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Mit einer Tunneldiode versehener Frequenzwandler mit Eingangsteil und Zwischen- frequenzteil
Vorliegende Erfindung betrifft einen mit einer Tunneldiöde versehenen Frequenzwandler mit Eingangsteil und Zwischenfrequenzteil, wobei eine Zwischenfrequenzwelle durch das Zusammenwirken einer Eingangswelle und einer Welle entsteht, die innerhalb der Diode erzeugt wurde.
Überlagerungsempfänger benötigen Einrichtungen um die empfangene, signalmodulierte Trägerwelle in die Zwischenfrequenzwelle umzuwandeln. Hiezu sind bereits Frequenzwandlerschaltungen vorgeschlagen worden, die eine Diode mit nichtlinearer Spannungs/Stromcharakteristik aufweisen. In solchen Schaltungen wird die empfangene, signalmodulierte Trägerwelle und eine aus einem getrennten, örtlichen Schwingungserzeuger stammende Schwingung der Diode zugeführt um ein Zwischenfrequenzsignal zu erhalten, welches eine Folge des Zusammenwirkens der Trägerwelle und der Oszillatorsignale in dieser
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legten Signalenergie verbraucht.
Dieser Verbrauch führt in unerwünschter Weise im Empfänger, in welchem ein mit Diode arbeitender Frequenzwandler Anwendung findet, zu einer Verkleinerung des Verhältnisses von Signal zu Störung, es sei denn, dass das Signal vor seiner Anlegung ausreichend verstärkt wird.
Ein Frequenzwandler nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Tunneldiode von einer Stromquelle vorgespannt ist, deren innerer Widerstand einschliesslich sonstiger Widerstände, die mit ihr in Serie geschaltet sein können, einen Absolutwert aufweist, der geringer ist als jener des negativen Widerstandes der Diode, so dass die angelegten Signale zumindest über einen Teil ihres Arbeitszyklus bewirken, dass die Diode in ihrem negativen Widerstandsbereich arbeitet und dass der Absolutwert der wirksamen positiven Leitfähigkeit des Parallelteiles des Eingangskreises und des Zwischenfrequenzausgangskreises den Absolutwert der negativen Leitfähigkeit der Diode übersteigt.
Es ist bereits bekannt, dass eine mit negativem Widerstand behaftete Diode, etwa eine Tunneldiode, in einer Schaltung wie sie nach jener Art, auf welche die vorliegende Erfindung Bezug hat, verwendet werden kann. Leo Esaki beschreibt eine Diode mit dünnem, abruptem Übergangsbereich, die über einen Bereich niedriger Vorwärtsspannungen, d. h. solchen von weniger als 0, 3 V, negativen Widerstand zeigt (Physical Rewiew, Bd. 109, S. 603,1958). Diese Diode ist unter Verwendung eines Halbleiters erhalten, in dem die Konzentration des freien Ladungsträgers um mehrere Grössenordnungen höher ist als man sie in andern Dioden anzuwenden pflegt.
Weitere Erfindungsmerkmale werden im folgenden an Hand der schematischen Zeichnungen beschrieben. In diesen ist Fig. 1 eine Schnittansicht einer Diode, wie sie in erfindungsgemässen Frequenzwandler verwendet werden kann. Das Diagramm nach Fig. 2 zeigt die Strom/Spannungscharakteristik einer Negativdiode der in Fig. 1 dargestellten Art. Fig. 3 ist das schematische Schaltbild eines erfindungsgemässen Frequenzwandlers, Fig. 4 das Schaltschema eines selbstschwingenden, erfindungsgemässen Frequenzwandlers. Die Fig. 5 und 6 sind Schaltbilder anderer, selbstschwingender, erfindungsgemässer Frequenzwandler, Fig. 7 das Schaltschema eines mit Hochfrequenz-Hohlraumresonator arbeitenden, erfindunggemässen Frequenzwandlers.
Fig. 8 das Schema eines mit Hochfrequenz-Koaxialübertrager arbeitenden erfindungsgemässen Frequenzwandlers und schliesslich Fig. 9 des Schema eines Frequenzwandlers nach der Erfindung, der mit einer schwingenden Übertragungsleitung arbeitet.
Die Fig. 1 zeigt eine typische Negativdiode wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann.
