DE1268221B - Mikrowellenverstaerker - Google Patents
MikrowellenverstaerkerInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F7/00—Parametric amplifiers
- H03F7/04—Parametric amplifiers using variable-capacitance element; using variable-permittivity element
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- Power Engineering (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03f
Deutsche Kl.: 21 a4- 29/50
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
P 12 68 221.2-35
12. Dezember 1961
16. Mai 1968
12. Dezember 1961
16. Mai 1968
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenverstärker mit einem aktiven Zweipolelement in
Form einer Varaktor-Diode (parametrische Verstärkung) oder einer im negativen Kennlinienbereich arbeitenden
Tunneldiode, das innerhalb eines Hohlleiters mit rechteckigem Querschnitt, der der Übertragung
von zu verstärkenden Signalen dient, senkrecht zur Längsachse und parallel zu den schmalen
Seitenwänden angeordnet ist, wobei im Fall einer parametrischen Verstärkung ein erster und ein zweiter
Hilfshohlleiter an die Seitenwände des Hohlleiters über in denselben unter gegenseitiger Ausrichtung
vorgesehene Öffnungen angeschlossen sind, von denen der erste Pumpenergie in den Hohlleiter einkoppelt
und der zweite zur Steuerung der Pumpenergie im Hohlleiter ausgelegt ist.
Eine geringe Rauschspannung im Frequenzbereich der Mikrowellen wurde früher ausschließlich mittels
Elektronenröhrenverstärkern erreicht. Inzwischen sind Festkörperverstärker entwickelt worden, die in
vielen Beziehungen die früheren Elektronenröhren übertreffen.
Bei den in Rede stehenden parametrischen Verstärkertypen wird die nichtlineare Abhängigkeit der
Kapazität einer Varaktor-Diode von der anstehenden Sperrspannung als das aktive Element ausgenutzt.
Hierbei ist die Diode im Wellenfortpflanzungsweg angeordnet und überträgt unter entsprechenden
Bedingungen die Energie eines Funksignals hoher Frequenz auf das zu verstärkende Signal, das mit
einer geeignet niedrigeren Frequenz eingeführt wird. Die Wirkungsweise ist in dem Artikel »The Variable
Capacitance Parametric Amplifier« von E. D. Reed in der Zeitschrift »Bell Laboratories Record«, Vol. 37,
Nr. 10, Oktober 1959, S. 373 bis 379, beschrieben. Einer der Nachteile dieses Verstärkers besteht in der
relativ geringen Bandbreite.
Aus Untersuchungen an bekannten parametrischen Verstärkern hat sich ergeben, daß auf Grund der Art
und Weise, in der die Varaktor-Diode in dem Verstärker eingebaut ist, die durch die Diode eingeführte
veränderbare Kapazität im Effekt in einem Serienresonanzkreis hoher Güte liegt und dort in Parallelschaltung
mit einer festen Kapazität wirkt. Als Folge dieser beiden Merkmale hat der Verstärker eine
relativ schlechte Bandbreitencharakteristik der Verstärkung.
Bei dem anderen der in Rede stehenden Festkörperverstärkertypen ist die sogenannte Tunneloder
Esaki-Diode als der aktive Zweipol vorgesehen. Dieser Verstärkertyp ist aus ähnlichen Gründen in
seiher Wirkung schmalbandig.
