DE2617583C2 - Millimeterwellen-Transponder - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Millimeterwellen-Transponder, insbesondere für InterSatellitenkommunikation, mit parametrischem Aufwärtsmischer, zugehörigem Pumposzillator und Endverstärker-Röhre.

Voraussetzung für die Verwendung parametrischer Bauelemente ist bekanntlich die Bereitstellung einer frequenzstabilen hochfrequenten Pumpleistung. Diese wird L a. mit Hilfe von Halbleiteroszillatoren erzeugt, deren Wirkungsgrad in der Regel unter 3% liegt, wobei als weiterer Nachteil noch hinzukommt, daß sich rauscharme, hochstabile Oszillatoren aus Stabilitätsgründen nur sehr schwach an eine Last ankoppeln lassen, so daß der tatsächliche Wirkungsgrad bei maximal 03% Hegt Pumpleistungen von 100 mW und mehr, wie sie beispielsweise bei paramfftrischen Aufwärtsmischern im mm-Wellen-Bereich benötigt werden, sind daher mit der erforderlichen Frequenzstabilität zumindest im Bereich der mm-Wellen mittels der zur Zeit verfügbaren Bauelemente nicht erreichbar. Außerdem benötigen selbst weniger frequenzstabile Oszillatoren auch bei maximalem Wirkungsgrad noch eine Versorgungs-GIeichstromleistung von 6 Watt und mehr, so daß die Bereitstellung dieser Gleichstromleistung zumindest bei Satteliten ein ebenso schwieriges Problem darstellt wie die Abführung der Verlustwärme mangels verfügbarer Kühlmasse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die benötigte Pumpleistung mit der erforderlichen Frequenzstabilität bei vernachlässigbarem Zusatzaufwand sowie mit möglichst geringer Abwärme bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgangssignal des auf Frequenzstabilität optimierten Pumposzillators zur Verstärkung auf die erforderliche Pumpleistung mit dem Ausgangssignal des parametrischen Aufwärtsmischers der Endverstärker-Röhre zugeführt, aus dem Ausgangssignal der Endverstärker-Röhre ausgekoppelt und als Pumpsignal dem parametrischen Aufwärtsmischer zugeleitet wird.

Die Endverstärker-Röhre ir.t dabei als Wanderfeldröhre vom O-Typ bzw. wegen der breitbandigen Linearität vorzugsweise als Wanderfeldröhre vom A/-Typ ausgebildet.

Zur Auskopplung des Pumpsignals aus dem Ausgangssignal der Endverstärker-Rohre ist ein phasenkompensiertes T-Glied mit nachgeichaltetem Filter für die Pumpfrequenz f_p vorgesehen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß ein Eingangssignal der Frequenz f_s über eine Empfangsantenne und einen Verstärker, vorzugsweise einen Transistorverstärker, dem parametrischen Aufwärtsmischer zuführbar ist, daß das Ausgangssignal des parametrischen Aufwärtsmischers über ein Filter für die Transponderausgangsfrequenz f_u und einen Richtkoppler bzw. ein Richtfüter, mittels dessen das Pumpsignal des Pumposzillators mit der Frequenz f_p einkoppeibar ist, der Endverstärker-Röhre zuleitbar ist und daß die Endverstärker-Röhre ausgangsseitig über ein phasenkompensiertes T-Glied einerseits über ein Filter für die Frequenz des Pumpsignals f_p an den parametrischen Aufwärtsmischer und andererseits über ein Ausgangsfilter für die Frequenz f_p an eine Sendeantenne angeschlossen ist.

Eine bevorzugte Modifikation dieser Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß der Verstärker als parametrischer Verstärker ausgebildet ist und daß das Purnpsignal am Ausgang des Filters für die Frequenz f_p über einen Leistungsteiler zum einen dem parametrischen Aufwärtsmischer und zum andern dem parametrischen Verstärker zuführbar ist. Als weiterer Richtkoppler ist dabei vorzugsweise ein 3 dB-Richtkoppler vorgesehen.

Das Wesen der Erfindung besteht in der Doppelnutzung der Endverstärker-Röhre als Sendeverstärker und asl Verstärker zur Anhebung der Pumpleistung auf den

erforderlichen Pegel (und das bei vernachlässigbarem Zusatzaufwand). Als besonderer Vorteil ergibt sich hieraus unmittelbar, daß der Pumposzillator ausschließlich auf Frequenzstabilität hin optimiert werden kann. Für die Anwendung als Satellitentransponder ist außerdem wesentlich, daß die Gleichstromversorgung für den Oszillator niedriger bemessen werden kann, womit zugleich Kühlfläche und somit Satelliienmasse eingespart wird

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt die bekannte Form des Transponders, bei der die Endverstärker-Rönre lediglich als Sendeverstärker benutzt wird. Ober eine Empfangsantenne 1 und ^l*> einen Verstärker 2 gelangt das Eingangssignal der Frequenz f_s zu einem parametrischen Aufwärtsmischer 3, in dem es mittels eines Pumpsignals der Frequenz fp, das mit Hilfe eines Pumposzillators 5 mit nachgeschaltetem Filter 4 für die Frequenz f_p erzeugt wird, auf eine Transponderausgangsfrequenz f_a umgesetzt wird. Der parametrische Aufwärtsmischer 3 ist ausgingsseitig über ein Filter 6 für die Frequenz /·, mit einer Endverstärker-Röhre 7 verbunden, der ein Ausgangsfilter 8 der Frequenz f_u und eine Sendeantenne Y nachgeschaltet sind. Diese Transponderform hat insbesondere den Nachteil, daß es mit ihr nicht möglich ist, im mm-Wellen-Bereich genügend Pumpleistung zu liefern und zugleich die erforderliche Frequenzstabilität zu erreichen.

In Fig.2a ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das sich von der bekannten Transponderform dadurch unterscheidet, daß bei ihm das Ausgangssignal des Pumposzillators 5 über einen Richtkoppler bzw. ein Richtfilter 9 auf den Eingang der Endverstärker-Röhre 7 eingekoppelt wird und daß der

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J(I Endverstärker-Röhre 7 ausgangsseitig ein phasenkompensiertes T-GIied 10 zur Auskopplung des auf die benötigte Pumpleistung verstärkten Pumpsignals nachgeschaltet ist, von dem das Pumpsignal dem Filter 4 für die Frequenz f_p zugeführt wird. Der Verstärker 2 ist beispielsweise als Transistorverstärker ausgebildet Der Pumposzillator 5 erzeugt ein hochstabiles Signal geringer Leistung (= 1 m W) bei der Frequenz fp. Das durch die Endverstärker-Röhre 7 verstärkte Pumpsignal transportiert das Eingangssignal der Frequenz /j in dem parametrischen Aufwärtsmischer 3 auf die Sendefrequenz fu = f_s + fp. Das Ausgangssignal des parametrischen Aufwärtsmischers 3 wird in der Endverstärker-Röhre 7 um 30 bis 4OdB verstärkt und über ein Ausgangsfilter 8 für die Sendefrequenz f_u auf die Sendeantenne Γ gegeben. Als Endverstärker-Röhre 7 kommen Wanderfeldröhren vom M- oder O-Typ in Frage. Zur Vermeidung von Intermodulation zwischen den Frequenzen f_p und <f„ in der Wanderfeldröhre, sollte die Wanderfeldröhre — falls d^: r Intemoduiatio-πρη nii'ht hf»rf»itQ Hnrrh riip Wahl /v-·- Prp/inpnTlqnen

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ausgeschlossen sind — breitbandig linear sein, was z. B. bei Wanderfeldröhren des M-Typs der Fail ist.

Fig.2b zeigt eine bevorzugte Weiterbildungsi'orm des Transponders gemäß F i g. 2a, bei der der Eingangsverstärker als parametrischer Verstärker 2' ausgebildet ist und bei der das Pumpsignal am Ausgang des Filters 4 über einen Leistungsteiler 9', z. B. einen 3 dB-Richtkoppler, zum einen dem parametrisch^ Aufwärtsmischer 3 und zum andern dem parametrischen Verstärker 2' zugeführt wird. Infolge der hohen Pumpfrequenz von z. B. 60 GHz mehr zeichnet sich der Verstärker 2' durch extrem geringes Rauschen aus, was gerade bei der Intersatellitenkommunikation — beispielsweise bei einer Datenübertragungsstrecke zwischen zwei geostationären Satelliten — von Vorteil ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Millimeterwellen-Transponder, insbesondere für Intersatelütenkommunikation. mit parametrischem Aufwärtsmischer, zugehörigem Pumposzillator und Endverstärker-Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des auf Frequenzstabilität optimierten Pumposzillators (5) zur Verstärkung auf die erforderliche Pumpleistung mit dem Ausgangssignal des parametrischen Aufwärtsmischers (3) der Endverstärker-Röhre (7) zugeführt, aus dem Ausgangssignal der Endverstärker-Röhre (7) ausgekoppelt und als Pumpsignal dem parametrischen Aufwärtsmischer (3) zugeleitet wird {F i g. 2a und b). i>

2. Millimeterwellen-Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endverstärker-Röhre (7) als Wanderfeldröhre vom M-Typ ausgebildet ist (F i g. 2a und b).

3. MBlFffieterwellen-Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Endverstärker-Röhre (7) eine Wanderfeldröhre vom O-Typ vorgesehen ist (F i g. 2a und b).

4. Millimeterwellen-Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung des Pumpsignsls aus dem Ausgangssignai der Endverstärker-Röhre (7) ein phasenkompensiertes T-Glied (10) mit nachgeschaltetem Filter (4) für die Pumpfrequenz f_p verwendet ist (F i g. 2a und b). ω

5. Millimei-Twellen-Transponder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangssignal der Frequenz f_s über eine Empfangsantenne (1) und einen Verstärk τ (2), vorzugsweise einen Transistorverstärker, dem parametrischen Aufwärtsmischer (3) zuführbar ist, daß das Ausgangssignal des parametrischen Aufwärtsmischers (3) über ein Filter (6) für die Transponderausgangsfrequenz f_u und einen Richtkoppler bzw. ein Richtfilter (9), mittels dessen das Pumpsignal des -to Pumposzillators (5) mit der Frequenz f_p einkoppeibar ist, der Endverstärker-Röhre (7) zuleitbar ist und daß die Endverstärker-Röhre (7) ausgangsseitig über ein phasenkompensiertes T-Glied (10) einerseits über ein Filter (4) für die Frequenz des Pumpsignals fp an den parametrischen Aufwärtsmischer (3) und andererseits über ein Ausgangsfilter für die Frequenz fu an eine Sendeantenne (V) angeschlossen ist (F ig.2a).

6. Millimeterwellen-Transponder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker als parametrischer Verstärker (2') ausgebildet ist und daß das Pumpsignal am Ausgang des Filters (4) für die Frequenz f_p über einen Leistungsteiler (9'j zum einen dem parametrischen Aufwärtsmischer (3) und zum andern dem parametrischen Verstärker (2') zuführbar ist (F i g. 2b).