DE1120519B - Schaltungsanordnung mit parametrischen Eigenschaften zur Verwendung als Frequenzteiler, Verstaerker, Modulator oder Schieberegister - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21a⁴ 6/01

INTERNATIONALE KL.

H03b;c;f;k

116622 IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 24. JUNI 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 28. DEZEMBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit parametrischen Eigenschaften zur Verwendung als Frequenzteiler, Verstärker, Modulator oder Schieberegister, die mindestens einen annähernd auf eine Frequenz Z₁ abgestimmten Resonator in Form einer Wellenleitung mit einem oder mehreren Signalein- und -ausgängen und einer Energiezuführungseinrichtung enthält, ferner mindestens eine nichtlineare und vorerregte Reaktanz.

Es werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die besonders zur vorteilhaften Verwendung in Verstärkern, Oszillatoren, Speicheranordnungen, Schieberegistern, logischen Anordnungen, Impulsformern usw. geeignet sind. Die hier gezeigten Ausführungsformen sind zwar besonders zur Verwendung in der Datenverarbeitung, der Rechentechnik usw. geeignet, aber die Erfindung soll nicht auf diese Gebiete beschränkt sein.

Auf dem Gebiet der Datenverarbeitung und der elektronischen Rechenmaschine ist es von Vorteil, zuverlässige Quellen für Wechselspannungen oder Wellen mit zwei oder mehr stabilen Phasen zu haben. Dabei muß man in der Lage sein, solche Wellen zu verstärken. Man muß leicht von einer stabilen Phase auf eine andere stabile Phase umschalten können. Ferner ist es von Vorteil kontinuierliche Wellen mit stabiler Phasenlage zur Darstellung von Informationselementen für längere oder kürzere Zeitabschnitte aufrechtzuerhalten. Die Erfindung ist unter anderem auf eine Schaltungsanordnung mit derartigen Eigenschäften gerichtet.

Es sind an sich bereits parametrische Verstärker bekanntgeworden, die mit einem Hohlraumresonator und einer darin angeordneten Diode arbeiten. Dabei ist der Hohlraumresonator bei nur auf eine Frequenz abgestimmter Diode gleichzeitig für drei verschiedene Frequenzen in Resonanz. Ferner ist bereits ein Verfahren zur Frequenzteilung mit Hilfe eines Schwingkreises bekannt, bei dem ein nichtlineares Reaktanzelement zur Erzeugung von Subharmonischen benutzt wird. Ferner sind andere Ausführungen von parametrischen Verstärkern bekannt, deren Schaltelemente aus Spulen, Widerständen und Kondensatoren bestehen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine allseitig für Verstärker, Frequenzteiler, Modulatoren oder Schieberegister brauchbare Schaltungsanordnung mit parametrischen Eigenschaften zu schaffen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die nichtlineare Reaktanz oder die nichtlinearen Reaktanzen in mindestens einem Wellenbauch der Frequenz Z₁ des Wellenleiters in der Weise angeordnet ist oder sind, daß sie durch die dort auftretende Schaltungsanordnung

mit parametrischen Eigenschaften

zur Verwendung als Frequenzteiler,

Verstärker, Modulator oder Schieberegister

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H., Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1958 (Nr. 745 573)

Kenneth Eugene Schreiner, Harrington Park, N. J.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

entsprechende Feldstärke beeinflußt wird oder werden, daß die Zuführungseinrichtung der Energie einer von der Frequenz Z₁ verschiedenen Frequenz f₂ in einem auf dem Wellenleiter auftretenden Spannungsknoten der Frequenz f₁ angeordnet ist und daß jeweils ein oder mehrere Signalein- und -ausgänge des Wellenleiters mindestens nahezu in den Spannnungsknoten der Frequenz f₂ angeordnet sind.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Energiezuführungseinrichtung Anpassungsreaktanzen zur Kompensation der bei einer Frequenz f₂ auftretenden imaginären Komponente der Eingangsimpedanz des Wellenleiters enthält. Dazu wird eine Doppelleitung verwendet, die mindestens an einem Ende durch eine nichtlineare Reaktanz, insbesondere eine Diode abgeschlossen ist.

Vorzugsweise wird eine als konzentrische Leitung ausgebildete Doppelleitung verwendet, deren Länge mindestens annähernd /JA der Frequenz J₁ entspricht, deren eines Ende durch eine Halbleiterscheibe und deren anderes Ende durch eine weitere Halbleiterscheibe oder durch einen linearen kapazitiven Widerstand abgeschlossen ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführangsform der Erfindung ist die Energiezuführung der Fre-

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quenz Z₂. die vorzugsweise höher ist als die Fre- kann. Während zwischen den Wellen der Frequenz Z₁

quenz/j, kapazitiv mit mindestens einem Leiter der bzw. Z₂ ein genaues Frequenz- und Phasenverhältnis

Doppelleitung im Spannungsknoten der Frequenz Z₁ nötig ist, brauchen die Resonanzfrequenzen des

gekoppelt, wobei für jeden Spannungsknoten der Systems einander nur annähernd zu entsprechen.

Frequenz Z₂ zwei Signalein- und/cder -ausgänge der 5 Die Anfangswellenkomponente der Frequenz Z₁

Frequenz Z₁ vorgesehen sind, die ebenfalls kapazitiv kann entweder eine durch thermische Vorgänge,

mit mindestens einem Leiter der Doppelleitung ge- Stromkreisrauschen, usw. spontan erzeugte Welle sein,

koppelt sind, so daß gegenphasige Ausgangsspannun- oder es kann auch eine beliebige Anfangswelle dem

gen entnommen oder gegenphasige Eingangsspannun- System von außen zugeführt werden. Die Phase der

gen angelegt werden können. io Welle der Frequenz Z₁, die an einem gegebenen Punkt

In einem typischen Ausführungsbeispiel ist ein in dem System aufrechterhalten wird, kann gesteuert

Wellenleiter vorgesehen, mit dem eine nichtlineare werden durch Steuerung der Phase einer dem System

Impedanz gekoppelt ist, z. B. eine oder mehrere Halb- zugeleiteten Welle der betreffenden Frequenz. Auch

leiterdioden. Es kann z. B. ein Koaxialkabel von be- die Amplitude einer zugeführten Welle kann genügend

stimmter Länge für diesen Zweck als Wellenleiter 15 groß sein, um die Wirkung von Wellen mit uner-

verwendet werden. Die den Wellenleiter und die wünschter Phase und beliebigem Ursprung zu über-

nichtlineare Impedanz umfassende Anordnung ist so winden.

aufgebaut, daß die Kombination mit mindestens einer In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Frequenz, z. B. f_v in Resonanz ist. Das heißt, weder Erregungsfrequenz Z₂ von der Frequenz Z₁ unabhändie nichtlineare Impedanz noch der Wellenleiter allein 20 gig sein. In diesem Falle neigen zugeleitete Schwinschwingt bei etwa der Frequenz Z, mit, aber die Korn- gungen der Frequenz f, in Gegenwart einer Anf angsbination beider ist in Resonanz. Der Wellenleiter für Wellenkomponente der Frequenz Z₁ dazu, Schwingunsich bildet vornehmlich eine Reaktanz bei der Fre- gen einer beliebigen dritten Frequenz Z₃ zu erzeugen, quenz Z₁, und diese Reaktanz ist in Resonanz mit der Die Schwingungen der Frequenz Z₃ können dann als Reaktanz der nichtlinearen Impedanz. Die Kopplung 25 Eingang zu einer zweiten Vorrichtung derselben Art zwischen der nichtlinearen Einrichtung und dem verwendet werden, in der eine Erregungswelle der Wellenleiter ist für Wellen einschließlich solcher der Frequenz Z₂ mit der Welle der Frequenz Z₃ kombiniert Frequenz Z₁ wirksam. Außerdem wird der Anordnung werden kann, um eine Welle der Frequenz Z₁ zu ereine Erregerwelle mit einer Frequenz f_a zugeleitet, die zeugen. Die neu erzeugte Welle der Frequenz Z₁ kann sich von der Frequenz Z₁ wesentlich" unterscheidet. 3° der ersten Vorrichtung zugeleitet werden, um darin Die Frequenz Z₃ wird manchmal als Erregerfrequenz Wellen der Frequenz Z₁ aufrechtzuerhalten,
bezeichnet. In der beschriebenen Anordnung trägt die Ein die Erfindung verwendendes System kann entWelle der Frequenz Z., in Gegenwart der nichtlinearen weder eine einzige, allein verwendete Vorrichtung Impedanz eine Wellenkomponente der Frequenz Z₁- sein oder aus einer Kombination von zwei oder Außerdem sind Kopplungselemente mit dem Wellen- 35 mehr solchen Vorrichtungen zu komplizierteren Syleiter verbunden, durch welche Wellen mit einer Re- stemen bestehen.

sonanzfrequenz des Systems aus dem System ent- Ein System gemäß der Erfindung kann eine Quelle

nommen oder ihm zugeleitet werden. Bei dieser Re- für mehrere Wellen einer gegebenen Frequenz in

sonanzfrequenz kann es sich entweder um die Fre- einem gegenseitigen gesteuerten und stabilen Phasen-

quenzZ, oder um irgendeine andere Frequenz handeln. 40 verhältnis bilden. Die Phasen dieser Wellen können

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er- ihrerseits in einem bestimmten Verhältnis zu der

findung handelt es sich bei der nichtlinearen Impe- Phase einer Welle gesteuert werden, welche dem

danz im wesentlichen um ein nichtlineares Reaktanz- System von außen zugeführt wird, z. B. von einem

element. Allgemein wird die nichtlineare Einrichtung anderen gleichen System gemäß der Erfindung,

hierin als nichtlineare Reaktanz bezeichnet und kann 45 Die hier besprochenen Systeme sind multistabil

z. B. eine nichtlineare Kapazitanz oder eine nicht- und können — z. B. durch die Anlegung einer Welle

lineare Induktanz sein. Wenn das nichtlineare EIe- mit entsprechender Phase — von einem stabilen

ment eine Kapazitanz ist, wird der Wellenleiter so Phasenzustand in den anderen geschaltet werden,

bemessen, daß er als Induktanz bei einer oder meh- Informationen können in einem solchen System ge-

reren der in der Gesamtanordnung zu verarbeitenden 50 speichert und danach in ein anderes System eines

Frequenzen dient. Wenn die nichtlineare Einrichtung gleichen oder sogar anderen Typs übertragen werden,

dagegen eine Induktanz ist, muß der Wellenleiter so Ein System nach der Erfindung kann so eingestellt

bemessen werden, daß er als Kapazitanz bei dieser werden, daß es eine zugeführte Welle mit einem

Frequenz oder diesen Frequenzen dient. beliebigen Grad der Regeneration wiederholt oder

Vorrichtungen der hier beschriebenen Art werden 55 verstärkt, oder das System kann eine Eigenschwin-

häufig parametrische Vorrichtungen genannt, z. B. gung besitzen und als Oszillator verwendet werden,

parametrische Verstärker. Durch Synchronisation oder Torsteuerung zum Ein-

In einem Ausführungsbeispiel ist die Erregungs- leiten oder Stoppen von Schwingungen kann ein un-

frequenzZ_Ä ein ganzes Vielfaches der Frequenz f_r vollständiges zugeführtes Signal umgeformt oder

z.B. 2Z₁ in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. 60 zeitlich umgesteuert werden.

Durch gegenseitige Modulation von Wellen der Fre- Es ist möglich, mehrere Einzelsysteme zu kombiquenz Z* und Wellen der Frequenz Z₁ wird eine Korn- nieren mit entsprechenden Kopplungen zwischen den ponente der Frequenz Z₁ in der nichtlinearen Reaktanz Einheiten, um z.B. ein Schieberegister oder ein Umregeneriert, um eine Ausgangswellenkomponente der laufspeichersystem zu bilden.

Frequenz Z, aufrechtzuerhalten. Die resultierende 65 Grundsätzlich besteht das zur Ausübung der ErWelle der Frequenz Z₁ hat dann die eine oder andere findung verwendete System aus Reaktanzen L und C, von mehreren stabilen Phasen, welche durch die die in Reihe, parallel oder in anderen Kombinationen Weile mit der Erregungsfrequenz getragen werden geschaltet sind, worin mindestens eine der Reaktanzen

nichtlinear ist, d. h., worin der Induktanzwert von L oder der Kapazitanzwert von C eine nichtlineare Funktion des Potentials ist, das an das Reaktanzelement angelegt wird, oder des Stroms, der zu oder von dem Element weg fließt. Wie hier in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, können nichtlineare Resonanzschaltungen Resonanzformen von Wellen in einer Wellenführungsanordnung verwenden, wobei die höheren Frequenzen besondere Vorteile bieten.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient eine Hochfrequenz-Übertragungsleitung, z. B. ein Koaxialkabel, als Wellenführung und wird an einem Zwischenpunkt erregt und endet an einem oder an beiden Enden in einem oder mehreren Elementen, deren Kapazität sich mit der elektrischen Feldstärke ändert, z. B. einer rückwärts vorgespannten Halbleiterdiode vom Silizium- oder Germaniumtyp. Andere als nichtlineare Reaktanzen verwendbare Vorrichtungen können aus anderen Werkstoffen bestehen, z. B. aus ferromagnetischen oder ferroelektrischen Materialien. Die in der Übertragungsleitungsstrecke unterhaltenen Wellen haben die TEM-Form. Dieser Übertragungsleitungsteil des Systems wird manchmal als Leitungssegment bezeichnet. Man erhält ein Ausgangssignal aus der Anordnung durch ein an die Übertragungsleitung angeschlossenes Kopplungselement.

Die Erfindung besitzt in verschiedenen Ausführungsbeispielen folgende Merkmale und Vorteile:

Das System kann mit Eigenausgleich, d. h, im Gegentakt, arbeiten, wodurch eine ausgleichende Wirkung auf die Ausgangssignale erzielt wird.

Im Ausgang stehen mehrere Phasen zur Verfügung, ohne daß zusätzliche Umformermittel nötig sind. Zum Beispiel sind in einem zweiphasigen System beide Phasen ohne Inverter verfügbar. Diese Eigenschaft ist in Verbindung mit logischen Operationen wünschenswert.

Das System kann so angeordnet werden, daß es einen Zwischenpunkt hat, der bei der Resonanzfrequenz eine niedrige Impedanz hat. Daher wird die Resonanz an diesem Punkt durch das Aufladen sowie die Anlegung von Erregungsschwingungen nicht wesentlich beeinflußt. Bei entsprechender Abstimmung kann die Last an der Quelle der Erregung rein resistiv gemacht werden, womit eine maximale Energieübertragung gewährleistet ist.

Bei Verwendung von vorgespannten Dioden als nichtlineare Reaktanzen kann der Vorspannungskreis in bezug auf den Wellenträger abgeglichen werden, damit die Resonanzbedingungen durch die Vorspannungseinrichtung nicht wesentlich gestört werden. Für bestimmte Arten der bistabilen Operationen kann die Selbstvorspannung verwendet werden. Es ist auch möglich, dem System Schaltimpulse durch den Vorspannungskreis zuzuführen. Weiterhin erreicht man durch nichtlineare Widerstandsmerkmale in Verbindung mit der nichtlinearen Reaktanz z. B. von vorgespannten Dioden eine Verbesserung in der Anstiegszeit und eine Begrenzung der Schwingungen bei Resonanz, insbesondere bei Anwendungen in bistabilen oder multistabilen Vorrichtungen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus der Beschreibung und den Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung, die teilweise schematisch ist, ein System gemäß der Erfindung in einer Koaxialkabelkonstruktion;

Fig. IA ist eine graphische Darstellung von stehenden Wellenformen für das System, das Fig. 1 zeigt; Fig. 2 ist eine etwas vereinfachte Darstellung, die dem in Fig. 1 veranschaulichten System entspricht; Fig. 3, 4, 5 sind schematische Darstellungen von bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen es sich um Abwandlungen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Systems handelt;
Fig. 3 zeigt einen Oszillator;

ίο Fig. 4 veranschaulicht eine Form, die als Oszillator oder als Verstärker verwendbar ist;

Fig. 5 stellt ein System gleich dem von Fig. 4 dar, aber hier mit einem Zirkulator zum Trennen von Eingangs- und Ausgangswellen;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das Wellen mit drei verschiedenen Frequenzen verwendet;

Fig. 7 zeigt schematisch eine abgeänderte Form des Systems von Fig. 6, das als Verstärker verwendbar ist;

Fig. 8 stellt schematisch ein Schieberegister oder ein zirkulierendes Übertragungssystem dar, das aus mehreren Vorrichtungen des in Fig. 1 und 2 gezeigten allgemeinen Typs besteht;

Fig. 9 ist ein Diagramm einer in einer Richtung wirksamen Kopplungsanordnung zur Verwendung zwischen benachbarten Einheiten in einem System der in Fig. 8 gezeigten Art;

Fig. 10, 11, 12 sind graphische Darstellungen von verschiedenen an das System von Fig. 8 anlegbaren Steuerwellensystemen.

Fig. 1 zeigt ein Stück Koaxialkabel 20, das aus einer äußeren zylindrischen, leitenden Hülle 22 und einem koaxialen Innenleiter 24 besteht. Das Kabel 20 endet in leitenden Endplatten 26, 28, an die nichtlineare Reaktanzen, wie z. B. Dioden 30 bzw. 32, leitend angeschlossen sind. Die Enden der Innenleitung 24 sind leitend mit den Dioden durch federnde Endteile 34 bzw. 36 verbunden, welche jedes gegen einen kleinen Kontaktbereich auf der Oberfläche der jeweiligen Diode gedrückt wird.

Zum Vorspannen der Dioden 30 und 32 sind vorspannende Mittel vorgesehen, z. B. eine Batterie 38 und ein Koaxialkabel 40. Die Klemmen der Batterie sind an die Außenleitung 42 bzw. die Innenleitung 44 des Kabels angeschlossen.

Bei dem Kabel 40 ist das der Batterie 38 abgewandte offene Ende der Außenleitung 42 in ein Loch in der Außenleitung 22 des Hauptkabels 20 eingepaßt, so daß die Leitung 42 leitend mit der Leitung 22 verbunden und von dort aus an die eine Seite jeder der Dioden 30 und 32 angeschlossen ist. Um eine leitende Verbindung von der Leitung 44 zu der Innenleitung 24 des Hauptkabels und von dort aus zur anderen Seite jeder der Dioden herzustellen und dadurch den Vorspannungskreis zu schließen, ohne gleichzeitig die Leitung 24 für Wechselwellen zur Erde kurzzuschließen, kann die Leitung 44 kurz vor der Einmündung in das Kabel 20 enden, und es kann daran eine Verlängerung in Form eines Stabes aus dielektrischem Material 45 angebracht werden, die an der Leitung 24 anliegt. Auf die Oberfläche des Stabes 45 kann ein Film oder Überzug aus mit Widerstand behaftetem Material aufgebracht werden, der sowohl mit der Leitung 44 als auch mit der Leitung 24 Kontakt macht und zwischen ihnen einen Pfad mit relativ hohem Widerstand bildet. Von Fachleuten können natürlich auch andere Anordnungen

konstruiert werden, die die Dioden vorspannen, ohne das Hauptkabel für Wechselwellen kurzzuschließen.

Eine Selbstvorspannung der Dioden wird erreicht durch Erhöhung des Widerstandes des Stabes 45 über denjenigen hinaus, der nötig ist. um eine Kurzschließung der Leitung 20 zu verhindern, und durch Verbindung der Innenleitung 44 des Kabels 40 mit der Hülle 42. Die Batterie 38 und das Steuermittel 100 sind dann unnötig. Die Dioden laden die Kapazitäten auf, die zwischen der inneren und der äußeren Leitung des Kabels 20 bestehen, während der Widerstand des Stabes 45 das Entladungsverhältnis steuert.

Bei Anwendung der Selbstvorspannung bildet sich zusätzlich zu der schon erwähnten Phasenstabilität eine Amplitudenstabilität.

Das selbstvorgespannte System kann nach Wunsch auch so eingerichtet werden, daß es zwei stabile Amplitudenzustände hat. Wenn das System in seinem einen stabilen Amplitudenzustand ist und die Amplitude der Erregung kurzzeitig verändert wird, kann das System veranlaßt werden, abrupt auf eine Frequenz auf der anderen Seite der Resonanzkurve überzugehen, wo wieder eine stabile Amplitude eines anderen Wertes erreicht wird.

Eine Mehrzahl von Hochfrequenzkopplungen zu dem Kabel 20 sind in Form der Koaxialkabelanschlüsse 50, 52, 54, 56 und 58 vorgesehen. Ein Beispiel dafür ist das Kabel 50, welches aus einer Außenleitung 60 besteht, deren offenes Ende in ein Loch in der Außenleitung 22 des Hauptkabels 20 eingepaßt ist, sowie aus einer Innenleitung 62. Die Innenleitung erstreckt sich in das Innere des Kabels 20 und endet neben und im Abstand zu der Innenleitung 24 des Hauptkabels, um eine kapazitive Kopplung zwischen den Leitungen 24 und 62 zu bilden. Nach Wunsch kann die Leitung 62 auch einen vergrößerten Endteil 64 haben, um die Kopplungskapazitanz zu vergrößern. Das Element 64 kann ein Teil der Leitung 62 oder leitend daran befestigt sein. Die Kabel 52, 54, 56 und 58 haben Außenleitungen 66, 68, 70 bzw. 72 und Innenleitungen 74, 76, 78 bzw. 80, und letztere können vergrößerte Endteile 82, 84, 86 bzw. 88 haben. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn die oben beschriebenen linearen kapazitiven Kopplungen örtlich so angeordnet sind, daß sie an einem einzigen Punkt koppeln, so daß eine Kopplung für Wellen einer Frequenz innerhalb eines Knotenbereichs für Wellen einer anderen Frequenz erlangt wird. Der Grund dafür ist weiter unten angegeben. Je nach der Zahl der Kopplungen, die in einer gegebenen Anwendung der Erfindung benötigt werden, können eine oder mehrere der Kopplungskabel 52. 54, 56, 58 weggelassen werden.

In dem in Fig. 1 gezeigten System bilden die Dioden 30 und 32 konzentrierte nichtlineare Elemente, die die KapazitanzC des Grundsystems bilden. Die Induktanz L wird durch die hier als Koaxialkabel 20 dargestellte Wellenführung gebildet. Wie die Zeichnung zeigt, endet das Kabel 20 an jedem Ende in einer Diode. Die halbe Länge des Kabels 20 wird mit / bezeichnet. Ein typischer Wert für I ist ein Achtel einer Wellenlänge, d. h.

wobei /. die Wellenlänge ist. Es können auch Werte von / zwischen einem Sechzehntel bis zu drei Sechzehnteln einer Wellenlänge verwendet werden. Wenn eine größere physische Länge nicht unerwünscht ist, kann jede beliebige Anzahl von halben Wellenlängen zu der vollen Länge des Kabels hinzugefügt werden. Geeignete Werte für die volle Länge des Kabels 20 sind daher eine Viertelwellenlänge, drei Viertel einer Wellenlänge, fünf Viertel einer Wellenlänge und andere ungerade Zahlen von Viertelwellenlängen.

Werte der halben Länge I des Kabels, die eine kapazitive Reaktanz ergeben, erzeugen nicht unbedingt eine Resonanz mit der Kapazitanz C. Wenn / nahezu

ίο eine Viertelwellenlänge oder ein Mehrfaches davon beträgt, kann es sein, daß die für die Resonanz erforderliche Kapazitanz für die praktische Verwendung zu groß oder zu klein ist.

Die oben erwähnte Wellenlänge λ ist die Wellenlänge der Wellen bei der Frequenz, mit der das System in Resonanz ist. In einem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist sie die Wellenlänge bei der mit J₁ bezeichneten Frequenz.

Es sei angenommen, daß das System von Fig. 1 eine Übertragungsleitung darstellt, deren volle Länge 2/ gleich 2/4 ist. Um das System vom Gesichtspunkt der Resonanzfrequenz her zu analysieren, ist es zulässig und zweckmäßig anzunehmen, daß die Übertragungsleitung aus dem Hauptkabel 20 in Fig. 1 besteht und anfangs durch einen Kurzschluß über die Mitte in zwei Teile geteilt ist, d. h. auf der Ebene, die senkrecht zur Leitung 24 durch den Punkt verläuft, wo der Vorspannungsstab 45 an die Leitung 24 angeschlossen ist. Jede Diode 30 und 32 ist dann parallelgeschaltet zu einer Übertragungsleitung der Länge//8, die an dem der Diode abgewandten Ende kurzgeschlossen ist. Nach der bekannten Theorie der Übertragungsleitungen ist die Impedanz in Richtung auf die kurzgeschlossene Leitung vom Ort der Diode aus gleich JZ_n tan 2πΙΙλ, wobei Z₀ die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung ist und / anzeigt, daß die Impedanz eine reine Reaktanz ist. Für die Leitung der Länge A/8 ist der Wert der Impedanz einfach gleich /Z₀.

Die KapazitanzC der Diode kann wie folgt dargestellt werden:

C = C₀ +JC,

wobei C₀ der Mittelwert der Kapazitanz und J C die Veränderung der Kapazitanz sind. Der Wert von C₀, der zur Resonanz mit der kurzgeschlossenen Leitung der Länge λ/8 nötig ist, wird mit der bekannten Resonanzformel gegeben:

₀ = V₂ π/,

. wobei L die Induktanz der Leitung bezeichnet. Wenn die Leitung so durch die Kapazitanz der Diode zur Resonanz gebracht wird, hat sie an ihrem kurzgeschlossenen Ende einen Spannungsknoten. Es können daher zwei so in Resonanz gebrachte Leitungen mit ihren kurzgeschlossenen Enden zusammengebracht werden, und dann kann, da ein Spannungsknoten dort besteht, wo sich der Kurzschluß befindet, der Kurzschluß entfernt werden, was die in Fig. 1 gezeigte Form des Systems zum Ergebnis hat. Die, Wellen an den beiden Enden der Leitung sind um 180^c phasenverschieden, und daher befindet sich der Spannungsknoten am Mittelpunkt an einer Stelle niedriger Impedanz bei der Resonanzfrequenz. In den graphischen Darstellungen von Fig. IA stellt die durchgehende Linie 90 die Verteilung der maximalen elektrischen Feldstärke entlang des Kabels 20 für eine

der beiden stabilen Phasen für Wellen der Resonanzfrequenz Z₁ dar. Die andere Phase wird durch die gestrichelte Linie 92 dargestellt. Die Dioden befinden sich in Bereichen von relativ hoher elektrischer Feldstärke für die Frequenz J₁.

Gemäß der Erfindung werden die Dioden nicht nur einer Welle der Frequenz Z₁ ausgesetzt, wie vorstehend dargestellt, sondern auch einer Welle einer anderen Frequenz/₂. Die Welle der Frequenz/₂ muß die ge-

Die Steuervorrichtungen 98 und 100 können für Schalt- oder andere Zwecke verwendet werden.

Die Wirkungsweise des Systems von Fig. 1 entweder als Einzeleinheit oder als Bestandteil eines komplizierten Systems wird leichter verständlich an Hand der Darstellungen von Systemen, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind, wie es in Fig. 2 bis 9 gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1 in schema-

ringstmögliche Stör- oder Belastungswirkung auf die io tischer Darstellung. Die Übertragungsleitung 20 von Wellen und den Resonanzkreis der Frequenz Z₁ haben. Fig. 1 ist durch die einzelne horizontale Leitung 104

dargestellt, an deren Enden die Dioden 30,32 als zwischen die geerdeten und nichtgeerdeten Seiten der Leitung eingeschaltet dargestellt sind. DerErregungskreis für das Aufprägen der Eingangswelle mit der Frequenz f_o ist schematisch bei 106 dargestellt, wobei der zur Leitung 20 gerichtete Pfeil eine Eingangskopplung andeutet. Die Kopplungsleitungen 52, 54, 56, 58 von Fig. 1 sind schematisch bei 108,110, 112

auf der Leitung 20 zwischen der Diode und dem 20 bzw. 114 dargestellt, und zwar ohne Pfeile, um anzu-Spannungsknoten für f_v In Fig. 1 ist gezeigt, daß die deuten, daß diese Kopplungsverbindungen entweder

Das kann erreicht werden, indem die Wellen der Frequenz/₂ dem System an dem Knotenpunkt für die Frequenz J₁ aufgeprägt werden, z. B. durch das Kopplungskabel 50.

In vielen besonders interessierenden Fällen ist die Frequenz f., größer als die Frequenz Z₁. Dann ist die Reaktanz eier Diode bei /₂ kleiner als bei f_v und daher befindet sich bei /., ein Spannungsknoten irgendwo

Kopplungsleitungen 52 und 54 mit der Leitung 20 an einem Spannungsknoten für /., zwischen der Diode 30 und dem Spannungsknoten für J₁ gekoppelt sind. Außerdem sind die Kopplungsleitungen 56 und 58 mit der Leitung 20 an einem Spannungsd d

als Eingänge oder nach Bedarf als Ausgänge dienen können. Die Vorspannungsverbindung ist durch einen Widerstand 115 dargestellt.

Unter Verwendung von schematischen Darstellungen der in Fig. 2 gezeigten Art können nun verschiedene Abwandlungen und Weiterentwicklungen des in Fig. 1 gezeigten Systems beschrieben werden, ohne daß perspektivische oder andere mechanische

knoten für /₂ zwischen der Diode 32 und dem Spannungsknoten für J₁ gekoppelt. In Fig. IA stellt die Kurve 94 mit einer Biegung in der

Mitte die Verteilung der maximalen elektrischen 3° Zeichnungen benötigt werden.
Feldstärke entlang derLeitung20 für stehende Wellen Fig. 3 zeigt eine Anordnung des Systems von Fig. 1 der Frequenz/o dar. Die erregende Welle der Fre- und 2 als Oszillator, der Wellen von zwei verschiequenz f_a kann der Leitung über das Kopplungskabel denen Phasen in seinem Ausgang liefern kann. Bei 50 aufgeprägt werden. Die Impedanz bei der Fre- einem Vergleich zwischen Fig. 2 und 3 sieht man, quenz /., in Richtung zur Kopplungsleitung 50 ist all- 35 daß die Kopplungsleitungen 108 und 112 von Fig. 2 gemein reaktiv, aber diese Reaktanz kann neutralisiert, in Fig. 3 weggefallen sind und daß die Kopplungsd. h. abgestimmt werden z. B. durch eine Abstimm- leitungen 110 und 114 von Fig. 3 mit Pfeilen verreaktanz, bei der es sich im Falle der Abstimmung sehen sind, die anzeigen, daß diese Kopplungsleituneiner induktiven Reaktanz um eine Kapazitanz han- gen als Ausgangsleitungen verwendet werden. Außerdelt. In dem System nach Fig. 1 erfolgt die Abstim- 4q dem ist die Diode 32 von Fig. 2 in Fig. 2 durch einen mung für die Frequenz /₂ vorzugsweise durch die linearen kapazitiven Abschluß 33 ersetzt, dessen Ka-Kapazitanz zwischen den leitenden Elementen 64 pazitätswert vorzugsweise gleich dem Mittelwert C₀ und 24, durch welche das Kabel 50 mit dem Haupt- der Kapazitanz der Diode 30 ist. Das Element 33 kabel 20 verbunden ist. Dann kann eine Quelle für kann veränderlich sein, um als mechanische AbWellen der Frequenz /₂, die in Fig. 1 durch einen Ge- 45 stimmvorrichtung verwendbar zu sein,
nerator 96 dargestellt ist, mit dem Kabel 50 verbun- Im Betriebszustand des Systems von Fig. 3 wird den werden, was dazu führt, daß der Generator in die Diode 30 mit der Frequenz /₂ durch eine Eineine nahezu reine resistive Last hineinarbeitet. Das gangswelle erregt, die dem System durch die EinSchema der stehenden Wellen, wie es in Fig. 1A bei gangskopplung 106 bei der betreffenden Frequenz zu-94 dargestellt ist, erscheint dann auf der Leitung 20 50 geführt wird. Die Resonanz des Systems bei der bei der Frequenz /₂. Der Oszillator 96 kann nach Frequenz J₁ ist nicht wesentlich anders, wenn eine Wunsch gesteuert sein, z. B. durch die Steuervorrich- einzelne Diode an einem Ende der Leitung und eine tung 98, oder er kann kontinuierlich arbeiten. lineare Kapazitanz am anderen Ende vorgesehen sind,