Mikrowellenverstärker
Anmelder:
Western Electric Company Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Als Erfinder benannt:
Bernard Collins de Loach jun., Litter Silver, N. J.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Dezember 1960
(75 232)
V. St. v. Amerika vom 12. Dezember 1960
(75 232)
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Bandbreite der in Rede stehenden Verstärkertypen zu vergrößern,
insbesondere im Fall der parametrischen Verstärkung, die Varaktor-Diode effektiv in einer
breitbandigen äquivaltenden Schaltung, in der die gesamte Kapazitätsänderung der Diode auf die
Energie der Signalwelle einwirkt, anzuordnen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines
Hohlleiterabschnitts mit in der Höhe vermindertem Querschnitt elektrisch leitende Einbauten vorgesehen
sind, die, quer verlaufend, die Breite des Hohlleiters einnehmen, wobei die Querschnittsänderungen
sprunghaft erfolgen und sich der aktive Zweipol in dem Hohlleiterabschnitt verminderten Querschnitts
befindet, daß dieser Hohlleiterabschnitt so bemessen ist, daß er bei der Frequenz der zu verstärkenden
Schwingung in Resonanz ist, und daß die breiten Hohlleiterwandungen je eine Aussparung zur Aufnahme
der Anschlußteile des Zweipolelementes aufweisen.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen leitenden Einbauten bilden also ein dammförmiges Hindernis im
Hohlleiter. Dieser Damm vermindert über einen bestimmten Längenabschnitt hinweg die lichte Höhe
des Hohlleiters. Die Querschnittsänderungen erfolgen dabei abrupt, d.h. innerhalb eines gegenüber der
Signalwellenlänge sehr kleinen Längenbereichs. Der aktive Zweipol, z.B. eine Varaktor-Diode, ist quer
orientiert in dem Hohlleiterabschnitt verminderter Höhe angebracht. Nur das Kristallblättchen und das
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Kontaktierelement der Diode liegen im Wellenfort- mindert. Der Bereich 5 unmittelbar oberhalb des
pflanzungsweg. Bei einer solchen Anordnung ist der Dammes 11 bildet einen Hohlraumresonator, wie
aktive Teil der Diode effektiv einem Breitbandkreis, noch erläutert werden wird. Die Wahl des Abstands a
wie dieser durch einen Hohlleiter gebildet wird, zu- und der Länge I wird ebenfalls noch erläutert,
geordnet. Schädliche Serienblindwiderstände und 5 Ein zweiter Hohlleiter 12 ist an den Hohlleiter 10
feste Parallelkapazitäten, die in bekannten Befesti- im Bereich des Hohlraumresonators 5 an einer der
gungsanordnungen für Dioden vorhanden sind, wer- Schmalseitenwände des Hohlleiters 10 über eine Öff-
den durch die für die Anschlußteile der Diode inner- nung 13 angekoppelt. Der Hohlleiter 12 hat ebenfalls
halb des Dammes und der gegenüberliegenden Hohl- rechteckige Form und ist so bemessen, daß er Wellenleiterwand
vorgesehenen Aussparungen beseitigt. Der io energie in der vorherrschenden Schwingungsform bei
Hohlleiterabschnitt verminderten Querschnitts bildet einer gegebenen Pumpfrequenz überträgt. Die Öff-
einen Hohlraumresonator, und die Kapazität der nung 13 hat rechteckigen Querschnitt mit den Wer-
Diode wird dann durch die Wahl der Länge und ten h und I entsprechenden Abmessungen.
Höhe des Dammes, also der Hohlraumresonator- Da die Abmessungen der Öffnung 13 im allgemeiabmessungen,
in Resonanz gebracht. 15 nen den Abmessungen des Hohlleiters 12 nicht glei-
Der Damm ermöglicht außerdem eine Verwendung chen, ist ein keilförmig verjüngtes Übergangsstück
der Anordnung als Mikrowellenschalter hoher Schalt- vorgesehen.
geschwindigkeit. So breitet sich beispielsweise bei Eine entsprechende Anordnung ist auch an der
Verwendung zweier Signaldurchlässe die Wellen- gegenüberliegenden Schmalseitenwand des Hohlenergie
hinter dem Hohlleiterabschnitt verminderten 20 leiters 10 vorgesehen, wo ein dritter Hohlleiter 14,
Querschnitts bei der diesem zugeordneten Resonanz- der dem Hohlleiter 12 entspricht, über eine Öffnung
frequenz aus. Durch Änderung der Diodenvorspan- 15 angekoppelt ist. Der Hohlleiter 14 ist durch einen
nung, wodurch der Kreis gegenüber seiner Ursprung- Kolben 16 abgeschlossen, dessen Lage längs des Lei-
lichen Resonanzfrequenz verstimmt wird, wird je- ters 14 mittels einer Steuerstange 17 zur Minimalisie-
doch der Übertragungskoeffizient verringert, und es 25 rung der Pumpenergie verändert werden kann,
wird praktisch die gesamte bei der ursprünglichen Die Kopplung zwischen der Pumpwellenenergie,
Resonanzfrequenz zugeführte Signalwellenenergie am die vom Hohlleiter 12 durch die Öffnung 13 einge-
Hohlleiterabschnitt verminderten Querschnitts re- speist wird, und der Signalwelle, die längs des Leiters
flektiert statt durchgelassen. Wegen der Breitband- 10 übertragen wird, erfolgt durch ein gemeinsames
charakteristik dieser Einrichtung kann die Diode mit 30 Blindelement. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1
sehr großer Geschwindigkeit geschaltet werden. ist dieses Element eine Varaktor-Diode 18, deren Ka-
Im folgenden ist die Erfindung an Hand in der pazität spannungsabhängig ist. Ihr eines Ende ist lei-
Zeichung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrie- tend mit dem Damm 11 verbunden, und ihr anderes
ben; es zeigt Ende erstreckt sich durch eine Öffnung in der oberen
F i g. 1 eine Schrägansicht einer ersten Ausfüh- 35 Breitseitenwand des Hohlleiters 10.
rungsform, Die Diodenanordnung 18 (F i g. 2) entspricht im Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile wesentlichen der in der USA.-Patentschrift 2956160
2-2 in F i g. 1, beschriebenen Anordnung. Sie weist eine Kristall-F i g. 3 eine Schrägansicht einer bekannten Befesti- patrone mit zwei Endteilen 21 und 22 auf, die über
gungsanordnung für eine Diode, 40 eine zylindrische Quarzbüchse 23 verbunden sind.
F i g. 4 das Äquivalenzschaltbild der Anordnung Ein Kristallblättchen 24 ist in der Mitte des Endteils
nach F i g. 3, 21 befestigt und wird von einem Federkontakt 25 Fig. 5 eine Schrägansicht einer zweiten Ausfüh- kontaktiert, der in der Mitte des Endteils 22 gehalten
rungsform, ist. Der Halter der Kristallpatrone besteht aus zwei Fig. 6 eine Schrägansicht einer Kopplungsanord- 45 versilberten Spannfuttern 26 und 27. Das untere
nung zwischen Signal- und Pumphohlleiter und Spannfutter 26 sitzt in einer Bohrung des Dammes
F i g. 7 die Frequenzabhängigkeit eines erfindungs- 11 und ist mit diesem über seine Länge leitend vergemäßen
Verstärkers. bunden. Das obere Ende des Spannfutters 26 hat In Fig. 1 ist ein parametrischer Verstärker dar- mehrere federförmige Finger 28, die den einen Endgestellt,
der mit variabler Kapazität arbeitet. Der 50 teil der Kristallpatrone halten. Das Spannnfutter 26
Verstärker weist einen rechteckig leitend begrenzten wird in seiner Lage durch eine Verschlußkappe 29
Hohlleiter 10 auf, dessen lichte Breite wenigstens gehalten, die auf den mit Gewinde versehenen Spanngleich
einer halben Wellenlänge der zu übertragen- futterhalter 30 geschraubt ist.
den Energie ist und dessen lichte Höhe etwa die Die obere Einspannanordnung für die Kristall-Hälfte
der lichten Breite beträgt. Bei diesen Abmes- 55 patrone weist neben dem Spannfutter 27 einen Spannsungen
überträgt der Hohlleiter die Wellenenergie futterhalter 39, eine Isolierbüchse 31 und eine mit
vorherrschend in der TE10-Schwingungsform, bei der Gewinde versehene leitende Büchse 32 auf. Das
die Ε-Feldlinien von der oberen zur unteren Breit- Spannfutter 27 verläuft innerhalb des Spannfutterseitenwand
des Hohlleiters 10 und senkrecht zu die- halters 39 und ist über dessen Länge leitend mit diesen
verlaufen. Der Leiter 10 ist so bemessen, daß er 60 sem verbunden. Der Spannnfutterhalter 39 liegt inbei
einer gegebenen Signalfrequenz überträgt. Im In- nerhalb der Büchse 32, ist aber durch die Isolierhülse
nern des Hohlleiters 10 sind zwei querverlaufende, 31 elektrisch von dieser isoliert. Der Halter 39, die
nach oben vorspringende, leitend begrenzte Stufen- Büchse 32 und die Isolierbüchse 31 bilden zusätzlich
spränge 1 und 2 an der unteren Hohlleiterseitenwand eine Nebenkapazität geringerer Impedanz für Hochvorgesehen. Diese Stufensprünge bilden einen Damm 65 frequenzströme.
11, der die gesamte Breite einnimmt und den Hohl- Das Spannfutter 27 wird in seiner Lage durch eine
leiterquerschnitt in der Höhe auf dem mit h bezeich- Verschlußkappe 33 gehalten, die auf die Büchse 32
neten Wert längs eines Hohlleiterabschnitts I ver- geschraubt ist. Die Büchse 32 ist ihrerseits in die
obere Breitseitenwand des Hohlleiters 10 eingeschraubt.
Das untere Ende des Spannfutters 27 hat mehrere federförmige Finger 34, die den Endteil 22 der
Kristallpatrone halten. Das obere Ende des Spannfutters 27 erstreckt sich durch die Verschlußkappe
33 und ist über eine Leitung 35 mit einer Vorspannungsquelle verbunden. Eine Isoliermufie 36 isoliert
das Spannfutter 27 gegen die Kappe 33.
Die Höhe h und die Lage des Spannfutters 26 und 27 sind vorzugsweise einstellbar, so daß weder der
Endteil 21 noch der Endteil 22 in den Hohlraumresonator 5 vorspringen. Bei dieser Anordnung liegen
lediglich das Kristallblättchen 24 und ein Teil des Federkontakts 25 der Diode 18 im Wellenweg. Die
Länge Z des Dammes 11 ist so gewählt, daß der Hohlraumresonator 5 in Resonanz kommt. Der Damm
führt an seinen beiden Enden einen kapazitiven Blindleitwert und einen Wirkleitwert in den Wellenweg
ein, der dazwischenliegende Hohlleiterabschnitt verminderten Querschnittts 5 kann deshalb als ein an
beiden Enden offener Hohlraumresonator aufgefaßt werden. Er ist etwa bei der halben Pumpfrequenz
in Resonanz. Ein typischer Hohlraumresonator minimaler Länge hat eine Länge /, die kleiner als eine
Viertelwellenlänge der Resonanzfrequenz ist.
Wie erläutert, wird eine wesentliche Erhöhung des Produkts Verstärkung mal Bandbreite bei dem parametrischen
Verstärker erreicht. Diese Verbesserung ist die Folge zweier Maßnahmen. Erstens ist die
Varaktor-Diode nicht mehr mit einem schädlichen Serienresonanzkreis, wie dieser bei bekannten Verstärkern
auftritt, behaftet. Zweitens werden feste Parallelkapazitäten, wie diese beispielsweise durch
die Endteile der Kristallpatrone erzeugt werden, in den Hohlleiterwänden weitgehend unwirksam.
Diese Unterschiede können an Hand eines bekannten Verstärkers erläutert werden, bei dem die Diode
innerhalb eines Hohlleiters von zylindrischen Stäben getragen wird (Fig. 3). Dort ist die Diode 40 im
Hohlleiter 41 mittels der Stäbe 42 und 43 befestigt. Das Äquivalenzschaltbild für diese Anordnung ist in
F i g. 4 gezeigt, bei der die Induktivitäten 52 und 53 den äquivalenten Induktivitäten der Stäbe 42 und
43 und die Kapazität 54 der festen Kapazität zwisehen diesen Stäben entsprechen. Hierbei ist die Induktivität
des Federkontakts der Diode vernachlässigt. Die veränderliche Kapazität 50, die parallel zur
Kapazität 54 geschaltet ist, stellt die äquivalente Kapazität der Varaktor-Diode 40 dar.
Aus dem Äquivalenzschaltbild der F i g. 4 ergeben sich zwei Folgerungen. Erstens ist der Diode 40 ein
schädlicher Serienresonanzkreis zugeordnet. Mit den üblichen Abmessungen ist er ein Resonanzkreis hoher
Güte. Folglich ist die Bandbreite von parametrischen Verstärkern, in denen diese Diodenbefestigungsart
vorgesehen ist, schmal. Zweitens wirkt die veränderliche, durch die Diode eingeführte Kapazität 50 parallel
zu einer festen Kapazität 54, die durch die Stäbe 42 und 43 und die Endkappe der Patrone bestimmt
ist. Das Produkt Verstärkung mal Bandbreite solcher Verstärker ist folglich relativ klein und die erforderliche
Pumpleistung relativ hoch.
Im Gegensatz dazu entfallen wegen der vorliegend vorgesehenen Höhenverminderung des Hohlleiterquerschnitts
die Befestigungsstäbe, die Endteile der Diodenpatrone liegen in den Hohlleiterwänden vertieft,
ihre Wirkung wird daher von den Hohlleiterwänden unterdrückt. Infolgedessen entspricht der in
den Wellenweg eingeführte Hauptblindwert der Diodenkapazität, die im Effekt also unmittelbar
zum Hohlleiter parallel geschaltet ist. Da der Hohlleiter, wenn er durch die Dammstufen in Resonanz
gebracht ist, naturgemäß ein Breitbandkreis ist, wird der sich ergebende Verstärker breitbandig.
Die erreichten Verbesserungen sind zusammengefaßt folgende: Der Ersatz der Stäbe 42 und 43
durch den Damm 11 beseitigt praktisch die Serieninduktivitäten 52 und 53, wodurch lediglich die Induktivität
des Federkontakts übrigbleibt, die bei einer gut konstruierten Hochfrequenzdiode vernachlässigt
werden kann. Die vertiefte Anordnung der Endteile 21 und 22 in den Hohlleiterwänden beseitigt praktisch
die Parallelkapazität 54. Der Übergang von den Stäben zu dem Damm bringt somit eine Verbesserung
mit sich, die durch Auswahl einer an die speziell verwendeten aktiven Zweipole angepaßten Querschnittsverminderung
auf ein Optimum gebracht wird.
Die vorstehend erwähnten Verbesserungen sind gleichermaßen bei Verstärkern mit Tunneldioden erreichbar,
die in dem Artikel von Leo Esaki, »New Phenomenon in Narrow Germanium p-n Junctions«,
in Physical Review, Nr. 109, 15.1.1958, S. 603/604, beschrieben sind (s. auch »Electrical Design News«,
Mai 1960, S. 50, »Tunnel Diodes«). Das Äquivalenzschaltbild einer Tunneldiode entspricht dem in
Fig. 4 gezeigten, ausgenommen, daß die variable Kapazität 50 durch einen negativen Widerstand —R
zu ersetzen sein würde. Deshalb führt die Eliminierung der Parallelkapazität 54 für die Tunneldiode,
wenn diese bei Resonanz in der Dammanordnung betrieben wird, zu einer Verbesserung, die derjenigen
gleicht, wie diese in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel des parametrischen Verstärkers beschrieben
worden ist. Wie bei den parametrischen Verstärkern ist es erwünscht, die Diodenkapazität in
einem Breitbandkreis in Resonanz zu bringen, um eine Breitbandverstärkung durch den der Tunneldiode
zugeordneten negativen Widerstand zu erhalten. Der Hohlleiterabschnitt mit in der Höhe vermindertem
Querschnitt nach den F i g. 1 und 2 liefert hierfür die erforderliche Einrichtung. Wegen des bereits
der Tunneldiode zugeordneten negativen Widerstands ist aber bei einem Tunneldiodenverstärker
keine gesonderte Pumpenergie erforderlich.
Das Abstimmen eines parametrischen Verstärkers der in F i g. 1 dargestellten Art schließt die Auswahl
einer Diode ein, deren Kapazität ohne Vorspannung so groß ist, daß der Hohlraumresonator eine Bandpaßanordnung
ist, deren Mittelfrequenz ungefähr die Hälfte der Pumpfrequenz beträgt. Dann wird die
Pumpleistung bei der Frequenz f„ dem Hohlleiter 12 vom Generator E„ zusammen mit einer negativen
Vorspannung an die Diode so zugeführt, daß der Signalkreis, d. h. der Hohlraumresonator 5, im wesentlichen
auf der gleichen Frequenz abgestimmt bleibt. Das Optimum der Verstärkung — Bandbreitencharakteristik
des Verstärkers wird durch Einstellen der Abstimmschrauben 8 und 9 erreicht. Der Kolben
16 wird dann so eingestellt, daß die Pumpleistung möglichst klein ist.
Da die Pumpfrequenz ungefähr doppelt so groß wie die Signalfrequenz ist, können die Abmessungen
des Hohlleiters 12 so ausgewählt werden, daß dieser für die Signalfrequenz und die Differenzfrequenz ge-
sperrt ist. Dadurch werden in an sich bekannter Weise die Signal- und die Differenzfrequenz wirksam
aus dem Pumpkreis ausgefiltert. Da jedoch der Hohlleiter 10 groß genug ist, um Wellenenergie bei Pumpfrequenz
zu leiten, werden vorzugsweise (nicht dargestellte) Filter an beiden Seiten des Dammes 11 angeordnet,
so daß die Signal- und Differenzfrequenzen durchgelassen werden, die Pumpfrequenz aber reflektiert
wird. Solche Filter erhöhen die Wirksamkeit der Pumpenergie sehr.
Verstärker dieser Art erzeugen eine Verstärkung von 14,2 db mit einer Doppelseitenbandrauschzahl
von 3,1 db. Dabei wurden Bandbreiten über 1000 MHz bei einer Mittelfrequenz von 11,3 GHz erreicht.
bohrung 73 der Platte 63 und ist mit einer Vorspannungsquelle verbunden. Der Kontakt 71 ist innerhalb
der Bohrung 73 gehalten und durch eine in der Bohrung 73 sitzende Isolierhülse 74 von der Platte 63
elektrisch isoliert. Die Isolierhülse 74 in Verbindung mit dem Kontakt 71 und der Platte 63 dient ebenfalls
als eine Hochfrequenz-Nebenkapazität, um den Hochfrequenzstrom innerhalb der Hohlleiteranordnung
zu begrenzen. Nach Lösen der Schrauben 64 ίο bis 67 kann die Platte 63 parallel zu den Schmalseitenwänden
des Hohlleiters 60 in Richtung der Pfeile 75 und 76 zu Abstimmzwecken verschoben
werden, wodurch sich die Höhenlage der Recktecköffnung im Hohlleiter, also die Höhenlage des Hohl-
Neben ihrer Verwendung in Verstärkern ist der 15 leiterabschnitts verminderten Querschnitts, ändert.
Hohlleiterabschnitt verringerten Querschnitts als In F i g. 6 ist eine andere Anordnung zum Ein-
Schalter sehr hoher Schaltgeschwindigkeit oder als koppeln der Pumpwellenenergie in den Hohlleiterelektrisch abstimmbares Abtastfilter verwendbar. abschnitt verminderten Querschnitts dargestellt. Bei
Wenn z.B. der zugeordnete Hohlraumresonator5 der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Enden
bei einer bestimmten Signalfrequenz unter bestimmter ao der Hohlleiter 12 und 14 keilförmig verjüngt, um
Diodenvorspannung in Resonanz ist, ist der Schalter sich den Abmessungen I und h anzupassen. Wenn
im Effekt geschlossen, überträgt also. Der Über- jedoch die Abmessung I zu klein im Verhältnis zur
tragungskoeffizient bei Signalfrequenz kann durch halben Wellenlänge der Pumpfrequenz wird, können
Änderung der Diodenvorspannung erheblich verrin- die keilförmig verjüngten Hohlleiterenden zu große
gert werden, weil hierdurch der Hohlraumresonator 25 Hohlleiterabschnitte ausschneiden, wodurch die Einverstimmt
und deshalb ein wesentlicher Teil der kopplung der Pumpenergie verschlechtert wird. Bei
Signalwellenenergie reflektiert wird. Wegen der brei- der Ausführungsform nach der F i g. 6 stößt der
ten Frequenzkurve dieses Kreises kann die Schalt- Pumphohlleiter 80 an die Schmalseitenwand des Sigeschwindigkeit
sehr hoch sein. gnalhohlleiters 81 ohne Verjüngung an. Statt dessen
Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 30 ist die Oberfläche 85 des Dammes 83 durch die Öffspringt
der Damm 11 von der unteren Breitseiten- nung 84 hindurch in Form einer dünnen leitfähigen
wand nach oben bis zum Abstand h von der oberen Zunge 82 vorgezogen. Diese verläuft zunächst über
Breitseitenwand des Hohlleiters 10 vor. Vorteilhaft eine bestimmte Strecke parallel zu den Breitseitenist
es jedoch, wenn die Höhenlage des Hohlleiter- wänden des Leiters 80, läuft dann allmählich auf die
abschnitts verringerten Querschnitts im Hohlleiter 35 untere Breitseitenwand zu und endigt dort. Es entselbst
geändert werden kann. Die Veränderung dieser steht hierdurch ein rampenförmiger Teil 86.
Höhenlage hat die Wirkung einer Abstimmung des Es sei bemerkt, daß die Pumpwellenenergie längs
Höhenlage hat die Wirkung einer Abstimmung des Es sei bemerkt, daß die Pumpwellenenergie längs
Hohlraumresonators. Dies ist insbesondere bei Ver- des Dammes nicht mehr die vorherrschende Rechtwendung
als Schalter zweckmäßig; denn in diesem eckhohlleiter-Schwingungsform hat. Beobachtungen
Fall sind andere Abstimmittel, wie die Schrauben 8 40 haben gezeigt, daß die Dammanordnung für die
und 9, allgemein nicht erforderlich. Pumpwellenenergie als Bandleitung wirkt.
In F i g. 5 ist eine solche Anordnung dargestellt. Wegen der großen Bandbreite des in Rede stehen-
Der Signalhohlleiter 60 ist an einer Stelle seiner Länge den parametrischen Verstärkers sind zwei Arbeitsaufgetrennt,
und Flansche 61 und 62 sind an den weisen möglich. Bei der ersten ist die Signalfrequenz
beiden angrenzenden Stirnseiten des Leiters ange- 45 genau gleich der halben Pumpfrequenz, und die
bracht. Eine Platte 63 sitzt zwischen den beiden Differenz- und Signalwellen fallen zusammen. Dies
Flanschen 61 und 62 und ist an diesen mit Schrau- ist die sogenannte entartete Arbeitsweise. Bei der
ben 64 bis 67 befestigt. Die Flansche weisen Rund- zweiten und häufiger verwendeten Arbeitsweise
löcher auf, um sie gegeneinander fixieren zu können. weicht die Signalfrequenz /s von der halben Pump-Die
Platte 63 ist aber mit Langlöchern 68 und 69 50 frequenz ab. Dies gibt Anlaß für das Auftreten einer
versehen, kann also relativ zum Leiter 60 verschoben bestimmten Differenzfrequenz ft, die gegeben ist
werden. Die Diode 70 ist unmittelbar innerhalb der durch fi=fp—fs. Bekanntlich muß bei parametri-Platte
63 angeordnet. Die Platte 63 weist eine Recht- sehen Verstärkern Vorsorge getroffen werden, die
ecköffnung auf, deren Breite der des Hohlleiters 60 Differenzwellenenergie zu stützen, und die meisten
entspricht und deren Höhe h so gewählt ist, daß die 55 bekannten Verstärker haben deshalb gesonderte
durch das Federkontaktelement 71 der Diode ein- Schaltungen für die Differenzwellenenergie. Wegen
geführte Induktivität verringert wird. Im Idealfall der breitbandigen Frequenzkennlinie des vorliegenwürde
das Kontaktelement 71 die Länge Null und den Verstärkers sind solche Maßnahmen nicht erdemnach
auch die Induktivität Null haben. Aller- forderlich. Dies ist in Fig. 7 dargestellt, die das
dings wird bei zu starker Verringerung der Höhe h 60 Frequenzverhalten eines solchen Verstärkers zeigt,
der Hohlleiter verlustbehaftet, so daß eine minimale Die Frequenzkurve 90 des Verstärkers hat die halbe
Höhe h ausgewählt werden muß, die einen Kompro- Pumpfrequenz, fp/2, als Mittelfrequenz. Da der Vermiß
zwischen der Kontaktinduktivität und den Leiter- stärker breitbandig ist, kann ein Signal fs, das unverlusten
darstellt. gleich fp/2 ist, dem Verstärker zugeführt werden.
Der Kristall 72 ist unmittelbar auf der Platte 63 65 Dies wird durch die Kurve 91 dargestellt, deren
befestigt, und seine freiliegende Fläche wird von dem Federkontakt 71 berührt. Das andere Ende des Kontakts
71 erstreckt sich nach oben durch eine Quer-
Mittelfrequenz bei fs liegt, wobei fs kleiner als fp/2
ist. Die Spiegelfrequenzen werden demgemäß in
einem Band mit der Mittelfrequenz/; erzeugt, das
ist. Die Spiegelfrequenzen werden demgemäß in
einem Band mit der Mittelfrequenz/; erzeugt, das
durch die Kurve 92 dargestellt ist, wobei /,· größer als
/p/2 ist.
Beide Frequenzbänder, die durch die Kurven 91 und 92 dargestellt sind, liegen vollständig innerhalb
der Frequenzkurve 90 und werden demnach in der üblichen Weise verstärkt.
