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Parametrischer Verstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen parametrischen
Verstärker, bei dem ein eine Reaktanzdiode enthaltender Hohlleiterabschnitt von
einer der Zuführung der Signalschwingungen dienenden Koaxialleitung (Eingangsleitung)
durchdrungen wird, deren Innenleiter in die Reaktanzdiode übergeht und bei der der
Hohlleiterabschnitt als Resonanzkreis für die Hochfrequenzenergie von ldlingfrequenz
ausgebildet ist und zugleich zur. Zuführung der Hochfrequenzenergie von Pumpfrequenz
dient.
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Der Aufbau parametrischer Verstärker in der vorstehend angegebenen
Weise zeichnet sich durch besonders einfache Konstruktion aus. Den bekannten Ausführungsformen
derartiger parametrischer Verstärker haften jedoch wesentliche Nachteile an. So
ist das Produkt aus Bandbreite und Verstärkung für die meisten Anwendungsfälle zu
klein. Eine Verbesserung der Eigenschaften ist in der Regel nur durch Ausnutzung
der Eigenfrequenz der Diode als Idlingkreis möglich, wodurch aber die Pumpfrequenz
nicht mehr frei wählbar ist. Weiterhin zeigt sich, daß die Verstärkungskurve in
Abhängigkeit von der Frequenz die Charakteristik eines Einzelkreises hat, also relativ
stark gekrümmt verläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen parametrischen Verstärker
vor allem hinsichtlich dieser Eigenschaften zu verbessern.
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Ausgehend von einem parametrischen Verstärker, bei dem ein eine Reaktanzdiode
enthaltender Hohlleiterabschnitt von einer der Zuführung der Signalschwingungen
dienenden Koaxialleitung ,(Eingangsleitung) durchdrungen wird, deren Innenleiter
in die Reaktanzdiode übergeht und bei der der Hohlleiterabschnitt als Resonanzkreis
für die Hochfrequenzenergie von Idlingfrequenz ausgebildet ist und zugleich zur
Zuführung der Hochfrequenzenergie von Pumpfrequenz dient, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
in der Weise gelöst, daß ein weiterer Koaxialleitungsabschnitt vorzugsweise auf
der der Koaxialleitung abgewandten Seite des Hohlleitungsabschnittes vorgesehen
ist, dessen Innenleiter in das der Eingangsleitung abgewandte Ende der Reaktanzdiode
übergeht und dessen elektrische Länge und kapazitive Belastung derart gewählt sind,
daß einerseits die Blindkomponente der Reaktanzdiode für die Signalfrequenz kompensiert
ist und andererseits der Resonanzkreis für die Idlingfrequenz eine Kreisgüte Q,
hat, die der Beziehung Qi = Q, ' filfs wenigstens näherungsweise genügt.
(Q, = Kreisgüte des für die Signalfrequenzenergie vbrhandenen Kreises, f, = Signalfrequenz,
f= = Idlingfrequenz.) Kommt es darauf an, für die Verstärkungskurve in Abhängigkeit
von der Frequenz den Verlauf eines zweikreisigen Filters zu erhalten, wobei auch
daran gedacht ist, daß der Verlauf maximal flach sein soll, so genügt es, wenn der
Resonanzkreis für die Idlingfrequenz geringfügig gegen die Idlingfrequenz verstimmt
wird.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in der F i g. 1 einen parametrischen Verstärker
mit einer Holilleitung 1 rechteckförmigen Querschnitts, in deren Breitseite
eine Koaxialleitung 2 in der Weise einmündet, daß ihr Außenleiter in die
Hohlleiterwandung übergeht, während ihr Innenleiter in das Innere der Hohlleitung
einläuft. Diese Koaxialleitung enthält in an sich bekannter Weise ein Tiefpaßfilter
3, dessen Grenzfrequenz etwas höher als die Signalfrequenz gewählt ist. Der Innenleiter
4 dieser Koaxialleitung geht in den einen Anschluß einer Kapazitätsdiode 5 über,
die die Hohlleitung 1 durchdringt. Der andere Anschluß der Diode ist mit dem Innenleiter
eines ebenfalls als Koaxialleitungsabschnitt ausgebildeten Kompensationskreises
6 verbunden, dessen Außenleiter ebenfalls in die Breitseite des Hohlleiters 1 übergeht.
Der Wellenwiderstand des Kompensationskreises ist relativ hoch gewählt, beispielsweise
zu etwa 150 ,52. Weiterhin ist
die elektrische Länge des Kompensationskreises
6 mittels eines Abstimmbolzens 7 veränderbar. An der der Diode zugewandten Seite
des Kompensationskreises 6 sind Abstimmschrauben 8 vorgesehen, die eine kapazitive
Belastung für diesen Leistungsabschnitt bilden.
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Der Hohlleiterabschnitt 1 ist als Resonanzkreis für die Idlingfrequenz
ausgebildet und hat zu diesem Zweck an dem linken Ende ein Sperrfilter 9 für die
Idlingfrequenz und an seinem rechten Ende einen Abstimmschieber 10, der in
der Hohlleitung verschiebbar ist. Die Zuführung der Pumpenergie erfolgt ebenfalls
über die Hohlleitung 1. Die Pumpenergiequelle ist lediglich schematisch angedeutet
und mit N" bezeichnet.
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Für die in der F i g. 1 gezeigte Verstärkereinrichtung ergibt sich
ein Ersatzschaltbild, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist. Die Kapazitätsdiode
entspricht ersatzschaltbildmäßig dem Abschnitt 12, und darin bedeutet C% die Gehäusekapazität
der Diode, C, die variable Kapazität der Diode, C," die mittlere Sperrschichtkapazität
der Diode, Lo die Eigeninduktivität der Kapazitätsdiode und R den Bahnwiderstand
der Diode. Der als Tiefpaß ausgebildete Eingangskreis 3 für die Signalfrequenz ist
über den Kompensationskreis 6 mit der Kapazitätsdiode verkoppelt. Ebenso ist über
diesen Kompensationskreis 6 auch der Idlingkreis 11 an die Kapazitätsdiode
angeschaltet.
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Wie bereits erwähnt, ist der Kompensationskreis 6 einerseits in der
elektrischen Länge einstellbar, beispielsweise durch den Kurzschlußkolben 7, und
andererseits in seiner kapazitiven Belastung, beispielsweise durch die Abgleichschrauben
B. Auf diese Weise ist für den Kompensationskreis einerseits das Verhältnis der
Induktivität zur Kapazität veränderbar, und andererseits ist für diesen Kompensationskreis
auch das Produkt aus beiden einstellbar. Die elektrische Länge und die kapazitive
Belastung des Kompensationskreises 6 sind nun derart zu wählen, daß, vom Tiefpaß
3 aus gesehen, durch den Kompensationskreis 6 die Blindkomponenten der Kapazitätsdiode
bei der Signalfrequenz gerade kompensiert werden und somit, vom Tiefpaß 3 aus betrachtet,
lediglich der Bahnwiderstand r in Reihe mit dem negativen Widerstand der Kapazitätsdiode
erscheint. In gleichartiger Weise ist der Idlingkreis 11 über den Kompensationskreis
6 an die Kapazitätsdiode angekoppelt. Diese Art der Ankopplung des Signalkreises
und des Idlingkreises an die Kapazitätsdiode ermöglicht nun einerseits die Bedingung
einzuhalten, daß die Kreisgüte des Idlingkreises dem Produkt aus der Kreisgüte des
Eingangskreises mit dem Verhältnis der Idlingfrequenz zur Signalfrequenz entspricht.
Andererseits sind bei einem parametrischen Verstärker die Kreisgüte des Idlingkreises
und des Signalkreises voneinander in der Weise abhängig, daß eine Erhöhung der Kreisgüte
für den einen Kreis eine Erniedrigung der Kreisgüte des anderen Kreises zur Folge
hat. Die beiden Bedingungen lauten wie folgt: QI = Q, - f;lts1
Q; - Q, = 1/y2.
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1/y2 hat in der Regel einen Wert, der zwischen 10 und 20 liegt. Durch
die Einschaltung des Kompensationskreises sowohl für den Idlingkreis als auch den
Signalkreis ist man nun in der Lage, durch entsprechende Wahl von L : C bzw.
L - C dieses Kreises die Kreisgüten derart einzustellen, daß beiden Bedingungen
genügt wird. Somit kann man das Produkt aus Bandbreite und Verstärkung relativ groß
halten und die Pumpfrequenz trotzdem frei wählen.
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Wird der Idlingkreis 11 geringfügig gegen die Idlingfrequenz
verstimmt, so ergeben sich in der Verstärkungskurve zwei benachbarte Maxima. Je
nach dem Grad der Verstimmung ist eine mehr oder weniger starke Einsattlung oder
auch Einebnung der Verstärkungskurve in Abhängigkeit von der Frequenz erzielbar.