DE1147784B

DE1147784B - Schaltungsanordnung für die Verarbeitung von Informationsangaben

Info

Publication number: DE1147784B
Application number: DENDAT1147784D
Authority: DE
Inventors: Holmdell N. Y. William McHenry Goodall (V. St. A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1956-10-31
Publication date: 1963-04-25
Also published as: NL221890A; GB820394A; FR1183427A; US2914249A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Schaltungen zum Verarbeiten von Ziffernangaben, d. h. auf Rechnerschaltungen, und zwar auf solche, in denen zwei Gruppen von Impulsen verarbeitet werden, die einen Frequenzumfang von Null bis etwa zur Impulswiederholungsfrequenz besitzen und hinsichtlich Frequenz und Phase der Wiederholungsfrequenz synchronisiert sind.

Bei Ziffern- oder Stellenrechnern war es bis jetzt allgemein üblich, Impulszüge von Gleichstromimpulsen zur Darstellung der Ziffern zu verwenden. Das ist bei niedrigen Impulswiederholungsfrequenzen durchaus möglich, und es wurden Rechner gebaut, deren Impulswiederholungsfrequenz bei 4 Millionen Impulsen je Sekunde lag. Bei Impulswiederholungsfrequenzen von etwa 50 Millionen je Sekunde ist es jedoch außerordentlich schwierig, Rechenanlagen unter Verwendung der bisher üblichen Technik zu bauen. Diese Schwierigkeiten ergeben sich teilweise durch das Fehlen von Impulsverstärkern ausreichender Bandbreite, um Gleichstromimpulse mit dieser Impulswiederholungsfrequenz zu verarbeiten, und außerdem durch die relativ geringe Arbeitsgeschwindigkeit anderer Schaltelemente der Rechner.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Arbeitsgeschwindigkeit von solchen Ziffern- oder Stellenrechnern zu erhöhen.

Erfindungsgemäß läßt sich diese Aufgabe dadurch lösen, daß die Schaltungsanordnung zum Fortleiten der digitalen Angaben zwei Mikrowellenkanäle enthält, deren niedrigste übertragbare Frequenz wesentlich höher liegt als die Impulswiederholungsfrequenz, und daß sie Mikrowellengeneratoren für eine Trägerfrequenz aufweist, die wesentlich größer als die niedrigste übertragbare Frequenz ist, sowie für die beiden Übertragungskanäle Modulationseinrichtungen enthält, die die Impulse in jeweiliger Übereinstimmung mit den in die Schaltung gegebenen Impulsgruppen in synchronisierte Mikrowellenimpulse umwandeln, deren Frequenzbereich oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz sich etwa um den Betrag der Impulswiederholungsfrequenz erstreckt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird daher zur Darstellung der binären Signale Mikrowellenenergie verwendet, derart, daß jeder Impuls aus einer Anzahl von Schwingungen wellenförmiger elektromagnetischer Energie besteht. In einem Rechner, der mit Impulswiederholungsfrequenzen von etwa 50 Megahertz arbeitet, kann eine Trägerfrequenz zwischen 5 und 12 GHz verwendet werden. Verstärker mit verteilten Schaltelementen, wie z. B. Wanderfeld-Schaltungsanordnung für die Verarbeitung
von Informationsangaben

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1956 (Nr. 619 435)

William McHenry Goodall, Hohndell, N. Y.

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

röhren, lassen sich dabei wirksam zur Verstärkung von Impulsen zwischen 5 und 12 GHz einsetzen, während Trioden mit sehr kleinem Elektrodenabstand, wie z. B. Scheibentrioden, für die Verstärkung am unteren Ende dieses Frequenzbandes geeignet sind. Aus Wellenleitern, insbesondere Hohlleitern bestehende Abzweigschaltungen lassen sich zusammen mit zwei oder mehr Impulszügen synchronisierter Mikrowellenimpulse ebenso für die verschiedenen Schaltfunktionen verwenden.

Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung werden Wellenleiter, insbesondere Hohlleiterschaltelemente verwendet, bei denen mindestens eine asymmetrisch leitende Vorrichtung in mindestens einem der Zweige des Wellenleiters angeordnet ist, um logische Schaltfunktionen zu erfüllen. Beispielsweise kann eine Gabelschaltung, wie etwa ein magisches T oder eine Ringgabel, in einen Wellenleiter eingeschaltet werden, um einen Eingangswellenleiter, einen Ausgangswellenleiter und ein Paar Steuerwellenleiter miteinander zu verbinden. In jedem der Steuerwellenleiter ist eine Diode angebracht. Binäre Impulse von Mikrowellenenergie werden dem Eingangswellenleiter zugeführt. Diese Energie teilt sich gleichmäßig auf die Steuerwellenleiter auf. Weisen die Dioden in den Steuerwellenleitern die gleiche Impedanz auf, dann werden gleiche Energie-

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betrage in Phase nach der Gabelschaltung reflektiert, und es wird keine Energie an den Ausgangswellenleiter übertragen. Werden gleichgerichtete, unipolare Impulse aus einer anderen synchronisierten Quelle von Mikrowellenimpulsen angelegt, um den Impedanzzustand einer der Dioden zu ändern, dann werden jedoch ungleiche Energiebeträge von den Dioden nach der Gabel reflektiert, so daß am Ausgang des Ausgangswellenleiters ein Signal erzeugt wird.

Im vorstehenden Absatz wurde eine Schaltung zur Bestimmung der Koinzidenz von zwei Mikrowellenimpulsen beschrieben. Eine solche Schaltung wird entsprechend dem bei Rechenmaschinen üblichen Sprachgebrauch oft als*- logische »UND«-Schaltung bezeichnet, da die Erregung einer ersten Eingangsschaltung und einer zweiten Eingangsschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignales erforderlich sind. Wellenleiter-Gabelschaltungen mit asymmetrisch leitenden Vorrichtungen lassen sich ebenfalls für andere logische Funktionen verwenden, wie dies anschließend beschrieben wird. Außerdem lassen sich andere Wellenleiter-Abzweigschaltungen als Gabelschaltungen zusammen mit Dioden verwenden, um mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Schaltungen zu schaffen.

Ein Vorteil dieser Diodensteuerschaltungen liegt in der Trennung der verschiedenen Mikrowelleneingangsschaltungen. Verwendet man zum Steuern unipolare, gleichgerichtete Impulse, dann läßt sich eine unerwünschte Kopplung zwischen den Mikrowellenschaltungen leicht vermeiden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung bestimmter Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Mikrowellenrechnerschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Mikrowellenrechnerschaltung,

Fig. 4 eine übliche Gabelschaltung, ein sogenanntes magisches T, mit den zugehörigen Kristallen, welche in Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 5 einen Kristallhalter, der in den Dioden verwendeten logischen Schaltungen verwendet werden kann,

Fig. 6 eine Abzweigschaltung für Wellenleiter unter Verwendung von Ferritmäterial, um nichtreziproke Wirkungen zu ereichen, d. h. einen sogenannten Zirkulator,

Fig. 7 ein anderes nichtreziprokes Mikrowellenschaltelement zur Verwendung in der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 8 eine Impulsmodulationsschaltung, die beispielsweise in den Schaltungen nach Fig. 1 und 3 verwendet werden kann,

Fig. 9 die Verwendung von Richtungskopplern und Diodensteuerschaltungen entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine Diodensteuerschaltung, bei der die Diode impulsmäßig in einen Impedanzzustand übergeführt werden kann, in dem sie an den Wellenwiderstand des Wellenleiters, in dem sie sich befindet, angepaßt ist,

Fig. 11 eine Diodensteuerschaltung, bei der eine zusätzliche Vorspannungsquelle Verwendung findet,

Fig. 12 eine Wellenleiterschaltung, in der der Impedanzzustand der Steuerdiode entweder abhängig von Mikrowelleneingangssignalen oder abhängig von Gleichstromimpulsen geändert werden kann,

Fig. 13 eine andere Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 12,

Fig. 14 eine Schaltung, bei der Eingangssignale von zwei Mikrowellensteuerimpulsquellen und Impulse aus einer Gleichstromimpulsquelle zum Steuern des Zustandes einer zusätzlichen Diode verwendet werden,

Fig. 15 eine andere Schaltung, in der die Impedanz einer Steuerdiode durch die kombinierte Wirkung von Impulsen aus zwei Gleichrichterdioden und aus einer Quelle von Gleichstromimpulsen bestimmt wird,

Fig. 16 eine Mikrowellensperrtorschaltung, bei der zwei Gleichrichterdioden gegensinnig gepolt sind,

Fig. 17 eine Diodensteuerschaltung, bei der die Gleichrichter und Steuerdioden parallel geschaltet sind,

Fig. 18 einen Schaltkreis, bei dem der Schaltvorgang durch Steuern der Impedanz einer Steuerdiode in Abhängigkeit von Mikrowellenimpulsen gesteuert wird, die an zwei anderen, parallel zur Steuerdiode angeschlossenen Dioden ankommen, Fig. 19 eine Impulsregenerierschaltung und

Fig. 20 eine relativ komplizierte Mikrowellensteuerschaltung, bei der Gleichstromimpulse an Dioden angelegt werden, die ihrerseits mit Gleichstromsteuerschaltungen verbunden sind, die etwa wie die Schaltung in Fig. 15 aufgebaut sind.

In Fig. 1 ist beispielsweise eine Mikrowellenaddierschalrung dargestellt. Dabei dient die Schaltung dazu, zwei durch die Wortgeneratoren 11 und 12 erzeugte binäre Zahlen zu addieren und ein binäres Ausgangssignal am Wellenleiterausgangskreis 20 zu erzeugen. Ein wesentliches Merkmal der Schaltung nach Fig. 1 ist die hohe hier verwendete Impulswiederholungsfrequenz. Beispielsweise lassen sich bei Impulswiederholungsfrequenzen von 50 bis 100 Millionen je Sekunde binäre Eingangssignale verarbeiten und ein Summenausgangssignal erzeugen.

