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Dokumentenidentifikation DE3689395T2 16.06.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0214693
Titel Hyperfrequenz-Oszillator mit für mechanische Vibrationen unempfindlichem dielektrischem Resonator.
Anmelder N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, NL
Erfinder Doyen, Daniel, F-75007 Paris, FR;
Vriz, Tarcisio, F-75007 Paris, FR
Vertreter Peters, C., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 2000 Hamburg
DE-Aktenzeichen 3689395
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 01.09.1986
EP-Aktenzeichen 862014982
EP-Offenlegungsdatum 18.03.1987
EP date of grant 15.12.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.1994
IPC-Hauptklasse H03L 1/00
IPC-Nebenklasse H05K 7/14   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen von einem dielektrischen Resonator stabilisierten Mikrowellen-Oszillator, der einerseits aus einem Gehäuse, das die dielektrische Resonatorschaltung einschließt und eine Befestigungsfläche enthält, und andererseits aus einem Träger besteht, auf dessen Außenfläche das Gehäuse befestigt ist.

Das Aufkommen neuer Werkstoffe mit hoher Dielektrizitätskonstante (Bariumtitanat oder Zirkontitanat) und äußerst geringen Mikrowellenverlusten neben Temperaturkoeffizienten gleich Null oder leicht positiv hat zur Verwirklichung einer neuen Generation von Mikrowellen-Oszillatoren geführt: die von einem dielektrischen Resonator stabilisierten Oszillatoren. Diese Oszillatoren arbeiten auf einer festen oder einigermaßen einstellbaren Frequenz und zeichnen sich durch eine hohe Stabilität der Frequenz und eines von der Temperatur abhängigen Ausgangspegels, eine gute elektrische Leistungsfähigkeit durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren, eine gute spektrale Reinheit und durch die Möglichkeit der Ausnutzung der Mikrostreifenleitertechnologie aus, die geringes Gewicht und geringes Volumen ermöglichen. Ein derartiger Oszillator ist aus der Zeitschrift "International Journal of Electronics" bekannt, Vol. 55, Nr. 4, Oktober 1983, S. 579 . . .590; Basingstoke, Hampshire, Dib et al. "An X-band integrated circuit FET oscillator with dielectric resonator stabilisation".

Diese Gattung von Oszillatoren findet viele Anwendungen im Bereich der automatischen Kontrollgeräte, der Telekommunikation, der Funkmeßtechnik, usw. In bestimmten Anwendungen muß eine bestimmte spektrale Reinheit des Mikrowellensignals im Betrieb der Zufallsschwingungen gewahrt werden. Die Aufbautechnologie muß somit an diese Einschränkungen angepaßt werden, insbesondere ist der dielektrische Resonator ganz fest auf seiner Schaltung zu befestigen und die metallische und dielektrische Umgebung dieses Resonators muß sehr starr und stabil sein, da jede Änderung in den Metallebenen, die den dielektrischen Resonator umgeben, Änderungen in der Schwingfrequenz mit sich bringen. Speziell ist dabei der Abstand h zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Gehäusedeckel in dieser Beziehung äußerst kritisch.

Anmelderin hat beispielsweise nachgewiesen, daß bei einem Abstand h von 3 mm eine leichte differentielle Änderung Δh von einigen zehn der 10&supmin;³ um eine Herabsetzung des Phasenrauschens von etwa 15 dB bei einer 1-kHz-Frequenz des um 14 GHz zentrierten Oszillators bewirkt. Daher ist es wichtig, ein äußerst starres Gehäuse zu bilden, was mit der Verstärkung der Metalldicken allein nicht verwirklichbar ist, ohne auf nachteilige Weise das Gewicht und das Volumen des Gehäuses zu vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil ohne Vergrößerung des Gewichts und des Volumens des Gehäuses mit einem Oszillator zu beseitigen, der eine stark verringerte Empfindlichkeit für bei seinem Träger ankommende Schwingungen hat.