Eine für diesen Zweck praktisch bewährte Diode ist aus einer Einkristallstange von Germanium der N-Type gewonnen, die mit Arsen behandelt ist, um eine Donatorenkonzentration von 4, 0 1019 cm-3 zu zeigen, was durch Anwendung von in der Halbleitertechnik bekannten Methoden erzielbar ist, z. B. dadurch, dass aus geschmolzenem Germanium, welches die erforderliche Arsenkonzentration aufweist, ein Kristall gezogen wird. Aus dieser Stange wird längs der 111-Ebene, das ist eine Ebene die zur kristallographischen 111-Achse des Kristalls senkrecht steht, ein Blättchen 10 abgeschnitten. Das Blättchen 10 wird in eine Tiefe von etwa 0, 05 mm mittels üblicher Ätzlösung angeätzt. Eine der grösseren Oberflächen des Blättchens 10 wird auf einem Streifen 12 eines Leiters, z. B.
Nickel, mittels eines herkömmlichen Blei-Zinn-
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Arsenlotes angelötet, um einen nichtgleichrichtenden Kontakt zwischen den Blättchen 10 und dem Strei- ten- zu sichern. Der Nickelstreifen- kann gegebenenfalls als Basisleiter dienen.
Ein Bereich oder Körper 14 mit einem Durchmesser von 0, 125 mm, bestehend aus 99Gew.-% Indium, 0, 5 Gew.-% Zink und 0, 5 Gew.-% Gallium (im Folgenden Indiumkörper genannt), wird mittels einer kleinen Menge von handelsüblichen Flussmitteln auf der freien Oberfläche 16 des Germaniumblättchens 10 fixiert und sodann auf eine um 450 C liegende Temperatur für die Zeitdauer von 1 min und in einer Atmosphäre trockenen Wasserstoffs erhitzt um zu erlauben, dass ein Teil des Indiumkörpers sich mit der freien Oberfläche 16 des Blättchens 10 legiert, worauf schnell abgekühlt wird. In dem auf die Legierungsbildung abzielenden Verfahrensschritt wird die Einheit so schnell wie möglich erhitzt und gekühlt, um einen plötzlichen P-N- Übergang zu erzeugen.
Die Einheit wird dann abschliessend 5 sec lang in einer, geringen Jodgehalt aufweisenden Ätzlösung geätzt und anschliessend in destilliertem Wasser gespült. Eine geeignete Ätzlösung geringen Jodgehaltes erhält man, indem man einen Tropfen einer Lösung aus 0, 55 g Kaliumjodid und 100 cm3 Essigsäure mit 100 cm3 konzentrierter Salzsäure mischt. Es kann dann noch ein Anschlussdrähtchen an den Fleck 14 angelötet werden, falls die Einrichtung für gewöhnliche Frequenzen arbeiten soll. Wenn die Vorrichtung für hohe Frequenzen bestimmt ist, wird die Verbindung zum Indiumkörper mit einer Zuleitung niedriger Impedanz vollzogen.
Einenach dem vorhergehenden Beispiel hergestellte Halbleitereinrichtung zeigt die folgenden Kennwerte : Kl 1 Ohm
C = 500 paf RC = 0, 5 mfLsec, worin R den Durchschnittswert des negativen Widerstandes vom Maximal- zum Minimalstrom vorstellt, C den Kapazitätswert der Verbindungsstelle im Arbeitspunkt der Diode und RC die näherungsweise Zeitkonstante, welche die Frequenzcharakteristik der Diode bestimmt.
An Stelle von Germanium können auch andere Halbleiter verwendet werden, insbesondere Silicium und Am Bv-Verbindungen. Eine AnBv-Verbindung ist einer Verbingung die aus einem Element der Gruppe III und der Gruppe V des periodischen Systems der Elemente besteht, wie z. B. Galliumarsenid, Indiumarsenid und Indiumantimonid. Wenn AiiBv-Verbindungen verwendet werden, so dienen die gewöhnlich in solchen Verbindungen benützten Verunreinigungen der p-und der n-Art
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der Verbindungsstelle ab ; typische Ströme liegen in der Grössenordnung von mA.
Für eine kleine rückwärts gerichtete Spannung nimmt der Rückstrom der Diode als Funktion der Spannung zu, wie dies durch den Bereich b der Fig. 2 dargestellt ist.
