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Anordnung zur rauscharmen Verstärkung kurzer und sehr kurzer elektromagnetischer
Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur rauscharmen Verstärkung kurzer und sehr kurzer elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einem Reaktanzmodulator, in dem die zu verstärkenden Wellen mittels einer Überlagerungsschwingung insbesondere wesentlich höherer Frequenz in eine höhere Frequenzlage transponiert werden und eines der hiebei entstehenden Seitenbänder mittels eines üblichen Frequenzumsetzers in eine tiefere Frequenzlage rückumgesetzt wird.
Verstärker der vorbezeichneten Art, die in der Fachsprache auch als parametrische Verstärker bezeichnet werden und beispielsweise aus der Zeitschrift Proc. of the I. R. E, Juli 1956, Seiten 904-913 vorbekannt sind, bestehen aus einem Modulator mit einer nichtlinearen Reaktanz, der einerseits die zu verstärkenden Wellen und anderseits eine Überlagerungsschwingung höherer Frequenz zugeführt werden. Infolge der nichtlinearen Eigenschaften der Reaktanz-die z. B. aus einer im Sperrgebiet betriebenen, als Kapazität wirkenden Germaniumdiode besteht-entstehen hiebei oberhalb und unterhalb der Überlagerungsfrequenz gelegene Seitenbänder. Durch einen eine Wirkkomponente enthaltenden Abschluss des Reaktanzmodulators für die unterhalb der Überlagerungsschwingung gelegenen Frequenzen wird eine Entdämpfung des Modulatoreingangs hervorgerufen.
Der Modulator wirkt dann ähnlich einem negativen Widerstand und kann so zur Verstärkung in an sich bekannter Weise verwendet werden. Man bezeichnet das unterhalb der Überlagerungsschwingung gelegene Seitenband auch instabiles Seitenband, u. zw. deshalb, weil die Entdämpfung so weit gehen kann, dass sie zu einer Selbsterregung der Quelle der zu verstärkenden Wellen führt. In Fig. 1 ist ein parametrischer Verstärker dieser Art schematisch dargestellt, wobei mit 1 der Reaktanzmodulator, mit 2 der Überlagerungsoszillator-auch Pumposzillator genannt- und mit 3 die erwähnte Abschlussimpedanz des Modulators bezeichnet sind.
Der Eingang des parametrischen Verstärkers ist mit 4 bezeichnet.
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oszillators, mitf-das untere Seitenband und mitf+ das obere Seitenband bezeichnet sind. f-ist hiebei das instabile Seitenband, f+ das stabile Seitenband.
Nachteilig an Verstärkern dieser Art ist die Tatsache, dass mit negativen Widerständen im allgemeinen die Verstärkung bei nennenswerten Verstärkungswerten verhältnismässig instabil ist und die Bandbreiten mit zunehmender Entdämpfung immer geringer werden. Hiedurch wird der Vorteil derartiger Verstärker, der in dem geringen Eigenrauschen zu sehen ist, in seiner Bedeutung gemindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, diesen Schwierigkeiten zu begegnen.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Verstärkeranordnung zur rauscharmen Verstärkung kurzer und sehr kurzer elektromagnetischer Wellen, unter Verwendung eines Reaktanzmodulators, gemäss der Erfindung im wesentlichen in der Weise gelöst, dass zwecks Erzielung einer Geradeausverstärkung für den Reaktanzmodulator und den üblichen Frequenzumsetzer ein gemeinsamer Umsetzoszillator vorgesehen ist.
Es empfiehlt sich bei einer derartigen Verstärkeranordnung, dass das Seitenbandfilter derart ausgebildet und bemessen ist, dass es für das stabile Seitenband durchlässig ist und für das instabile Seitenband als Leerlauf oder Kurzschluss wirkt. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmässig sein, zur Erhöhung der Verstärkung das Seitenbandfilter derart zu bemessen und auszubilden, dass es für das stabile Seitenband durchlässig ist und für das instabile Seitenband eine derart grosse Wirkkomponente in seiner Eingangsimpedanz hat, dass eine vorgegebene Entdämpfung im Eingang des Reaktanzmodulators auftritt.
Ausserdem ist es aus Gründen eines möglichst guten Wirkungsgrades und zur Vermeidung von Verzerrungen die auf Reflexionen beruhen, zweckmässig, das Seitenbandfilter derart zu bemessen und auszubilden, dass es für das stabile Seitenband den Reaktanzmodulator wenigstens nahezu reflexionsfrei abschliesst.
Nachstehend wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in Fig. 3 dargestellt ist, der Erfindungsgegenstand näher erläutert.
