DE1952134C - Nichtreziproke Reaktanzverstarkeran Ordnung - Google Patents

Description

I 952

Pie Erfindung befaßt sich mit einer nichtrezjproken Reukuinzverstürkeranordnu.ng, welche aus der Kettenschaltung eines Auf- und Abwürtsmischers mit je einer. Kapazitätsdiode »Is nichtlinenrer Reaktanz besteht. Eine derartige beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 120 525 beschriebene Verstiirkeranordnung hat je einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Eingangs- bzw, Ausgangskreis, wobei die Reaktanzen, die über einen gemeinsamen Hilfskreis miteinander gekoppelt sind, von einem Pumposzillator um 90" verschiedenphasig durchgesteuert werden. Außerdem ist der zwischen dem Eingang und Ausgang der Anordnung vorhandene Rückwirkungsleitwert neutralisiert.

Diese Neutralisation ist dadurch bedingt, daß der Hilfskreisleitwert für die Signalfrequenz einen einwandfreien Kurzschluß darstellt. Im Mikrowellengebiet, wo die einzelnen Leitungskreise einer solchen Anordnung als Uohlleiterabschnitte ausgeführt werden, ist es schwierig, den für die Neutralisation erforderlichen Blindleitwert, der normalerweise als zusätzlicher Zweipol zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anordnung eingefügt wird, zu verwirklichen.

Ziel vorliegender Erfindung besteht deshalb darin, eine Verstärkeranordnung aufzuzeigen, bei welcher die gewünschte Neutralisation ohne den obenerwähnten zusätzlichen Blindleitwert verwirklicht werden kann.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen nichtreziproken Reaktunzverstärkerunnrdnung wird hierfür erfindungsgemäß vorgeschlagen, laß der endliche Blindleitwcrt des Hilfskrcises in Verbindung mit den Parametern der Kapazitätsdioden die Neutralisation des Rückwirkungsleitwertes der Mischerkette bewirkt.

Im folgenden soll dies an Mund der Figuren näher erläutert werden.

In der Fig. I ist die Schaltung eines derartigen η ich I reziproken parumelrischen Verstärkers mit realen Reaktanzdioden bei hohen Frequenzen dargestellt. Die Signalquelle ist mit 5 bezeichnet, ihr Inncnleitwert mit θ;. Parallel dazu liegt die Kapazität C₁, des des Signal-.T-Kreises am Gcncratoranschluß.

Die Scrieninduktivität L,., de» Signa I-7-Kreises führt zu der Kapazität C₁, an den äußeren Diodenunschlüsscn I. Γ. Parallel zu den erwähnten Klemmen ist der Verlustleitwcrt G, , des cingangsseitigen Signalkreiscs eingezeichnet. Der ausgangssciligc Signalkreis wird gebildet durch die Lingsinduktivilät L,2 und die beiden Querkapazitäten C',₂ und CY₂. die zusammen den Signuki-Kreis bilden. Parallel zur Kapazität C,₂ liegt der Lastlcitwcrl G₁. Mit G, ₂ ist der parallel zur Signaikreiskapazilät an den äußeren DmdcnnnschlUtsen 3. 3' liegende Vcrlustlcitweri des uusgang»sciligen Signalkreiscs bezeichnet.

Im Langs/wcig der Anordnung zwischen den An schlußpunkten 1' und 3' liegen die beiden KupuziUiiv dioden Pl und Pl Per gemeinsame Verbintlungspunkt ist mit 2' bezeichnet. Pie ejngangsseitige Kapazitätsdiode Pl hat einen Verlustwitlerstand, der in dem als Serienschaltung gewählten vereinfachten s Ersatzschaltbild mit R,,., bezeichnet ist. /.₍₎,i stellt die Induktivität dieser Kapazitätsdiode dar. ,S',¹ bedeutet den reziproken Wert der Griindkapa/iläl der PiodcPl. S₁ ¹" stellt den ersten Fouiierkoeflizienten der Elastanzfunktion der Kapazitätsdiode Pl

ίο dar. In analoger Weise sind die einzelnen Elemente der Kapazitätsdiode P2 bezeichnet, die als Serienschaltung zwischen den Anschlußpunklen 2' und 3' liegen

Im Querzweiii der Anordnung zwischen den Anis schlußpunkten 2 und 2' liegt die Parallelschaltung der Kapazität C₁, und der Induktivität L₁, des HiITskreises. Der Pumpgenerator ist mit P bezeichnet. Sein zugehöriger komplexer Innenwiderstand bei der Signalfrequenz s trägt die Bezeichnung Z₁,. Pie

Pumpankopplung erfolgt parallel zum Hilfskreis Zur Neutralisation des störenden Rückwirkungsleilwertes der Anordnung ist bei der in der Fig. I dargestellten Schaltung eine zusätzliche Reaktanz vorgesehen, die durch eine Induktivität /.% zwischen den

Anschlußpunkten Γ und 3' verwirklicht ist

Die reziproke Kopplung der Mischerkette bei dei Signalfrequenz s wird durch den Rückwirkungsleitwerl des T-GIiedes erfaßt, das aus der ersten Reaktanzdiode, dem Hilfskreisleitwcrt und der zweiten Reaktanzdiode bei der Signalfrequenz gebildet wird. Diese Schaltung ist in der Fig. 2 dargestellt, wobei die Klemmenbezeichnung derjenigen der Fig. 1 entspricht. /.„., ist die Induktivität der Diode Pl. R_1n ist der Verluslwiderstand dieser

Diode, und S}'^h bedeutet den reziproken Wert der Grundkapazität der Reaklanzdiode Pl. Entsprechend sind die Elemente der Ersatzschaltung der zweiten Reaktanzdiode P2 bezeichnet, die als Serienkreis zwischen den Anschlußpunkten ΐ und 3' liegen. Im Querzweig zwischen den Anschlußpunkten 2 und 2 ist die Kapazität C_n und die Induktivität /.„ des Hilfskreises. zu denen der komplexe Innenwiderstand Z₁, des Pumpkreises bei der Signalfrequenz s parallel liegt.

Fs hat sich nun überraschenderweise gezeigt, darf man den endlichen Blindleilweri des Hilfskreises // in Verbindung mit den Parametern der Kapazilälsdiodcn. wie sie in dem in der F i g 2 dargestellten Ersatzschaltbild eingezeichnet sind, da/u verwenden kann, um die Neutralisation des Rückwirkungsleitwcrlcs zu bewirken, ohne hierfür einen zusätzlichen Blindlcitwert zu benötigen

Wenn man voraussetzt, daß die beiden Kapa/itätsdioden gleiche elektrische Werte aufweisen, so kann

man unter Berücksichtigung der Resonanz beim oberen und unteren Seitenband mit /._(/ und C₁, aus der folgenden Gleichung

0,5

16(l _{+ τ}

die Pumpfrequenz berechnen, die die vollständige Entkopplung in Rtlckwärisrlchiung ergibt, ohne dall Verwendung eine» zusätzlichen Blind IeItwertes erforderlich tat. Bei dieser Gleichung bedeutet

C, die KupazilUl des Signa Im· Kreisen 1111 den

Kulleren Diodenanschlüssen, )' der Aussieuerungspiirameier der Kapazitätsdiode^

,S'"¹¹ tier reziproke Wert der Gmndkupnzilill der

Kapazitätsdiode,

H₁, tier Verlustwif'erstand der Kapazitätsdiode, s die Signalfrequenz,
/) die Pumpfrequenz,

ο das Verhältnis zwischen cjen Wirkleitwerien des oberen und unleren Seilcnbandes,

Pies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man die Gleichung graphisch löst, wie dies in der I·' i g 3 gezeigt wird. Mit d ist dabei der rechte Teil, mit ν der linke Teil der Gleichung bezeichnet. Aus dem Schnittpunkt dieser beiden Kurven ti und t* lallt sich dann die in Frage kommende Pumpfrequenz/j ablesen. Bei dem in der Fig. 3 durgestellten Beispiel wurde vorausgesetzt, daß der Verslürker bei Resonanz und Anpassung am Eingang und Ausgang eine Verstärkung von 16 aufweist, woraus sich das Verhältnis « zwischen den Wirkleitwerten des oberen und unteren Scitenbandes zu 0.6 ergibt. Mit diesen Daten und der Annahme

C(IlI

C_sS^{n) = \,₇ = 1/4 und ^--5-- = 32 GHz

2 .τ H _D

ergibt sich bei einer Signalfrequenz von 2 CjFI/ und

= 1,5 + 0,5 hei einer handelsüblichen Kapazitätsdiode der I pe Si'ni einer Dioden vorspannung von - I V ein WerV uie Pumpfrequenz von 5,2ClIz aus Fg 5 D s Verhältnis,,.· von l'^rec^nz,. zu Signalfrequenz s ist damit etwa 3:1 /u »ahlen.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I Nichtreziproke Reakwnzverslärkeranord-„ung. b stehend aus der Kettenschaltung eines Aufwärts- und Abwärtsmischers mit je eine K Z ätsdiode als niehllinearer Reaktanz und t Snem uir die Signnlfrequenz abgest.mm.en liinuangv h/w. Ausgangskre.s. wöbe, die: Hwik-U,ve die über einen gemeinsamen Hilfskre.s ÄSLder gekoppelt sind, von einem Pumnosz I "tor um 90 vcrschiedenphas.gdurchgesteuert werden mit Neutralisation des Rückw.rkungslc.tder Anordnung zwischen ihrem Eingang

   kreises in Verbindung irit den Parametern der Kapazitätsdiode die Neutralisat.on bewirkt

   ι Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Kapa-/ilätsdioden folgende Bedingung gilt:

   wobei mit

   C\ die Kapazität des Signal-.7-Kreises an den

   äußeren Diodenanschlüssen, ;· der Ausstcucrungsparameter der Kapazilätsdiodcn,

   S"" der reziproke Wert der Grundkapazität der Kapazitätsdiode,

   R„ der Verlusteiderstand der Kapa/iliitsdiode. s die Signalfrequenz,
   ρ die Pumpfrequenz,

   α das Verhältnis zwischen den Wirkleitwerten des oberen und unteren Seitenbandes

   bezeichnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen