DE2631003C3 - Frequenzvervielfacher mit einer Steprecovery-Diode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzvervielfacher zur Erzeugung zweier Harmonischer bzw. zweier Bündel von Harmonischen aus einer Grundfrequenz mittels Step-recovery-Dioden.

Beispielsweise durch die Literaturstelle »Int. Elektr. Rundschau«, 1967, Nr. 4, 21. Jahrg., S. 87 bis 90 sind Frequenzvervielfacher bekannt, die mit einer Step-recovery-Diode arbeiten. Diese Dioden .gestatten es wegen ihrer Stromspannungscharakteristik sehr viele Oberwellen zu erzeugen. Dabei ergibt sich eine gute Entkopplung zwischen Ein- und Ausgangskreis. Zur Gewinnung zweier verschiedener Harmonischer aus einer einzigen Grundfrequenz ist es üblich, zwei parallel an diese Grundfrequenzquelle angeschaltete Step-recovery-Dioden vorzusehen, die auf die verschiedenen Harmonischen abgestimmt sind. Diese Methode bedingt also für jede zu erzeugende Harmonische jeweils einen Vervielfacher mit zugehöriger Diode.

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 Bündel von Harmonischen mit geringstem Abstand möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine einzige Step-recovery-Diode vorgesehen ist, deren erster Anschluß mit einer Induktivität verbunden ist, die zusammen mit der Diode einen Serienresonanzkreis für die eine Harmonische bzw. das eine Bündel von Harmonischen bildet und deren zweiter Anschluß über einen auf die andere Harmonische bzw. das andere Bündel von Harmonischen abgestimmten Parallelschwingkreis mit Bezugspotential verbunden ist und daß die eine Harmonische bzw. das eine Bündel von Harmonischen am Serienresonanzkreis und die andere Harmonische bzw. das andere Bündel von Harmonischen am Parallelresonanzkreis abgenommen ist.

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 Bündel von Harmonischen noch gute Wirkungsgrade

ίο für beide Bereiche erzielen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Parallelresonanzkreis auf die tiefere Harmonische abgestimmt und sein Scheinwiderstand ist wesentlich kleiner (~10mal) als des Serienresonanzkreises gewählt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert 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 GrundwelJe mit der Frequenz f_c gespeist und gelangt über ein Anpassungsnetzwerk AN und einen Entkoppelkondensator C_k auf einen Widerstand R₃, dem eine Kapazität Cr parallelgeschaltet ist. Die Serienschaltung der Diodenkapazität Cd zusammen mit deren Verlustwiderstand Rs, wie in unterbrochenen Linien in der Schaltung angedeutet, bildet dabei mit der Induktivität Ld den für die gewünschte Vervielfachung erforderlichen Serienresonanzkreis. Der Kondensator Cr bildet für diese Frequenz einen hochfrequenten

jo Kurzschluß, er geht jedoch zusammen mit dem Ankoppelkondensator Ck in das für die Eingangsfrequenz fc ausgelegte Anpassungsnetzwerk mit ein. Die Schaltung vervollständigt sich mit dem Diodenarbeitswiderstand R, und dem über den Auskoppelkondensator C_a angeschlossenen Ausgangsfilter.

Der obenerwähnte Scrienrcsonanzkrcis Lo 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. riner niedrigen, steht somit an diesem Kreis zunächst nur eine unbefriedigende Energie zur Verfügung.

Gemäß der Erkenntnis der Erfindung wird daher ein zweiter Resonanzkreis, und zwar ein Parallelresonanzkreis mit den Elementen C, L und R eingefügt, der in seiner Resonanz auf die zweite gewünschte vervielfachte Frequenz abgestimmt ist. Dieser Kreis liegt, wie aus

w der Schaltung ersichtlich, am Fußpunkt der Diode gegen den gemeinsamen Schaltungsnullpunkt (Masse). Zweckmäßig wird dieser Parallelresonanzkreis 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 Resonanzkreises am anderen keine nennenswerte Beeinflussung auftritt. Die

ho 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

b5 die Oberwellenanregung erfolgt, die beiden Resonanzkreise sehr gut voneinander entkoppelt werden.

Außerdem besitzt der gesamte Kreis eine allgemein stabilisierende Wirkung auf folgende Art: Step reco-

very-Dioden-Vervielfacher neigen grundsätzlich zur !nstabilität hauptsächlich in Form parametrischer Schwingungen, welche man dadurch mildern oder beseitigen kann, daß man in Serie zur Diode einen zusätzlichen Widerstand legt Ein solcher Widerstand müßte jedoch meist Werte von S 1 Ohm aufweisen. Technisch läßt sich dieser Wert nur mit Sonderbauformen realisieren, die teuer bzw. mit technischen Mangeln behaftet sind. So weisen Chipwiderstände u. U. erhebliches Rauscher, und vor allen Dingen Kontaktschwierigkeiten auf. Auch dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Schaltung gelöst, da der Widerstand R des Parallelresonanzkreises als kleiner Serienwiderstand zum R_s der Diode transformatorisch wirksam wird. Das Energiespektrum ist dabei meist so hoch, daß der untere Resonanzkreis eine zusätzliche Bedämpfung ohne weiteres verträgt. Dadurch wird dieser Parallelwidfcrstand für die Frequenz des höherfrequenten oberen Kreises durch Transformation iijf 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 Serienresonanzkreis Lo- Cd— Rs zusätzlich, außerdem im Hinblick auf die erforderliche Breitbandigkeit dieses Kreises, einbringen will. Auf diese Weisen lassen sich bequeme Werte unter 1 Ohm für den Serienresonanzkreis Ld- Cd— Rs realisieren. Der Widerstand R bedämpft natürlich auch den Parallelresonanzkreis L-C und wirkt damit auf die über diesen zu gewinnenden Harmonischen stabilisierend.

Die Schaltung hat folgende besondere Vorteile: Die Step-recovery-Diode wird für zwei Frequenzen oder Bereiche ihrer Vervielfachung ausgenutzt Unter Bereich ist dabei ein Frequenzgeb'.et mit mehreren Spektrallinien von etwa gleicher Leistung zu verstehen. An den Ausgängen für die beiden Frequenzen bzw. Frequenzbereiche liegen noch die Filter Fit und Fi 2 für η ■ f_e und m ■ ί_Λ so daß die beiden Ausgangsfrequenzen /ä und P, oder Frequenzbereiche noch einmal ίο gefiltert werden.

Die beiden Ausgangsfrequenzen bzw. Frequenzbereiche sind rein schaltungsmäßig bereits voneinander weitgehend entkoppelt; diese Entkopplung wird um so besser, je größer der gegenseitige Frequenzabstand ist
Für die Gewinnung von Harmonischenbündeln ist es vorteilhaft, die beiden Resonanzkreise breitbandig und die darauffolgenden Filter als Mehrkreisfilter auszubilden.

Die Gesamtschaltung erfährt eine zusätzliche Stabilisierung hinsichtlich Störschwingungsneigung und Temperatur, da zum meist temperaturabhängigen Serienwiderstand Rs der Diode ein nahezu temperaturunabhängiger Festwert hinzugeschaltet wird.

Im konkreten Fall der Ausführung wurde bei einem Vervielfacher mit einer Ansteuerfrequenz von IO MHz mit dem Serienresonanzkreis Ld- Cd ein Frequenzbündel im Bereich 140...230MHz, mit dem Parallelresonanzkreis L—Ceine zusätzliche Frequenz von 50 MHz gewonnen, wobei die beiden zugehörigen Filter Fi] und

jo F/2 in ihrer Bandbreite entsprechend ausgelegt wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Frequenzvervielfacher zur Erzeugung zweier Harmonischer bzw. zweier Bündel von Harmonischen aus einer Grundfrequenz mittels Step-recovery-Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Step-recovery-Diode (S-R) vorgesehen ist, deren erster Anschluß mit einer Induktivität (Ld) verbunden ist, die zusammen mit der Diode einen Serienresonanzkreis (La Cd) für die eine Harmonische bzw. das eine Bündel von Harmonischen bildet und deren zweiter Anschluß über einen auf die andere Harmonische bzw. das andere Bändel von Harmonischen abgestimmten Parallelschwingkreis mit Bezugspotential verbunden ist und daß die eine Harmonische bzw. das eine Bündel von Harmonischen am Serienresonanzkreis und die andere Harmonische bzw. das andere Bündel von Harmonischen am Parallelresonanzkreis abgenommen ist.

2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis (L, C) auf die tiefere Harmonische abgestimmt ist und daß sein Scheinwiderstand wesentlich kleiner (lOmal) als der des Serienresonanzkreises (Lo, Cd) gewählt ist.