Für kleine Vorwärts-Vorspannungen ist die Charakteristik symmetrisch, vgl. Fig. 2, Bereich c. Bei höheren Vorwärts-Vorspannungen erreicht der Vorwärtsstrom ein Maximum (Bereich b, Fig. 2), und beginnt dann zu fallen. Dieser Abfall (Fig. 2, Bereich e) währt solange, bis eventuell eine normale Injektion über die Schranke Einfluss erlangt und die Charakteristik in das gewohnte Vorwärtsverhalten einschwenkt (Bereiche Fig. 2).
Der negative Widerstand der Diode ist das Spannungsdifferential dividiert durch das Stromdifferential, oder die reziproke Steilheit des Bereiches e der Fig. 2. Man kann die Diode zwecks Erzielung einer stabilen Arbeitsweise im negativen Spannungsbereich vorspannen, indem man eine Spannungsquelle verwendet, deren innerer Widerstand geringer ist als der negative Widerstand der Diode. Wie die Fig. 3 zeigt, kann die Spannungsquelle 18 eine Batterie 22 und einen Regelwiderstand 24 umfassen, wobei der innere Widerstand der Spannungsquelle die Summe des inneren Widerstandes der Batterie 22 und des eingestellten Widerstandswertes des Regelwiderstandes 24 vorstellt.
Eine derartige Spannungsquelle hat eine Gleich- stromlastlinie 25, wie sie Fig. 2 zeigt, die durch ein Verhältnis von Strom zu Spannung gekennzeichnet ist, das eine grössere Neigung aufweist als die negative Neigung der Diodencharakteristik und die letztere nur in einem einzigen Punkt schneidet. Wenn die Spannungsquelle 18 einen inneren Widerstand aufweist, der grösser ist als der negative Widerstand der Diode, so würde die Spannungsquelle eine Lastlinie 26 mit einer kleineren Neigung als die negative Neigung der Diodencharakteristik in Fig. 2 aufweisen und würde die Diodencharakteristik in drei Punkten schneiden. Unter den letztgenannten Bedingungen ist die Diode im negativen Widerstandsbereich jedoch nicht stabil vorgespannt.
Dieser Mangel an Stabilität ist eine Folge des Umstandes, dass eine Änderung der durch die Diode als Folge von Störungen fliessende Ströme eine regenerative Reaktion verursachen kann, mit der Folge, dass die Diode einen ihrer beiden stabilen Zustände, die durch den Schnittpunkt der Lastlinie 26 mit dem positiven Widerstandsteil der Diodencharakteristik dargestellt sind, annimmt.
Die Wandlerschaltung nach Fig. 3 umfasst eine Negativdiode 20, die der vorhin beschriebenen Art angehören kann und zu drei abgestimmten Schwingkreisen 26, 28 und 30 parallel geschaltet ist. Der Kreis 26 welcher mit der Diode 20 über ein Paar von Blockkondensatoren 38 und 40 gekoppelt ist, umfasst eine Induktivität 32 und eine Kapazität 34, die auf die Frequenz einer im Rundfunkwellenbereich modulierten Eingangssignalträgerwelle abgestimmt sind, die an die Eingangsklemmen 36 und 37 gelegt wird. Die
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Impedanzen der Kondensatoren 38 und 40 sind hinreichend hoch gewählt, um eine unzulässige Aufladung der abgestimmten Kreise 28 und 30 zu verhindern. Die Eingangsklemme 36 ist mit einem Anzapfpunkt der Spule 32 verbunden um die Impedanz der Trägerwellenquelle dem Widerstand der Diode anzupassen.
Der abgestimmte Kreis 28 beinhaltet einen Selbstinduktor 42, welcher mit der Kapazität der Diode 20 bei der Frequenz des Orts-Oszillators 44 in Resonanz liegt, dessen Signale der Diode zugeführt werden.
Das Zusammenwirken des Oszillatorsignals und der signalmodulierten HF-Trägerwelle im nichtlinearen negativen Widerstandsbereich der Diode 20 führt zur Erzeugung mehrerer Seitenbandsignale, welche
Frequenzen des Originalsignals zeigen sowie der Summe und Differenz der Originalsignale und andere
Frequenzen, wie sie durch Harmonische der ursprünglichen Signale und ihres gegenseitigen Zusammen- wirkens erzeugt werden.
