CH378378A - Anordnung zur Kopplung eines rauscharmen Verstärkers mit einer Belastung - Google Patents

Description

  Anordnung zur Kopplung eines rauscharmen Verstärkers mit einer Belastung    Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur  Kopplung eines rauscharmen Verstärkers mit einer  Belastung, deren Rauschtemperatur höher ist als die  des Verstärkers.  



  Es sind bereits Verstärker dieser Art bekannt, die  im Gegensatz zu Verstärkern mit Röhren oder Transi  storen ein äusserst niedriges Eigenrauschen aufweisen,  wie z. B.  Maser . Infolge des niedrigen Eigenrau  schens eignen sich diese Verstärker insbesondere zur  Verwendung in sehr empfindlichen Empfängern, bei  denen nur eine äusserst geringe     Nutzsignalenergie    zur  Verfügung steht, z. B. bei Radioteleskopen oder     Funk-          messanlagen    zum Erfassen von Zielen in grosser Ent  fernung.  



  Die Belastung solcher Verstärker besteht im allge  meinen aus einer nachfolgenden mit     Verstärkerröhren     bestückten     Verstärkerstufe,    und es ist in der Praxis  meist unvermeidlich, dass diese Belastung selber ein  Eigenrauschen aufweist.  



  Die Erfindung gründet sich auf der Erkenntnis, dass  bei den bekannten Verstärkern dieser Art nicht nur das  Eingangssignal, sondern auch das Rauschen der Bela  stung selber verstärkt wird, so dass sich an dieser Last  eine viel stärkere Rauschkomponente ergibt, als beim  Fehlen des Verstärkers der Fall gewesen wäre und  somit das Verhältnis Nutz- zu Störpegel ungünstig be  einflusst wird.  



  Die Erfindung verringert diesen Nachteil. Die An  ordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeich  net, dass Übertragung der Rauschenergie von der Be  lastung zum Verstärker dadurch vermieden wird, dass  ein einseitig in der Richtung zur Belastung durchlässiges  Kopplungselement, dessen Rauschtemperatur niedri  ger ist als diejenige der Belastung, zwischen dem Ver  stärker und der Belastung geschaltet ist. Infolge dieser  Massnahme wird die Belastung gleichsam gegen den  Verstärker isoliert, wodurch zwar Energie vom Ver-    stärker auf die Belastung übertragen werden kann,  jedoch die Rauschenergie der Belastung nicht dem  Verstärker zugeführt und von diesem verstärkt werden  kann, so dass es nicht mehr nötig ist, die Belastung  selber rauscharm zu machen, z. B. durch Kühlung, was  in der Praxis meist sogar völlig unmöglich ist.  



  Nichtreziproke, einseitig Energie durchlassende  Kopplungsglieder sind an sich bekannt. Bestimmte       Ausführungsformen    werden als  Undine  und      Zirku-          lator     bezeichnet und sind z. B. im Bell System     Tech-          nical    Journal, 1952, Seiten 1-31, beschrieben worden.  



  Es wird bemerkt, dass es bekannt ist, bei einem Am  moniak-Maser einen     Richtungskoppler    mit schwacher  Kopplung zu verwenden. Solche     Richtungskoppler     sind jedoch reziprok und können somit nicht die Zu  rückführung der Rauschenergie der Belastung zu dem  Verstärker verhüten und also nicht den erwünschten  Effekt herbeiführen.  



  Die erfindungsgemässe Anordnung wird nachste  hend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus  führungsbeispiels näher erläutert.  



  Bei dieser Anordnung werden die von einer Antenne  21 empfangenen Signale einem Arm a eines     Zirkulators     22 zugeführt. Unter einem     Zirkulator    wird in der Mi  krowellentechnik ein nichtreziprokes Übertragungs  glied verstanden. Es ist kennzeichnend für einen sol  chen     Zirkulator,    dass die dem Arm a zugeführte Energie  sich selektiv in Richtung des Armes b fortpflanzt. Der  Arm b des     Zirkulators    dient zur Zufuhr des Betriebs  signals an den Maser 23. Zu diesem Zweck eignet sich  insbesondere ein     Feststoffmaser,    wie er in dem  schweizerischen Patent Nr. 359757 beschrieben wor  den ist.

   Das verstärkte Ausgangssignal des     Masers     wird dem Arm b zugeführt und pflanzt sich durch den       Zirkulator    selektiv in Richtung des Armes c fort. Das  Hilfssignal wird dem Maser vom     Hilfsoszillator    24  zugeführt. Der Arm c des     Zirkulators    leitet seinerseits      die Energie weiter an die Last 25, die meist eine weitere  Stufe des Empfängers oder der     Hohlraumresonator     infolge von Fehlanpassungen von der Belastung     reflek-          einer    zweiten     Maserstufe    ist, wenn eine höhere Verstär  kung verlangt wird, als mit einer einzigen     Maserstufe     erzielbar ist.

