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Wanderwellenverstärker Die Erfindung bezieht sich auf die Signalverstärkung und betrifft insbesondere eine neuartige Verstärkung vonWanderwellensignalen durch Energiezufuhr von einer äusseren Quelle zu der Welle während ihrer Fortpflanzung längs des Wanderwellenweges.
Nach einer bekannten und z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 636, 948 beschriebenen prinzipiellen Ausführungsform von Wanderwellenröhren enthält die Röhre zwei langgestreckte und miteinander eng gekoppelte Übertragungswege, von denen einer eine Signalwelle und der andere eine von einer Glühkathode ausgehende Elektronenströmung führt. Der Röhrenaufbau ist normalerweise so getroffen, dass das mit der Wanderwelle verknüpfte elektrische Feld von der Elektronenströmung in Richtung der Feldwanderung durchsetzt wird, wobei die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten des Feldes und der Elektronenströmung näherungsweise übereinstimmen. Unter diesen Bedingungen wirkt das elektrische Feld auf die Elektronenströmung so ein, dass es eine ungleichförmige Ladungsdichte in der Strömung verursacht, die zu einer Paketbildung der Elektronen führt.
Die Elektronenströmung wirkt ihrerseits auf das Feld in solcher Weise zurück, dass die längs des Übertragungsweges in der gleichen Richtung wie die Elektronenströmung, also vorwärts wandernde Welle einen ortsabhängigen Amplitudenzuwachs erfährt, wogegen eine allenfalls gegensinnig zur Elektronenströmung, also rückwärts wandernde Welle durch die Gegenwart der Elektronenströmung nur wenig beeinflusst wird. Demnach wirkt die gesamte Einrichtung als Verstärker für Wanderwellen, die in der gleichen Richtung wie die Elektronenströmung verlaufen.
Für Wanderwellenröhren dieser Art ist charakteristisch, dass sie innerhalb eines relativ breiten Frequenzbandes mit gutem Wirkungsgrad arbeiten ; sie sind anderseits aber nicht für den Betrieb bei sehr hohen Frequenzen im Mikrowellenbereich geeignet. Die Herstellung von Wanderwellenröhren der erläuterten Art erfordert eine hohe Präzision und enge Toleranzen. Aus diesen Gründen sind solche Röhren sowohl teuer als auch auf unvorsichtige Handhabung mechanisch empfindlich. Zum Betrieb der Röhren sind hohe Spannungen erforderlich ; es müssen deshalb Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um eine Gefährdung des Bedienungspersonals zu vermeiden. Als Ausgangspunkt der Elektronenströmung dient eine Glüh- kathode ; eine solche Kathode stellt aber unvermeidlich eine Rauschquelle dar, so dass die von der Röhre bewirkte Verstärkung den Störabstand vermindert.
Die Erfindung befasst sich vor allem mit der Aufgabe, den Aufbau von Wanderwellenröhren zu vereinfachen, die mechanische Empfindlichkeit und die Kosten solcher Verstärker herabzusetzen und auch das mit der Verstärkung verknüpfte Rauschen zu vermeiden. Diese Ziele werden durch die Vermeidung einer Elektronenströmung' (und infolgedessen auch einer Glühkathode als Ausgangspunkt für eine solche Strömung und der Hochspannungselektroden, die zur Steuerung der Strömung erforderlich sind) und durch Ersatz der Elektronenströmung durch ein neuartiges Wellenphänomen erreicht, das mit der Wanderwelle zusammenwirkt und auf einer wellenförmigen Reaktanzänderung beruht.
Es ist bekannt, dass ein vorgegebener einmaschiger Kreis, der auf Resonanz bei der Frequenz fabgestimmt ist und eine veränderbare Reaktanz enthält, die Eigenschaft eines mit negativem Widerstand behafteten Verstärkers für Signale der Frequenz f annimmt, wenn in den Kreis durch Änderung des Reaktanzelementes mit der Frequenz 2fo eine Energie "hineingepumpt" wird, deren Betrag unterhalb des Schwellenwertes für die Eigenschwingungen liegt.
In den USA-Patentschriften Nr. 1,884, 844 und Nr. 1, 844, 845 wird ferner erläutert, dass ein zweimaschiger Kreis, dessen gemeinsamer Zweig durch eine veränderbare Reaktanz gebildet wird und dessen einzelne Maschen die Resonanzfrequenzen f bzw. f
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haben, bei "Einpumpen" von Energie in beide Maschen durch Änderung der gemeinsamen Reaktanz mit einer Frequenz n= -- (D und um einen unterhalb der Eigenschwingungsschwelle liegenden Wert bezüglich jeder Masche die Eigen-, schaft eines mit negativem Widerstand behafteten Verstärkers für Signale annimmt, die zumindest ungefähr mit derResonanzfrequenz der Maschen übereinstimmen.
Dieser Effekt beruht auf dem Zusammenwirken mehrerer Frequenzen, das infolge der Reaktanzänderung stattfindet, wenn die Gleichung (1) be-
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einen Hohlraum aufweist, welcher so bemessen ist, dass darin stehende Wellen von zwei oder mehr verschiedenen Schwingungsarten aufrechterhalten werden können, deren Frequenzen die Gleichung (1) be- friedigen. DerResonanzhohlraum ersetzt dabei die verschiedenen Maschen der vorstehend erwähnten Netz- werke, und die verschiedenen stehenden Wellen ersetzen die Maschenströme sowie den Strom der Pumpleistungsquelle.
Das Zusammenwirken zwischen den verschiedenen stehenden Wellen wird durch die Präzession der Magnetisierung bewirkt, die innerhalb eines Körpers oder mehrerer Körper aus geeignetem ma-
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Pumpwelle einen gyromagnetischenEffekt zeigt, wenn es dem Einfluss eines in geeigneter Weise angeleg-' ten magnetischen Feldes unterliegt.
Der innere Mechanismus des ferromagnetischen Körpers, durch den das erforderliche Zusammenwirken zwischen den verschiedenen Schwingungsarten gewährleistet wird, beruht auf bestimmten anormalen ferromagnetischen Resonanzerscheinungen, die in verschiedenen, starken hochfrequenten Feldern ausge- setzten Materialien, insbesondere in den Ferriten auftreten. Diese anormalen Erscheinungen sind In der wissenschaftlichen Literatur mehrfach behandelt worden. Beispielsweise findet sich eine Diskussion für den Fall dersubharmonischenResonanz in einem Aufsatz von H. Suhl in der Zeitschrift "Physical Review", 1956, Bd. 101, S. 1437.
In diesem Aufsatz wird der innere Mechanismus der Ferrite behandelt, der für
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of Ferrites at High Microwave Signal Levels" in der Zeitschrift "Proceedings of the Institute of Radio Engineers", 1956, Bd. 44, S. 1270, mathematisch behandelt.
Nach der österr. Patentschrift Nr. 204603 werden nun bei Wanderwellenverstärkern die Prinzipien des Zusammenwirkens zwischen verschiedenen Frequenzen auf Schwingungen angewendet, von denen eine durch Modulation einer zu verstärkenden Signalwelle entsteht oder von einer solchen Modulation abgeleitet wird und. die andere von einer Pumpleistungsquelle herrührt. Dabei wird ein erster langgestreckter, eine Welle aufrechterhaltender Fortpflanzungsweg, z. B. eine normale Übertragungsleitung oder eine Hohlleitung, vorgesehen, die als Signalleitung bezeichnet sei sowie ein zweiter Weg, z. B. eine zweite Übertragungsleitung oder eine Hohlleitung, die als Blindleitung bezeichnet sei und sich nahe der ersten Leitung, dieser gegenüberliegend, erstreckt.
Diese beiden Leitungen sind eng miteinander gekoppelt, u. zw. entweder nur an einzelnen Stellen oder kontinuierlich über ihre ganze Länge ; hiezu dient eine Vielzahl von örtlich konzentrierten, veränderbarenreaktanzelementen bzw. ein kontinuierlich veränderbares Reaktanzmedium. Jede dieser Leitungen ist reflexionsfrei abgeschlossen und kann daher eine fortschreitende Welle führen, ohne dass zugleich eine stehende Welle auftritt. In die Signalleitung wird ein Signal mit einer ersten Frequenz eingeführt und die Reaktanzelemente bzw. das Reaktanzmedium werden mit einer zweiten Frequenz und einer solchen Phasenbeziehung geändert, dass die Reaktanzänderung selbst in Form einer Wanderwelle stattfindet.
Eine günstige Möglichkeit zur Erzielung einer solchen Wanderwelle derReaktanz- änderung besteht darin, einen dritten langgestreckten Wellenweg, z. B. eine dritte normale Übertra- gungsleitung oder Hohlleitung, vorzusehen, der den verschiedenen veränderbaren Reaktanzelementen bzw. den aufiinanderfolgendenteilen des kontinuierlichenReaktanzmediums eine reaktanzändemde Wel- le zuführt. Überdies wird ein aiisgewähltes Modulationsprodukt des Zusammenwirkens zwischen der Signalwelle und der veränderbaren Reaktanzwelle, das als Blindwelle bezeichnet sei, längs des langgestreckten zweiten Wellenweges fortgeleitet, um eine zusätzliche Kopplung zwischen den Wellen zu vermitteln.
Die österr. Patentschrift Nr. 204603 beschreibt ein Verstärkersystem mit einem langgestreckten Bauteil, über den eine Blindwelle wandert, so dass insgesamt drei Frequenzen miteinander verkoppelt sind ; die
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Frequenz der Blindwiderstandsänderung muss dabei höher als die Signalfrequenz sein. Diese Frequenzbedingung führt häufig zu grossen Schwierigkeiten. Beispielsweise wäre bei dem erwähnten System zur Verstärkung einer 3 cm-Welle für die Blindwiderstandsänderung eine Energiequelle erforderlich, deren Wellenlänge noch kürzer als 3 cm ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Wanderwellenverstärker der geschilderten allgemeinen Art, der aber so aufgebaut ist, dass in ihm wenigstens zwei ausgewählte Blindwellen auftreten und daher vier oder mehr Frequenzen miteinander verkoppelt sind, wodurch erreicht wird, dass die Frequenz der Energiequelle, die zur Blindwiderstandsänderung dient, niedriger als die Frequenz der Signalwelle sein kann. Es gilt also für die erfindungsgemässen Verstärker nicht die vorstehend erwähnte, ungünstige Bedingung hinsichtlich der für die Blindwiderstandsänderung erforderlichen Frequenz.
Beispielsweise kann in einem mit Vierfrequenzbetrieb arbeitenden Verstärkersystem gemäss der Erfindung eine Verstärkung einer 3 cm-Welle unter Verwendung einer zur Blindwiderstandsänderung dienenden Energiequelle (Pump- generator) bewirkt werden, deren Wellenlänge grösser als 3 cm ist.
Ein erfindungsgemässes Verstärkersystem unterscheidet sich demnach von den schon erläuterten Verstärkersystemen mit Dreifrequenzbetrieb dadurch, dass die Frequenz f. der Signalwelle höher als die
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und fB2fp = fBl + fB2 und = p + Bl erfüllen, wodurch diese Wellen von einem Ende des langgestreckten Bauteiles zum andern hin wandern und bei ihrer Wanderung amplitudenmässig anwachsen, wobei am andern Ende des langgestreckten Bauteiles Anschlüsse zur Auswertung einer dieser Wellen vorgesehen sind.
Allgemein gilt, dass die Signalfrequenz um so weiter oberhalb der Frequenz der Reaktanzänderung liegen kann, je grösser die Anzahl der verschiedenen, zum Verstärkerbetrieb beitragenden Frequenzen ist.
Es wurde gefunden, dass die günstigsten Ergebnisse bei Ausführungsformen der Erfindung erzielt werden. bei welchen unerwünschte Modulationsprodukte oder Spiegelwellen (d. h. Wellen. die von der Signalwelle, der Pumpwelle und den erwünschten Blindwellen verschieden sind) unterdrückt werden. Für diesen Zweck können mit Vorteil Filter und insbesondere Bandsperren jener Art angewendet werden, die in dem Aufsatz "Filter Helix Traveling Wave Tube"von WJ. Dodds und R. W. Peter in der Zeitschrift"RCA Re- view", 1953, Band 14, Nr. 4. beschrieben sind.
Die Erläuterung der Erfindung dürfte sich vereinfachen, wenn zunächst ein parametrisches Verstärkersystem mit drei verkoppelten Frequenzen behandelt und hernach die speziellen Verbesserungen erörtert werden, die sich ergeben, wenn erfindungsgemäss vier Frequenzen in einem parametrischen Verstärkersystem verkoppelt sind.
Der grösste Teil der nachfolgenden Beschreibung ist für beide Ausführungsformen von parametrischen Verstärkungssystemen anwendbar. Wenn dies nicht gilt, wird ausdrücklich darauf verwiesen.
Wenn ein Signal mit der Frequenz f in den Signalweg eines erfindungsgemässen Verstärkersystems mit drei Frequenzen eingeführt wird, während der bereits erwähnte dritte Übertragungsweg mit einer Energie der Frequenz fp versorgt wird, so zeigt sich, dass, während das Signal von den Eingangsklemmen des
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genügtösterr. Patentschrift Nr. 204603, und die Amplitude der Signalwelle wächst während deren Wanderung an, so dass im ausgangsseitigen Verbraucher ein Signal auftritt, das ein verstärktes Ebenbild des Eingangssignales ist.