Bei binären Serienrechnern werden die Ziffern im allgemeinen als Impulsreihen dargestellt. Üblicherweise wird eine Reihe von Zeitperioden vorgesehen, und es wird in einer solchen Zeitperiode einer Impulsperiode entweder ein Impuls übertragen oder es wird kein Impuls übertragen. Die Anwesenheit eines Impulses in einem bestimmten Zeitabschnitt oder einer bestimmten Impulsperiode entspricht dem binären Symbol 1 und die Abwesenheit eines Impulses dem binären Symbol 0. Die eine einzige Ziffer darstellenden Impulse erscheinen nacheinander in einem Zeitintervall, das gewöhnlich als Wortperiode bezeichnet wird. In dem Diagramm der Fig. 2 ist angenommen, daß jede Wortperiode acht binäre Elemente oder Bits enthält. Die zwischen aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten vergehende Zeit, in welchen Impulse auftreten können oder nicht, wird als Impulsperiode bezeichnet. In dem Diagramm der Fig. 2 sind acht bezifferte Impulsperioden dargestellt. Eine Reihe modulierter Impulse, mit Eingang^ bezeichnet, erscheint in dem ersten Impulsdiagramm der Fig. 2. Die am Eingang A zugeführten Impulse enthalten Impulse in den Impulsperioden 1, 3, 4, 6 und 8. Demgemäß ist die durch das Impulsdiagramm des Eingangs A dargestellte Binärzahl 10110101.

Nach dieser Betrachtung soll die Fig. 1 näher beschrieben werden. Zusätzlich zu den Wortgeneratoren 11 und 12 enthält die Impulserzeugungsschaltung einen Synchronisierimpulsgenerator 13 und die Oszil-

latoren 14 und 15. Die Oszillatoren 14 und 15 können beispielsweise Klystronoszillatoren sein und können Mikrowellenausgangssignale im Frequenzbereich zwischen etwa 5 und 12 GHz an den Wellenleiter 16 abgeben. Das Ausgangssignal im Wellenleiter 16 wird durch ein veränderbares Mikrowellendämpfungselement 17 auf eine geeignete Amplitude eingestellt. Anschließend wird die Mikrowellenenergie einer Gabelschaltung 19 zugeführt. Diese Gabelschaltung kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie sie in dem Buch »Prinzipien und Anwendung der Hohlleiter-Übertragung« von George C. Southworth, erschienen bei D. van Nostrand Co., Inc., New York 1950, in der Fig. 12, 4 bis 7, auf S. 643 beschrieben ist. Eine vereinfachte Darstellung einer derartigen Gabelschaltung ist in Fig. 4 der Erfindung gezeigt. Liegt an den Kristallen 21 und 22 der Gabelschaltung 19 die gleiche Vorspannung, dann wird die Wellenenergie in gleich großen Beträgen nach der Gabelschaltung reflektiert und auch mit gleicher Phase, so daß keine Energie an den Ausgangshohlleiter 24 übertragen wird. Werden jedoch zur Vorspannung Impulse aus dem Wortgenerator 11 angelegt, dann wird die Impedanz der Diode 22 in bezug auf die Impedanz der Diode 21 geändert. Unter diesen Bedingungen werden ungleiche Energiebeträge nach der Gabelschaltung reflektiert, und es entsteht ein merkliches Ausgangssignal am Hohlleiter 24. Die Mikrowellenimpulse am Hohlleiter 24 sind durch den mit Eingang A bezeichneten Impulszug der Fig. 2 dargestellt.

Die Gabelschaltung 26 mit ihren zugehörigen Kristallen arbeitet in gleicher Weise wie die Gabelschaltung 19, um das Ausgangssignal des Klystrongenerators 15 entsprechend den Signalen aus dem Wortgenerator 12 zu modulieren. Dementsprechend erscheinen am Ausgang 27 der Gabelschaltung 26 Impulse, die in Fig. 2 bei Eingang B dargestellt sind. Im Zug der Hohlleiter 24 und 27 liegen Verstärker 28 bzw. 29. Diese Verstärker können beispielsweise Trioden mit sehr kleinen Elektrodenabständen oder Verstärker mit verteilten Schaltelementen, wie z. B. Wanderwellenröhren, sein, die recht gute Breitbandverstärkereigenschaften aufweisen.

Beginnend mit den Hochfrequenzimpulsen an den Eingängen^ und B an den Ausgängen der Verstärker 28, 29, soll jetzt die für binäre Addition der Signale erforderliche Mikrowellenschaltung betrachtet werden. Dafür ist es am Anfang nützlich, sich die besonderen Merkmale einer halben Addierstufe (half adder) anzusehen, wie sie in der folgenden Tabelle angegeben sind.

Tabelle I	Eingang A	Eingang B	Zwischen summe	Erster Übertrag
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

Dies sind die Merkmale einer halben Addierschaltung.

In Fig. 1 ist diese Addierschaltung rechts von der senkrechten strichpunktierten Linie angeordnet und enthält eine erste halbe Addierstufe zwischen den Linien 31 und der zweiten strichpunktierten Linie 32 sowie eine zweite halbe Addierstufe rechts von der Linie 32.

Die zwischen den Linien 31 und 32 gelegene erste halbe Addierstufe soll nun zu der Besehreibung der Tabelle I für halbe Addierstufen, der sogenannten Prüftabelle, in Beziehung gesetzt werden. Insbesondere sieht man, daß das Ausgangssignal der Zwischensümme am Wellenleiter 34 auftritt, während der erste Übertrag am Wellenleiter 35 erscheint. Aus Tabelle I

ίο ergibt sich, daß an den Hohlleitern 34 oder 35 keine Ausgangsimpulse auftreten sollten, wenn an den Ausgängen A und B keine Eingangsimpulse liegen. Liegt ein Impuls nur am Eingang^ oder am Eingangß, jedoch nicht an beiden Eingangshohlleitern, dann muß an dem Ausgangshohlleiter 34 für die Zwischensumme ein Impuls auftreten, jedoch nicht an dem Ausgangshohlleiter 35 für den Übertrag. Werden beiden Eingangshohlleitern A und B Eingangsimpulse zugeführt, dann sollte ein Übertragungsausgangssignal

ao am Hohlleiter 35 auftreten, jedoch sollte am Hohlleiter 34 kein Ausgangssignal auftreten.

Diese Arbeitsweise wird durch Hybridglieder oder Gabelschaltung 36, 37 und 38 sowie durch die »Zirkulatoren« 41 und 42 bewirkt. Durch eine kreuzweise Verbindung der Dioden in den Gabelschaltungen und Zirkulatoren in den beiden Hohlleiterübertragungswegen kann diese gewünschte Art der Arbeitsweise erreicht werden.

Bevor mit der Beschreibung der Fig. 1 fortgefahren wird, sollen die Eigenschaften der Zirkulatoren als solche, die bei 41 und 42 dargestellt sind, erläutert werden. Ein Zirkulator oder eine Ringgabel ist eine Hohlleiterabzweigschaltung mit drei oder mehr miteinander verbundenen Hohlleiterstücken. Werden die Signale einem ersten Eingangshohlleiter zugeführt, dann werden sie nach einem zweiten Hohlleiter übertragen. Am zweiten Hohlleiter angelegte Signale werden an den dritten Hohlleiter übertragen usw. Daher werden an Stelle der sonst üblichen umkehrbaren Beziehungen zwischen Eingang und Ausgang, die bei einer passiven elektrischen Schaltung zu erwarten wären, nicht umkehrbare Bedingungen beobachtet, durch die die Eingangssignale nach den nachfolgenden Ausgangsschaltungen herumgeleitet werden. Ein typischer Zirkulator ist in Fig. 6 gezeigt, und im Laufe der Beschreibung der Fig. 6 wird auf Veröffentlichungen hingewiesen, in denen solche Schaltelemente im einzelnen beschrieben sind.

Werden an den Zirkulator 41 (Fig. 1) anvEingangshohlleiter 43 Eingangssignale angelegt, so erscheinen sie am Hohlleiter 44. In gleicher Weise erscheinen vom Hohlleiter 44 nach dem Zirkulator 41 reflektierte Signale am Hohlleiter 35 für den ersten Übertrag. Die Diode 45 im Hohlleiter 44 ist in Sperrichtung vorgespannt, wenn kein Signal vom Kristall 46 in der Gabelschaltung 37 anliegt. Wird daher beispielsweise der Eingang A erregt und hegt am Eingang B kein Impuls, dann wird ein Impuls von der Gabelschaltung 36 nach dem Hohlleiter 43 und über den Zirkulator 41 zu dem Abzweighohlleiter 44 und über die Gabelschaltung 38 nach dem Ausgang 34 für die Zwischensumme übertragen. Befindet sich der Kristall 45 in seinem Zustand hoher Impedanz, dann wird kern Übertrags-Ausgangssignal nach dem Zirkulator 41 reflektiert, um etwa am Übertrags-Ausgangshohlleiter35 aufzutreten. Geeignete Werte für die Vorspannungen in Sperrichtung und in Durchlaßrichtung für Übertragung bzw. Reflexion sind im Zu-

sammenhang mit der Beschreibung der Fig. 5 angegeben. Die eben gegebene Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 entspricht der Zeile 3 in Tabelle I, bei der das Eingangssignal A eine 1 und das Eingangssignal B eine O ist. Unter diesen Bedingungen gibt die Tabelle an, daß das Summenausgangssignal eine 1 und das erste Übertragssignal eine O sein muß. Aus der vorangegangenen Beschreibung ist zu ersehen, daß dies stimmt, da kein Ausgangsimpuls am Hohlleiter 35 auftritt, während der Hohlleiter 34 erregt wird.

In gleicher Weise ergibt sich die Gültigkeit der anderen Zeilen der in Tabelle I zusammengestellten Erläuterung, die sich leicht beweisen läßt. Liegen beispielsweise entsprechend Zeile 1 keine Eingangssignale an A und B, dann ergibt sich das zu erwartende Ergebnis, d. h., es treten keine Ausgangssignale an dem Hohlleiter für die Zwischensumme oder dem Hohlleiter für den ersten Übertrag auf. Liegt ein Eingangssignal B vor, jedoch kein Eingangssignal A, dann überträgt der dem Zirkulator 42 zugeordnete Kristall 48 einen Mikrowellenimpuls an den Hohlleiter 47, der über die Gabelschaltung 38 nach dem Ausgangshohlleiter 34 für die Zwischensumme übertragen wird. Sind beide Eingänge A und B erregt, dann sind die den Zirkulatoren 41 und 42 zugeordneten Kristalle 45 bzw. 48 durch gleichgerichtete Impulse derart vorgespannt, daß^sie die Energie nach den Zirkulatoren reflektieren. Beim Zirkulator 41 wird die vom Hohlleiter 44 reflektierte Energie dem Ausgang 35 für den ersten Übertrag zugeführt. Beim Zirkulator 42 wird der vom Hohlleiter 47 und Kristall 48 reflektierte Impuls dem Abschlußwiderstand 49 zugeführt, der ah dem nächsten Ausgang des Zirkulators 42 angeschlossen ist, wo der Impuls absorbiert wird. Daher wird entsprechend der letzten Zeile der Tabelle I, wenn beide Eingangshohlleiter erregt sind, ein erstes Übertrags-Ausgangssignal am Hohlleiter 35 erzeugt, während keine Energie nach dem Ausgangshohlleiter 34 für die Zwischensumme gelangt.

In der rechts von der strichpunktierten Linie 32 gelegenen Schaltung stellt der Block 1 eine weitere halbe Addierschaltung dar, die in jeder Hinsicht mit der eben beschriebenen halben Addierschaltung identisch ist. Der am Übertrags-Ausgangshohlleiter 52 der halben Addierstufe 51 erzeugte Übertrag wird als zweiter Übertrag bezeichnet und wird mit dem ersten Übertrag in der Gabelschaltung 53 kombiniert. Der sich ergebende Übertrag auf dem Hohlleiter 54 wird dann einer Impulsregenerierschaltung 56 zugeführt. Die Verzögerungsschaltungen 55 und 58 in der ersten bzw. zweiten Übertragsschaltung ergeben eine ausreichende Verzögerung, so daß der sich ergebende Übertrag an der halben Addierschaltung 51 synchron mit dem Zwischensummenimpuls nach dem Impuls auftritt, der den Übertrag hervorgerufen hat. Das Ausgangssignal der Zwischensumme auf dem Hohlleiter 34 wird außerdem über eine Verstärkerschaltung 57 übertragen, bevor es an die zweite halbe Addierschaltung 51 angelegt "wird. Der an der Summenausgangsschaltung am Hohlleiter 20 auftretende Impulszug, der von der zweiten halben Addierschaltung ankommt, stellt die Summe der an den Eingängen A und B zugeführten binären Zahlen dar. Diese Zahl liegt als binäre Impulsreihe vor und kann einer nächsten arithmetischen Operation oder einem Speicher zugeführt werden. Außerdem kann der Summenausgangshohlleiter 20 mit dem Eingang A oder dem Eingang B über eine Schaltung verbunden werden, die eine Verzögerung gleich einer Wortperiode aufweist. Dadurch wird die Addierschaltung der Fig. 1 in einen Akkumulator umgewandelt, der eine binäre Zahl speichert und in der Lage ist, weitere Zahlen zu der eingespeicherten Zahl zu addieren, die anschließend der anderen Eingangsschaltung zugeführt werden.

Das Diagramm der Fig. 2 war vorher im Zusammenhang mit den Eingängen A und B erwähnt worden.

ao Man sieht, daß auch die vom Kristall 46 an den Kristall 45 angelegten Signale in der dritten Zeile der Impulse der Fig. 2 dargestellt sind. Diese Impulse stellen die gleichgerichtete Form der am Eingang B liegenden Impulse dar. Die vierte und fünfte Zeile der Impulse in Fig. 2 entsprechen dem ersten Übertrag bzw. dem Ausgangssignal der Zwischensumme. Die vier ersten Übertragsimpulse, die sich in der in Fig. 2 gezeigten Wortperiode ergeben, werden durch das gleichzeitige Auftreten von Mikrowellenimpulsen am

ao Eingang A und von Steuerimpulsen b bewirkt. In gleicher Weise werden die drei Zwischensummenimpulse durch ein Eingangssignal an einem, jedoch nicht an beiden der Eingänge A und B hervorgerufen. In Fig. 1 wurde also eine Addierschaltung beschrieben, die zwei halbe Addierstufen verwendet. In Tabele I war zur Erläuterung die Prüftabelle für jede der halben Addierstufen angegeben. Es ist außerdem möglich, eine Addiersohaltung unmittelbar aufzubauen, ohne die Verwendung von zwei halben Addiersöhaltüngen. Die genaue Erläuterung einer ganzen Addierstufe ist in der Tabelle II mit den Ausdrücken »Eingang^«, »Eingang B« und »vorhergehender Übertrag« dargestellt. Das resultierende Summenausgangssignal und der neue Übertrag sind in den rechten Spalten der Tabelle II angegeben.

Tabelle!!

Dies sind die Merkmale einer ganzen Addierstufe.

Diese Merkmale lassen sich mit einer Schaltung

nach Fig. 3 verwirklichen. Die Schaltung für den Oszillator und für die Worterzeugung sind in Fig. 3 mit den Schaltungen von Fig. 1 identisch. Daher werden für die entsprechenden Schaltelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Schaltung nach Fig. 3 hat drei Signaleingänge, nämlich den Eingang^ an dem Wellenleiter oder Hohlleiter 81, den Eingang B an dem Wellenleiter oder Hohlleiter 82 und den Eingang C für das vorherige Übertragssignal auf dem Hohlleiter 83. Abhängig von an diesen drei Eingängen auftretenden bihären Signalen werden entsprechende Ausgangssignale an dem Summenhohlleiter 84 und am Hohlleiter 85 für den neuen Übertrag entsprechend Tabele II erzeugt.

Um die Beschreibung der Fig. 3 mit einer relativ einfachen Schaltung zu beginnen, sei angenommen, daß am Eingang B ein Impuls hegt, während am Ein-

Eingang A	Eingang B	Vorheriger Übertrag	Summe	Neuer Übertrag
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
1	0	0	1	0
1	1	0	0	1
0	1	1	0	1
1	0	1	0	1
1	1	1	1	1

gang A oder am Hohlleiter 83 für den vorhergehenden Übergang kein Impuls liegt. Dieser Zustand entspricht der Zeile 3 der Tabellen. Aus den letzten Spalten der Zeile 3 in Tabelle II sieht man, daß in diesem Fall ein Summeriausgangsimpuls erzeugt wird, jedoch kein Übertragsimpuls zu erwarten fet.

Das Eingangssignal am Hohlleiter 82 wird zuerst einer Gabelschaltung 90 zugeführt. Die an der Gabelschaltung 90 liegende Energie teilt sich derart auf, daß die eine Hälfte am Hohlleiter 86 liegt, während die andere Hälfte nach der Gabelschaltung 87 übertragen wird. Die Gabeisohaltung 87 weist zwei Gleichrichterkristalle 88 und 89 auf, die bei Anwesenheit eines Signals B zur Erzeugung von Steuersignalen und für noch zu beschreibende Steuerfunktionen verwendet werden. Das am Hohlleiter 86 liegende Signal wird an den Zirkulator 91 übertragen, der das anliegende Signal weiter an den Hohlleiter 92 überträgt. Liegt kein Steuersignal von dem Kanal C für den vorhergehenden Übertrag amKristall93, dann werden die Mikrowelensignale aus dem Hohlleiter 92 an den Zirkulator 95 übertragen. Der Zirkulator 95 überträgt die anliegenden Signale an den Hohlleiter 96. Beim Fehlen von Steuersignalen vom Eingang A, die am Kristall 97 angelegt werden, werden die über den Hohlleiter 96 übertragenen Impulse nach dem Summenausgangshohlleiter 84 ausgekoppelt.

In Fig. 3 wurde die Gleichstromvorspannungsschaltung für die Steuerdioden weggelassen, um die Schaltung zu vereinfachen. Derartige Vorspannungsschaltungen werden im Zusammenhang mit den Fig. 9, 10 und 11 im einzelnen beschrieben, während die für die Schaltvorgänge erforderlichen Vorspannungen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 5 dargestellt werden.

Liegt ein einzelner Impuls am Hohlleiter 83 für den vorherigen Übertrag und liegt an den Eingängen A und B kein Impuls, dann arbeitet die mit dem Eingangshohlleiter 83 für den vorherigen Übertrag verbundene Schaltung im wesentlichen so, wie dies im vorhergehenden Abschnitt für den Eingang B besohlrieben wurde. Die Hybridglieder bzw. Gabelschaltungeh 101 und 102 arbeiten dabei in gleicher Weise wie die Gabelschaltungen 90 bzw. 87, wobei an den Kristallen 103 und 104 Steuersignale erzeugt werden, wenn ein Übertragssignal auftritt. Das Übertragssignal wird von der Gabelschaltung 101 über den Hohleiter 105 an den Zirkulator 106 übertragen. Diese Energie wird nach dem Hohlleiter 108 gekoppelt und von dort an den Zirkulator 109 übertragen. Der mit dem vom Zirkulator 109 ausgehenden Hohlleiter 112 verbundene Kristall 111 ist so vorgespannt, daß Mikrowelenslgnale durchgelassen werden, wenn kein vom Eingang B kommendes Vorspannungssignal angelegt wird. Ist daher nur der Eingang 83 für den vorhergehenden Übertrag erregt, dann wird ein Ausgangssignal an den Summenausgang 84 übertragen, während an dem Ausgangshohlleiter 85 für den neuen Übertrag kein Signal auftritt. Liegt sowohl ein Signal für den vorhergehenden Übertrag als auch ein Signal am Eingang B vor, dann wird der mit dem Zirkulator 109 verbundene Kristall in einen Impedanzzustand vorgespannt, in dem er die Wellenenergie nach dem Zirkulator 109 reflektiert. Der Zirkulator koppelt dann die Mikrowellenenergie nach dem Hohlleiter 113, der mit dem Hohlleiter 85 für den neuen Übertrag verbunden ist. Außerdem liegt wegen des Impedanzzustandes des Kristalls 111 natürlich kein Signal vom Hohlleiter 112 am Summenausgang 84. In gleicher Weise ist die mit dem Zirkulator 91 verbundene Diode 93 durch die Gleichrichterdiode 103 in ihren Zustand geringen Wider-Standes vorgespannt und reflektiert die Mikrowellenenergie nach dem Zirkulator 91 und verhindert die Übertragung von Mikrowellenenergie aus dem Kanal B nach dem Hohlleiter für die Summe bzw. dem Hohlleiter für den neuen Übertrag. Diese Arbeitsweise entspricht der Zeile 6 der Tabelle II, in der lediglich die Eingänge B und »vorheriger Übertrag« erregt sind, so daß, wie angegeben, das Ausgangssignal für den Summenausgang eine 0 und für den Ausgang »neuer Übertrag« eine 1 ist. Liegen nur am Eingang A Mikrowellensignale, dann wird der Eingangsimpuls nach der Gabelschaltung 121 übertragen. In der Gabelschaltung 121 teilt sich die Mikrowellenenergie auf, wobei die eine Hälfte dem Hohlleiter 122 und die andere Hälfte der Gabelschaltung 123 zugeführt wird. Die beiden mit der Gabelschaltung 123 verbundenen Steuerkristalle 124 und 125 liefern Steuersignale dann, wenn am Eingang A ein Eingangssignal liegt. Die Mikrowellenenergie auf dem Hohlleiter 122 wird der Gabelschaltung 126 zugeführt, wo sie sich aufteilt, so daß die eine Hälfte der Energie dem Zirkulator 127 und die andere Hälfte dem Zirkulator 128 zugeführt wird und von dort nach dem Hohlleiter 129 gelangt. Der in dem Hohlleiterstutzen 129 angeordnete Kristall 131 ist so vorgespannt, daß er die Mikrowellenenergie bei Abwesenheit, eines Eingangssignals am Eingang B nach dem Zirkulator. 128 reflektiert. Die Mikrowellenenergie wird dann durch den Hohlleiter 132 nach dem Zirkulator 133 übertragen. Der Zirkulator133 koppelt die EingangsmikroweEenenergie nach dem Hohlleiter 134. Der im Hohlleiter 134 angeordnete Kristall 135 läßt normalerweise die Impulse durch, wenn er nicht durch ein Signal am Eingang C für vorherigen Übertrag erregt ist. Unter diesen Umständen wird die Energie auf dem Hohlleiter über den Hohlleiter 134 nach dem Summenausgangshohlleiter 84 ausgekoppelt. Diese Wirkungsweise entspricht der Zeile 4 der Tabelle II.
Liegt jedoch ein vorheriges Übertragssignal an, dann wird der mit der Gabelschaltung 102 verbundene Kristall 104 erregt und liefert einen Steuerimpuls an den Kristall 135. Dadurch wird der Impedanzzustand des Kristalls 135 geändert, so daß er die Mikrowellenenergie nach dem Zirkulator 133 reflektiert, wo sie nach dem Hohlleiter 137 ausgekoppelt wird. Der Hohlleiter 137 koppelt seinerseits die Impulse nach dem Ausgangshohlleiter 85 für den neuen Übertrag. Liegt sowohl ein Mikrowellensignal am Eingang A als auch am vorhergehenden Übertrag, dann ist es notwendig, die Übertragssignale auf dem Hohlleiter 83 daran zu hindern, die Ausgangshohlleiter 84 und 85 zu erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß von dem mit dem Kanal A verbundenen Kristall Steuersignale zum Vorspannen des Kristalls 107 angelegt werden, so daß die vom Zirkulator 106 kommende Energie absorbiert wird. Diese Arbeitsweise entspricht der Zeile 7 der Tabelle II. In den rechten Spalten der Tabelle II ist angegeben, daß kein Summenausgangssignal entsteht, während die zu erwartende Erregung des Ausgangs für neuen Übertrag bestätigt wird.

Werden all drei Eingänge gleichzeitig erregt, dann wird die Mikrowellenenergie vom Eingang A von der

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Gabelschaltung 126 über den Zirkulator 127 nach der Gabelschaltung 138 übertragen. Die an der Gabel

138 liegende Energie wird sowohl dem SummenausgangshohUeiter 84 als auch dem Übertragshohlleiter 85 zugeführt. Dieses Arbeiten wird durch den Kristall

139 gesteuert. Normalerweise ist der Kristall 139 so vorgespannt, daß er die vom HohlMterstutzen 144 über den Zirkulator 127 übertragene Energie absorbiert. Liegt jedoch auf der Steuerleitung 142 ein Steuersignal am Kristall 139, so wird dessen Impedanzzustand geändert, so daß die Energie nach dem Zirkulator reflektiert wird. Die einzelnen Verbindungen für die Kristalle 139 und 143 können beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies anschließend für vergleichbare Kristalle im Zusammenhang mit Fig. 17 beschrieben ist. Mit dieser Anordnung wird die Diode 139 in ihren Zustand hoher Impedanz hineingesteuert, und die Energie wird vom Ende des Wellenleiterstutzens 141 nach dem Zirkulator 127 reflektiert. In diesem Fall koppelt natürlich der Zirkulator 127 die Mikrowellenenergie nach der Gabelschaltung 138 aus. Die Leitung 142 wird nur erregt, wenn gleichzeitig Eingangssignale am Eingang B und am Eingang C für vorherigen Übertrag auftreten. Dies ergibt sich aus dem Arbeiten der Kristalle 103, 93 und 143. Die Leitung 142 wird unmittelbar vom Kristall 143 erregt. Dem Kristall 143 werden jedoch nur dann Signale zugeführt, wenn ein Eingangssignal am Eingang B auftritt, so daß Mikrowellenenergie am Zirkulator 91 liegt, und wenn gleichzeitig am Eingang C Mikrowellenenergie auftritt, die. den Kristall 93 erregt, der die im Höhleiter 92 auftretende Energie an den Zirkulator 91 reflektiert. Unter diesen Umständen wird die Mikrowellenenergie vom Eingang B nach dem HdhlMterstutzen 144 herumreflektiert, wo sie durch den Kristall 143 gleichgerichtet wird. Dadurch ändert sich der Impedanzzustand des Kristalls 139, so daß, wie bereits erwähnt, der Summenhohlleiter 84 und der Übertragsausgangshohlleiter 85 beide erregt werden. Die eben beschriebene Arbeitsweise entspricht der letzten Zeile der Tabelle II, in der die Erregung aller Eingänge die Erregung von zwei Ausgängen bewirkt.

Zum Abschluß der Betrachtungen des Fales, bei dem alle drei Mikrowelleneingangssignale auftreten, soll das Verfahren gezeigt werden, durch das die Eingänge »vorheriger Übertrag« und B mit den d'araufliegenden Eingangssignalen gesperrt werden. Eingangs war die reflektierende Wirkung der Diode 93 im Kanal B bei Anwesenheit von Steuersignalen aus dem Übertragskanal festgestellt worden. Zum Sperren des Übertragskanals legt der mit dem Kanals verbundene Kristall 124 einen Gleichstrom- oder unipolaren Impuls zur Vorspannung der Diode 107 an, die die Mikrowellenenergie absorbiert. Daher können keine Ausgangss'ignale, die aus dem Kanal B oder dem Übertragskanal stammen, die Hohlleiter 84 und 85 erreichen.

Liegen nur Eingangssignale an den Eingängen A und B, so entspricht dies der Zeile5 der Tabellen. Man sieht aus den rechten Spalten der Tabelle II, daß ein Ausgangssignal für einen neuen Übertrag auf dem Hohlleiter 85 zu erwarten ist, daß jedoch kein Summenausgangssignal auftreten wird. Man wird sich aus der Beschreibung des Falles, bei dem nur ein Signal am Eingang B auftritt, erinnern, daß sich die Diode 97 normalerweise in ihrem niedrigen Impedanzzustand befindet. Werden vom Kanal A abgeleitete Gleichstromimpulse von der Diode 125 nach der Diode 97 geleitet, dann reflektiert die Diode 97 die Mikrowelenenergie nach dem Zirkulator 95. Die nach dem Zirkulator 95 reflektierte Energie wird nach dem Ausgangshohlleiter für den neuen Übertrag 85 ausgekoppelt, jedoch nicht nach dem Summenausgangshohleiter 84.

Die Mikrowellenenergie auf Kanal A wird durch die den Zirkulatoren 128 bzw. 127 zugeordneten ίο Dioden 131 bzw. 139 von den Hohlleitern 84 und 85 abgehalten. Wie bereits erwähnt, ist die Diode 131 normalerweise so vorgespannt, daß sie die Energie an den Zirkulator 128 reflektiert. Tritt ein Signal am Eingang B auf, dann spannen die von der Diode 88 im Kanal B abgeleiteten Gleichstromimpulse die Diode 131 in ihren Absorbierzustand vor, so daß keine Mikrowellenenergie an den Zirkulator 128 reflektiert wird. Der Kristall 139 ist normalerweise so vorgespannt, daß er Mikrowellenenergie absorbiert, und verbleibt ohne einen gleichgerichteten Impuls aus der Diode 143 in diesem Zustand. Daher können keine Mikrowellensignale aus dem Kanal A die Ausgangshohleiter 84 oder 85 erreichen.

In der Schaltung nach Fig. 3 ist eine Verzögerungsschaltung 146 dargestellt, die die für das Durchlaufen der Übertragsschleife erforderliche Verzögerung von einer Impulsperiode ergibt. In der Praxis wird diese zusätzliche Verzögerung durch Einstellen der Längen der Hohlleiter 83 und 85 in der Übertragsschleife erreicht. Es muß ebenso festgestellt werden, daß der Verstärker und die Impülsregenerierstufe 147 eine Verzögerung von 0,005 Mikrosekundeh ergeben, wenn ein Verstärker mit verteilten Schaltelementen, wie z. B. eine Wanderwellenröhre verwendet wird. Verzögerungen dieser Größenordnung werden bedeutsam, wenn Impulswiederholungsfrequenzen von 50 bis 100 MHz verwendet werden.

In Fig. 3 ist jeder der Zirkulatoren 133, 95 und 109 mit einem Ausgang an den Summenausgangshohlleiter 84 und mit einem anderen Ausgang an den Hohlleiter 85 für den neuen Übertrag angekoppelt. Die in Fig. 3 dargestellten Richtungskoppler können zur Verwirklichung dieser sechs notwendigen Verbindungen benutzt werden, um die Richtung und die Amplitude der Mikrowellensignalauskopplung zu steuern. Ferner ersieht man aus Fig. 3, daß jeder der zwischen den Zirkulatoren 133, 95 und 109 und den Hohlleitern 84 und 85 liegenden Hohlleiter eine Unterbrechung aufweist. Diese Unterbrechung zeigt an, daß an dieser Stelle ein zusätzliches Hohlleiterstück eingefügt warden kann, um die Verzögerung der vom Eingang A, Eingang B und dem Eingang für den Vorherigen Übertrag kommenden Impulse bis zu dem Punkt in den Hohlleitern 84 und 85 auszugleichen, wo der Übertragskanal mit den beiden Ausgangshohlleitern gekoppelt ist. Durch diese Anordnung ergeben sich aus den synchronisierten Eingangeimpulsen zeitlich richtig liegende Auisgangsimpulse, wenn einer der durch die Schaltung nach Fig. 3 führenden Stromkreise durchlaufen wird.

Die Fig. 4 bis 7 dienen der Darstellung des Aufbaus einiger der Schaltelemente, die in dem Mikrowellenrechner nach Fig. 1 und 3 verwendet werden können. Dabei zeigt Fig. 4 ein Hybridglied oder eine Gabelschaltung, die als magisches T bezeichnet wird, Fig. 5 eine typische Kristallbefestigung und Fig. 6 und 7 einen Zirkulator bzw. einen Isolator, die in der Schaltung Verwendung finden können.

Fig. 4 zeigt die vereinfachte Darstellung einer Gabelschaltung oder eines »magischen T«. Das magische T der Fig. 4 weist die Eingangs- und Ausgangshohlleiter 148 bzw. 149 sowie die zwei Abzweigungen 150 und 151 auf. Die Abzweigungen 150 und 151 enthalten Kristallhalter 152 bzw. 153.

Die dem Eingangshohlleiter 148 zugeführte Mikroweienenergie teilt sich auf, wobei jeweils die Hälfte den Hohlleitern 150 und 151 zugeführt wird. Mikroweienenergie, die dem Hohlleiter 148 oder dem Hohlleiter 149 zugeführt wird, wird nicht unmittelbar dem anderen Hohlleiter zugeführt. Die Arme 148 und 149 stellen daher ein Paar konjugierter, d. h. entkoppelter Zweige der Gabelschaltung dar. Eine ähnliche Beziehung besteht zwischen den konjugierten Zweigen 150 und 151.

Die dem Hohlleiter 148 zugeführte Energie wird haoh den HoMeitern 150 und 151 gekoppelt, und ein Teil der Energie kann nach der Gabelschaltung reflektiert werden. Ist die von beiden Zweigen reflektierte Energie gleich groß und in Phase, dann wird sie nach dem Hohlleiter 148 zurückgekoppelt, jedoch nicht an den Hohlleiter 149. Sind die von den beiden Zweigen reflektierten Mikrowellensignale gleich groß und weisen sie eine Phasenverschiebung von 180° auf, dann wird die gesamte Energie an den Ausgangswellenleiter 149 gekoppelt. Haben die von den Zweigen 150 und 151 reflektierten Signale eine verschiedene Amplitude, dann teilt sich die überschüssige Energie des stärkeren Signals zwischen den Hohlleitern 148 und 149 auf, unabhängig von der relativen Phasenlage der beiden Signale zueinander. Werden daher zwei Mikrowellensignale verschiedener Amplitude entweder getrennt oder gemeinsam einem Paar konjugierter Zweige einer Gabelsdhaltung zugeführt, dann ergibt das Auftreten eines ersten Signals und/oder eines zweiten Signals immer ein Ausgangssignal auf beiden Hohlleitern des anderen Paares von konjugierten Hohlleitern.

Fig. 5 zeigt im einzelnen einen Hohlleiter, einen Kristall und einen Kristallhalter zur Verwendung als Steuer- oder Gleichrichterdiodenelemente. Diese Teile enthalten den Hohlleiter 154, den Kristall 155, den Kristallhalter 156, den Gleichstromanschluß 157 und den Mikrowellenüberbrückungskondensator 158. Für eine Anwendung wie in Fig. 4 kann ein Ende des Hohleiters 154 durch eine leitende Platte oder einen Kolben abgeschlossen sein.

Die Diode 155 kann eine handelsübliche Silizium-Kristalldiode sein. Wird die Diode als Schalter verwendet, dann läßt sie entsprechend ihrem Impedanzzustand Energie durch oder reflektiert diese. Wird eine wesentliche Vorspannung in Durchlaßrichtung an den Kristall angelegt, dann fließt in dem Kristall ein Strom, und der Kristall weist eine niedrige Impedanz auf. Diese über dem Hohlleiter hegende niedrige Impedanz reflektiert die dem Kristall zugeführte Mikrowellenenergie. Wird eine Sperrvorspannung angelegt, dann fließt nur sehr wenig oder gar kein Strom in dem Kristall, und dieser stellt eine höhe Impedanz dar. Diese über dem Hohlleiter liegende hohe Impedanz läßt die elektromagnetischen Wellen mit sehr kleiner oder gar keiner Dämpfung passieren.

Um die allgemeine Größenordnung der erforderlichen Vorspannungen anzuzeigen, sei das folgende Beispiel gegeben: Liegt eine Sperrvorspannung zwischen 3 und 5 Volt an einem Kristall, wie z. B. an der Diode 155 in Fig. 5, dainn beträgt die Durchlaßdämpf uaig nur etwa 2 bis 3 Dezibel. Mit einer Vorspannung in Durchlaßrichtung für einen Strom von etwa 100 Milliampere beträgt die Reflexionsdämpfung etwa 6 Dezibel. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß man mit einer etwas kleineren Durchlaßvorspannung die Impedanz der Diode an die Impedanz des Hohlleiters anpassen kann, so daß nahezu die gesamte auffallende Mikrowellenenergie absorbiert wird.

ίο Die Fig. 6 und 7 zeigen nichüreziproke HoHleiterschaltelemente, die beide den Faradayeffekt in Ferritmaterialien verwenden, um ein nichtreziprokes Verhalten zu erzielen; In dem in Fig. 6 dargestellten Zirkulator wird die Mikrowellenenergie einem rechteckigen Eingangshohlleiter 161 zugeführt. Der seiner Länge nach magnetisierte Zylinder aus Ferritmaterial 162 hat die Wirkung, daß er die Polarisationsebene des Eingangshohlleiters um 45° dreht. Wird der elektrische Vektor gedreht, so daß er parallel zu einer metallischen Scheidewand 163 liegt, dann wird er nach dem Mittelabschnitt des Hohlleiters reflektiert, der den Ferritzylinder 162 enthält. Beim erneuten Durchlaufen des Ferritzylinders wird die Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle um weitere 45° gedreht. Da der elektrische Vektor der übertragenen Signalenergie nun einen Winkel von 90° gegenüber seiner Ausgangsstellung einnimmt, so kann die Energie nicht langer durch den Höhlleiter 161 ausgekoppelt werden, weist jedoch die richtige Polarisationsebene für eine Auskopplung am Hohlleiter 164 auf.

Der im Hohlleiter 164 eingebaute Kristal 165 kann in seinen Zustand höher Impedanz vorgespannt sein, so daß die Mikrowellenenergie entsprechend dem oben beschriebenen Prinzip an dem Kristall vorbei übertragen wird. Ist der Kristall 165 in seinen Zustand niedriger Impedanz vorgespannt, so ergibt sich jedoch eine Impedanzfehlastipassung, und es wird Energie nadh dem Zirkulator reflektiert. Die dem Zirkulator vom Hohlleiter 164 zugeführte Energie wird durch den Ferritzylinder 162 übertragen und gelangt in den Hohlleiter 166. In gleicher Weise durchläuft den Zirkulator vom rechteckigen Hohlleiter 166 zugeführte Energie den Ferritzylinder zweimal und wird nach einem vierten rechteckigen Hohlleiter 167 ausgekoppelt. Der Rechteckhohlleiter 166 kann ebenfalls einen Steuerkristall enthalten.

Fig. 7 zeigt einen Isolatoraufbau, der in weitgehend ähnlicher Weise wie der Zirkulator von Fig. 6 arbeitet. Die dem Eingangshohlleiter 171 zugeführte Energie wird durch den Ferritzylinder 172 übertragen und um 45° gedreht, so daß sie in den Ausgangshohlleiter 173 gelangen kann. In jedem Fall ist die Polarisationsebene des elektrischen Vektors senkrecht zur Ebene von Widerstand^ahnen 174 und 175, die an beiden Seiten des Ferritzylinders 172 liegen, ,so daß die vorwärts laufende elektromagnetische Welle nicht wesentlich gedämpft wird. In dem Hohlleiter 173 ist ein Kristall 176 angebracht. Befindet sich dieser Kristall 176 in seinem Zustand hoher Impedanz, dann wird keine Energie nach dem Isolator reflektiert. Ist die Diode 176 jedoch in Durchlaßrichtung vorgespannt, dann wird die elektromagnetische Energie nach dem Isolator reflektiert. Bei einer Übertragung vom rechten zum linken Ende wird die Polarisationsebene der elektromagnetischen Wellen erneut um 45° gedreht, so daß der elektrische Vektor parallel zu den Widerstandsfahnen 174 ausgerichtet

ist. Außerdem wird Mikrowellenenergie, die nicht von der Fläche 174 absorbiert wird, nach dem entgegengesetzten Ende des Ferritzylinders reflektiert, wo sie so ausgerichtet ist, daß sie durch die andere Widerstandsfahne 175 absorbiert wird.

Die Schaltelemente der Fig. 6 und 7 werden in der Schaltung nach Fig. 1 als Zirkulatoren 41 und 42 verwendet. Da der Zirkulator 41 zwei Signaleingangshohlleiter aufweist, ist ein Zirkulator nach Fig. 6 er-

364 und 366 gleich 93 Ohm sein, während die Widerstände 363 und 365 390 Ohm betragen können. Die Potentiometer 361 und 362 können einen Widerstand von 100 Ohm aufweisen. Die Kristalle 354 und 355 können Siliziumdioden sein. Die Kondensatoren 371 und 372 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß Impulssignale in die Spannungsquelle 358 gelangen, die außerdem auch für andere elektrische Schaltungen eine Vorspannung liefern kann. Es leuchtet natürlich

forderlich. Zum Aufbau des Zirkulators 42 nach io ein, daß das hier beschriebene besondere Schaltbild Fig. 1, bei dem nur ein Signalausgangshohlleiter er- nur zur Erläuterung einer arbeitsfähigen Schaltung

dient und daß auch andere Schaltungen aufgebaut werden können, die in gleicher Weise arbeiten.

Fig. 9 zeigt eine andere Version eines Teiles der

forderlich ist, kann ein Isolator gemäß Fig. 7 verwendet werden. Die Wirkung der mit dem Zirkulator
42 verbundenen Abschlußwiderstände würde dann
durch die Widerstandsfahnen 174 und 175 der Fig. 7 15 Schaltung nach Fig. 1. Der in Fig. 9 dargestellte Richerreicht werden. tungskoppler 181 entspricht im allgemeinen der

In bezug auf den Zirkulator 41 der Fig. 1 ist es Gabelschaltung 36 in Fig. 1, während der Zirkulator interessant festzustellen, welche Wirkung die Polari- 182 dem Zirkulator 41 in Fig. 1 entspricht. In gleicher tätsumkehr auf die Diode 45 hat. Die Diode 45 würde Weise entspricht der Richtungskoppler 183 und der dann normalerweise in Durchlaßrichtung vorgespannt 20 Zirkulator 184 in Fig. 9 der Gabelschaltung 37 und sein und würde die Mikrowellenenergie nach dem dem Zirkulator 42 von Fig. 1. Wie in der Schaltung Hohlleiter 35 reflektieren. Bei Auftreten eines Mikro- nach Fig. 1 steuern die Gleichrichterdioden 185 und wellenimpulses am Eingang B würde ein positiver 186 die Impedanz der Dioden 187 bzw. 188. Die Impuls durch den Detektor 46 zur Vorspannung der Steuerschaltungen für die Diodenschaltungen werden Diode 45 angelegt werden, die in ihren Zustand hohen 25 im Zusammenhang mit Fig. 9 etwas eingehender beWiderstandes überginge. Dadurch würde der Mikro- handelt werden. Insbesondere spannen die Vorspanwellenausgang vom Hohlleiter 35 nach dem Hohl- nungsquellen 191 und 192 die Diodenschaltungen in leiter 45 umgeschaltet. Dieses Beispiel dient der Er- Richtung des Sperrstromes vor. Außerdem sind läuterung einer möglichen anderen Form einer Mikro- Widerstände 193 und 194 zwischen Masse und wellenschaltstufe, die sich gemäß den Prinzipien der 30 Punkten zwischen den beiden Dioden in jeder Steuer-Erfindung aufbauen läßt. schaltung angeschlossen. Die Widerstände 193 und

194 verringern die Impedanz, wie sie sich den Steuerdioden 195 und 196 darstellt, so daß deren Ansprechzeit dadurch wesentlich verringert wird.

In Schaltungen der in der Anmeldung beschriebenen Art ist es erwünscht, daß das Mikrowelleneingangssignal an den Gleichrichterdioden, wie z. B. den Dioden 185 und 186, merklich größer ist als die den Steuerdioden, beispielsweise den Dioden 187 und zugeführte Mikrowellenenergie. Dadurch wird durch relativ große Steuerimpulse eine zwangläufige Wirkung hervorgerufen und es werden nachteilige Wirkungen von Selbstvorspannungen durch die

Zirkulatoren und Isolatoren, die nach diesen Prinzipien arbeiten, sind in den folgenden Aufsätzen beschrieben: »Der Mikrowellengyrator« von C. L. Hogan, Bell System Technical Journal, Bd. 31, S. 1 bis 31, Juni 1952, und »Ferrite in ihrer Anwendung im Mikrowellengebiet« von J. H.Rowen, Bei System Technical Journal, Bd. 32, S. 1333 bis 1369, November 1952. In dem Aufsatz von Rowen sind auch noch andere, nichtreziproke Schaltelemente beschrieben, die ebenfalls als Zirkulatoren oder Isolatoren verwendet werden können.

In den Fig. 1 und 3 ist die Schaltungsanordnung

zum Umwandeln des Ausgangssignals der Mikro- Steuerdioden vermieden, die auftreten können, wenn wellenoszillatoren 14,15 in Impulse schematisch dar- 45 Mikrowellensignale großer Intensität an den Steuergestellt. Eine beispielsweise Ausführungsform einer dioden zugeführt werden. Daher sind beispielsweise solchen Schaltung, die mit Erfolg verwendet wurde, die Richtungskoppler 181 und 183 so aufgebaut, daß ist in Fig. 8 dargestellt. Diese Schaltung wurde mit sie einen kleinen Bruchteil, wie z. B. ein Viertel bis einem Hohlleiter von 1,27 · 2,54 cm zum impuls- ein Zehntel der Emgangsmikrowellenenergie nach mäßigen Tasten eines Mikrowelengenerators verwen- 5° den Zirkulatoren 182 bzw. 184 koppeln. In der Schaldet, der mit einer Frequenz von 11 GHz arbeitet. In tung nach Fig. 1 läßt sich weitgehend ein gleiches Fig. 8 weist die Gabelschaltung 351 einen Eingangs- Ergebnis dadurch sicherstellen, daß vor den Zirkuhohlleiter 352 und einen Ausgangshohlleiter 353 auf, latoren 41 und 42 Dämpfungsglieder eingefügt die zu einem Paar konjugierter Zweige gekoppelt werden, die die Amplitude des Mikrowellensignals sind. In den beiden anderen Zweigen der Gabel- 55 herabsetzen. In gleicher Weise lassen sich Richtungsschaltung sind zwei Dioden 354 und 355 an- koppler oder Dämpfungsglieder in anderen Teilen der geordnet.

Die Vorspannungsschaltungen für die Dioden 354 und 355 enthalten die Spannungsquelle 358, die beiden Potentiometer 361 und 362 sowie die Wider-Standsnetzwerke mit den der Diode 354 zugeordneten Widerständen 363 und 364 sowie den Widerständen 365 und 366, die der Diode 355 zugeordnet sind. Die Koaxialleitung 368 liefert über einen Koppelkondensätor 369 Modülationsirnpulse an die Diode 354:

Die Widerstandsnetzwerke dienen zur Anpassung

der Impedanz der Koaxialleitung 368. Bei einem Koaxialkabel von 75 Ohm können die Widerstände

Schaltungen von Fig. 1 und 3 verwenden, um die geeigneten Signalpegel an den Gleichrichter- und Steuerdioden sicherzustellen.

Bei der Betrachtung der verschiedenen Leistungspegel an den einzelnen Kristallen muß noch bemerkt werden, daß nicht notwendigerweise die gleichen Kristalle in der gesamten Mikrowellenanlage verwendet werden müssen. An Punkten, an denen die verfügbaren Gleichstromimpulse relativ schwach sind, sollten empfindliche Kristalle kleiner Leistung verwendet werden. An solchen Punkten muß jedoch dafür gesorgt werden, daß relativ geringe

Mikrowellenenergiepegel auftreten, so daß das Schalten der Kristalle nicht für dauernd beeinträchtigt wird.

Fig. 10 zeigt eine andere Mikrowellensteuerschaltung, in der die Vorspannungsanordhung für die Steuer- und Gleichrichterdioden im einzelnen gezeigt sind. Die Eingangssteuersignale werden dem Hohlleiter 196 zugeführt, und die zu regelnde Mikrowellenenergie liegt am Hohlleiter 197. Die Gleichrichterdiode 198 erhält Mikrowellensignale von der Gabelschaltung 199, welche über das regelbare Dämpfungsglied 201 übertragen werden. Die Steuerdiode 203 ist in einem dem Zirkulator 204 zugeordneten Hohlleiterstutzen untergebracht. Die Dioden 198 und 203 sind durch die Batterie, die zwischen den beiden Dioden liegt und mit diesen in Reihe geschaltet ist, in ihren Zustand hoher Impedanz vorgespannt. Die Batterie 206 ist vorzugsweise eine Quecksilberzelle mit einem ausreichend kleinen Widerstand, so daß die Impulse von der Gleichrichterdiode 198 ohne weiteres an die Steuerdiode 203 übertragen werden können. Zwischen der nicht geerdeten Klemme der Diode 198 und Masse ist ein Widerstand 207 eingeschaltet, um die der Diode 198 sich darbietende Impedanz zu verringern. Zusätzlich zu der Batterie 206 liegt in Reihe mit und zwischen den beiden Dioden 198 und 203 ein regelbarer Widerstand 209.

Die Steuerdiode 203 ist normalerweise in Richtung ihres hohen Widerstandes vorgespannt. Unter diesen Bedingungen bietet sie einer Mikrowellenenergieübertragung einen kleinen Widerstand, und die Mikrowellenenergie wird von dem Kolben 211 nach dem Ausgangshohlleiter 212 reflektiert. Wird ein Mikrowellenimpuls dem Hohlleiter 196 gleichzeitig mit der am Hohlleiter 197 angelegten Mikrowellenenergie zugeführt, dann wird jedoch die Steuerdiode in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß sie einen niedrigen Widerstand aufweist. Die Größe des von der Gleiohrichterdiode 198 an die Steuerdiode 203 angelegten Impulses kann durch Verändern des Widerstandes des in dem Mikrowellenkreis liegenden Dämpfungsgliedes 201 oder des in dem Impulsstromkreis liegenden Widerstandes 209 eingestellt werden. Der Pegel der an die Diode 203 angelegten Impulse wird so eingestellt, daß die Impedanz der Diode für einen vorbestimmten Mikrowellenenergiepegel auf dem Hohlleiter 197 gleich der Impedanz des Hohlleiterstutzens wird. Unter diesen Umständen wird die Mikrowellenenergie durch den Kristall absorbiert, und es werden keine Mikrowellensignale nach dem Ausgangshohlleiter 212 ausgekoppelt.

Im Rücken der Diode 203 kann an Stelle des Kolbens 211 ein Abschlußwiderstand angebracht werden, der die Mikrowellenenergie absorbiert. Mit dieser Anordnung würde die Mikrowellenenergie, wenn die Diode in ihren Zustand hohen Widerstandes vorgespannt ist, an der Diode vorbei übertragen und in dem Abschluß absorbiert werden. Die Größe der durch das Dämpfungsglied 201 und den Regelwiderstand 209 eingeführten Dämpfung würde dann verringert, so daß Impulse größerer Amplitude der Diode 203 in Durchlaßrichtung zugeführt würden. Ist die Diode 203 so vorgespannt, daß sie einen extrem kleinen Widerstand aufweist, dann würde sie die Mikrowellenenergie an den Zirkulator reflektieren, welche dann nach dem Hohlleiter 212 ausgekoppelt würde. Die mit dem Zirkulator 204 verbundene Schaltung kann daher in einfacher Weise zur Verbindung der Hohlleiter 107 und 112 eingestellt werden, ob Mikrowellensteuerimpulse an dem Hohlleiter 196 liegen oder nicht. In den verschiedenen, bisher beschriebenen Mikrowellenschaltkreisen werden die Mikrowellensignale durch eine erste Diode gleichgerichtet und einer zweiten Diode zur Steuerung ihres Impedanzzustandes zugeführt. Die Steuerdiode kann beispielsweise einem Zirkulator zugeordnet sein wie in Fig. 10 oder einer Gabelschaltung wie in Fig. 8, und kann außerdem zusammen mit anderen Mikrowellenschaltungen verwendet werden, bei denen die Impedanzänderung einer Diode die Eigenschaften der Mikrowellenschaltung ändert. In dem folgenden Beschreibungsteil wird eine Anzahl von Schaltungen beschrieben, die der Steuerung der Impedanz einer Diode in einer Mikrowellenschaltung dienen. In diesen Schaltungen werden die Gleichrichterdioden mit den Buchstaben D und die Steuerdioden mit den Buchstaben C bezeichnet werden.

In Fig. 11 werden Mikrowellenimpulssignale dem Hohlleiter 215 zugeführt, und ein Hohlleiter 216 ist derjenigen Hohlleiterschaltung zugeordnet, die gesteuert werden soll. Liegen keine Mikrowellensignale an den Hohlleitern 215 und 216, dann sind die Gleichrichterdiode 217 und die Steuerdiode 218 in Richtung ihres hohen Widerstandes vorgespannt. In der Anordnung nach Fig. 11 ist eine Spannungsquelle mit den Dioden 217 und 218 in Reihe geschaltet, und eine Spannungsquelle 222 liegt in Reihe mit einem Widerstand 223 zwischen Erde und einem Punkt zwischen den beiden Dioden. Durch diese Anordnung ergibt sich eine niedrige Eingangsimpedanz für die Gleichrichterdiode 217, während gleichzeitig die Sperrvorspannung für beide Dioden sichergestellt ist. Werden Mikrowellensteuersignale dem Hohlleiter 215 zugeführt, dann wird auf der Leitung 224 eine positive Spannung erzeugt und an die Steuerdiode 218 angelegt. Dadurch ändert sich der Impedanzzüstand der Steuerdiode 218 von ihrem hohen Widerstand nach ihrem niedrigen Widerstand. Dadurch führt diese Diode eine der Schalt- oder Steuerfunktionen aus, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit den Fig. 9 und 10 beschrieben wurden, in denen die Dioden 187 und 211 als Steuerdioden arbeiten. Macht man das Potential der Batterie 221 etwas größer als das der Batterie 222, dann liegt eine Sperrvorspannung am Gleichrichter 217, die eine Gleichrichterwirkung verhindert, bis ein vorbestimmter Signalpegel erreicht ist. Dadurch werden Verzerrungswirkungen und Rauschen geringer Energie auf dem Hohlleiter 215 unterdrückt.

Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 12 ist der Arbeitsweise der Steuerschaltungen von Fig. 9 ähnlich. In Fig. 12 werden die Mikrowellensteuersignale über den Hohlleiter 226 der Diode 225 zugeführt. Die Steuerdiode 227 hegt in dem Hohlleiter 228. Die Vorspannungsquelle 229 und der Widerstand 231 arbeiten so, wie dies oben im Zusammenhang mit den entsprechenden Schaltelementen 192 und 194 der Fig. 9 beschrieben wurde. Zusätzlich zu diesen Schaltelementen, die denen der Steuerschaltungen nach Fig. 9 entsprechen, ist noch ein Widerstand 232 in Reihe mit der Diode 225 eingeschaltet. Eine Quelle für positive Gleichstromimpulse, die mit den den Hohlleitern 226 und 228 zugeführten Mikrowellenimpulsen synchronisiert sind, ist ebenfalls an einem Punkt zwischen dem Widerstand 232 und der Gleich-

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richterdiode 225 über eine Leitung 236 angeschlossen. Legt man positiv gerichtete Gleichstromimpulse an die Leitung 236 oder Mikrowellenimpulse an den Hohlleiter 226, so werden die Gleichrichterdiode und die Steuerdiode 225 und 227 in Richtung ihres niedrigen Widerstandes vorgespannt. Abhängig von der Ansteuerung auf der Leitung 236 und auf dem Hohlleiter 226 und von der Größe der Vorspannung der Quelle 229 kann die Diode 227 von ihrem Zustand hohen Widerstandes in ihren Zustand niedrigen Widerstandes umgesteuert werden, wenn ein Impuls auf der Leitung 236 oder ein Mikrowellenimpuls auf dem Hohlleiter 226 auftritt. Andererseits kann die Größe der Vorspannung der Quelle 229 erhöht und die Ansteuerung der Leitung 236 und des Hohlleiters 226 verringert werden, so daß Impulse auf der Leitung 236 und auf dem Hohlleiter 226 erforderlich sind, um die Diode 227 in ihren Zustand niedrigen Widerstandes zu steuern. Ändert die Steuerdiode 227 ihren ,Impedanzzustand durch Impulse auf der Leitung 236 oder auf dem Hohlleiter 226, so stellt die Schaltung eine »ODER«-Torschaltung dar. Sind die Spannungspegel so gewählt, daß die Diode nicht leitet, wenn nicht sowohl auf der Leitung 236 als auch auf dem Hohlleiter 226 Impulse auftreten, denn stellt die Schaltung eine »UND«-Torschaltung dar.

Die Schaltung nach Fig. 13 ist im wesentlichen die gleiche wie die nach Fig. 11, nur daß zusätzlich ein Eingang für Gleichstromimpulse vorgesehen ist. Die Schaltelemente der Fig. 13 tragen die gleichen Bezugszeichen wie die der Fig. 11, nur mit einem angehängten Strich. Die Schaltelemente 215', 216', 217', 218', 222' und 223' arbeiten in der gleichen Weise wie die entsprechenden Schaltelemente in der Fig. 11. In Fig. 13 ist jedoch ein Widerstand 238 zwischen der Steuerdiode 218' und Masse eingeschaltet. Weiterhin wird eine (nicht dargestellte) Quelle negativer Gleichstromimpulse verwendet, die mit den am Hohlleiter 215' angelegten Mikrowellenimpulsen synchronisiert sind. Diese Impulsquelle ist über eine Leitung 239 an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 238 und der Diode 218' angeschlossen. Das Anlegen negativer Steuerimpulse an der Kathode der Steuerdiode 218' hat die gleiche Wirkung wie das Anlegen eines positiven Steuerimpulses an der Anode der Diode 225, in Fig. 12. Daher arbeitet die Schaltung nach Fig. 13 im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Schaltung nach Fig. 12 und kann als »ODER«-Schaltung oder als »UND«-Schaltung betrieben werden, je nach der Größe der Steuersignale und der Potentiale der Vorspannungsquellen.