Der Kreis 30, der eine Kapazität 46 und eine Induktivität 48 enthält, schwingt bei der Frequenz des gewünschten Seitenbandes oder Zwischenfrequenzsignals (ZF-Signals) und ist an die Diode 20 über ein
Paar von Block-Kondensatoren 50 und 52 gekoppelt. Um den kleinen negativen Widerstand der Diode 20 an die Impedanzen der Kreise 26 und 30 anzupassen, ist die Diode diesen Kreisen entsprechend bemessen.
In der dargestellten Schaltung ist die Frequenz des gewünschten ZF-Signals gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der signalmodulierten Trägerwelle und der Oszillatorwelle und erscheint über einem
Paar von Ausgangsklemmen 56 und 57. Zwecks Verbesserung der Stabilität überschreitet der effektive, positive Leitwert jedes der Kreise 26, 28 und 30 in ihren Absolutwerten den negativen Leitwert der Diode 20.
Die Gleichspannungsquelle 18 ist mit der Anode der Diode 20 über eine Induktivität 42 und direkt mit der Kathode der Diode 11 so verbunden, dass eine Vorwärts-Vorspannung der Diode 20 gewährleistet ist. Der Kondensator 40 ist über die Spannungsquelle 18 gelegt, um den Schwingkreis zu vervollständigen und Störschwingungen zu dämpfen, die möglicherweise in der Gleichstromvorspannungsschaltung entstehen könnten. Der Gesamtwiderstand des Widerstandes 24, der Batterie 22 und der Induktivität 42 ist geringer als der negative Widerstand der Diode 20, so dass die letztere in dem Bereich ihres negativen Widerstandes stabil vorgespannt ist.
Um das maximale Ausmass von Nichtlinearität für die Erzeugung von Überlagerungssignalen zu gewährleisten, kann der Wert des Widerstandes 24 so eingestellt werden, dass er die Diode auf einen Punkt der negativen Neigung nahe dem Stromminimum oder, in Abänderung, auch nahe dem Strommaximum einstellt. Falls gewünscht, kann die Diode auch in einem Punkt positiven Widerstandes ihrer Charakteristik vorgespannt werden, so dass die angelegten Signale ihn zumindest über einen Teil seiner Arbeitsperiode in den Bereich des negativen Widerstandes verschieben.
Da die Diode 20 negativen Widerstand aufweist, trachtet sie Energie an jeden der drei Kreise 26, 28 und 30 abzugeben. Dies gestattet es der erfindungsgemässen Frequenzwandlerschaltung mit einem grösseren Leistungsgewinn zu arbeiten als dies mit andern, bekannten Frequenzwandler dieser allgemeinen Type möglich wäre. Es erweist sich, dass der günstige Leistungsgewinn von erfindungsgemässen Schaltungen durch die folgenden, vereinfachten Überlegungen erklärt werden kann :
Die Trägerwellen und Oszillatorwellen der Kreise 26 bzw. 28 wirken im nichtlinearen Widerstandsbereich der Diode 20 zusammen, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen. Demnach können die Kreise 26 und 28 als das Äquivalent einer ZF-Signalquelle aufgefasst werden, die über die Klemmen der Diode 20 und auch über die Klemmen des abgestimmten Kreises 30 gelegt ist.
Eine von dieser Quelle erzeugten ZF-Spannung trachtet einen Strom durch den Kreis 30 in einer Richtung zu treiben. Es kann angenommen werden, dass die Quelle an den Kreis 30 bei ZF angepasst ist, so dass eine maximale Gleichstromübertragung erzielt wird.
Die ZF-Spannung wird ausserdem über die Negativdiode gelegt und erzeugt einen Wechsel des sie durchfliessenden Stromes, dessen Momentanrichtung entgegengesetzt der Richtung der Änderung des durch den Kreis 30 fliessenden Stromes ist. Der Diodenstrompfad beinhaltet den Kreis 30 und der Diodenstrom verläuft in einer Richtung, in welcher der direkt im Kreis 30 durch die aufgedrückte ZF-Spannung erzeugte Strom verstärkt wird. Demnach wird ein grösserer ZF-Strom durch den Kreis 30 fliessen als durch die wirksame ZF-Quelle allein erzeugt werden könnte, so dass ein Leistungsgewinn erzielt werden kann.