Falls die Dioden 30, 32 eine Vorspannung be- als wenn an beiden Enden Dioden vorgesehen wer-

nötigen, entweder um sie auf den richtigen Mittel- 55 den. Die Frequenz /₂ muß ein ganzes Vielfaches der

wert der Kapazitanz einzustellen oder um eine Fein- Frequenz f₁ sein. Für Eingangsspannungen der Fre-

abstimmung des Systems zu erreichen oder zu irgend- quenz /₂ unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes

einem anderen Zweck, erfolgt die Vorspannung für das System gibt es keine Ausgangswelle der Fre-

zweckmäßigerweise durch das Kopplungskabel 40 quenz J₁, mit der das System in Resonanz ist. Das

und die Vorspannungsquelle 38. Im allgemeinen ist ßo beruht darauf, daß bis zum Überschreiten des

eine Rückwärtsvorspannung einer Vorwärtsvorspan- Schwellenwertes in dem System eine ungenügende

nung gegenüber vorzuziehen, da sie eine variable regenerative Wirkung vorhanden ist, um Schwingun-

Kapazitanz und ein Minimum an Widerstandsver- gen aufrechtzuerhalten, und jede Wellenkomponente

änderung erzeugt. der Frequenz f_v die in dem System etwa vorhanden

In den Vorspannungskreis kann eine Steuervor- 65 ist infolge von thermischer Erregung, Rauschströmen richtung 100 eingeschaltet werden, um dem System usw. wird durch die resistiven Impedanzen in dem einen impulsartigen Eingang über den Vorspannungs- System ausgedämpft. Wenn der Schwellenwert überkreis zuzuführen oder zu einem anderen Steuerzweck. schritten wird, beginnt aber das System zu schwingen,

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und die Wellenkomponenten der Frequenz f_v die z. B. vom Ferrittyp, verwendet werden. Wenn nur stets vorhanden sind, werden aufgebaut und halten verhindert werden soll, daß die Quelle durch die zusich aufrecht. Daher wird erne Ausgangswelle der rückgeführte Energie beeinflußt wird, kann ein IsoFrequenz Z₁ erzeugt. Da die Kopplungsleitungen 110 lator, z. B. vom Ferrittyp, benutzt werden,
und 114 mit der Leitung für die Frequenz Z₁ verbun- 5 Fig. 5 zeigt ein System gleich dem von Fig. 4. den sind, empfangen sie beide Ausgangswellen. worin jedoch ein Zirkulator an die Eingangskopp-

Wie durch die Wellenformen 90, 92 in Fig. IA an- lungsleitung 108 angeschlossen ist. Der Zirkulator ist

gedeutet, sind die Ausgangswellen bei 110 und 114 schematisch bei 116 dargestellt und hat Klem-

phasenverschoben. Es stehen daher diese beiden men 1, 2, 3 und 4. Er wirkt in der Art, daß eine der

Phasen zur Verfügung, ohne daß ein besonderer io Klemme 1 aufgeprägte Welle nur zur Klemme 2 über-

Phaseninverter nötig wäre, um Wellen der einen Phase tragen wird, eine der Klemme 2 zugeleitete WeUe nur

in Wellen der anderen Phase umzuwandeln. Ob nun zur Klemme 3 weitergeleitet wird, eine der Klemme 3

die Phase in der Leitung 110 relativ so ist, wie es die zugeführte Welle nur zur Klemme 4 gelangt und eine

Kurve 90 darstellt, oder so, wie es die Kurve 92 zeigt, der Klemme 4 aufgeprägte Welle nur zur Klemme 1

hängt davon ab, welche Zufallsphase beim Einsetzen 15 übertragen wird. In der Schaltung von Fig. 5 ist die

der Schwingung in der Leitung 104 vorhanden ist. Klemme 1 des Zirkulators 116 an eine Eingangs-

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Form des Systems leitung 118 für die Eingabe der zu verstärkenden von Fig. 1 und 2. die entweder als Oszillator oder als Welle angeschlossen, die Klemme 2 ist mit der Kopp-Verstärker verwendet werden kann, je nachdem, wie lungsleitung 108 verbunden, die Klemme 3 mit einer das System eingestellt ist. Ein Vergleich zwischen 20 Ausgangsleitung 120 für die verstärkte Welle der Fig. 2 und 4 zeigt, daß die Kopplungsleitung 112 von Frequenz Z₁ und die Klemme 4 mit einer resistiven Fig. 2 in Fig. 4 weggelassen worden ist. Die Kopp- Last oder einem nahezu reflektionslosen Abschluß, lungsleitung 108 ist mit einem Pfeil versehen, um Im Betriebszustand des Systems von Fig. 5 wird anzuzeigen, daß sie als Eingang verwendet wird, und die zu verstärkende Welle über die Leitung 118 der die Pfeile an den Kopplungsleitungen 110 und 114 25 Klemme 1 des Zirkulators 116 zugeführt. Die Einzeigen, daß diese als Ausgänge dienen. gangswelle wird daher nur über die Klemme 2 des

Wenn das System von Fig. 4 als Oszillator betrie- Zirkulators zu der Kopplungsleitung 108 übertragen, ben wird, wird der Eingang bei 106 so eingestellt ist, Diese Leitung dient sowohl als Eingangs- als auch daß er den Schwellenwert für die Schwingung über- als Ausgangsleitung, wie der doppelköpfige Pfeil in schreitet. Die Eingangskopplung 108 wird verwendet, 30 Fig. 5 anzeigt. Die Ausgangswelle von der Leitung um dem System eine Eingangswelle der Frequenz Z₁ 108 wird von der Klemme 2 des Zirkulators nur zu und einer Phase, die dem System aufgeprägt werden der Ausgangsleitung 120 über die Klemme 3 des Zirsoll, zuzuführen. Die Phase des Ausgangs bei 110 kulators weitergeleitet. Wenn eine beliebige Welle wird durch die Phase des Eingangs bei 108 bestimmt, von außen, z. B. durch Reflexion in der Leitung 120, und die Phase des Ausgangs bei 114 ist der des Aus- 35 zu der Klemme 3 des Zirkulators gelangt, wird sie gangs bei 110 entgegengesetzt. Nach Einstellung des nur zur Klemme 4 und von dort aus zu dem reflexions-Systems auf die gewünschten Phasen ist es in einem losen Abschluß 122 übertragen, worin sie absorbiert stabilen Phasenzustand, und danach kann der Ein- wird.

gang bei 108 weggenommen werden, und das System Fig. 6 stellt eine Anordnung dar, die Wellen von

liefert weiterhin die beiden Ausgänge in den ur- 40 drei verschiedenen Frequenzen verarbeitet, wodurch

sprünglich durch den Eingang bei 108 bestimmten es unnötig wird, ein genaues Verhältnis zwischen der

Phasen. Resonanzfrequenz Z₁ und der Erregungsfrequenz /_ä

Wenn das System von Fig. 4 als Verstärker be- aufrechtzuerhalten. Anstatt eines einzigen auf Z₁ abtrieben wird, wird der Eingang bei 106 auf einen gestimmten Resonanzsystems wird außerdem ein Wert eingestellt, der den Schwellenwert nicht über- 45 zweites Resonanzsystem für eine Frequenz Z₃ versteigt, und zwar vorzugsweise auf einen Wert, der wendet. Das einzige zwischen den drei Frequenzen wesentlich unter dem Schwellenwert liegt. Dann kann nötige Verhältnis ist
die Kopplung 108 als Eingangskopplung für eine , _ , _,
Welle der Frequenz Z₁. die zu verstärken ist, ver- ³ - ^r
wendet werden. Das System ist als stabiler Verstärker 50 Der obere Teil des Systems von Fig. 6 gleicht im wirksam, und zwar liefert es eine Wiedergabe der allgemeinen dem System von Fig. 4. Die Leitung 104 Eingangswelle bei 110 und eine gleiche Welle der in Fig. 6 ist in Resonanz mit der Frequenz Z₁- Eine entgegengesetzten Phase bei 114. Das System wird zu zweite Leitung 124 ist auf Z₃ abgestimmt und endet einem regenerativen Verstärker, wenn der Eingang an jedem Ende in den Dioden 126 und 128. Beide bei 106 sich dem Schwellenwert relativ stark nähert, 55 Leitungen werden durch dieselbeErregungsfrequenzZ₂ und zwar erhöht sich die regeneratvie Wirkung, je erregt, die der Leitung 104 durch die Kopplung 106 näher die Eingangswelle dem Schwellenwert kommt. und der Leitung 124 durch eine Kopplung 130 auf-Bei oder nahe dem Schwellenwert entsteht dann eine geprägt wird. Die Kopplungen 106 und 130 werden Instabilität. Daher muß für eine stabile Operation vorzugsweise von einer gemeinsamen Quelle 131 aus eine Einstellung verwendet werden, die eine geeignete 60 betrieben. Die Kopplungsleitungen 132 und 134 kop-Trennung zwischen dem Arbeitswert und dem pein lose die Leitungen 104 und 124 mit einer Schwellenwert gewährleistet. Im allgemeinen ist der Kopplung, die nahezu linear und in beiden Richtun-Energieausgang bei 110 oder 114 größer als der gen wirksam ist und die Frequenzen Z₁ und j._Ä über-Energieeingang bei 108. trägt. Die Kopplung 108 ist als Eingangskopplüng für

Es ist wahrscheinlich, daß ein Teil der Ausgangs- 65 die Frequenz Z₁ in die Leitung 104 vorgesehen. Die energie in der Kopplungsleitung 108 zurück zu der Kopplung 112 dient als Ausgangskopplung für die Quelle der zu verstärkenden Welle fließt. Wenn diese Frequenz Z₁ aus der Leitung 104, während die Kopp-Energie nicht verlorengehen soll, kann ein Zirkulator, hingen 136 und 137 als Ausgangskopplungen für die

13 14

Frequenz /_:j aus der Leitung 124 vorgesehen sind. Die flexionslosen Abschluß 122 über die Klemme 4 über-Kopplungsieitungl32 ist vorzugsweise eine Verlange- tragen. Dar. System wird durch Wellen der Frequenz/, rung der Kopplung 110 von Fig. 2 und trifft auf die erregt, die den Eingangskopplungsleitungen 106 und Leitung 124 etwa an derselben Stelle wie die Kopp- 130 aufgeprägt werden. Die Wellen der Frequenz Z₁ lung 136. Ähnlich ist die Kopplungsleitung 134 vcr- 5 und Z₂ werden in den Dioden 30 und 32 kombiniert zugsweise eine Verlängerung der Kopplung 114 von und erzeugen eine Welle der Frequenz Z₃, die die Fig. 2 und trifft auf die Leitung 124 etwa an der- Differenz der Frequenzen J₁ und Z₂ ist. Die Welle der selben Stelle wie die Kopplung 137. Ein Vorspan- Frequenz Z₃ wird über die Kopplungsleitungen 132, nungswiderstand 115 ist für die Leitung 104 und ein 134 zu der Leitung 124 übertragen, wo eine Resonanz-Vorspannungswiderstand 139 für die Leitung 124 io wirkung erzeugt wird. Wellen der Frequenz Z₂ und Z₃ vorgesehen. werden in den Dioden 126,128 kombiniert und er-Im Betriebszustand des Systems von Fig. 6 können zeugen eine Welle der Frequenz f_v die über die die Frequenzen Z₁, Z₂ und Z₃ alle ohne gegenseitige Be- Kopplungsleitungen 132, 134 zurück zu der Leitung ziehung sein mit Ausnahme der Beziehung: 104 übertragen wird. Diese Welle der Frequenz Z₁ in - _ , __, 15 der Leitung 104 bildet die verstärkte Ausgangswelle, ^{3 2 v} welche über die Kopplung 108 und von dort aus über bei der keine bestimmten Frequenzverhältnisse be- den Zirkulator 116 zu der Ausgangskopplungsleitung troffen und keine bestimmten Phasenverhältnisse er- 120 übertragen wird. Natürlich kann das System so forderlich sind. Die Leitung 104 wird erregt durch abgewandelt werden, daß eine Eingangswelle der eine Welle der Frequenz /.„ die über die Kopplung 20 Frequenz Z₃ an die Leitung 124 angelegt und ein ver-106 angelegt wird, wodurch die Leitung bei der Fre- stärkter Ausgang mit derselben Frequenz erlangt wird, quenz Z₁ in Schwingung gehalten wird. Ein Ausgang Fig. 8 zeigt ein System, das besonders zur Verder Frequenz J₁ steht in der Kopplung 112 zur Ver- Wendung als Schieberegister oder als zirkulierender fügung. Wellen der beiden Frequenzen Z₁ und Z₂ wer- Speicher geeignet ist. Mehrere nichtlineare Resonanzden den Dioden 30 und 32 zugeführt und darin gegen- 25 leitungssegmente des in Fig. 2 gezeigten allgemeinen seitig moduliert, um eine Wellenkomponente der Typs sind mit Kopplungen versehen, die benachbarte Frequenz Leitungssegmente so verbinden, daß eine Verzöge-Z₃ = Z₀-Z₁ rungsvorrichtung gebildet wird, in der Phaseninformationen frei in nur einer Richtung von Segment zu

zu erzeugen, die durch die Kopplungsleitungen 132 30 Segment gelangen können. Aus der Darstellung geht

und 134 zu der Leitung 124 gelangt und diese Lei- hervor, daß die Leitungssegmente 200, 202, 204, 206

tung mit der Frequenz Z₃ erregt. Wellen der beiden und 208 nicht die einzigen zu sein brauchen. Die

Frequenzen Zo und Z₃ werden den Dioden 126 und 128 typische Einzelleitung, z. B. die Leitung 200, endet in

aufgeprägt und darin gegenseitig moduliert, um eine Dioden 210 und 212 und hat eine Erregungs-Ein-

Wellenkomponente der Frequenz 35 gangskopplung 214 und einen synchronisierenden

h — U h

Eingangsanschluß, hier als Widerstand 240 dargestellt, der auch als Vorspannungsanschluß dient. Zum zu erzeugen, die durch die Kopplungsleitungen 132 Zwecke der Eingabe und Entnahme von in dem und 134 zu der Leitung 104 zurückgeführt wird. Das System gespeicherten Informationen können eine EinSystem von Fig. 6 kann über dem Schwellenwert der 40 gangskopplungsleitung 218 für die Leitung 200 und Erregung betrieben werden, um Schwingungen mit eine Ausgangskopplungsleitung 220 für die Leitung beiden Frequenzen Z₁ und Z₃ zu erzeugen, und zwar 208 vorgesehen werden. Nach Wunsch können noch stehen eine oder beide dieser Frequenzen als Aus- weitere Eingangs- und Ausgangskopplungsleitungen gangswellen bei 112 bzw. 136 oder bei 112 bzw. 137 verwendet werden, von denen eine Ausgangskoppzur Verfügung. Das System kann auch als Verstärker 45 lungsleitung 261 für die Leitung 208 dargestellt ist. oder als verstärkender Umwandler betrieben werden, Das Verbindungsglied 222 ist von der Leitung 200 z. B. durch die Anlegung einer Welle der Frequenz Z₁ zur Leitung 202 geführt, das Verbindungsglied 224 bei 108, die verstärkt bei 112 oder als verstärkte von der Leitung 202 zur Leitung 204, das Verbin-Welle der Frequenz Z₃ bei 136 und 137 erscheint. dungsglied 226 von der Leitung 204 zur Leitung 206,

Fig. 7 zeigt eine andere Form des Systems von 5» das Verbindungsglied 228 von der Leitung 206 zur

Fig. 6, die besonders als Verstärker verwendbar ist. nächstbenachbarten Leitung auf der der Leitung 204

Die Ausgangskopplungen 112,136 und 137 von Fig. 6 abgewandten Seite der Leitung 206 und das Verbin-

sind in Fig. 7 weggelassen. Die Kopplung 108 dient dungsglied 230 von der Leitung 208 zur Leitung 200.

sowohl als Eingang als auch als Ausgang und ist dem Durch das Schalt- oder Leitungsabschlußmittel 250

Zirkulator 116 und den angeschlossenen Stromkreisen 55 kann das Verbindungsglied 230 unwirksam gemacht

(Fig. 5) zugeordnet. werden, wenn das System von Fig. 8 als Schieberegi-

Das System von Fig. 7 ist so angeordnet, daß es bei ster verwendet werden soll. Wenn das Verbindungs-

der Frequenz Z₁ verstärkt. Die Eingangswelle dieser glied 230 durch das Mittel 250 wirksam gemacht

Frequenz wird in die Kopplungsleitung 118 und von wird, um einen geschlossenen Ring von gekoppelten

dort aus in die Klemme 1 des Zirkulators eingeführt. 60 Leitungssegmenten zu bilden, kann das System als

Wie in der Anordnung von Fig. 5 liefert der Zirku- umlaufende Verzögerungsanordnung, z. B. als Um-

lator einen Eingang über die Klemme 2 zu der Kopp- laufspeicher, verwendet werden. In beiden Fällen

lungsleitung 108. Eine verstärkte Ausgangswelle aus können Synchronisierquellen 260, 262, 264, 266 und

der Leitung 104 wird über die Kopplungsleitung 108 268 an die Widerstände 240, 242, 244, 246 bzw. 248

zu der Klemme 2 des Zirkulators und von dort aus 65 angeschlossen werden. In dem nachstehend beschrie-

über die Klemme 3 zu der Ausgangskopplungsleitung benen Ausführungsbeispiel wirken die Verbindungs-

übertragen. Jede von der Leitung 120 aus zu der glieder 222, 224, 226, 228, 230 in einer Richtung,

Klemme 3 zurückkehrende Welle wird zu dem re- wie die Pfeile in Fig. 8 andeuten.

15 16

Wenn das System von Fig. 8 als Schieberegister be- zur Zeit T₀ auf der Zeitskala von Fig. 10 der Zustand trieben wird, werden die Phaseninformationen, die der Schwingungen in dem System unbekannt ist, die der Leitung 200 durch eine an die Eingangskopp- Synchronisierwellen aber das in Fig. 10 gezeigte Verlungsleitung 218 angelegte Welle zugeleitet werden, hältnis haben, d. h. E₃ den kritischen Pegel A auf durch das Kopplungsglied 222 zur Leitung 202 wei- 5 dem Weg zum Schwingungspegel B durchläuft, sei tergeleitet, von dort aus über das Kopplungsglied 224 eine Eingangswelle der durch W dargestellten Phase zu der Leitung 204 usw., bis sie die Leitung 208 er- an die Eingangskopplung 218 zur Zeit T₀ angelegt, reichen, wo sie durch die Ausgangskopplung 220 oder Wenn angenommen wird, daß die Erregung ununter-261 entnommen werden können oder auch z. B. zu brachen an alle Erregungseingangs-Kopplungsglieder einer Recheneinheit eines Digitalrechners gesendet io 214 angelegt wird, wird die Leitung 200 in einen Zuwerden können. Mehrer aufeinanderfolgende Phasen- stand ständiger Schwingung der betreffenden stabilen informationen können der Kopplung 218 nachein- Phase versetzt, die durch die Phaseninformation W ander aufgeprägt werden bis zur Erreichung der bestimmt wird. Zur Zeit T₁ fällt die Welle E₁ vom Kapazität des Systems. Die zeitliche Steuerung der Pegel B über den Pegel A zum Pegel 0 ab und verÜbertragung von Informationen von Leitung zu Lei- 15 stimmt dadurch das Leitungssegment 204 und alle tung kann durch eine geeignete Gruppe von Synchro- anderen Leitungssegmente, die zur Abstimmung von nisierwellen erfolgen. Diese können an die Vorspan- der Welle E₁ abhängig sind. Zur Zeit T₀ kehren die nungskreise der jeweiligen Leitungen als Variationen von E₁ gesteuerten Leitungssegmente in den stetig der Vorspannung angelegt werden. Die Erregung der schwingenden Zustand zurück. Weil die Kopplung jeweiligen Leitungen kann aber auch einzeln gesteuert 20 zwischen benachbarten Leitungssegmenten nur in werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. einer Richtung wirksam ist, gelangt ein in den