Claims (6)
1. Mikrowellenverstärker mit einem aktiven Zweipolelement in Form einer Varaktor-Diode
(parametrische Verstärkung) oder einer im negativen Kennlinienbereich arbeitenden Tunneldiode,
das innerhalb eines Hohlleiters mit rechteckigem Querschnitt, der der Übertragung von zu verstärkenden
Signalen dient, senkrecht zur Längsachse und parallel zu den schmalen Seitenwänden
angeordnet ist, wobei im Fall einer parametrischen Verstärkung ein erster und ein zweiter
Hilfshohlleiter an die Seitenwände des Hohlleiters über in denselben unter gegenseitiger Ausrichtung
vorgesehene Öffnungen angeschlossen sind, von denen der erste Pumpenergie in den
Hohlleiter einkoppelt und der zweite zur Steuerung der Pumpenergie im Hohlleiter ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zur BiI-dung eines Hohlleiterabschnitts mit in der Höhe
vermindertem Querschnitt elektrisch leitende Einbauten (11,63,83) vorgesehen sind, die, querverlaufend,
die Breite des Hohlleiters (10, 60, 81) einnehmen, wobei die Querschnittsänderungen
sprunghaft erfolgen und sich der aktive Zweipol (18, 70) in dem Hohlleiterabschnitt verminderten
Querschnitts befindet, daß dieser Hohlleiterabschnitt so bemessen ist, daß er bei dem zu verstärkenden
Frequenzband in Resonanz ist, und daß die breiten Hohlleiterwandungen je eine Aussparung zur Aufnahme der Anschlußteile des
Zweipolelements aufweisen.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung des Hohlleiterabschnitts
verminderten Querschnitts die leitenden Einbauten in einer zu den Schmalseitenwänden
parallelen Richtung verstellbar angeordnet sind.
3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellung zum an sich bekannten
Vorspannen des Zweipolelements an letzteres angeschlossen ist.
4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zum Sperren des Durchgangs
eines Eingangssignals auf eine ausgewählte Vorspannung hin ausgelegt ist.
5. Parametrischer Verstärker mit einer Varaktor-Diode als aktives Zweipolelement nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hilfshohlleiter (12,14) an die Schmalseitenwände
des Hohlleiters unter axialer Ausrichtung zu den Öffnungen (13,15) und dem Hohlleiterabschnitt
verminderten Querschnitts angeschlossen sind, und zwar je über Verjüngungsabschnitte,
die den Querschnitt der Hilfshohlleiter allmählich auf den der jeweils zugeordneten öffnung
reduzieren.
6. Parametrischer Verstärker mit einer Varaktor-Diode als aktives Zweipolelement nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hilfshohlleiter (80) über eine kontaktgebende
Zunge (82) angeschlossen ist, die sich von den Einbauten (83) durch die zugeordnete Öffnung
(84) hindurch in den benachbarten Teil des angrenzenden Hilfshohlleiters hinein erstreckt und
dort unter einem Winkel (86) zu den Wänden des letzteren verläuft, bis sie an einer Seitenwand des
Hilfshohlleiters endigt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 623121, 2916 707;
»Proceedings of the National Electronics Conference«, 1953, S. 806.
USA.-Patentschriften Nr. 2 623121, 2916 707;
»Proceedings of the National Electronics Conference«, 1953, S. 806.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Applications Claiming Priority (1)
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US3304471A (en) * | 1963-01-28 | 1967-02-14 | Hughes Aircraft Co | Thin film diode |
US3508175A (en) * | 1967-05-05 | 1970-04-21 | Andrew Alford | Contiguous slotted and unslotted waveguide portions having substantially the same characteristic impedance |
US3538460A (en) * | 1967-10-09 | 1970-11-03 | Varian Associates | High power electronically tunable microwave filter composed of nonresonant filter subunits in series |
US3448415A (en) * | 1968-08-01 | 1969-06-03 | Bell Telephone Labor Inc | Tunable crystal diodes |
US3582805A (en) * | 1969-08-04 | 1971-06-01 | Jans Kliphuis | Amplifier system |
US4156861A (en) * | 1977-07-01 | 1979-05-29 | Raytheon Company | Waveguide diode mount |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2623121A (en) * | 1950-04-28 | 1952-12-23 | Nat Union Radio Corp | Wave guide |
US2916707A (en) * | 1955-09-23 | 1959-12-08 | British Thomson Houston Co Ltd | Ultra high frequency waveguide systems |
Family Cites Families (3)
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US2806138A (en) * | 1953-04-29 | 1957-09-10 | Bell Telephone Labor Inc | Wave guide frequency converter |
US2928056A (en) * | 1954-05-25 | 1960-03-08 | Rca Corp | Means for utilizing solid-state materials and devices for the electronic control of guided electromagnetic wave energy |
US2970275A (en) * | 1959-05-05 | 1961-01-31 | Rca Corp | Parametric amplifier device |
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- 1961-12-12 DE DEP1268A patent/DE1268221B/de active Pending
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
US2623121A (en) * | 1950-04-28 | 1952-12-23 | Nat Union Radio Corp | Wave guide |
US2916707A (en) * | 1955-09-23 | 1959-12-08 | British Thomson Houston Co Ltd | Ultra high frequency waveguide systems |
Also Published As
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