Ein dieser Art angehörender Wandler, der hervorragende Arbeitscharakteristiken zeigte, wurde für einen Arbeitsbereich einer 70 MHz aufweisenden HF-Signalquelle gebaut und verwendete einen 40 MHz Oszillator, um ein 30 MHz-ZF-Signal zu liefern.
Fig. 4 zeigt das Schema einer selbstschwingenden, mit Negativdiode versehenen Wandlerschaltung.
Eine solche Schaltung benötigt keinen äusseren Schwingungserzeuger. Drei parallel liegende Resonanzkreise 26', 28'und 30', welche auf Frequenzen abgestimmt sind, die den HF-, bzw. den Oszillator- und den ZF-Signalen entsprechen, sind mit der Negativdiode 20'parallel geschaltet. Signalmodulierte ZF-
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satoren 50'und 52'gekoppelt.
Die Diode wird vermittels einer geeigneten Spannungsquelle 18', die einen Regelwiderstand 24'und eine Batterie 22'beinhaltet, in geeigneter Weise vorgespannt, um den angelegten Signalen einen nicht-
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linearen, negativen Widerstand entgegenzusetzen. Die Schaltungskonstanten sind so gewählt, dass der negative Leitwert der Diode 20'kleiner ist als entweder der RF-Eingangskreis 26'oder der ZF-Ausgangskreis 30', so dass der Wandler bei einem RF-Eingang und bei ZF-Frequenzen stabil arbeitet. Die positive Konduktanz der schwingenden Elemente der Oszillatorschaltung 28'ist jedoch geringer als die negative Konduktanz welche die Diode 20'entwickelt, so dass der Kreis bei der Abstimmfrequenz des Oszillators 28' schwingt.
Die angelegte, signalmodulierte HF-Trägerwelle und das an Ort erzeugte Oszillatorsignal, welche beide der Diode 20'zugeführt werden, wirken im nichtlinearen Widerstandsbereich der Diode zusammen um ein ZF-Signal zu erzeugen, welches über dem ZF-Kreis 30'entwickelt wird und an den Ausgangsklemmen 56'erscheint. Wie schon weiter oben dargelegt, liefert der negative Widerstand der Diode Energie an den ZF-Kreis und schafft dadurch die Voraussetzung, dass die Schaltung mit einem hervorragend guten Leistungsfaktor arbeitet.
Fig. 5 ist das schematische Schaltbild eines selbstschwingenden Frequenzwandlers, der eine verbesserte Trennung zwischen den Eingangs- und den Ausgangsklemmen gewährleistet. Eine aus einer nicht dargestellten Quelle stammende, signalmodulierte HF-Trägerwelle wird zwischen ein Paar von Eingangsklemmen 60, 61 gelegt, wobei die Klemme 61 an ein Bezugspotential oder Erde gelegt ist. Eine Serienschaltung mit einer Kapazität 64 und einer Selbstinduktion 62, die auf die Eingangssignalfrequenz abgestimmt sind, ist zwischen die Eingangsklemme 60 und die eine Klemme einer Negativdiode 66 gelegt. Der Frequenzwandler umfasst auch ein Paar von ZF-Ausgangsklemmen 68 und 69, von denen die Klemme 69 geerdet ist.
Eine Selbstinduktion 70 und eine Kapazität 72, abgestimmt auf die ZF ist zwischen die Klemme 68 und die Negativdiode 66 gelegt. Die Kapazität der Diode 66 ist durch eine parallel zur Diode liegende Selbstinduktion 74 abgestimmt, um einen Parallelschwingkreis zu bilden, der bei der Frequenz des örtlichen Oszillators schwingt.
Die Diode ist so vorgespannt, dass sie eine stabile, nichtlineare negative Widerstandscharakteristik liefert u. zw. mittels einer geeigneten Spannungsquelle, die eine Batterie 76, einen hiezu in Serie liegenden Regelwiderstand 78 und einen spannungsteilenden Widerstand 80, der zwischen die Induktivität 74 und die Kathode der Diode 66 gelegt ist, umfasst. Der positive Widerstandswert des Widerstandes 80 ist geringer als der negative Widerstand der Diode 66 ; demgemäss liegt der Gleichstrom-Vorspannungskreis insgesamt einem positiven Widerstand gegenüber, so dass störende Schwingungen nicht auftreten. Dem Widerstand 80 folgt ein für Signalfrequenzen durchlässiger Kondensator 82. Demnach hat der Widerstand
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als negativer Widerstand der Wechselstromschaltungen.