Gleiches gilt auch für die Blindwelle, so dass gegebenenfalls das Ausgangssignal auch vom Blindweg abgeleitet werden kann, wobei sich dann ein Übergang von der Frequenz f auf die Fre-
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"1sichtlich der Bandbreite des Verstärkers die günstigsten Ergebnisse bei und
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Damit die Signalwelle bei diesen parametrischen Verstärkungssystemen bei der Wanderung der Welle anwächst, muss ihr von Punkt zu Punkt längs ihres Wanderweges Energie zugeführt werden. Diese Energie wird von einem Generator geliefert. der die Welle für die Reaktanzänderung einführt. Deshalb sei dieser
Generator als "Pumpgenerator" bezeichnet und die Welle der Reaktanzänderung als "Pumpwelle".
Wie schon erläutert worden ist, wandert diese Pumpwelle längs der Übertragungsleitung oder eines Wellenleiters vom Generator zum andern Ende der Leitung. Um das Auftreten von rückläufigen Pumpwellen zu verhindern, muss die Pumpleitung durch eine Impedanz abgeschlossen sein, welche gleich dem Wellenwiderstand der Pumpleitung ist. Diese Impedanz kann durch einen gewöhnlichen Widerstand gebildet wer- den, doch wird dann Pumpleistung in diesem Widerstand vernichtet. Diese Leistungsverminderung dient keinem nützlichen Zweck und soll deshalb auswirtschaftlichenGründen nach Möglichkeit vermieden werden. Es wird deshalb zweckmässig die ausgangsseitig auftretende Pumpleistung zu den Eingangsklemmen der Pumpleitung zurückgespeist, wobei an den Ausgangsklemmen der Pumpleitung die angepasste Impedanz der Eingangsseite der Pumpleitung wirksam wird.
Es ist schon erwähnt worden, dass bei einer Wanderwellenröhre jener Type, bei welcher ein Zusammenwirken einer vorwärts wandernden elektromagnetischen Welle und einer Elektronenströmung stattfindet, das Auftreten einer rückläufigen Welle an sich unschädlich ist, weil diese nicht mit der Elektronenströmung zusammenwirkt. Dies gilt auch im Falle der vorliegenden Erfindung. Nimmt man nämlich an, dass die Signalwelle und die Blindwelle bzw. Blindwellen nur vorwärts wandernde Komponenten haben, so kann die Pumpwelle eine erhebliche rückläufige Komponente aufweisen, ohne dass hiebei ein schädliches Zusammenwirken mit der Signalwelle oder der Blindwelle stattfindet. Hat die Pumpwelle vorwärts- und rückwärts wandernde Komponenten erheblichen Betrages, so ergibt sich insgesamt eine stehende Welle.
Es kann demnach die Pumpleistung an die wandernde Signalwelle und an die Blindwelle auch von einer stehenden Pumpwelle her geliefert werden. Diese Bedingungen können dadurch verwirklicht werden, dass am Ende des Pumpwellenweges ein reflektierender Abschluss vorgesehen wird. Auch diese Massnahme dient, wie die früher erläuterte Rückspeisung, dem Zweck der Einsparung von Pumpleistung.
Bei. einem Verstärker für relativ niedrige Frequenzen, d. h. für Frequenzen im Bereich von 60 Hz bis 1 MHz, kann der Bauteil längs dessen die Wanderwelle fortschreitet, durch eine Vielzahl von gleichen, getrennt aufgebauten Schaltungsabschnitten gebildet sein, die alle konzentrierte Induktivitäten und Kapazitäten enthalten, wobei dann die veränderlichen Parameter, welche die Kopplung zwischen den Wellenwegen bewirken, je nach den Umständen bevorzugt kapazitiver oder induktiver Art sein können.
Eine veränderbare Kapazität kann durch eine Reaktanzröhre oder durch eine PN-Halbleiterdiode gebildet werden,. die durch eine Gleichspannung in Sperrichtung vorgespannt ist, während als veränderba- reInduktivität eine auf einen sättigbàrenKern gewickelte Spule verwendbar ist.
Für Frequenzen in einem Bereich, in dem Schaltelemente dieser Art bereits untauglich sind, können die Wege für die Signal- und die Blindwellen durch zwei offene Übertragungsleitungen oder durch zwei verschiedene Schwingungsarten in einem oder mehreren Wellenleitern gebildet werden, wobei dann die gegenseitige Kopplung entweder durch einen geeigneten angeordneten Stab oder Kern aus Ferritmaterial bewirkt wird, wie dies nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch genauer erläutert wird, oder aber durch eine Aufeinan-
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den Drähte der Signalleitung können in einer horizontalen Ebene und die beiden Drähte der Blindleitung in einer vertikalen Ebene in der Mitte zwischen den ersterwähnten beiden Drähten angeordnet sein, so dass die vier Drähte im Querschnitt gesehen an den vier Ecken eines Rechteckes liegen.
Als Pumpleitung kann ein kreisförmiger Hohlleiter : verwendet werden, welcher diese Drähte und den koppelnden Ferrit umgibt. Bei einer ändern Ausführungsform können die Signal- und die Blindwelle als elektromagnetische Felder gekreuzterSchwingungsarten in einem gemeinsamen Hohlleiter rechteckigen Querschnittes nebeneinander bestehen, wobei an diesen Hohlleiter ein zweiter Hohlleiter rechteckigen Querschnittes mit Hilfe eines gemeinsamen Längsschlitzes an benachbarten Wandungen angekoppelt ist. Die Kopplung zwischen den verschiedenen Schwingungsarten kann durch einen Stab aus Ferritmaterial bewirkt werden,
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welcher diesen Schlitz ausfüllt und sich von einem zum andern Ende desselben erstreckt.
In beiden Fällen wird der Ferritstab einem stationären Magnetfeld ausgesetzt, das beispielsweise durch einen aussenliegen- den Magneten erzeugt werden kann. Die Stärke dieses Feldes wird nach bekannten Prinzipien so eingere- gelt, dass ein anormales Resonanzphänomen entsteht, welches in einem gewünschten Teil des Frequenz- bereiches eine Kopplung zwischen den verschiedenen Schwingungsarten herbeifuhrt.
Alle Ausführungsformen des Dreifrequenzsystetns mit variabler Induktivität und alle Varianten dieses
Systems erfüllen die folgenden Kopplungsbedingungen :
1. der magnetische Vektor einer der beiden Wellen niedrigerer Frequenz (f oder f2) hat eine parallel zum stationären Magnetfeld verlaufende Komponente ;
2. der magnetische Vektor der andern der beiden Wellen niedrigerer Frequenz (f. oder f hat eine
Komponente, die senkrecht zum stationären Magnetfeld verläuft und
3. der magnetische Vektor der Pumpwelle hat eine senkrecht zum stationären Magnetfeld verlaufen- de Komponente.
Das Kopplungsmaterial soll bei Anwendung der mit variablen Induktivitäten arbeitenden para- metrischen Verstärkungssysteme das erläuterte Resonanzverhalten zeigen ; beispielsweise ist hiefür ein
Manganferrit hohen spezifischen Widerstandes verwendbar. Je schärfer die ferromagnetische Resonanzab- sorptionslinie des Materialist, umso günstiger ist die Arbeitsweise des Wanderwellenverstärkers, insbesondere hinsichtlich des Pumpleistungsbedarfs. Dementsprechend werden für diesen Zweck wegen ihrer ausserordentlich scharfen Resonanzlinien Yttrium-Eisen-Granate und seltene Erden-Eisen-Granate bevorzugt.
Bei einem mit stehenden Wellen arbeitenden ferromagnetischen Verstärker gemäss der österr. Patentschrift Nr. 206022 sind die Bauteile so gewählt, dass die Frequenzen der verschiedenen stehenden Wellen bzw. Schwingungsarten zueinander in harmonischer Beziehung stehen. Dieses Erfordernis gilt nicht für die mit Vierfrequenzbetrieb arbeitenden Verstärker gemäss der vorliegenden Erfindung. Im Gegenteil, können hiebei die verwendeten Frequenzen zueinander inkommensorabel sein. Dieser Umstand bietet den Vorteil, dass beliebige Harmonische einer Welle, die allenfalls durch unerwünschte Sekundäreffekte entstehen, nicht mit der gewünschten Signalwelle vermischt werden können.
Überdies ist die Arbeitsweise der ferromagnetischen Verstärker mit stehenden Wellen gemäss der österr. Patentschrift Nr. 206022 an die Bedingung gebunden, dass die Pumpleistung des Verstärkers unter dem Schwellenwert der Instabilität gehalten wird, weil andernfalls ungedämpfte Eigenschwingungen auftreten, welche das zu verstärkende Signal überdecken. Bei den hier behandelten parametrischen Verstärkern besteht keine solche Schwelle der Instabilität und dementsprechend haben diese Verstärker auch nicht das Bestreben. in Eigenschwingungen überzugehen. Dies beruht auf dem Wanderwellencharakter der Energie.
Ein Zuwachs der Wellenenergie, der in einem Punkt des Systems auftritt und, falls er auf diesen Punkt beschränkt bliebe. eine Eigenschwingung herbeiführen würde, wird nämlich unmittelbar wieder entzogen, wenn die Wanderwelle zu einem andern Punkt des Systems fortschreitet. Mit ändern Worten wächst die Signalwelle räumlich, nicht aber zeitlich an. Der Verstärker hat daher einen hohen Stabilitätsgrad.
Bei den hier behandelten parametrischen Verstärkern erfolgt der Verstärkerbetrieb ohne Anwendung von Glühkathoden bzw. ohne Anwendung eines Ladungstransportes über Halbleiter. Es fehlen daher alle Quellen von Rauschspannungen, und das einzige Rauschen, das in das Signal im Verlauf seiner Verstärkung eingeführt werden kann, ist das sogenannte Johnson-Rauschen, welches auf der Tatsache beruht, dass sich die Schaltelemente und insbesondere der Verbraucher gegenüber dem absoluten Nullpunkt auf einer erhöhtenTemperatur befinden. Diese einzige Rauschquelle kann weitgehend durch eine Unterktihlung des gesamten Verstärkers herabgesetzt werden. Da die Hauptquelle des Rauschens der Verbraucher ist, wird aber bevorzugt nur dieser unterkühlt und mit Hilfe eines Transformators an den Verstärker angekoppelt.
Die besondere Ausbildung eines erfindungsgemässen Vierfrequenzsystems als Verbesserung der Dreifrequenzsysteme nach der österr. Patentschrift Nr. 204603 wird im Anschluss an die vorbereitende ausführliche Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen von Dreifrequenzsystemen anHand der Zeichnungen nach Erläuterung der zum Übergang auf Vierfrequenzsysteme erforderlichen Änderungen leicht verständlich sein ; abschliessend wird ein Vierfrequenzsystem nach der Erfindung ausführlich beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt das schematische Schaltbild eines Wanderwellenverstärkers nach der österr. Patentschrift Nr. 204603 mit aus konzentrierten Schaltelementen gebildeten Übertragungswegen, die durch ver- änderbare Induktivitäten miteinander gekoppelt sind. Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer Ab- änderung des Verstärkers nach Fig. l, bei welcher die Kopplung zwischen den beiden Übertragungswegen durch veränderbare Kapazitäten erfolgt. Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene perspektivische
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Darstellung eines als Dreifrequenzsystem ausgebildeten Wanderwellenverstärkers mit zwei Hohlleitern rechteckigen Querschnitts, bei denen eine Kopplung mit verteilten Konstanten vorgesehen ist.
Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines gemäss der Erfindung als Vierfrequenzsystem ausgebildeten Wanderwellenverstärkers, bei dem zwei Leiterpaare innerhalb eines kreisförmigen Hohlleiters angeordnet und miteinander durch die Resonanzerscheinungen in einem ferromagnetischen Material gekoppelt sind.
Fig. 1 zeigt einen Wanderwellenverstärker mit drei langgestreckten Wellenübertragungswegen, von denen jeder eine Übertragungsleitung umfasst, die so dimensioniert ist, dass sie eine Wanderwelle geeigneter Frequenz aufrechterhalten, kann. Die erste Leitung oder Signalleitung 1 besteht aus einer Gruppe von gleichen, in Kette geschalteten Filterabschnitten, die Induktivitäten L und Kapazitäten C enthalten. Diese Leitung wird an ihren. Eingangsklemmen von einem Generator 5 mit der Frequenz f1 gespeist und ist an ihren Ausgangsklemmen mit einer Lastimpedanz 6 angepasst abgeschlossen.
Die zweite Leitung 2, die alsBlindleitung bezeichnet sei, hat ähnlichen Aufbau, nur dass die Induktivitäten der einzelnen Abschnitte
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Wert L,duktivität L. der dritten Leitung 3 geschaltet. Diese dritte Leitung, die als Pumpleitung bezeichnet sei, wird an ihren Eingangsklemmen durch einen Pumpgenerator 9 über gerichtete Übertragungsglieder (Ver- stärker) 10, 11 mit der Frequenz f gespeist. Die Ausgangsklemmen sind über einen Rückkopplungsweg 12, der ebenfalls ein gerichtetes Übertragungsglied 13 enthält, mit den Eingangsklemmen dieser Leitung ver- bunden. An den Ausgangsklemmen der Pumpleitung 3 ist daher die Eingangsimpedanz der gleichen Leitung als angepasste Abschlussimpedanz wirksam.