Fig. K) zeigt eine Gruppe von Synchronisiervor- Schwingungszustand kommendes Segment in denspannungen, die von den Quellen 260 usw. geliefert jenigen stabilen Phasenzustand, der ihm durch das werden können, um die Operation des Systems von Leitungssegment auf der Seite aufgeprägt wird, von Fig. 8 zu steuern. Fig. 10 enthält drei graphische 25 wo aus die Übertragung über die Kopplung, die in Darstellungen der Spannung zur Zeit, und zwar wird einer Richtung wirksam ist, kommen kann, und wird in allen dieselbe Zeitskala verwendet. Für jede gra- nicht wesentlich durch den Phasenzustand des ihm phische Darstellung sind drei Spannungshöhen 0, A auf der anderen Seite benachbarten Leitungssegments und B gezeigt. Der Pegel 0 stellt eine Vorspannung beeinflußt.

dar, die die Dioden aus der Resonanzlage bringt, und 30 Die durch die Welle JE₁ zur Zeit T., bewirkten zwar in einem solchen Maße, daß die Schwingung Änderungen im Phasenzustand sind jetzt nicht wichverhindert wird. Der Pegel A stellt eine Vorspannung tig, da die Phasenzustände in dem betroffenen Teil dar, die die Dioden genügend nahe an den Resonanz- des Systems unbekannt bleiben, aber die Leitung 200 zustand heranbringt, um Schwingungen einzuleiten. schwingt weiter in Phase W unter der Steuerung der Der Pegel B stellt eine Vorspannung dar, die die 35 Welle E₃. Zur Zeit T_& verliert die Welle E₂ die Steue-Dioden in korrekte Resonanz für das Aufrechthalten rung der Leitungssegmente, an die sie angeschlossen von stabilen Schwingungen bringt. Jede graphische ist, und zur Zeit T₁ erzeugt die Welle E₂ Schwingun-Darstellung hat den Pegel 0 während etwa eines Sech- gen in diesen Segmenten jeweils unter der Steuerung zehnteis jedes Umlaufs und den Pegel B während des des benachbarten Elements auf der Seite, von wo aus restlichen Teils jedes Umlaufs mit Ausnahme der 40 eine Übertragung am besten empfangen wird. Wähkurzen Übergangszeiten, wenn die Spannung auf dem rend dieser ganzen Zeit schwingt die Leitung 200 Wege von dem Pegel 0 zu dem Pegel B oder umge- weiter mit der Phase W unter der Steuerung von E₃, kehrt den Pegel A durchläuft. Die graphischen Dar- so daß die Leitung 202 die Phaseninformation W von Stellungen zeigen drei Phasen von Spannungswellen der Leitung 200 empfängt und mit der durch die Lei-E₁. E₂ bzw. E₃, die sich in der Phase um Teile eines 45 tung 200 bestimmten Phase zu schwingen beginnt. Drittels eines Umlaufs unterscheiden. Die Quelle 260 Die Leitung 204 kann die Phase der Leitung 202 sendet eine Spannungswelle der Phase E₃ zu der Lei- nicht beeinflussen, weil die Kopplung nur in einer tung 200 über den Widerstand 240. Die Quellen 262, Richtung wirksam ist.

264 und 266 senden Spannungswellen der Phasen E₂, Zur Zeit T₅ verliert die Welle E₃ die Steuerung der

E₁, E₃ zu den Leitungen 202, 204 bzw. 206, und die 50 Leitung 200. Da eine Aufzeichnung der Phaseninfor-Quelle 268 beschickt die Leitung 208 mit einer Span- mation W in dem Leitungssegment 202 erfolgt ist, nungswelle von entsprechender Phase, die davon ab- wird diese Information in dem Leitungssegment 200 hängt, wieviele Leitungssegmente in dem System ent- nicht mehr benötigt. Daher kann zur Zeit T₈ eine Einhalten sind. Die Phase der Quelle 268 ist mit E_x be- gangswelle der durch X dargestellten Phase an das zeichnet. 55 Eingangskopplungsglied 218 angelegt werden, wo-

Jetzt sei genauer beschrieben, wie die Synchronisa- durch bestimmt wird, daß die Phase der Schwinguntionswellen von Fig. 10 Phaseninformationen in dem gen in Leitung 200 mit der Phaseninformation X System von Fig. 8 von Leitungssegment zu Leitungs- übereinstimmt. Jetzt ist bekannt, daß die Informasegment weiterleiten. Jedes der Leitungssegmente tion W in Leitung 202 und die Information X in Lei-200, 202, 204, 206 usw. kann eine Phaseninformation 60 tung 200 dargestellt sind.

dadurch enthalten, daß es in dem einen oder dem Zur Zeit T₇ verliert die Welle E₁ die Steuerung,

anderen der stabilen Phasenzustände schwingt, die es was wiederum nur den Teil des Systems betrifft, worin haben kann. In einem binären System hat jedes Lei- die Phasenbedingungen noch unbekannt sind. Zur tungssegment zwei stabile Phasenzustände, von denen Zeit T₈ erzeugt die Welle E₁ Schwingungen, darunter der eine die binäre Ziffer »Eins« und der andere die 65 solche in der Leitung 204, die durch die Phaseninforbinäre Ziffer »Null« darstellt. Wenn W, X, Y, Z eine mation in der Leitung 202 bestimmt werden ohne Folge von Phaseninformationen darstellen, die in dem Rücksicht auf die Information in der Leitung 206. System von Fig. 8 gespeichert werden sollen, und daß Daher wird die Information W in der Leitung 204

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dupliziert. Die Leitung 202 schwingt weiter in der Bei einer Dreiphasensteuerung, wie sie in Fig. 8 Phase W und die Leitung 200 in der Phase X. und 10 gezeigt ist, ist die Speicherkapazität des Zur Zeit T₉ verliert die Welle E₂ die Steuerung der Systems etwa gleich zwei Dritteln der Anzahl von Leitung 202, wodurch die Aufzeichnung von W in Leitungssegmenten. Es können nach Wunsch vier der Leitung 202 gelöscht wird. Sie wird auch nicht 5 oder mehr Steuerwellen benutzt werden. Bei einer mehr benötigt, da die Leitung 204 weiter in Phase W Vierphasensteuerung beträgt die Speicherkapazität schwingt. Die Leitung 200 schwingt weiter in Phase X. etwa drei Viertel der Zahl von Leitungssegmenten, Zur Zeit T₁₀ bewirkt die Welle E₂, daß die Phase X bei einer Fünfphasensteuerung etwa vier Fünftel usw. in der Leitung 202 aus der Leitung 200 kopiert Dagegen setzt die Zweiphasensteuerung die Speicherwird, ίο kapazität auf etwa die halbe Zahl der Leitungsseg-Zur Zeit T₁₁ verliert die WeIIeE₃ die Steuerung der mente herab, hat aber den Vorteil einer höheren Leitung 200, wodurch die Aufzeichnung von X in Lei- Arbeitsgeschwindigkeit. Ein System von Steuerwellen tung200 gelöscht wird. Jetzt wird W in Leitung 204 E₁ und E₁ für die Zweiphasensteuerung ist in Fig. 11 und X in Leitung 202 aufgezeichnet. Die Leitung 200 dargestellt.

kann jetzt neue Informationen aufnehmen, so daß zur 15 Wenn das System von Fig. 8 als Umlaufspeicher. Zeit J₁₂ eine Eingangswelle der durch Y dargestellten Verzögerungsleitung od. dgl. betrieben wird, erhält Phase an das Eingangskopplungsglied 218 angelegt man einen geschlossenen Ring von Leitungssegmenten werden kann, um Schwingungen der Phase Y in der durch Schließen des Schalters 250, so daß das Kopp-Leitung 200 zu erzeugen. Außerdem erzeugt zur Zeit lungsglied 230 in den Stand gesetzt wird, Wellen von J₁₂ die Welle E₃ dauernde Schwingungen in der Lei- 20 der Leitung 208 zur Leitung 200 zu übertragen. In tung 206 in der von der Leitung 204 bestimmten diesem Falle ist die verwendbare Anzahl von gleichen Phase. Es ist also jetzt bekannt, daß die Phase W in Segmenten teilweise von der Zahl von Phasen in dem den Leitungen 204 und 206, die Phase X in der Lei- Steuersystem abhängig. Natürlich muß in dem System tung 202 und die Phase Y in der Leitung 200 aufge- von Fig. 8 die Quelle 268 durch die Welle E₁ gesteuzeichnet ist. 25 ert werden, damit die Steuerung regelmäßig nachein-Auf diese Weise werden die Phaseninformationen ander von E₁ auf E₃, von E₃ auf E₂ usw. um den von einem Leitungssegment zum anderen weiterge- ganzen Ring herum übergehen kann. Dementspreleitet. Jedesmal, wenn eine der Wellen E₁, E₂, E_A die chend muß die Zahl von Leitungen ein Vielfaches Steuerung einer Gruppe von Leitungen verliert, wer- der Zahl von Steuerphasen sein. Außerdem ist in dem den die in diesen Leitungen aufgezeichneten Infor- 30 System von Fig. 8 die Verbindung von einem Leimationen gelöscht, aber in jedem Falle ist die betref- tungssegment zum nächsten solcher Art, daß bei fende Information vorher in einer anderen Leitung jeder Übertragung die Phase umgekehrt wird. Wenn dupliziert worden. Jede Steuerwelle kann zwei oder daher eine Phaseninformation den Ring einmal ummehr Leitungen gleichzeitig steuern. Die Informa- laufen und in derselben Phase, in der sie angefangen tion Z kann zur entsprechenden Zeit eingeführt wer- 35 hat, am Ausgang ankommen soll, ist eine gerade Zahl den, wie aus den vorstehenden Ausführungen hervor- von Leitungsegmenten erforderlich. Wenn man jedoch geht. eine ungerade Zahl von Leitungssegmenten zu verWenn die Phaseninformation W zu dem letzten wenden wünscht, kann das geschehen durch die Ein-Leitungssegment des Systems, der Leitung 208 in führung einer Phasenumkehrung in eine der Verbin-Fig. 8, übertragen worden ist, wird die weitere Über- 40 düngen zwischen zwei Leitungssegmenten, z. B. durch tragung durch den Schalter 250 blockiert. Die in der Verbindung der Ausgangskopplung 220 mit der Ein-Leitung208 enthaltene Information kann über das gansseite des in einer Richtung wirksamen Kopp-Ausgangskopplungsglied 220 oder 261 irgendwann lungsgliedes 230 an Stelle der Verbindung über den vor dem Zeitpunkt entnommen werden, wenn die Schalter 250.

Welle E_x die Steuerung der Leitung 206 verliert. Ob 45 Phaseninformationen können in den Ring eingees sich bei E_x tatsächlich um E₁, E₂ oder E₃ handelt, geben werden durch eine Eingangskopplung zu einem wird durch die Zahl von Leitungen bestimmt, die in beliebigen Leitungssegment, wofür der Eingang 218 dem System verwendet werden, aber die Aufzeich- ein Beispiel ist. Mit demselben System von Steuernung in Leitung 208 bleibt auf jeden Fall während wellen, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, ist die Operadesjenigen Teils des Umlaufs intakt, in dem die tion dieselbe wie im Falle des Schieberegisters, bis Welle E_x den Pegel B hat. Die Zahl von Informatio- ° das System vollständig gefüllt ist. Bei sechs Leitungsnen, die das System gleichzeitig speichern kann, ist Segmenten können z. B. vier Phaseninformationen kleiner als die Gesamtzahl von Leitungssegmenten, eingeführt werden. Anstatt der Notwendigkeit, z. B. weil es nötig ist, die Informationen in benachbarten die Information W aus der Leitung 208 zu entneh-Leitungen zu duplizieren, damit sie dann von Leitung 55 men, bevor ihre Aufzeichnung gelöscht ist, wird die zu Leitung weiterlaufen können, ohne verlorenzu- Information regulär zur Leitung 200 weitergeleitet gehen, wenn die Steuerwelle die Steuerung einer Lei- ebenso wie jede folgende Information, und alle vier tung verliert, in der die gegebene Information ge- Informationen können im Umlauf um den Ring gespeichert ist. Ob die Information über das Kopp- halten werden, solange man sie zur Verfügung zu lungsglied 220 oder das Kopplungsglied 261 entnom- 60 haben wünscht. Aufeinanderfolgende Informationen men werden soll, kann von der Gesamtzahl der ver- erscheinen nacheinander in dem Ausgangskopplungswendeten Leitungssegmente abhängen. In einem binä- glied 220, und zwar jeweils in der ursprünglichen ren System ist die Phase in dem einen oder dem Phase. Die Umkehrungen der Informationen erscheianderen Ausgangskopplungsglied, wenn eine gegebene nen gleichzeitig im Kopplungsglied 261, wenn dieses Phaseninformation, z. B. W, entnommen werden soll, 65 vorgesehen ist. Jede Information oder ihre Umkehdieselbe wie die Phase, die bei Eingabe derselben In- rung findet sich zu einer bestimmten Zeit im Steuerformation (hier W) an die Leitung 200 angelegt wor- umlauf in der entsprechenden Ausgangskopplung, den ist. Neue Informationen können zu entsprechenden Zeit-

punkten im Umlauf durch eine Überlagerangswelle der Frequenz Z₁ mit der gewünschten an die Eingangskopplung218 angelegten Phase eingeführt werden. Jede über die Kapazität des Systems hinaus eingeführte Information bewirkt das Löschen der alten Information, die gerade von der Leitung 208 aus an die Leitung 200 angelegt werden soll.

Anstatt das System von Fig. 8 durch Veränderung der Vorspannung zu synchronisieren und so die Abstimmung der Leitungssegmente zu steuern, kann die Erregungsspannung in ähnlicher Weise innerhalb eines Wertebereichs verändert werden, der den kritischen Wert für die Einleitung von Schwingungen und die über und unter dem kritischen Wert liegenden Werte umfaßt. Die Kurven von Fig. 10 können dann Amplitudenänderungen der Erregungswelle darstellen, und zwar liegt dann der Pegel 0 unterhalb der kritischen Amplitude für die Einleitung von Schwingungen, der Pegel A bei der kritischen Amplitude und der Pegel B beträchtlich über der kritischen Amplitude.

Der Pegel 0 kann, anstatt unterhalb der kritischen Amplitude für die Einleitung von Schwingungen zu liegen, auch eine Erregung von umgekehrter Phase darstellen, die dazu neigt. Schwingungen zu dämpfen. Anstatt entweder die Vorspannung oder die Erregung zu verändern, kann eine Komponente der Frequenz Z₁ mit einer solchen Phase eingeführt werden, daß die Schwingungen gedämpft werden. Eine solche Komponente steht in der Leitung auf der entgegengesetzten Seite des Spannungsknotens für die Frequenz Z₁ zur Verfügung.

In dem System von Fig. 8 kann z. B. das typische, in einer Richtung wirksame Kopplungsglied 222 eine Vorrichtung, z.B. ein Isolator, mit einer linearen kapazitiven Kopplung zu den Leitungen 200 und 202 sein. Ein Isolator, der z. B. aus einem Ferritkreisel bestehen kann, welcher in einer Wellenführung von kreisförmigem Querschnitt zwischen zwei Abschlußwellenführungen von rechteckigem Querschnitt enthalten ist, die mechanisch um einen Winkel von 45° gegeneinander verschoben sind, ist im Handel erhältlich. Der Kreisel liefert in diesem Falle eine Drehung von 45 . Eine Welle, die von einer bevorzugten Richtung aus in den Isolator eintritt, erhält eine Drehung von 45 ° in dem Sinne, der erforderlich ist, um sie frei durch den Isolator laufen zu lassen. Eine Welle, die aus der entgegengesetzten Richtung in den Isolator eintritt, erhält dagegen eine Drehung von 45° in demselben Sinne wie zuvor und wird daher in einem Winkel von 90^; zu der Richtung polarisiert, die sie frei weiterlaufen lassen würde. Daher wird ihre Weiterbewegung verhindert.

Eine andere Art der in einer Richtung wirksamen Kopplung, die zwischen benachbarten Leitungen in dem System von Fig. 8 verwendet werden kann, ist eine Diode, wie sie in Fig. 9 veranschaulicht ist. Dort sind die Abschlußdioden 232 und 234 an benachbarten Enden zweier aneinander angrenzender Resonanzleitungen zusammen mit einer dritten Diode 236 dargestellt, die durch lineare kapazitive Kopplungen 235 und 237 mit den benachbarten Resonanzleitungen verbunden ist. Bei Verwendung von kleinen Signalen kann die Diode 236 etwa die Vorspannung Null haben. Bei Verwendung von größeren Signalen kann es z. B. zweckmäßig sein, einen Widerstand mit dieser Diode parallelzuschalten. In dieser Anordnung leitet die Diode 236 die Phaseninformationen nur von rechts nach links weiter. Während des halben Umlaufs, in dem die Kapazitanz der Diode 232 größer als ihr Mittelwert ist, ist die Kapazitanz der Diode 234 kleiner als ihr Mittelwert. Gleichzeitig ist die Kapszitanz der Diode 236 größer als ihr Mittelwert. Daher ist die Kopplung am größten, wenn die Impedanz rechts kleiner als die Impedanz links ist. Daher neigt die linke Phase zur Übereinstimmung mit der Phase auf der rechten Seite.

ίο Man kann auch ohne das Merkmal der Wirksamkeit in nur einer Richtung bei den Kopplungen 222, 224, 226, 228, 230 auskommen und statt dessen direkte kapazitive Verbindungen zwischen den Leitungssegmenten verwenden, die Hochfrequenzwellen in beiden Richtungen übertragen. In diesem Falle werden die Steuerwellen E₁, E₂, E._A so abgeändert, daß, wenn eine beliebige Steuerwelle einen solchen Pegel hat, daß sie in einer gegebenen Leitung dauernde Schwingungen einleitet, die benachbarte Leitung auf einer Seite verstimmt wird oder mit einer ungenügenden Amplitude schwingt, um in Gegenwart einer stärkeren Welle eine Steuerung auszuüben. Gleichzeitig schwingt die auf der anderen Seite angrenzende Leitung stark. Infolgedessen ist die Übertragung von Phaseninformationen nur von der stark schwingenden Leitung zu der Leitung möglich, die zu schwingen beginnt. Die verstimmte oder schwach schwingende Leitung hat keine Wirkung auf die Phase ihrer benachbarten Leitung. Fig. 12 zeigt für diese Arbeitsweise geeignete Steuerwellen. Bei dieser Anordnung wird jedoch die Speicherkapazität auf ein Drittel der Anzahl von Leitungssegmenten für ein Dreiphasensteuersystem herabgesetzt.

Während die in Fig. 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiele so dargestellt sind, daß die Erregungswelle der Frequenz /., an einen zentralen Punkt der Wellenführungsvorrichtung angelegt wird, braucht der Anlegungspunkt nicht unbedingt zentral zu sein. Es können z. B. eine oder mehrere halbe Wellenlängen (für die Frequenz Z₁) der Länge des Leitungssegments hinzugefügt werden, in welchem Falle für jede weitere halbe Wellenlänge ein Spannungsknoten hinzukommt. Die Erregung kann an einem beüebigen oder mehreren der Knoten angelegt werden, während der Vorteil der Herabsetzung des Lasteffekts auf das Resonanzsystem bei der Frequenz J₁ auf ein Mindestmaß erhalten bleibt. Wenn eine solche Belastung in einem gegebenen Falle von vernachlässigbarer Bedeutung sein sollte, kann die Erregung an einem Punkt angelegt werden, der kein Knoten der Frequenz Z₁ ist. Eingangs- und Ausgangskopplungen für jede der stabilen Phasen der Frequenz Z₁ können sich überall dort befinden, wo die gewünschte Phase von Z₁ auf der Leitung erscheint.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte hervorgehen, daß bei Verwendung von Längen für das Leitungssegment, bei denen der Zustand in seiner Mitte keinen Knoten für die Frequenzkomponente Z₁ hat, z. B. wenn die ganze Länge dreiviertel Wellenlänge beträgt, die Erregung außerhalb der Mitte, vorzugsweise an einem Wellenknoten, erfolgen muß. Gewöhnlich ist es zweckmäßig, relativ kurze Leitungssegmente zu verwenden.

Durch die nachstehenden Ausführungen sollen Abmessungen angegeben werden, die geeignet sind. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, können aber in anderen Fällen andere Abmessungen benutzt werden.

In einer Einheit beträgt die Resonanzfrequenz 1,5 Kilomegahertz, was einer Wellenlänge von 20 cm entspricht. Die Länge des Resonators, gemessen von einem der Kapazitanzelemente zu dem anderen, ist gleich einer Viertelwellenlänge, d. h. 5 cm. Die Erregungsfrequenz /., beträgt 3 Kilomegahertz.