Der gesamte, wirksame, positive Widerstand des HF-Kreises 62, 64 und des ZF-Kreises 70, 72 (von denen jeder mit der Diode 66 in Serie liegt) ist grösser als der negative Widerstand der Diode, so dass der Wandler bei diesen Frequenzen stabil arbeitet. Jedoch ist der effektive Widerstand des abgestimmten Oszillatorkreises 74, 66, der mit der Diode 66 parallel liegt, grösser als der negative Widerstand der Diode, weshalb der Kreis bei Oszillatorfrequenz schwingen wird. Diese Anordnung gewährleistet das gewünschte Ortssignal für eine Überlagerung mit dem angelegten HF-Träger im nichtlinearen Widerstandsbereich der Diode 66 um das resultierende ZF-Signal zu ergeben. Der HF-Eingangskreis 62, 64 liegt in Serienresonanz bei den Frequenzen der signalmodulierten Trägerwelle und stellt daher hinsichtlich dieser Frequenzen eine Minimalimpedanz vor.
Dieser Kreis bildet jedoch eine relativ hohe Impedanz bei Oszillatorund Zwischenfrequenz. In der gleichen Weise ist der Serienresonanz-ZF-Ausgangskreis 70, 72 eine Minimalimpedanz für die ZF, jedoch eine relativ höhere Impedanz für die Oszillator- und HF-Signalfrequenzen.
Diese Schaltungsauslegung trachtet die Zwischenfrequenz und die Oszillatorsignale daran zu hindern, die Eingangsklemmen 60 und 61 zu erreichen, und auch danach, die HF- und die Oszillatorsignale daran zu hindern, die Ausgangsklemme 68 und 69 zu erreichen.
Wie im vorhergehenden dargelegt, verbessert der negative Widerstand der Diode 66 die VerstärkungsUmwandlungscharakteristik des Frequenzwandlers verglichen mit bekannten Wandlerschaltungen. Die angelegte, signalmodulierte HF-Trägerwelle und das erzeugte Oszillatorsignal, welche der Diode 66 zugeführt werden, wirken mit dem nichtlinearen Widerstandsbereich der Diode zusammen, um ein ZF-Signal zu ergeben, das über dem ZF-Kreis 70-72 abgenommen werden kann und im Ausgangspunkt 60 erscheint. Wie schon dargelegt, liefert der negative Widerstand der Diode 66 Leistung an den ZF-Kreis, wodurch dieser einen besonders günstigen Umwandlungs-Verstärkungsfaktor aufweist.
Ein anderer selbstschwingender, erfindungsgemässer Frequenzwandler ist in Fig. 6 dargestellt. Mit einer Negativdiode 94 ist ein auf die Frequenz von HF-modulierten Trägerwellen abgestimmter Eingangskreis 90 sowie ein Ausgangskreis 92, der auf ZF abgestimmt ist, in Serie geschaltet. Eine Induktivität 96 liegt mit der Diode 94 parallel und schwingt zusammen mit der Diodenkapazität bei der gewünschten Oszillatorfrequenz. Die Konstanten des HF- und ZF-Kreises sind so gewählt, dass sie die Diode 94 ausreichend belasten, so dass der Wandlerkreis bei den Abstimmfrequenzen dieser Kreise stabil arbeitet.
Der abgestimmte Kreis, welcher die Induktivität 96 beinhaltet, ist so ausgelegt, dass er eine höhere Gütezahl Q aufweist als das wirksame Q der Diode, welches durch die Formel
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RF-Welle auf Resonanz abgestimmt ist. Das andere Ende der Leitung 151 ist mit einem nicht dargestellten örtlichen Schwingungserzeuger verbunden. Dieses Ende der Leitung beinhaltet ein zweites Paar von Abstimmköpfen 152 bzw. 154, die mit einem Paar von einstellbaren Schiebern 156 bzw. 158 abgestimmt werden. Das zweite Paar von Abstimmeinrichtungen 156 und 158 ist um eine Viertelwellenlänge der Oszillatorfrequenz im Abstand voneinander angeordnet und so eingestellt, dass sie dieses Ende der Leitung auf Oszillatorfrequenz abstimmt.