Dies dient zur Vermeidung des Verlustes jener Energie, die ansonsten vom Pumpgenerator in einen Abschlusswiderstand der Pumpleitung geliefert werden müsste, damit an dieser dritten Leitung ebenso wie an den ersten beiden Leitungen 1 und 2Wanderwellen aufrechterhalten werden können.
Im Betrieb des dargestellten Dreifrequenzsystems wird vom Pumpgenerator 9 Energie der Frequenz f in die dritte Leitung 3 eingespeist und diese Energie wandert längs der Leitung 3 in Form einer Welle unS bewirkt durch teilweise Sättigung der Kerne in den aufeinanderfolgenden Transformatoren 8 eine Veränderung der Gegeninduktivität, welche die verschiedenen Abschnitte der Signalleitung 1 mit den entspre- chenden Abschnitten der Blindleitung 2 koppelt. Hiedurch entsteht eine Welle von Induktivitätsänderun- gen, welche sowohl längs der Signalleitung als auch längs der Blindleitung mit der in der Pumpleitung wirksamen Fortpflanzungsgeschwindigkeit wandert. Diese Fortpflanzungsgeschwindigkeit hängt von den Werten der Induktivitäten L3 und der Kapazitäten C ab.
Wenn unter diesen Voraussetzungen vom Signal-
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leg wird, wandert längs dieserLeitung von derenEingangsklemmen zu deren Ausgangsklemmen eine Welle, deren Amplitude von Abschnitt zu Abschnitt infolge der innerhalb der einzelnen Abschnitte vom Pumpgenerator 9 zugeführten Energie, die über die Transformatoren 8 übertragen wird, anwächst. Das Signal erscheint daher am Verbraucher 6 gegenüber dem vom Generator 5 abgegebenen Signal wesentlich verstärkt.
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zung von Energie mit dieser Frequenz bei geringen Verlusten zulässt, so entsteht in der Blindleitung eine Wanderwelle mit der Frequenz f, die von den Eingangsklemmen dieser Leitung, die offen sind und daher eine vollständige Reflexion bewirken, zu den Ausgangsklemmen verläuft, wo die Energie in der angepassten Abschlussimpedanz 7 vernichtet wird.
Das in dieser Abschlussimpedanz auftretende Signal Ist somit ebenfalls ein verstärktes Ebenbild des Signals des Generators 5. nur dass seine Frequenz vom Wert f1 auf den Wert f2 geändert ist. Falls zusätzlich zur Verstärkung eine Frequenzänderung des Signals erwünscht ist, kann also die Impedanz 7 statt der Impedanz 6 als eigentlicher Verbraucher benützt werden. Hinsichtlich der relativen Beträge von f1 und f2 besteht keine Beschränkung. Die Frequenzänderung kann da- her in Richtung zu höheren oder zu niedrigeren Frequenzen erfolgen, je nachdem, ob f grösser oder kleiner als 2f gewählt wird.
Überdies besteht die Neigung zum Auftreten einer Energie mit einer Frequenz, die gleich der Summe
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aus Signal- und Pumpfrequenz ist. Bevorzugt wird aber die Blindleitung so dimensioniert, dass sie die Übertragung dieser Energie unterbindet, so dass sich keine Welle von Summenfrequenz ausbilden kann.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung eines Wanderwellenverstärkers mit Dreifrequenzbetrieb, bei welcher die Signalleitung 1 und die Blindleitung 2 in gleicher Weise wie die entsprechenden Leitungen in Fig. 1 ausgebildet sein können. Jeder Abschnitt dieser Leitungen ist mit dem entsprechenden Abschnitt der andern Leitung durch eine veränderbare Kapazität 8a gekoppelt, die zweckmässig auf elektronischem Wege, d. h. mit einer sogenannten Reaktanzröhre, hergestellt wird. Die wirksame Kapazität dieses Netzwerkes wird durch einen Transformator 8b in die Signalleitung und durch einen weiteren Transformator 8c in die Blindleitung eingeführt. Die Eingangsklemmen der veränderbaren elektronischen Kapazität 8a sind in jedem Leitungsabschnitt mit der Induktivität L. eines Abschnittes der dritten Leitung 3, also der Pumpleitung, verbunden.
Die Ausgangsklemmen der Pumpleitung stehen über einen Rückkopplungsweg 12, der gerichtete Übertragungsglieder 11 und 13 enthält, mit deren Eingangsklemmen in Verbindung. Wie bei der Schaltung nach Fig. 1 ist daher an den Ausgangsklemmen der Pumpleitung die angepasste Impedanz wirksam, die von den Eingangsklemmen der gleichen Leitung dargeboten wird.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist, von untergeordneten Abweichungen abgesehen, gleich jener der Schaltung nach Fig. 1. Wenn vom Pumpgenerator 9 Energie mit der Frequenz f an die dritte Leitung 3 angelegt wird, so wandern längs der Signalleitung 1 und der Blindleitung 2 Wellen von Kapazitätsänderungen mit einer Wellengeschwindigkeit, die der Wellengeschwindigkeit in der Pumpleitung 3 entspricht, welche ihrerseits von den Werten der Induktivitäten L und der Kapazitäten Cs je Abschnitt abhängt.
Wenn nun von der Signalquelle 5 ein Signal mit der Frequenz f1 an die Signalleitung 1 angelegt wird, so wandert dieses von den Eingangsklemmen der Signalleitung 1 als Wanderwelle zu den Ausgangsklemmen dieser Leitung, und infolge der Kapazitätsänderungen wächst die Amplitude des Wanderwellensignals von Abschnitt zu Abschnitt auf dem Wege von der Quelle 5 zum Verbraucher 6. Auf diese Weise wird am Verbraucher 6 ein verstärktes Ebenbild des Eingangssignals erhalten. Wie schon in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist, entsteht ferner in der Blindleitung 2 eine Blindwelle mit der Frequenz f. die mit erheblicher Stärke auf die Lastimpedanz 7 wirkt. Falls ausser einer Verstärkung auch
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Stelle des Signals an der Impedanz 6 das Signal an der Impedanz 7 ausgewertet werden.
Auch bei dieser Schaltungsanordnung empfiehlt es sich, die Ausbildung der andern Hauptprodukte der durch das Zusammenwirken von Signal- und Pumpfrequenz verursachten Modulation möglichst gering zu halten.
Es soll nun analytisch nachgewiesen werden, dass die wandernde Signalwelle Infolge der Einführung der vom Pumpgenerator gelieferten Energie während ihrer Wanderung exponentiell anwächst. Diese Analyse soll beispielsweise für die Schaltung nach Fig. 2 durchgeführt werden, bei welcher die Kopplung zwischen den T'erschiedenen Übertragungsleitungen mit Hilfe gemeinsamer Kapazitäten stattfindet. Der Reziprokwert dieser Kapazitäten sei mit g (z, t) bezeichnet. Die Signalleitung 1 habe eine Phasenkonstante (' (1 und bei der Kreisfrequenz wu des Wellenwiderstand , .