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Die Fig. 3 zeigt eine Verstärkeranordnung, bestehend aus einem Reaktanzmodulator 1, der gleichartig zur Anordnung nach Fig. 1 von einem Pumposzillator 2 gespeist wird und dem über den Eingang die zu verstärkenden Wellen zugeführt werden. An den Ausgang des Reaktanzmodulators 1 ist ein Seitenbandfilter 5 angeschaltet, das das stabile Seitenband (f+ in Fig. 2) aussiebt und einem Frequenzumsetzer 6 zuführt. Der Frequenzumsetzer 6 wird ebenfalls von dem Pumposzillator 2 gespeist. Seinem Ausgang 7 wird über ein nicht näher dargestelltes Filter das Mischprodukt niedriger Frequenzlage entnommen, das die gleiche Frequenzlage wie die zu verstärkenden Wellen am Eingang 4 hat.
Beispielsweise sei angenommen, dass die über den Eingang 4 zugeführten Wellen eine Frequenz im Bereich der Dezimeterwellen, also beispielsweise von 500 MHz haben, während die Überlagerungsschwingungen des Pumposzillators 2 eine wesentlich höhere Frequenz, beispielsweise von 8000 MHz aufweisen.
Das Seitenbandfilter 5 siebt dann das bei 8500 MHz gelegene Seitenband aus und wird hinsichtlich seiner Eingangsimpedanz zweckmässig wie vorstehend erwähnt bemessen. Der Frequenzumsetzer 6 kann in diesem Fall durch einen üblichen Diodenumsetzer-vgl. z. B. Meinke/Gundlach Taschenbuch der Hochfrequenztechnik"Springer-Verlag 1956, S. 916-917-, vor allem mit einer Kristalldiode, gebildet werden, der im allgemeinen einen Konversionsverlust von einigen Dezibel hat. An seinem Ausgang 7 steht dann die verstärkte Welle von 500 MHz zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Für den Pump oszillator 2 genügt es, bei Verstärkung kleiner Signale, für die es auf eine rauscharme Verstärkung ankommt, wenn dieser eine an sich geringe Leistung von z. B. 10 bis 100 mW zur Verfügung stellt.
Ein grosser Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt darin, dass es auf diese Weise möglich wird, im Bereich vor allem kurzer und sehr kurzer elektromagnetischer Wellen einen ausserordentlich rauscharmen Verstärker zu bauen, der ein stabiles Verhalten bei grosser Bandbreite zeigt und dessen Verstärkung, wenn keine Entdämpfung angewendet wird, lediglich von dem Verhältnis der Pumpfrequenz zur Frequenz der zu verstärkenden Wellen abhängt. Je höher dieses Verhältnis gewählt wird, umso grösser wird die erzielte Verstärkung. Die Anwendbarkeit des beschriebenen Verstärkungsprinzips ist daher z. Zt. nur durch die Grenze der im Pumposzillator noch mit hinreichender Leistung erzeugbaren Frequenzen beschränkt.
Wenn eine Entdämpfung zusätzlich angewendet wird, so kann diese erheblich geringer gehalten werden als bei den bekannten Anordnungen, bei denen die Verstärkung ausschliesslich auf der Entdämpfung beruht. Deshalb wirkt sich beim Erfindungsgegenstand die Entdämpfung nicht so störend aus wie bei den bekannten Anordnungen.
Die für den Bereich der Dezimeterwellen und auch der Meterwellen an Hand des Ausführungsbeispieles beschriebene Verstärkeranordnung hat ausserdem noch den grossen Vorteil, dass wegen der Verwendung des Pumposzillators sowohl zur Speisung des Reaktanzmodulators als auch des Frequenzumsetzers Frequenzabweichungen des Pumposzillators für die Ausgangsfrequenz ohne Einfluss sind.
Der Erfindungsgegenstand ist auch zur Verstärkung brauchbar, wenn es auf eine geringe Rauschzahl nicht ankommt, also z. B. zur Breitbandleistungsverstärkung. Es ist dann lediglich für eine hinreichend hohe Frequenzleistung des Pumposzillators Sorge zu tragen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Anordnung zur rauscharmen Verstärkung kurzer und sehr kurzer elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einem Reaktanzmodulator, in dem die zu verstärkenden Wellen mittels einer Überlagerungsschwingung insbesondere wesentlich höherer Frequenz in eine höhere Frequenzlage transponiert werden und eines der hiebei entstehenden Seitenbänder mittels eines üblichen Frequenzumsetzers in eine tiefere Frequenzlage rückumgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung einer Geradeausverstärkung für den Reaktanzmodulator und den üblichen Frequenzumsetzer ein gemeinsamer Umsetzoszillator vorgesehen ist.