Die gezeigte Anordnung gewährleistet auch die optimale Impedanz- anpassung zwischen der signalmodulierten und der Oszillatorwelle und einer nichtlinearen Negativdiode ssss, die zwischen dem Mittelleiter 140 und dem Aussenleiter 142 mittels eines Regelwiderstandes 162 und einer Batterie 164 angeschlossen ist.
Die Diode 160 ist stabil vorwärts vorgespannt um durch Einstellung des Widerstandes 162 einen nicht-
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Das Zusammenwirken der Oszillator- und HF-Signale im nichtlinearen Widerstandsbereich der Diode führt wie schon dargelegt, zur Erzeugung zahlreicher Seitenbänder. Ein Abschnitt 166 der Koaxialleitung umfasst einen Innenleiter 168, der mit dem Innenleiter 140 in einem Punkt nahe dem Anschluss der Diode 160 verbunden ist. Die Leitung 166 ist durch geeignete, zusätzliche, die Kreiskonstanten beeinflussende Schaltelemente, die nicht dargestellt sind, auf die ZF-Signale abgestimmt, wodurch der ZF-Signalausgang durch den Abschnitt 166 der Koaxialleitung erhalten wird.
Eine andere erfindungsgemässe Ausführung eines Frequenzwandlers ist in der Fig. 9 dargestellt. Signalmodulierte HF-Wellen und Oszillatorwellen, die aus einer nicht dargestellten Quelle stammen, werden an eine koaxiale Leitung 170 gekoppelt, die einen Innenleiter 172 aufweist. Die Leitung 170 ist so geschaltet, dass sie eine Viertelwellenresonanzleitung antreibt, die ein Paar von streifenförmigen Leitern 174 und 176
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Spannungsmaximum der stehenden Welle aus. Am gegenüberliegenden Ende der Viertelwellenleitung ist eine negative Widerstandsdiode 178 angeordnet. Der Diodenkörper kann direkt zwischen die Leiter der Übertragungslinie gekoppelt werden, so dass die Anode den oberen Leiter 174 berührt.
Zwischen die Leiter 174 und 176 der Viertelwellenleitung ist eine kombinierte Gleichstromvorspannungsschaltung gelegt, so dass eine ZF-Welle durch das nichtlineare Zusammenwirken des HF-Trägers und der örtlichen Oszillatorsignale erhalten werden kann. Die Diode ist durch eine Batterie 180 vorgespannt, die in Serie mit einem Regelwiderstand 182liegt, um die an die Diode gelegte Spannung auf einen Wert zu beschränken, der die Diode veranlasst, eine stabile, nichtlineare, negative Widerstandscharakteristik zu zeigen. Um die Zwischenfrequenzwelle zu gewinnen, schwingt eine Selbstinduktion 184, die mit der Diode parallel verläuft, zusammen mit der Kapazität der Diode bei Zwischenfrequenz. Ein Parallelschwingkreis 186 ist mit dem Induktor 184 gekoppelt um Signalenergie zu gewinnen.
Obgleich jeder Frequenzwandler, der in Verbindung mit den Fig. 7 bis 9 beschrieben wurde, verteilte schwingende Schaltelemente umfasst, wie einen Hohlraumresonator oder Übertragungsleitungen, ist die Wirkungsweise dieser Teile im wesentlichen dieselbe wie die der Frequenzwandlerschaltungen mit gesonderten Abstimmelementen gemäss den Fig. 3 bis 6. Jedenfalls ist die Diode so vorgespannt, dass sie einen stabilen, nichtlinearen, negativen Widerstand vorstellt. Das Zusammenwirken von modulierten Eingangssignalen und der Oszillatorwellen im nichtlinearen Widerstand der Diode führt zur Erzeugung entsprechender, signalmodulierter ZF-Wellen. Ein Verstärkungsgewinn, der jenen bekannten Typen vergleichbarer Schaltungen überschreitet, wird zufolge der dem ZF-Kreis von der Negativdiode angelieferten Energie erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mit einer Tunneldiode versehener Frequenzwandler mit Eingangsteil und Zwischenfrequenzteil, wobei eine Zwischenfrequenzwelle durch das Zusammenwirken einer Eingangswelle und einer Welle
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