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Frequenzvervielfacher mit einer Step recovery-Diode
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzvervielfacher mit einer
Step recovery-Diode, bei dem aus einer Grundfrequenz zwei in ihrem Frequenzbereich
verschiedene Harmonische als Ausgangssignal gewonnen werden.
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Es sind Frequenzvervielfacher bekannt, die mit einer Step recovery-Diode
arbeiten, da diese Diode wegen ihrer Stromspannungscharakteristik sehr viele Oberwellen
zu erzeugen gestattet. Normalerweise werden zur Gewinnung zwei verschiedener Harmonischer
aus einer einzigen Grundfrequenz zwei parallel an diese Grundfrequenzquelle angeschaltete
Step recovery-Dioden-Vervielfacher, die auf die verschiedenen Harmonischen abgestimmt
sind, verwendet. Diese Methode bedingt für jede zu erzeugende Harmonische jeweils
einen Verwielfacher mit zugehöriger Diode.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben,
bei der bei großer Entkopplung der einzelnen Kreise die störungsfreie Gewinnung
von zwei unterschiedlichen Harmonischen oder sogar harmonischen Bündeln, mit geringstem
Aufwand möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Frequenzvervielfacher mit einer Step
recovery-Diode, bei dem aus einer Grundfrequenz zwei in ihrem Frequenzbereich verschiedene
Harmonische als Ausgangssignal gewonnen
werden, gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die Diode durch Serienschaltung einer Induktivität zu einem
Serienresonanzkreis für eine der gewünschten Harmonischen ergänzt ist und daß andererseits
am Fußpunkt (masseseitiger Anschluß) der Diode ein auf die andere Harmonische abestimmter
Parallelresonanzkreis ebenfalls in Serie zur Diode liegt und daß die eine Harmonische
an einem und die andere Harmonische am anderer Resonanzkreis entnommen wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch die Diode selbst
gerade in dem Moment, in dem bei ihr plötzlich der Strom auf Null geht, eine sehr
große Entkopplung zwischen den so in Serie liegenden, auf die verschiedenen Harmonischen
abgestimmten Resonanzkreise erzielt wird. Gegenüber der bisher verwendeten Methode
mit einem Schwingkreis lassen sich mit der erfindungsgemäßen Schaltung gerade bei
frequenzmäßig weit auseinanderliegenden Harmonischen oder Harmonischenbündeln noch
gute Wirkungsgrade für beide Bereiche erzielen.
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Für die Gewinnung von Harmonischenbündeln ist es vorteilhaft, die
beiden Resonanzkreise breitbandig und die darauffolgenden Filter als Mehrkreisfilter
auszubilden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
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Die Figur zeigt im linken Teil ein an sich für Step recovery-Dioden
übliches Netzwerk, das bis zur Serieninduktivität LD reicht. Die Schaltung wird
am Eingang E von der Grundwelle mit der Frequenz fe gespeist und gelangt über ein
Anpassungsnetzwerk AN und einen Entkoppelkondensator Ck auf einen Widerstand Ra
dem eine Kapazität Cf parallel geschaltet ist. Die Serienschaltung der Diodenkapazität
CD zusammen mit deren Verlustwiderstand Rs, wie in Strichen in der Schaltung angedeutet,
bildet dabei mit der Induktivität LD den für die gewünschte Vervielfachung erforderlichen
Resonanzkreis. Der Kondensator Cf bildet für diese Frequenz einen hochfrequenten
Kurzschluß, er geht Jedoch zusammen mit dem Ankoppelkondensator CK in das für die
Eingangsfrequenz
fe ausgelegte Anpassungsnetzwerk mit ein. Die Schaltung vervollständigt sich mit
dem Diodenarbeitswiderstand Ra und dem über den Auskopplungskondensator Ca angeschlossenen
Ausgangsfilter.
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Der obenerwähnte Resonanzkreis LD CD muß aus Gründen optimaler Leistungsabgabe
eine bestimmte Güte aufweisen, womit bei der bekannten Schaltung zunächst das vervielfachte
Linienspektrum nur um diese Resonanzfrequenz genügend hoch ist. Für eine weitere
Leistungsausbeute bei einer wesentlich anderen Frequenz, z.B.
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einer niedrigen, steht somit an diesem Kreis zunächst nur eine unbefriedigende
Energie zur Verfügung.
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Gemäß der Erkenntnis der Erfindung wird daher ein zweiter Resonanzkreis
mit den Elementen C, L und R eingefügt, der in seiner Parallelresonanz auf die zweite
gewünschte vervielfachte Frequenz abgestimmt ist. Dieser Kreis liegt, wie aus der
Schaltung ersichtlich, am Fußpunkt der Diode gegen den gemeinsamen Schaltungsnullpunkt.
Zweckmäßig wird dieser Kreis auf die tiefere Harmonische abgestimmt. Sein Scheinwiderstand
Z soll so ausgebildet werden, daß die Kapazität C für die hohe Frequenz einen Kurzschluß
darstellt. Durch die Verschiedenartigkeit dieser beiden Schwingkreise in ihrem Z
(z.B. Faktor 10 oder höher) wird erreicht, daß bei einer Laständerung des einen
Kreises am anderen keine nennenswerte Beeinflussung auftritt. Die Diode selbst ist
dabei das entkoppelnde Element, da gerade zum Zeitpunkt der Anregung von Schwingungen,
nämlich im Moment des Abrisses des Stromes durch die Diode, ihr eigener Scheinwiderstand
sehr hoch ist, wodurch gerade zu diesem Zeitpunkt, zu dem die Oberwellenanregung
erfolgt, die beiden Resonanzkreise sehr gut voneinander entkoppelt werden.
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Außerdem besitzt der gesamte Kreis eine allgemein stabilisierende
Wirkung auf folgende Art: Step recovery-Dioden-Vervielfacher neigen grundsätzlich
zur Instabilität hauptsächlich in Form parametrischer Schwingungen, welche man dadurch
mildern oder beseitigen kann, wenn man in Serie zur Diode einen zusätzlichen
Widerstand
legt. Ein solcher Widerstand müßte Jedoch meist Werte von - 1 Ohm aufweisen. Technisch#läßt
sich dieser Wert nur mit Sonderbauformen realisieren, die teuer bzw. mit technischen
Mängeln behaftet sind. So weisen Chipwiderstände u.U. erhebliches Rauschen und vor
allen Dingen Kontaktschwierigkeiten auf. Auch dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße
Schaltung gelöst, da der Widerstand R des Parallelschwingungskreises als kleiner
Serienwiderstand zum R der Diode transformatorisch wirksam 5 wird. Das Energiespektrum
Ist dabei meist so hoch, daß der untere Resonanzkreio eine zusätzliche Bedämpfung
ohne weiteres verträgt.
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Dadurch wird dieser Parallelwiderstand für die Frequenz des höherfrequenten
oberen Kreises durch Transformation auf einen wesentlich kleineren Serienwert gebracht.
Man hat es so bei Verwendung üblicher Bauteile leicht in der Hand, zusammen mit
der Dimensionierung von L und C, welchen Dämpfungswert man in den Serienkreis LD
- CD R R5 zusätzlich, außerdem im Hinblick auf die erforderliche Breitbandigkeit
dieses Kreises, einbringen will.
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Auf diese Weise lassen sich bequem Werte unter 1 Ohm für den erwähnten
Schwingungskreis LD - CD - R5 realisieren. Natürlich wirkt sich der Widerstand R
erst recht auch für die zu gewinnende Harmonische des Kreises I - C stabilisierend
aus.
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Die Schaltung hat folgende besondere Vorteile: Die Step recovery-Diode
wird für zwei Frequenzen oder Bereiche ihrer Vervielfachung ausgenutzt. Unter Bereich
ist dabei zu verstehen, daß es sich sowohl um eine einzige Frequenz handeln kann,
bei einem schmalbandigen Ausgangsfilter, als auch um eine ein Frequenzgebiet mit
mehreren Spektrallinien von etwa gleicher Leistung, also einen Bereich. An den Ausgängen
für die beiden Frequenzen liegt ja meist noch je ein Filter Fil und Fi2 für n ~
fe und m . fe so daß die beiden Ausgangsfrequenzen oder Frequenzbereiche und fa
noch einmal gefiltert werden.
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Die beiden Bereiche sind rein schaltungsmäßig bereits voneinander
weitgehend entkoppelt; diese Entkopplung wird noch größer mit -wachsendem Frequenzabstand
dieser beiden Bereiche.
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Die Gesamtschaltung erfährt dabei eine zusätzliche Stabilisierung
hinsichtlich Störschwingungsneigung und Temperatur, da dadurch zum meist temperaturabhängigen
Serienwiderstand R5 der Diode ein nahezu temperaturunabhängiger Festwert hinzugeschaltet
wird.
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Im konkreten Fall der Ausführung wurde bei einem Vervielfacher mit
einer Ansteuerfrequenz von 10 MHz mit dem Schwingkreis - CD ein Frequenzbündel im
Bereich 140 ... 230 MHz, mit dem Schwingkreis L - C eine zusätzliche Frequenz von
50 MHz gewonnen, wobei die beiden zugehörigen Filter Fi1 und Fi2 in ihrer Bandbreite
entsprechend ausgelegt wurden.
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2 Patentansprüche 1 Figur