Die Blindleitung 2 habe eine Phasenkonstante a2 und bei der Kreisfrequenz widen Wellenwiderstand Z. Es gilt somit
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Die Signalleitung 1 wird an ihrem Eingang durch die Signalquelle 5 erregt. Zur Erzielung günstigster Resultate soll die Blindleitung 2 am eingangsseitigen Ende offen und am ausgangsseitigen Ende, wie in der Zeichnung dargestellt, mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen sein. Bei Vorhandensein der veränderlichen Kapazität g (z, t) ergeben sich die Gleichungen des gekoppelten Systems wie folgt
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HierinbedeutenV1 und 11 denStrom bzw. die Spannung an der Signalleitung und V2 und 12 den Strom bzw. die Spannung an der Blindleitung.
Mit z ist die Ortskoordinate längs dieser Leitungen, gemessen in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen, und mit t die Zeit bezeichnet. Die Ausdrücke, welche g (z, t) enthalten, sind die Kopplungsterme, welche für die Arbeitsweise des Systems massgeblich sind. Um die Analyse zu erleichtern, sei angenommen, dass g (z, t) eine sinusförmige Welle darstellt, d. h. folgende Form hat :
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DieGleichung (11) besagt, dass der koppelnde Blindwiderstand durch eine Wanderwelle mit einer Phasenkonstante α und einer Kreisfrequenz w, die längs der Pumpleitung 3 fortschreitet, geregelt und insbesondere sinusförmig geändert wird.
Die nachfolgende Betrachtung sei zunächst auf Dreifrequenzsysteme beschränkt, bei welchen die Wellen mit der Kreisfrequenz M an der Signalleitung l und die Wellen mit der Kreisfrequenz #2 auf der Blindleitung 2 mit der Kreisfrequenz w der Pumpwelle in der Beziehung
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stehen. Aus den Gleichungen (6) und (8) ist erkennbar, dass Wellen anderer Frequenzen ausser Synchronismus mit den übrigen Termen der Gleichungen sind und daher keine wesentlichen Effekte ergeben können.
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IÄhnliche Gleichungen können für 11* (z, t) und I, (z, t) einfach durch Vertauschen der Indizes 1 und 2 in den Gleichungen (15) und (16) angeschrieben werden. Der Index * bedeutet hier die komplex konjugier- te Grösse.
In den Gleichungen (15) und (16) sind die Terme auf der rechten Seite Kopplungsterme. Falls diese nicht vorhanden wären, würde jede Gleichung nur eine Variable enthalten und die bekannte Wellengleichung in der vereinfachten Form darstellen, in der die Einflüsse von Widerständen vernachlässigt sind. Falls zu dieser Gleichung ein Term hinzugefügt wird, der den Einfluss von Widerständen berücksichtigt, so ergibt sich die bekannte Lösung :
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worin A und B willkürlich wählbare Konstanten sind. Es ist bemerkenswert, dass die nach vorne wandernde Welle, welche durch den ersten Term dargestellt wird, ortsabhängig exponentiell abnimmt, wogegen die scheinbar ortsabhängig anwachsende, durch den zweiten Ausdruck dargestellte Komponente eine rückwärts wandernde Welle ist.
Da eine solche rückläufige Welle normalerweise von einer Reflexion am aus- gangsseitigen Abschlusswiderstand herrührt, nimmt sie allerdings ebenfalls in ihrer Wanderungsrichtung ab.
Im Falle eines angepassten Abschlusses wird die Konstante B gleich Null und die Lösung besteht nur aus dem ersten Term, der eine nach vorne wandernde Welle angibt, die während ihrer Wanderung schwächer wird.
Unter den Voraussetzungen, dass (a) die Signalleitung und die Blindleitung reflexionsfrei abgeschlossen sind, so dass rückläufige Wellen auf diesen Leitungen nicht berücksichtigt werden müssen, und dass (b) die Kopplungsterme als Störungen behandelt werden, deren Einfluss innerhalb kurzer Zeit oder kurzer Strecken gering ist, und dass (c) die Beziehung
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+ "z = " (2)gilt, die durch entsprechende Bemessung der Induktivitäten und Kapazitäten der drei Leitungen leicht eingehalten werden kann, lässt sich für die Gleichungen (15) und (16) nach bekannten Verfahren eine Lösung angeben, nach welcher die nach vorne laufende Welle auf der Signalleitung durch die Beziehung
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gegeben ist. Ähnliche Gleichungen lassen sich auch für V1' und V2 angeben.
Hiebei ist a eine willkürliche Kontante, die je nach der Amplitude und der Phase der Signalwelle festgelegt werden kann, und
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Die Gleichung (17a) zeigt, dass im Gegensatz zu der nach vorne wandernden Stromwelle auf einer gewöhnlichen Übertragungsleitung die nach vorne wandernde Signalstromwelle auf der Signalleitung 1 des erfindungsgemässen Systems aus zwei Komponenten zusammengesetzt ist, die mit gleicher Geschwindigkeit nach vorne wandern und von denen die eine abnimmt, die andere hingegen anw : chst. Die entspre- chenden Gleichungen führen zu dem gleichen Ergebnis für die Signalspannungswelle und für die Stromund Spannungswelle auf der Blindleitung 2.
Bei Leitungen, die mehrere Wellenlängen lang sind, sinkt die abnehmende Komponente in jedem Falle bis zum Verbraucher 6 oder 7 auf einen so niedrigen Wert ab, dass sie gegenüber der zunehmenden Komponente vernachlässigt werden kann.
Eine ähnliche Analyse zeigt, dass bei Anwendung einer stromabhängigen Induktivitätsänderung gemäss Fig. 1 an Stelle einer spannungsabhängigen Kapazitätsänderung gemäss Fig. 2 analoge Ergebnisse erhalten werden. Durch eineetwas kompliziertere Analyse lässt sich ferner beweisen, dass bei geeigneter Wahl der Phasenbeziehungen ein noch rascheres ortsabhängige Anwachsen der Wanderwelle erreicht werden kann, wenn Induktivitäten und Kapazitäten gleichzeitig geändert werden. Hiezu müssen die Änderungen der Serieninduktivitäten in Gegenphase zu den Änderungen der Nebenschlusskapazitäten erfolgen.