Erfindungsgemäß ist ein von einem dielektrischen Resonator stabilisierter Mikrowellen-Oszillator, einerseits bestehend aus einem Gehäuse, das eine dielektrische Resonatorschaltung einschließt und eine Befestigungsfläche enthält, und andererseits aus einem Träger mit einer Außenfläche, auf der das Gehäuse befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse/Träger-Schnittstelle derartige Spannmittel enthält, daß das Gehäuse eine Biegungsspannung erfährt, wenn es durch seine Befestigungsfläche auf der Außenfläche des Trägers befestigt und verriegelt wird, während die Befestigungsfläche des Gehäuses und die Außenfläche des Trägers miteinander in mechanischem und elektrischem Kontakt bleiben. Auf diese Weise bietet die Biegungsspannung des Gehäuses eine größere Steifheit und eine geringere Empfindlichkeit für an den Träger gelegte Schwingungen.

Nicht einschränkende Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Verwirklichung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators.

Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Mikrowellen-Oszillator 11 ist vom Typ des dielektrischen Resonators 12. Er besteht aus einem runden Gehäuse 13, das die dielektrische Resonatorschaltung 20 enthält, die auf vorteilhafte Weise mit der Mikrostreifenleitertechnologie verwirklicht wird. Das Gehäuse 13 enthält weiter einen Deckel 21, der die Schaltung 20 nach ihrer Anordnung hermetisch einschließt und zusammen mit den anderen Wänden des Gehäuses 13 den Mikrowellen-Hohlraum 22 bildet. Das Gehäuse 13 besitzt außerdem eine Befestigungsfläche 14. Zum anderen besteht der Mikrowellen-Oszillator 11 aus einem Träger 15 mit einer Außenfläche 16, auf der das Gehäuse 13 beispielsweise mit Hilfe der Bolzen 23 befestigt wird.

Das Gehäuse 13 wird sehr starr ausgeführt, damit unter Einwirkung von Schwingungen auf den Träger 15 des Oszillators die mechanische Umgebung des dielektrischen Resonators 12, die sich an der Bestimmung der Schwingfrequenz beteiligt, sich möglichst wenig ändert. Wie oben bereits erwähnt, bleibt der Mikrowellen-Oszillator 11 nach Fig. 1 dennoch äußerst empfindlich für die in der Richtung XX' angelegten Schwingungen des Trägers, d. h. insbesondere nach der Oberfläche der Schaltung 20. Für eine Verringerung dieser Empfindlichkeit ist, wie in Fig. 1 dargestellt, dafür gesorgt, daß die Schnittstelle Gehäuse 13 - Träger 15 Spannmittel enthält, die im Fall der Fig. 1 aus einem auf der Befestigungsfläche 14 angebrachtes Profil 17 in Relief besteht. Das Beispiel nach Fig. 1 zeigt ein Profil 17 in Relief, das durch Ausarbeiten von zwei konzentrischen Bossen mit den Durchmessern D1 bzw. D2 und mit den Dicken d1 bzw. d2 verwirklicht wird. Wenn es mit der Befestigungsfläche 14 auf der Außenfläche 16 des Trägers 15 festgesetzt und verriegelt wird, befindet sich das Gehäuse 13 auf diese Weise in einem Biegespannungszustand, wodurch es eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Schwingungen besitzt, die der Träger 15 erfährt, und gleichzeitig einen optimalen mechanischen und elektrischen Kontakt auf dem Pegel der Gehäuse/Träger-Schnittstelle gewährleistet. Dazu müssen die Spannmittel (hier die Bossen) speziell an die Geometrie des Gehäuses, an das Befestigungssystem, an die Schraubspannung sowie an die Art der Werkstoffe des Gehäuses und des Trägers angepaßt sein. Anmelderin hat einen erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillator 11 geschaffen, der für einen Gesamtdurchmesser von 37 mm des Gehäuses eine erste Bosse von 22 mm für den Durchmesser D2 bei einer Dicke d2 von 25 um und eine zweite Bosse mit einem Durchmesser D1 von 14 mm bei einer Dicke d1 von 25 um aufweist.

Der bei einer Schwingfrequenz von 14 GHz in diesem Oszillator durchgeführte Versuch hat eine Verbesserung von 20 dB im Phasenrauschen für Schwingungen von 20 g im Band von 20 bis 2000 Hz auf der Achse XX' ergeben.

In Fig. 2 ist im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Oszillators dargestellt, in dem die Spannmittel aus einem Profil 18 in Relief bestehen, das diesmal auf der Außenfläche 16 des Trägers 15 angebracht wird. Die in dieser speziellen Betriebsart erzeugten Effekte sind offensichtlich gleich denen des Beispiels, das zuvor anhand der Fig. 1 gezeigt wurde. Genauso ist ebenfalls ersichtlich, wie in Fig. 3, daß die Spannmittel durch einen dicken Keil 19 zwischen der Befestigungsfläche 14 des Gehäuses 13 und der Außenfläche 16 des Trägers 15 gebildet werden. Auch in diesem Beispiel muß die Geometrie des Keiles 19 derart sein, daß er einen guten mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen dem Gehäuse 13 und dem Träger 15 gewährleistet.

Schließlich sei betont, daß die Erfindung sich nicht auf die in Fig. 1, 2 und 3 zu beschränken braucht, wobei von den unterbrochenen Bossen verwirklichte Spannmittel eingesetzt werden. Dem Fachmann werden dabei andere Spannmittel bekannt sein, die ein durchgehendes oder ein quasi-durchgehendes Relief wie eine Kugelhaube oder einen Kegelstumpf aufweisen. Das Wesen liegt in der Schaffung von Spannungen in den metallischen Wänden des Gehäuses zum Vergrößern der Steifheit und zum gleichzeitigen Gewährleisten eines ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Kontakts zwischen der Befestigungsfläche des Gehäuses und der Außenfläche des Trägers.

In einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann das Gehäuse noch eine Befestigungsfläche aufweisen, die analog der Befestigungsfläche 14 in Fig. 2, 3 oder 4 zunächst flach sein kann, während der Träger eine ebenfalls ebene Außenfläche analog der Außenfläche 16 des Trägers 15 in Fig. 1 enthält. Das Gehäuse wird mit Bolzen wie den Bolzen 23 in der Zeichnung befestigt. Jedoch bestehen nach dieser Abwandlung die das Gehäuse unter Spannung bringenden Spannmittel aus Hilfs-Druckbolzen, die auf geeignete Weise auf den Träger und konzentrisch in bezug auf die anderen Befestigungsbolzen verteilt sind, wobei diese Hilfsbolzen mit ihren Enden sich mit einer vorgegebenen Kraft auf der Befestigungsfläche des Gehäuses aufstützen.

Außerdem sei noch bemerkt, daß die Erfindung unempfindlich ist für die Richtung des von der Biegung erzeugten Hohlraums am Gehäuse. Wie in Fig. 4 ersichtlich, wirken die Spannmittel auf die Ränder des Gehäuses 13 mit Klemmung in zentralen Teil des Gehäuses.


Anspruch[de]

1. Von einem dielektrischen Resonator (12) stabilisierter Mikrowellen- Oszillator (11), der einerseits aus einem Gehäuse (13), das die dielektrische Resonatorschaltung einschließt und eine Befestigungsfläche (14) enthält, und andererseits aus einem Träger (15) besteht, auf dessen Außenfläche (16) das Gehäuse (13) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (13)/Träger (15)-Schnittstelle derartige Spannmittel (17,18, 19) enthält, daß das Gehäuse (13) eine Biegungsspannung erfährt, wenn es durch seine Befestigungsfläche (14) auf der Außenfläche (16) des Trägers (15) befestigt und verriegelt wird, während die Befestigungsfläche (14) des Gehäuses und die Außenfläche (16) des Trägers miteinander in mechanischem und elektrischem Kontakt bleiben.

2. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel aus einem Profil (17) in Relief auf der Befestigungsfläche (14) des Gehäuses (13) bestehen.

3. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel aus einem Profil (18) in Relief auf der Außenfläche (16) des Trägers (15) bestehen.

4. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel aus einem dicken Keil (18) zwischen der Befestigungsfläche (14) des Gehäuses (13) und der Außenfläche (16) des Trägers (15) bestehen.

5. Mikrowellen-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel aus Hilfs-Druckbolzen bestehen, die auf den Träger (15) verteilt sind, deren Ende sich mit einer vorgegebenen Kraft auf der Befestigungsfläche (14) des Gehäuses abstützen.







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