DE1952135B1 - Nichtreziproke Reaktanzverstaerkeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer nichtreziproken Reaktanzverstärkeranordnung, die aus der Kettenschaltung eines Aufwärts- und Abwärtsmischers besteht, deren Reaktanzdioden von einem gemeinsamen Pumpgenerator verschiedenphasig gepumpt werden. Der eingangsseitige Mischer dieser Anordnung besitzt einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Eingangskreis. Der ausgangsseitige Mischer hat ebenfalls einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Ausgangskreis. Die beiden Reaktanzdioden sind über einen gemeinsamen Hilfskreis miteinander gekoppelt. Derartige Reaktanzverstärkeranordnungen sind bekannt und. wurden beispielsweise in den deutschen Patentschriften 1 120 525 und 1 166 847 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entkopplung in Rückwärtsrichtung und die übertragung in Vorwärtsrichtung dieser Reaktanzverstärkeranordnung möglichst breitbandig zu machen.

Ausgehend von der beschriebenen Verstärkeranordnung wird dies erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Durchlaßkurve des Hilfskreises beim unteren Seitenband einen überkritischen, beim oberen Seitenband einen unterkritischen Verlauf aufweist.

In der F i g. 1 ist im Prinzip dargestellt, wie ein derartiger Verstärker aufgebaut ist. Er besteht aus der Kettenschaltung eines Aufwärts- und eines Abwärtsmischers. Die Reaktanzdiode des Aufwärtsmischers, die im allgemeinen durch eine sogenannte Kapazitätsdiode verwirklicht wird, ist in der Figur mit Dl dargestellt. Sie liegt parallel zu dem mit E bezeichneten und auf die Signalfreqüenz abgestimmten Eingangskreis. Der zweite Mischer, dessen Reaktanzdiode ebenfalls durch eine Kapazitätsdiode gebildet wird, ist mit D 2 bezeichnet und liegt parallel zum Ausgangskreis A, der auf die Signalfrequenz abgestimmt ist. Die Durchsteuerung der Reaktanzdioden erfolgt durch einen Pumposzülator P mit der Pumpfrequenz p. Um anzuzeigen, daß die beiden Reaktanzdioden durch den Pumposzülator verschiedenphasig durchgepumpt werden, ist in die Verbindungsleitung vom Pumposzillator zur zweiten Reaktanzdiode Dl ein Phasenschieber Ph eingefügt. Es versteht sich, daß durch eine geeignete Ausbildung der Schaltung eine gegenphasige Durchsteuerung der Reaktanzdioden ohne Verwendung eines zusätzlichen Phasenschiebers bewirkt werden kann. Zwischen den . Eingangsklemmen 1, Γ und den Ausgangsklemmen 3, 3' der Schaltung ist ein Rückwirkungsleitwert vorhanden. Dieser kann durch Einschalten eines geeigneten zusätzlichen Kompensationsnetzwerkes neutralisiert werden. In der Figur ist dies durch den mit K bezeichneten Zweipol angedeutet, der zwischen der Ausgangsklemme 3' und der Eingangsklemme Γ eingefügt ist. Bei spezieller Dimensionierung der Schaltung kann dieser zusätzliche Blindleitwert K entfallen.

Die beiden Reaktanzdioden D1 und Dl sind durch einen gemeinsamen Hilfskreis H miteinander gekoppelt.

Die gewünschte breitbandige Entkopplung der Anordnung bezüglich ihres Einganges bzw. Ausganges wird erfindungsgemäß durch eine besondere Dimensionierung des wirksamen Hilfskreises bewirkt, wenn man diesen so ausbildet, daß seine Durchlaßkürve beim unteren Seitenband (p—s) einen überkritischen Verlauf und beim oberen Seitenband (p+s) einen unterkritischen Verlauf aufweist. Mit ρ ist dabei die Pumpfrequenz und mit s die Signalfrequenz bezeichnet.

Eine Möglichkeit, ein derartiges Resonanzverhalten des Hilfskreises H zu bekommen, ist in der Fig. 2 angedeutet. Die dort dargestellte Schaltung zeigt das Ersatzschaltbild eines nichtreziproken parametrischen Verstärkers mit realen Reaktanzdioden bei hohen Frequenzen. Der eingangsseitige Signalkreis E, entsprechend der Fig. 1, wird durch die Induktivität L₅₁ und die dazu parallelliegende Signalkreiskapazität C₅₁ gebildet. Die Elemente des ausgangsseitigen Signalkreises sind mit C₅₂ und L_{5 2} bezeichnet. Die Reaktanzdiode D1 ist ersatzschaltmäßig dargestellt durch den zwischen den Klemmen Γ und T liegenden S&rienkreis, gebildet aus der Induktivität L_DS, der Kapazität C_D1 und dem zugehörigen Diodenverlustwiderstand R_Dil. In gleicher Weise ist die Ersatzschaltung der weiteren Reaktanzdiode Dl durch die Serienschaltung der Kapazität C_D,₂, des Widerstandes R_D2 und der Induktivität L_D2 gebildet. Im Querzweig der Schaltung zwischen dem gemeinsamen Punkt der beiden Dioden 2' und dem Fußpunkt ist der Hilfskreis angeordnet, der durch die Kapazität C_n und die Induktivität L_n gebildet wird. Die Einspeisung des Pumposzillators P erfolgt parallel zum Hilfskreis und wird mit Hilfe eines Serienkreises vorgenommen, der auf das untere Seitenband {p—s) abgestimmt ist und aus der Pumpkreiskapazität C_p und der Pumpkreisinduktivität L_p sowie dem Innenwiderstand Ri der Pumpwelle P besteht.

Betrachtet man die Schaltung der F i g. 2 beim unteren Seitenband (p—s), so kommt man wirkungsmäßig zu der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung. Der Eingangs- und der Ausgangskreis ist in diesem Frequenzbereich kapazitiv, so daß nur noch die Signalkreiskapazitäten C₅₁ und C_{5 2} wirksam sind. Auch die Dioden-Ersatzschaltungen wirken bei dieser Frequenz (p—s) kapazitiv, weshalb die Induktivitäten L_D1 und L_{B 2} in der Fig. 3 fehlen. Der als Parallelkreis ausgebildete Hilfskreis ist bei der erwähnten Frequenz induktiv, weshalb in der F i g. 3 lediglich noch die Hilfskreisinduktivität L_H eingezeichnet ist.

Die Schaltelemente des Pumpkreises sind voll wirksam. Durch einfaches Umzeichnen der Schaltung gemäß der Fig. 3 erhält man die in der Fi g. 4 dargestellte Ersatzschaltung des nun wirksamen Hilfskreises, der aus der Parallelschaltung eines Parallelkreises, gebildet aus den Schaltelementen 1C_D, R^D
—2~ , 2C₅, L₁₁, mit einem Serienkreis, bestehend aus den Schaltelementen C_p, L_p, Ri, P, besteht. Sowohl der Parallelkreis als auch der Serienkreis ist dabei auf das untere Seitenband (p—s) abgestimmt. Mit ρ ist dabei die Pumpfrequenz und mit s die Signalfrequenz bezeichnet. Diese Schwingkreiskonfiguration ergibt eine überkritische Durchlaßkurve.

Beim oberen Seitenband (p+s) wirkt die in der F i g. 2 dargestellte Schaltung wie das in der F i g. 5 aufgezeigte Ersatzschaltbild hierfür. Von den ein- und ausgangsseitigen Signalkreisen sind lediglich die entsprechenden Kapazitäten C₅₁ und C₅₂ wirksam. Die Ersatzschaltungen der beiden Reaktanzdioden bestehen bei einer Frequenz nur noch aus der Serienschaltung der entsprechenden ohmschen Widerstände (R_DM R_D,2) ^und den entsprechenden Induktivitäten (Lj₅₁, L_D2). Der Hilfskreis wirkt bei dieser Frequenz kapazitiv, dargestellt durch die Hilfskreiskapazität C₁₁. Der Serienkreis der Pumpankopplung bildet bei der in Frage stehenden Frequenz eine derart große In-

duktiviüit, daß die Pumpankopplung beim oberen Seitenband praktisch nicht mehr wirksam ist. Zeichnet man die Schaltung der F i g. 5 um, so kommt man schließlich zu dem in der Fig. b dargestellten Schaltbild, welches einen unterkritischen Verlauf der Durchlaßkurvc bei dem so gebildeten Hilfskreis ergibt.