Eine weitere analoge Analyse zeigt, dass für den allgemeinen Fall
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Dreifrequenzsystem, bei dem die Signalwelle durch eine Schwingungsart innerhalb eines einseitig leerlaufenden Hohlleiters 31 rechteckigen Querschnittes und die Blindwelle durch eine andere Schwingungsart innerhalb des gleichen Hohlleiters gebildet werden, wobei diese letzte- re Schwingungsart die erstgenannte vorzugsweise im Hohlleiter räumlich kreuzt. Die Schleifen der ma- gnetischen Vektoren einer dieser Schwingungsarten können parallel zu den in der Zeichnung horizontal liegenden breiteren Seitenflächen des Hohlleiters verlaufen, wobei dann die magnetischen Vektorschlei- fen der andernSchwingungsart parallel zu den schmäleren. in der Zeichnung vertikalen Seitenwänden lie- gen.
Der dritte Weg, der die Pumpwelle führt, kann durch einen zweiten Hohlleiter 32 gebildet werden, dessenAbmessungenk1einer als jene des ersten Hohlleiters 31 sind und der durch einenschlitz angekoppelt ist, der sich in einer gemeinsamen Wandung der beiden Hohlleiter von einem Ende zum andern Ende des- selben erstreckt. Die Kopplung zwischen den verschiedenen Schwingungsarten kann durch einen Stab 33 aus Ferritmaterial bewirkt werden, der innerhalb dieses Schlitzes von einem Ende zum andern hin verläuft und den Schlitz vollständig ausfüllt.
Die erforderliche magnetische Vorspannung, durch die das Material des Ferritstabes in einem geeigneten Teil des Frequenzbereiches inResonanz versetzt wird, kann durch ein magnetisches Querfeld geeigneter Stärke erzeugt werden, welches von einem Magneten herrührt, dessen
Pole N und S in der Zeichnung angedeutet worden sind. Es ist erkennbar, dass der Verlauf dieser drei Ma- gnetfelder innerhalb des vomKopplungsstab 33 eingenommenen Volumens so gewählt ist. dass die einlei- tend angegebenen Kopplungsbedingungen erfüllt werden.
DerSignalgenerator 5 ist z. B. ungefähr an die Mittelpunkte der oberen und unteren Flächen des grö- sseren Hohlleiters 31 an dessen eingangsseitigem Ende angeschlossen. Ferner ist ein Pumpgenerator 9 dar- gestellt, der in ähnlicher Weise mit den oberen und unteren Flächen des kleineren Hohlleiters 32 in Ver- bindung steht. Das ausgangsseitige Ende des grösseren Hohlleiters ist für die Signalwelle mit Hilfe einer
Verbraucherimpedanz, in der das verstärkte Signal auftritt, angepasst abgeschlossen. Der Hohlleiter 31 ist ferner auch mit einem Lastwiderstand 7 für die Blindwelle abgeschlossen. Das ausgangsseitige Ende des Hohlleiters 32 für die Pumpwelle ist aus Gründen der Einfachheit der Darstellung in ähnlicher Weise mit einer angepassten Abscl1lussimpedanz 24 ausgestattet.
Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt es sich aber, den Verlust von wesentlichen Teilen der Pumpleistung in einer solchen Impedanz 24 zu vermeiden.
Dies kann dadurch geschehen, dass man eine geschlossene Pumpwellenleitung anwendet, in der eine stehende Welle vorhanden ist, oder dass man die in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläuterten Rückkopplungsmassnahmen verwertet.
Bisher wurden hauptsächlich Verstärkersysteme mit langgestreckten Bauteilen behandelt, in welchen drei Wellen (die zueinander in solcher Beziehung stehen, dass die Frequenz der Pumpwelle gleich der Summe der Frequenzen von Signalwelle und Blindwelle ist) miteinander durch variable Reaktanzen gekoppelt sind, d. h. Verstärkersysteme mit Dreifrequenzbetrieb. Die erläuterten Prinzipien lassen sich abererfindungsgemäss auch auf parametrische Wanderwellenverstärker anwenden, bei welchen eine Signalwelle, eine Pumpwelle und-zwei oder mehr Blindwellen verkoppelt sind, wobei insbesondere die Frequenz der Pumpwelle kleiner als jene der Signalwelle ist, so dass sich allgemein ein n-Frequenzsystem ergibt.
Zur genaueren Erläuterung der Erfindung soll nun das Beispiel eines Vierfrequenzsystems behandelt werden. Insbesondere wurde gefunden, dass eine Verstärkung in einem System gemäss den Prinzipien der Erfindung erzielt werden kann, wenn in dem System bei Zuführung einer Signalwelle und einer Pumpwel-
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und fB2 dieten, von denen eine in der unteren Leitung (Signalleitung) und eine weitere in der oberen Leitung (Blindleitung) fortschreitet. Die Blindwelle in der Signalleitung sei als"erste"Blindwelle bezeichnet. Sie dient als effektive Eingangswelle für den parametrischen Verstärkerteil des Systems.
Die Welle, welche in der oberen Leitung auftritt, sei als"zweite"Blindwelle bezeichnet ; sie dient dem gleichen Zweck wie die einzige Blindwelle beim Dreifrequenzsystem. Bei dieser modifizierten Schaltungsanordnung wirken also Wellen von vier verschiedenen Frequenzen über veränderbare Reaktanzen zusammen.
Die ersten Anforderungen, die für einen erfolgreichen Vierfrequenzbetrieb erfüllt werden müssen, sind die folgenden Frequenzen-und Phasenbeziehungen :
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rameter nach Fig. 1 die folgende Beziehung erfüllen sollen :
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worin Z und Z-die Wellenwiderstände der Signalleitung bei der Signalfrequenz und der Blindleitung bei der Frequenz der zweiten Blindwelle sind. Die Erfüllung der Gleichung (23) ist nicht notwendig, wenn n den Wert 3 hat oder eine ungerade Zahl ist ; ebenso entfällt diese Bedingung bei den grösseren geradzahligen Werten von n.
Die in den Gleichungen (21), (22) und (23) ausgedrückten Bedingungen können einfach durch entsprechende Auswahl der Schaltelemente in Abhängigkeit von den Frequenzen der der modifizierten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zugeführten Wellen erfüllt werden.
Bei der hier erläutertenModifikation dei Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wandern eine amplitudenmässig anwachsende Signalwelle und eine ebenfalls anwachsende (erste) Blindwelle im Signalweg sowie eine amplitudenmässig anwachsende (zweite) Blindwelle im Blindweg. Im Signalweg befindet sich vorteilhaft ein Filter, das so bemessen ist, dass zum Abschlusswiderstand des Signalweges nur die Signalwelle gelangt. Anderseits kann das Filter aber auch so bemessen werden, dass es zum Abschlusswiderstand des Signalweges nur die (erste) Blindwelle überträgt. Gegebenenfalls kann das verstärkte Ebenbild der Signalwelle auf die Frequenz der zweiten Blindwelle geänderter Frequenz auch vom Blindweg entnommen werden.
Die in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erläuterten Prinzipien lassen sich in gleicher Weise auch auf die Ausführungsform nach Fig. 2 anwenden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem mehr als eine Blindwelle angewendet wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Vierfrequenzbetrieb eine Verstärkung erhalten, wenn ausser den Beziehungen (21) und (22) auch die Beziehung (23) in modifizierter Form, nämlich in der Form
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sind, und für ungeradzahlige Werte von n nicht erfüllt zu sein. Unter Füllfaktor ist hier das Verhältnis jenes Teiles des magnetischen Feldes des Systems, welcher einen im System befindlichen ferromagnetischen Körper erfüllt, zu dem gesamten magnetischen Feld im System zu verstehen.
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Das in Fig. 4 dargestellte System enthält die Polstücke N und S eines Magneten sowie einen kreisför- migen Hohlleiter 43. Innerhalb des Hohlleiters 43 befindet sich ein Leitenystem, ähnlich dem in Fig. 3 gezeigten, dessen einzelne Leiter mit 41a, 41b und 42a, 42b bezeichnet sind und einerseits den Signal- weg, anderseits den Blindweg bilden. Die Leiterelemente 42a und 42b werden innerhalb des Hohlleiters 43 durch einen Körper 40 aus geeignetem Ferritmaterial gehalten, der seinerseits beispielsweise durch Ver- keilung Im Hohlleiter 43 befestigt ist.
Die Leiterelemente 41a und 41b werden innerhalb des Hohlleiters 43 durch Stützkörper 44 aus einem geeigneten dielektrischen Material, beispielsweise aus verschäumtem Kunststoff, festgehalten.
Das System nach Fig. 4 enthält ferner einen Generator 45 für die Zuführung einer Signalwelle zum
Signalweg, einen Generator 49 für die Zuführung von Pumpenergie zum Hohlleiter 43 und Abschlüsse für den Blindweg. den Signalweg und den Pumpweg. Diese Abschlüsse werden durch eine Impedanz 47, durch ein Filter 46a mit einer Abschlussimpedanz 46b bzw. durch eine Impedanz 48 gebildet.
Der in Fig. 4 dargestellte Ferritkörper 40 ist so geformt, dass der Füllfaktor des Blindweges grösser als der Füllfaktor des Signalweges ist ; es wurde gefunden, dass die dargestellte Anordnung dann die durch
Gleichung (23a) ausgedrückte Beziehung erfüllt. Überdies können durch geeignete Auswahl der Frequenzen der Signal- und der Pumpwelle unter Berücksichtigung der Bemessung des langgestreckten Bauteiles nach
Fig. 4 leicht die Gleichungen (21) und (22) erfüllt werden.
Wie im vorhergehenden Falle ist es wichtig, dass die Region, innerhalb welcher die verschiedenen
Wellen miteinander verkoppelt sind, eine Länge hat, die zumindest mehreren Wellenlängen der Signal- welle entspricht.
Wenn die Bedingungen (21), (22) und (23a) erfüllt sind, schreiten im System nach Fig. 4 eine an- wachsende Signalwelle sowie eine anwachsende Blindwelle im Signalweg 41 fort (das Filter 46a im Aus- gangskreis des Signalweges dient zur Sperrung der einen oder andern Welle vor der Impedanz 46b) ; ferner ergeben sich eine reaktanzändemde Welle längs des Hohlleiters 43 und eine amplitudenmässig anwachsen- de Blindwelle im Blindweg 42.
Das System nach Fig. 4 verkörpert nur eine Möglichkeit zur Befriedigung der Beziehung (23a) und es versteht sich, dass in ähnlicher Weise auch andere Bauformen zur Befriedigung dieser Beziehung heran- gezogen werden können ; die dazu erforderlichen Massnahmen sind dem Fachmann aus der Technik der Übertragungsleitungen bekannt. Beispielsweise kann die Beziehung (23a) bei einem Vierfrequenzsystem, bei dem das Gesamtvolumen innerhalb des Hohlleiters 43, ausgenommen den von den Leiterelementen der Signal- und der Blindleitung eingenommenen Raumteilen, von einem Ferritkörper eingenommen wird, ebenfalls erfüllt werden. Bei einem solchen System braucht zur Erfüllung der Gleichung (23a) nur eine entsprechende Auswahl der Durchmesser und Abstände der Elemente der Leiterpaare 41 und 42 getroffen zu werden.
Der langgestreckte Bauteil nach Fig. 3 kann in analoger Weise so modifiziert werden, dass er die Beziehungen\21), (22) und (23a) erfüllt, so dass auch in diesem Bauteil vier miteinander verkoppelte
Wellen fortschreiten. Ein dermassen modifizierter Bauteil kann so bemessen werden, dass der kleinere
Hohlleiter den Signalweg bildet und die wandernde Signalwelle die erste wandernde Blindwelle aufrecht- erhält, während der grössere Hohlleiter den Blindweg definiert und die zweite wandernde Blindwelle aufrechterhält.
Ebenso kann bei einem Vierfrequenzsystem der Reaktanzraum nur ein Paar getrennter Übertragungswege enthalten, zwischen welchen die vier verkoppelten Wellen aufgeteilt sind.
Die Prinzipien, welche die Arbeitsweise des Vierfrequenzsystems beherrschen, gelten allgemeiner auch für den Betrieb mit n verschiedenen Frequenzen, von denen n-2 Blindfrequenzen sind. Die Signal- frequenz kann nicht nur an sich höher, sondern sogar mehrfach höher als die Pumpfrequenz sein und insbesondere auch oberhalb der Frequenz'jeder der Blindwellen liegen. Für diese Arbeitsweise werden die Gleichungen (19) und (20) durch die folgenden Gleichungen ersetzt :
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Auch in diesem Falle sollen zur Erzielung optimaler Bandbreite die Gruppengeschwindigkeiten aller Wellen, ausgenommen der Pumpwelle, gleich sein.
Es soll demnach die Beziehung gelten :
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Für den erfolgreichen Betrieb müssen Vorkehrungen getroffen werden, dass alle Blindwellen eine Wanderung ausführen und dass somit eine Leistungsströmung bei den Blindfrequenzen stattfindet. Wellen mit andern als den interessierenden Frequenzen sollen hingegen unterdrückt werden. Diese Überlegungen machen offensichtlich die Bemessung des Systems etwas komplizierter, wenn die Anzahl der Blindwellen zunimmt. Selbst bei optimaler Bemessung nimmt der Wirkungsgrad des Verstärkers mit zunehmender Anzahl von Blindwellen ab. Aus diesem Grunde wird der Betrieb in Form eines Dreifrequenzsystems bevorzugt, ausgenommen dann, wenn eine Pumpwelle entsprechend hoher Frequenz mit ausreichender Leistung nicht verfügbar ist.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel soll nur die Prinzipien der Erfindung erläutern und lässt im Rahmen der Erfindung noch verschiedene Abwandlungen zu.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.