Als weiteres Beispiel kann die Anordnung für eine Resonanzfrequenz von 10 Kilomegahertz konstruiert werden, was einer Wellenlänge von 3 cm entspricht. Die Länge des Resonators kann zwischen den Kapazitanzelementen fünf Viertel einer Wellenlänge betragen, d. h. etwa 3,75 cm. Die Erregungsfrequenz kann Kilomegahertz betragen.

Es dürfte aus der vorstehenden Beschreibung hervorgehen, daß die hier beschriebenen nichtlinearen Resonanzeinheiten, die z. B. in Fig. 1 bis 4 veranschaulicht sind, in Systemen verwendet werden können, die entweder eine solche Einheit oder eine Kombination aus mehreren umfassen. Bestimmte Kombinationen von Einheiten sind in Verbindung mit Fig. 6 bis 9 beschrieben worden.

Zum Beispiel umfaßt das System von Fig. 8 mehrere Einheiten des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs, die in Serie oder in Tandem geschaltet sind. Es können auch verschiedene andere Anordnungen von Einheiten, wie z. B. Parallel- oder Reihenschaltungen verwendet werden.

Eine der wichtigen Anwendungen von Einheiten der hier beschriebenen Art ist die in Datenverarbeitungssystemen. In solchen Systemen können die Ausgänge von mehreren Einheiten über eine Schaltanordnung zur Ausführung einer logischen Operation geschaltet sein, und der Ausgang dieser Schaltanordnung kann als Eingang zu einer weiteren Einheit verwendet werden.

Claims (20)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung mit parametrischen Eigenschaften zur Verwendung als Frequenzteiler. Verstärker, Modulator oder Schieberegister, die mindestens einen annähernd auf eine Frequenz /, abgestimmten Resonator in Form einer Wellenleitung mit einem oder mehreren Signalein- und -ausgängen und einer Energiezuführungseinrichtung enthält, ferner mindestens eine nichtlineare und vorerregte Reaktanz, dadurch gekenn zeichnet, daß die nichtlineare Reaktanz oder die nichtlinearen Reaktanzen (30, 32) in mindestens einem Wellenbauch der Frequenz/, des Wellenleiters (20) in der Weise angeordnet ist oder sind, daß sie durch die dort auftretende entsprechende Feldstärke beeinflußt wird oder werden, daß die Zuführungseinrichtung (50) der Energie einer von der Frequenz /_t verschiedenen Frequenz /., in einem auf dem Wellenleiter (20) auftretenden Spannungsknoten der Frequenz J₁ angeordnet ist und daß jeweils ein oder mehrere Signalein- und -ausgänge (52, 54, 56, 58) des Wellenleiters (20) mindestens nahezu in den Spannungsknoten der Frequenz /₂ angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezuführungseinrichtung (50) Anpassungsreaktanzen zur Kompensation der bei einer Frequenz/., auftretenden imaginären Komponente der Eingangsimpedanz des Wellenleiters (20) enthält.

3. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelleitung (20) verwendet wird, die mindestens an einem Ende durch eine nichtlineare Reaktanz, insbesondere eine Diode (30), abgeschlossen ist.

4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine als konzentrische Leitung (20) ausgebildete Doppelleitung verwendet wird, deren Länge mindestens annähernd //4 der Frequenz f_x entspricht, deren eines Ende durch eine Halbleiterscheibe (30) und deren anderes durch eine weitere Halbleiterscheibe (32) oder durch einen linearen kapazitiven Widerstand (33, Fig. 3) abgeschlossen ist.

5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezuführung (50) der Frequenz /.„ die vorzugsweise höher ist als die Frequenz f_v kapazitiv mit mindestens einem Leiter (24) der Doppelleitung (20) im Spannungsknoten der Frequenz Z₁ gekoppelt ist und daß für jeden Spannungsknoten der Frequenz f.₂ zwei Signalein- und/oder -ausgänge der Frequenz /, vorgesehen sind, die ebenfalls kapazitiv mit mindestens einem Leiter (24) der Doppelleitung (20) gekoppelt sind, so daß gegenphasige Ausgangsspannungen entnommen oder gegenphasige Eingangsspannungen angelegt werden können.

6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorerregung der als nichtlineare Reaktanz verwendeten Halbleiterdiode (30) oder Halbleiterdioden (30, 32) eine Vorspannung im Spannungsknoten der Frequenz Z₁ zwischen den beiden Leitern (22,24) der Doppelleitung (20) angelegt wird.

7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Erzeugung der zur Vorerregung der nichtlinearen Reaktanz dienenden Vorspannung der beiden Leiter (22,24) der Doppelleitung (20) im Spannungsknoten der Frequenz/, über einen ohmschen Widerstand (45) verbunden sind.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Vorerregung der nichtlinearen Reaktanz dienende Vorspannung über eine abgestimmte Doppelleitung (40), die mindestens teilweise als ohmscher Widerstand (45) ausgebildet ist. von einer äußeren Spannungsquelle (38) im Spannungsknoten der Frequenz Z₁ zugeführt wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer konzentrischen Doppelleitung in einer Resonanzanordnung mit nichtlinearer Reaktanz die zur Zuführung oder Erzeugung der Vorspannung dienende Doppelleitung (40) einen Mittelleiter (44) enthält, der teilweise aus dielektrischem Material besteht, dessen Oberfläche einen Überzug aus Widerstandsmaterial (45) aufweist.

10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Frequenzteiler mit der Frequenz/, ein Ende der mindestens annähernd λ/4 langen Doppelleitung (104) mit einem linearen kapazitiven Widerstand (33) und das andere Ende mit einem nichtlinearen kapazitiven Widerstand (30) abgeschlossen ist und daß die Frequenz/, der zugeführten Energie, die einen bestimmten Schwellwert übersteigt, ein ganzes Vielfaches,

vorzugsweise das Doppelte der Frequenz Z₁ beträgt (Fig. 3).

11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Frequenzteiler mit der Frequenz Z₁ beide Enden der mindestens annähernd /JA langen Doppelleitung (104) mit einem nichtlinearen kapazitiven Widerstand, vorzugsweise Halbleiterdioden (30,32), abgeschlossen sind, daß die zugeführte Energie der Frequenz Z₂ einen bestimmten Schwellwert übersteigt und daß zur Phasenstabilisierung der Resonanzschwingung der Frequenz Z₁ einem der Signaleingänge (108) ein Signal der Frequenz Z₁ zur Schwingungsanfachung zugeführt wird, dessen Amplitude mindestens den Rauschpegel übersteigt (Fig. 4).

12. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Verstärker für die Frequenz Z₁ beide Enden der mindestens annähernd A/4 langen Doppelleitung (104) mit einem nichtlinearen kapazitiven Widerstand, vorzugsweise Halbleiterdioden (30, 32), abgeschlossen sind, daß die zugeführte Energie der Frequenz/₂ einen bestimmten Schwellwert nicht übersteigt" daß einem der Signaleingänge (108) Signale der Frequenz Z₁ zugeführt werden, deren Amplituden mindestens den Rauschpegel übersteigen, und daß die verstärkte Ausgangsspannung einem der Signalausgänge (110,114) entnommen wird (Fig. 4).

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Signaleinoder -ausgänge (108) ein Zirkulator (116) zugeordnet ist, dem einmal die zu verstärkenden Signale der Frequenz Z₁ zugeführt und zum anderen die verstärkten Signale der Frequenz Z₁ entnommen werden (Fig. 5).

14. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Phasensteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Phasenlage der Eingangssignale der Frequenz J₁ die Phasenlage der Ausgangssignale der Frequenz J₁ festgelegt wird.

15. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als Modulator eine erste Resonanzanordnung (104) mit mindestens einer nichtlinearen Reaktanz (30) vorgesehen ist, die auf die Frequenz/, abgestimmt ist, und die mit einer zweiten Resonanzanordnung (124) mit mindestens einer nichtlinearen Reaktanz (126) gekoppelt ist, die ihrerseits auf die Differenzfrequenz Z₃ — f.,—Z₁ abgestimmt ist, wobei beiden Resonanzanordnungen (104,124) die Energie mit der Frequenz Z₂ zugeführt wird (Fig. 6). "

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verwendung als Verstärker für Signalschwingungen die Stellen der Spannungsknoten der Schwingung mit der Frequenz Z₂ auf der ersten Doppelleitung (104) mit den Stellen der Spannungsknoten der Schwingungen mit der Frequenz Z₃ ⁼ /2^ Z₁ der zweiten Doppelleitung (124) kapazitiv gekoppelt sind und die zu verstärkende und die verstärkte Schwingung der Frequenz Z₁ an einem oder mehreren Spannungsknoten der Schwingung mit der Frequenz Z₁ auf der ersten Doppelleitung (104) ein- und ausgekoppelt wird und die verstärkte Schwingung der Frequenz Z₃ an einem Spannungsknoten der Schwingung mit der Frequenz Z₃ auf der zweiten Doppelleitung (124) ausgekoppelt wird (Fig. 6).

17. Anordnung nach Anspruch 15 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß einem Signaleingang oder -ausgang (108) der Schwingung mit der Frequenz Z₁ der ersten Doppelleitung (104) ein Zirkulator (110) als Signaleingang und Signalausgang zugeordnet ist und daß die Erregungsfrequenz Z₂ den beiden Doppelleitungen je gesondert zugeführt wird (Fig. 7).

18. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch die Schwingungen der Frequenz Z₂ erregte Resonanzanordnungen (200, 202, 204, 206, 208) mit nichtlinearer Reaktanz für die Frequenz Z₁ mit Hilfe von Kopplungsdioden (222, 224, 226, 228, 230) jeweils über die Knotenstellen der Frequenz Z₂ hintereinandergeschaltet sind, so daß sich ein Schieberegister für die jeweilige Phasenlage der Frequenz Z₁ ergibt (Fig. 8).

19. Anordnung nach Ansprach 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mindestens annähernd 2/4 langen, durch Halbleiterdioden abgeschlossenen Doppelleitungen (200, 202, 204, 206, 208) jeweils die zweite Knotenstelle der Frequenz Z₂ der vorhergehenden Doppelleitung (200) mit der ersten Knotenstelle der Frequenz Zo der nachfolgenden Doppelleitung (202) verbunden ist.

20. Betrieb von Anordnungen nach Anspruch IS und/oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der nichtlinearen Reaktanz der einzelnen Resonanzanordnungen jeweils nacheinander in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen zugeführt wird (s. Fig. 8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 475 832;
»Nachrichtentechnik«. Heft 12, 1953. S. 533;
»RCA-Review«, Dezember 1957, S. 578:
»Proceedings of the IRE«, Juni 1958, S. 1301.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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