In Wciterfiihrung der Erfindung werden die Kapazitäten der Signalkreisc gemäß folgender Bedingung dimensioniert:

2G₀S'⁰'

(2 + 2 (/2

.-,) - ei²

1 + a

wenn mit

S'⁰⁾ = reziproke Grundkapazität der Diode,

B_p+S = Bandbreite beim oberen Seitenband,

ß_p__s = Bandbreite beim unteren Seitenband,

a — Verhältnis der Wirkleitwerte des oberen

und unteren Seitenbandes,

s = Signalfrequenz, -

ρ = Pumpfrequenz,

R₀ = Verlustwiderstand der Diode,

G₀ =

P+ 4-- 2R₁, "
Aussteuerungsparameter der Diode

bezeichnet ist.

Außer der gewünschten breitbandigen Entkopplung ergibt die eriindungsgemäß ausgeführte Schallung darüber hinaus gleichzeitig eine möglichst breitbandige Ubertragungskurve des Gesamtverstärkers. Dies rührt daher, daß der Parallelkreis des Hilfskreises beim oberen Seitenband nach der Theorie der parametrischen Verstärker als Serienkreis mit «positiven Elementen« auf der Signalseite am Ein- und Ausgang erscheint. Dadurch ist eine Kompensation der Signalparallelkreisc E und Λ am Eingang und Ausgang der Gesamtanordnung möglich. Außerdem erscheint die Parallelschaltung eines Parallelkreises und eines Serienkreises, aus welcher der Hilfskreis aufgebaut ist, auf Grund der erwähnten Theorie beim unteren Seitenband am Eingang und Ausgang, bei der Signalfrequenz als Serienschaltung eines Serienkreises und eines Parallelkreises mit ».negativen Elementen«, wodurch ebenfalls eine Kompensation ermöglicht wird.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Niehtreziproke Reaktanzvcrstärkeranordnung, bestehend aus der Kettenschaltung eines Aufwärts- und Abwärtsmischers, deren Reaktanzdioden von einem gemeinsamen Pumpgenerator verschiedcnphasig gepumpt werden, wobei der eingangsseitige Mischer einen auf die Signalfrcquenz abgestimmten Eingangskreis und der ausgangsscitigc Mischer einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Ausgangskreis hat und die beiden Reaktanzdioden über einen gemeinsamen Hilfelcreis miteinander gekoppelt- sind,-dadurch gekennzeichnet, daß eine breitbandige Entkopplung in Rückwärtsrichtung bei gleichzeitiger breitbandiger übertragung und Vorwärtsrichtung dadurch erzielt wird, daß die Durchlaßkurve des wirksamen Hilfskreises beim unteren Seitenband einen überkritischen, beim oberen Seitenband einen unterkritischen Verlauf aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskreis aus der Parallelschaltung eines Serienkreises mit einem Parallelkreis gebildet wird und daß der Pumposzillator über einen auf das untere Seitenband abgestimmten Serienkreis angekoppelt wird.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Dioden für die Signalkreiskapazitäten folgende Bedingung gilt:

2G₀.

p-s) a~

1 -ι- α

wenn mit
S^m =

a =

s = P =

reziproke Grundkapazität der Diode, Bandbreite beim oberen Seitenband, Bandbreite beim unteren Seitenband, Verhältnis der Wirkleitwerte des oberen und unteren Seitenbandes. Signalfrequenz,
Pumpfrequenz,
Verlustwiderstand der Diode,

P+s- 2R,r
Aussteuerungsparameter der Diode

bezeichnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen