DE1268221B - Mikrowellenverstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a4- 29/50

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 68 221.2-35
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)

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

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 f_t, die gegeben ist werden. Die Diode 70 ist unmittelbar innerhalb der durch fi=f_p—f_s. 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, f_p/2, als Mittelfrequenz. Da der Vermiß zwischen der Kontaktinduktivität und den Leiter- stärker breitbandig ist, kann ein Signal f_s, das unverlusten darstellt. gleich f_p/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 f_s liegt, wobei f_s kleiner als f_p/2
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)

Patentansprüche:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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