschluß 7, und dabei wird ein Teil der Ausgangs-Hochfrequenz als Streufluß über den Koppelschlitz 253 elektromagnetisch auf den dielektrischen Resonator 11 gekoppelt. Ferner erfolgt eine Hochfrequenzsignalkopplung zwischen dem dielektrischen Resonator 11 und dem Leiterstreifen 411 des Eingangsleiters 41 durch den Koppelschlitz 252. Auf diese Weise wird der Streuanteil des Hochfrequenz-Ausgangssignals des Verstärkers 5 auf den Eingang rückgekoppelt, und der Oszillator schwingt.

Nachstehend wird in Verbindung mit F i g. 3A und 3B die Phasenjustierung dieses Oszillator-Ausführungsbeispiels erläutert. Bei dem Oszillator ist in einem Schwingungszustand die Summe aus einer verzögerten Phase des Verstärkers 5 und der Phase des rückgekoppelten Eingangssignais gleich der Phase des Ausgangssignals am Ausgangsanschluß 7. Das heißt, es ist eine positive Rückkoppelschleife erforderlich. Zu diesem Zweck erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Oszillator eine Phasenjustierung durch Verändern der Position des dielektrischen Resonators 11 auf einer parallel zu den Streifenleitern 41 und 42 verlaufenden Linie. Der Resonator 11 wird also zu oder von dem Verstärker 5 verschoben, um dabei die Längenabschnitte der beiden Streifenleser 41 und 42, welche einen Teil der Rückkoppelschleife bilden, kürzer oder länger auszubilden. Wird der dielektrische Resonator 11 an den Verstärker 5 herangeschoben (Fig.3A) und dadurch die Koppelschleifenabschnitte der Streifenleiter 41 und 42 verkürzt, so wird die Phase vorverlegt. Wenn dagegen der Resonator 11 von dem Verstärkers entfernt und dadurch die Streifenleiterabschnitte 41, 42 verlängert werden, erfolgt eine Phasenverzögerung. Wenn der dielektrische Resonator 11 auf optimale Phase justiert und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 5 größer als der Dämpfungsgrad der Rückkoppelschleife ist. dann sind die Schwingungsbedingungen erfüllt. Aus diesem Grund ist der dielektrische Resonator 11 in Längsrichtung der Streifenleiter 41 und 42 verschiebbar. Bei der natürlichen Mittenfre-

5> quenz des Resonators 11 hat die Dämpfung der Rückkoppelschleife ein Minimum. Folglich kann durch richtige Bemessung der Koppelschlitze 252 und 253 die zuvor erwähnte minimale Dämpfung so eingestellt werden, daß sie etwas kleiner als der Verstärkungsgrad des Verstärkers 5 ist. Damit wird der Frequenzbereich, in dem der Oszillator schwingt, sehr schmal. Der Oszillator schwingt zwangsläufig im Bereich der Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators 11.

D;i dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist

b5 das andere Ende des Leiterstreifens 411 des Eingnngslciters 41 über den Anpaßwiderstand 45 an Masse gelegt, und das reduziert den Gewinn der Rückkoppelschleife um etwa 3 dB. Für den Fall, daß der Gewinn des

Verstärkers 5 geringer sein sollte, kann das andere Ende des Eingangsleiterstreifens 411 entweder offen ausgebildet oder direkt geerdet werden.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind beide Streifenleiter 41 und 42 über je einen Koppelschlitz 252 und 253 mit dem dielektrischen Resonator 11 gekoppelt. Abweichend davon kann entweder nur auf einer Seite oder überhaupt kein Koppelschlitz vorhanden sein.

Ferner besteht noch eine andere Möglichkeit zur Anderung des Kopplungsgrades durch Veränderung der Höhe der Hilfshohlräume, in denen die Leiterstreifen 411 und 412 verlaufen. Durch Verminderung der Höhe sinkt der Wellenwiderstand des betreffenden Streifenleiters. Vorzugsweise jedoch wird der Kopplungsgrad mit Hilfe des Koppelschlitzes angepaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Oszillator mit einem dielektrischen Resonator mit zwei Leiter mit Streufeld (Streuleiter), von denen der eine mit einem Ende an den Eingang und der andere mit seinem einen Ende an den Ausgang eines Verstärkers und mit seinem anderen Ende an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist, wobei der dielektrische Resonator in bezug auf die Leiter mit Streufeld eine derartige räumliche Lage einnimmt, daß über ihn ein Rückkopplungsweg besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter mit Streufeld (41, 42) parallel nebeneinander verlaufen, daß der dielektrische Resonator (11) zwischen ihnen in ihrer Erstreckungsrichtung verschiebbar angeordnet ist, und daß die Leiter mit Streufeld und der dielektrischer Resonator von einem aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Gehäuse (21 ... 25) aufgenommen sind, bei dem der Teil des Innenraums, in dem der dielektrische Resonator so angeordnet ist, daß die Innenraumteile, in denen die Leiter mit Streufeld angeordnet sind, über in Längsrichtung der Leiter mit Streufeld sich erstreckende Koppelschlitze (252,253) in Verbindung stehen. 2s

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des mit dem Eingang des Verstärkers (5) verbundenen Leiters mit Streufeld (41) über einen Anpaßwiderstand (45) mit dem Gehäuse(21...25)verbunden ist.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Frequenz-Justiereinrichtung, die in dem Gehäuse in der Nähe des dielektrischen Resonators (11) und relativ zu dem Resonator hin- und herbewegbar angeordnet ist.

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Frequenz-Justiereinrichtung durch eine in das Gehäuse geschraubte Schraube (8) gebildet ist.

5. Oszillator nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter mit Streufeld (41,42) als Streifenleiter ausgebildet sind.