   Um zu verhüten, dass Energie, die infolge  von Fehlanpassungen von der Belastung     reflektiert     wird, wieder zur Belastung zurückkehrt, enthält der       Zirkulator    einen weiteren Zweig<I>d.</I> Der Arm<I>d</I> leitet  die Energie dabei weiter an die praktisch angepasste  Belastung 26, die somit     Reflexionen    auf ein Mindest  mass beschränkt. Mit Rücksicht auf die Erzielung eines  möglichst hohen Verhältnisses Nutz- zu Störpegel des       Maserverstärkers    ist es erwünscht, dass dieser auf ver  hältnismässig niedriger Temperatur, und zwar auf  wenigen Graden Kelvin, gehalten wird, so dass er selber  nur ein äusserst geringes Eigenrauschen aufweist.

   In  einem solchen Falle ist es besonders wichtig, das Rau  schen sämtlicher weiteren möglichen Rauschquellen  auf ein Mindestmass zu beschränken. Vorzugsweise  werden dann auch nicht nur der Maser, sondern auch  das nichtreziproke Übertragungsglied, z. B. der     Zirku-          lator,    und die praktisch angepasste Belastung des Armes  d auf wenige Grade Kelvin abgekühlt. Die Antenne ist  in Wirklichkeit der Strahlungstemperatur des inter  stellaren Raumes ausgesetzt und bildet infolgedessen  keine Rauschquelle von Bedeutung.

   Im vorliegenden  Falle, in dem der     Zirkulator    bei sehr niedrigen Tem  peraturen betrieben wird, ist es möglich,     paramagneti-          sches    Material anstelle des üblichen     ferromagnetischen     Materials im     Gyrator    zu verwenden. Dieser     Gyrator     ist ein kennzeichnender Teil eines     Zirkulators    vom Typ,  der im vorstehend erwähnten Aufsatz in      The    Bell  System     Technical    Journal , Jahrgang 31, Seiten 1-31  (1952) beschrieben worden ist.

   Die Verwendung     para-          magnetischen    Materials ist in diesem Falle möglich,  weil bei der beabsichtigten     niedrigen    Temperatur die  erzielbare     Magnetisierung    gross genug wird. Vorzugs  weise wird ausserdem die angepasste Belastung 26 a am  Arm d auf niedriger Temperatur gehalten. Weil der       Zirkulator    22 die Belastung 25 vom Verstärker 23  trennt, ergibt sich die besondere Wirkung, dass das  Rauschen der Belastung 25 nicht in den Verstärker 23  eindringen und dort verstärkt werden kann, was eine  unerwünschte Verstärkung des Rauschens der Bela  stung 25 herbeiführen würde.

   Unter diesen Umständen  ist es dann auch nicht notwendig, dass die Belastung 25    selber     rauscharm    ist, was in der Praxis in vielen Fällen  nicht oder nur schwer     verwirklichbar    ist. In der Zeich  nung ist durch die gestrichelte Linie 28 angegeben, dass  die von dieser gestrichelten Linie umgebenen Elemente  in einer geeigneten Kühlanlage untergebracht sind.  



       Einfachheitshalber    sind die verschiedenen Filter  elemente, die dazu benutzt werden, die Übertragung  des Hilfssignals auf die Belastung auf ein Mindestmass  zu beschränken, nicht dargestellt, weil sie an sich be  kannt sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Kopplung eines rauscharmen Ver stärkers mit einer Belastung, deren Rauschtemperatur höher ist als die des Verstärkers, dadurch gekennzeich net, dass Übertragung der Rauschenergie von der Be lastung zum Verstärker dadurch vermieden wird, dass ein einseitig in der Richtung zur Belastung durchlässi ges Kopplungselement, dessen Rauschtemperatur nie driger ist als diejenige der Belastung, zwischen dem Verstärker und der Belastung geschaltet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Kopplungselement ein Zirku- lator ist. 2.

   Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zirkulator frei Anschlüsse auf weist, von welchen der erste mit der Quelle der zu ver stärkenden Energie, der zweite mit dem Verstärker, und der dritte mit der Belastung gekoppelt ist. 3. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zirkulator vier Anschlüsse auf weist, von welchen der erste mit der Quelle der zu ver stärkenden Energie, der zweite mit dem Verstärker, der dritte mit der Belastung und der vierte mit einer Hilfs belastung gekoppelt ist, welche diesen Anschluss prak tisch reflexionsfrei abschliesst. 4. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Kopplungselement gekühlt ist. 5.

   Anordnung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zirkulator und die Hilfsbela stung gekühlt sind. 6. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das wirksame Material im Kopp lungselement ein paramagnetischer Stoff ist.