Die Schaltungen der Fig. 14 und 15 sind weitgehend ähnlich aufgebaut wie die Schaltungen der Fig. 12 und 13. In jeder der Schaltungen der Fig. 14 und 15 wird jedoch ein zusätzlicher Steuerhohlleiter und eine weitere Gleichrichterdiode verwendet. In Fig. 14 z. B. sind zwei Gleichrichterdioden 241 und 242 mit der Steuerdiode 243 in Reihe geschaltet, und in Fig. 15 sind zwei Gleichrichterdioden 247 und 248 mit der Steuerdiode 249 in Reihe geschaltet. Die Polarität der Gleichstromimpulse und der Vorspannungsquellen in den Schaltungen nach Fig. 14 und 15 sind die gleichen wie in den entsprechenden Schaltungen der Fig. 12 bzw. 13. Entsprechend der relativen Größe der Steuersignale und Vorspannungen lassen sich die Schaltungen der Fig. 14 und 15 als »ODER«-Schaltungen oder als »UND«-Schaltungen verwenden, oder sie können so eingestellt werden, daß sie auf zwei von drei möglichen Eingangssignalen ansprechen.

Bei den Fig. 12 und 14 werden positiv gerichtete Gleichstromimpulse verwendet, um die Wirkung der Gleichrichterdioden zu erhöhen. In gleicher Weise werden in den Fig. 13 und 15 negativ gerichtete Gleichstromimpulse verwendet, um die Wirkung der Gleichrichterdioden dadurch zu erhöhen, daß die Steuerdioden in ihren Zustand niedrigen Widerstandes vorgespannt werden. Durch Umkehr der Polarität der Gleichstromimpulse in den Ausführungsformen der Fig. 12 und 13 und durch geeignete Einstellung der Vorspannungen kann die Wirkung einer Sperrtorschaltung erzielt werden. Wird die Polarität der Gleichstromimpulse umgekehrt, dann erhöhen sie die Vorspannung der Steuerkristalle in Sperrichtung, anstatt den Impedanzzustand der Steuerkristalle zu ändern. Wird in dieser Anordnung ein Mikrowellensteuersignal an die Gleichrichterdioden angelegt, so kehrt sich der Zustand der Steuerdioden bei Abwesenheit von Gleichstromimpulsen um. Treten jedoch die sperrenden Gleichstromimpulse entweder zusammen oder gleichzeitig mit den Mikrowellenimpulsen auf, so ergibt sich keine Änderung des Impedanzzustandes der Steuerdioden. Werden in gleicher Weise negative Gleichstromimpulse ausreichend großer Amplitude in der Schaltung nach Fig. 14 bzw. ausreichend große positive Gleichstromimpulse in der Schaltung nach Fig. 15 verwendet, so können sie die Wirkung der an den Gleichrichterdioden liegenden Mikrowellensignale aufheben, so daß sich eine Sperrwirkung ergibt.

In Fig. 16 ist eine weitere Sperrtorschaltung dargestellt. Der Sperr-Eingangshohlleiterkanal 251 weist eine Gleichrichterdiode 252 auf. Der gewöhnliche Mikrowellensteuerhohlleiter 253 enthält eine Gleichrichterdiode 254. Die Steuerdiode 255 im Hohlleiter 256 ist in gleicher Richtung gepolt wie die Diode 254, und alle drei Dioden sind in Reihe geschaltet. Die Diode 252 ist jedoch entgegengesetzt zu den Dioden 254 und 255 gepolt. Eine Spannungsquelle 258 ist vorgesehen, die normalerweise die Steuerdiode 255 in ihren Zustand hohen Widerstandes vorspannt. Die üblichen Widerstände 261 und 262 liegen zwischen Masse und den Verbindungspunkten der Dioden. Werden dem Hohlleiter 253 Mikrowellensignale zugeführt, dann überwindet die an der Diode 254 entstehende positive Spannung die Sperrvorspannung der Spannungsquelle 258, und die Steuerdiode 255 wird in ihren Zustand niedriger Impedanz gekippt. Werden gleichzeitig Impulssignale dem Hohlleiter 251 zugeführt, dann wirkt die an der Diode 252 entstehende Steuerspannung der durch die Diode 254 erzeugten Spannung entgegen. Daher wird der Impedanzzustand der Steuerdiode 255 nur geändert, wenn der Hohlleiter 253 erregt und wenn der Sperrhohlleiterkanal 251 nicht erregt ist.

In Fig. 17 ist eine etwas andere Anordnung dargestellt. Dabei ist insbesondere die Gleichrichterdiode 271 im Hohlleiter 272 zu der Steuerdiode 273 im Hohlleiter 274 parallel geschaltet. Ein Stromkreis mit der Spanungsquelle 275 und dem großen regelbaren Widerstand 276 oder eine andere sonst geeignete, konstante Stromquelle liefert einen Strom an die beiden Dioden in Parallelschaltung. Eine weitere Spannungsquelle 277 liegt zwischen der Steuerdiode 273 und Masse. Da die Kathodenklemme der Steuerdiode 273 auf einem niedrigeren Potential als die entspre-

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chende Elektrode der Diode 271 liegt, befindet sich Dabei können beispielsweise solche Schaltgruppen die Steuerdiode 273 normalerweise in ihrem Zustand wie der Wortgenerator 11, der Mikrowellenoszillator geringen Widerstandes. Unter diesen Umständen 14, die Gabelschaltung 19 und die dazugehörigen nimmt die die Anoden der Dioden 271 und 273 mit- Schaltelemente der Fig. 1 verwendet werden. Andeeinander verbindende Leitung 279 das durch die 5 rerseits kann jede der Mikrowellenquellen Schalt-Spannungsquelle 277 gelieferte negative Potential an. mittel zur Erzeugung von zwei oder mehr Impuls-Dadurch wird die Gleichrichterdiode 271 in Sperr- zügen verschiedener Mikrowellenfrequenzen aufweirichtung vorgespannt, wenn keine Signale am Hohl- sen, die den einzelnen, mit jeder Impulsquelle verleiter 272 liegen. In einer Anordnung wird der Regel- bundenen Hohlleitern zugeführt werden,
widerstand 276 so eingestellt, daß die Impedanz der io Unter gewöhnlichen Umständen ist die Steuerdiode Diode 273 an die des Hohlleiters 274 angepaßt ist, 285, wenn keine Mikrowellenimpulse auf den Hohlwenn der Hohlleiter mit einem Kurzschlußkolben leitern 283 und 284 anliegen, so vorgespannt, daß sie (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Unter diesen Umstän- an die Impedanz des Hohlleiterstutzens 286 angepaßt den wird im wesentlichen die gesamte, dem Hohl- ist. Unter diesen Bedingungen wird die in dem Zirkuleiter 274 zugeführte Energie in der Steuerdiode 273 15 lator 291 von der Mikrowellenimpulsquelle 294 zugeabsorbiert. Wird jedoch dem Hohlleiter 272 Mikro- führte Mikrowellenenergie in dem Hohlleiterstutzen wellenenergie zugeführt, dann leitet die Diode 271. 286 absorbiert und wird nicht nach dem Ausgangs-Unter diesen Umständen wird ein wesentlicher Betrag hohlleiter 297 ausgekoppelt. Liegt an den Hohlleitern des durch den Stromkreis mit dem Widerstand 276 283 oder 284 ein Mikrowellenimpuls, dann wird eine und der Spannungsquelle 275 gelieferten Stromes 20 der Gleichrichterdioden 281 oder 282 leitend. Wie bedie Diode 271 nach Masse abgeleitet. Dadurch wird reits beschrieben, wird die Steuerdiode 285, wenn den der der Steuerdiode 273 zugeführte Anteil des Stro- Hohlleitern 283 oder 284 eine ausreichend große mes beträchtlich herabgesetzt, so daß deren Impe- Mikrowellenenergie zugeführt wird, in ihren Zustand danz nicht länger an die Impedanz des Hohlleiters hohen Widerstandes vorgespannt. Befindet sich die 274 angepaßt ist. Erhöht man die dem Hohlleiter 272 25 Diode 295 in ihrem Zustand hohen Widerstandes, zugeführte Mikrowellenenergie ausreichend, dann dann wird die Energie vom Ende des Hohlleiterstutkann das Potential der Leitung 279 einen ziemlich zens 286 nach dem Zirkulator 291 reflektiert und negativen Wert annehmen. Wird der Hohlleiter 272 nach dem Ausgangshohlleiter 297 ausgekoppelt. Die ausreichend hoch angesteuert, dann wird das negative dem Zirkulator 291 zugeführten Mikrowellensignale Potential auf der Leitung 279 das der Vorspannungs- 30 werden daher dann an den Ausgangshohlleiter 297 quelle 277 überschreiten, so daß die Steuerdiode 273 übertragen, wenn einer der beiden oder beide Hohlin ihren Zustand hoher Impedanz vorgespannt ist. leiter 283 und 284 mit Mikrowellenimpulsen gespeist

Bei einer anderen Anordnung, bei der im Hohl- werden.

leiter 274 von Fig. 17 kein Kolben verwendet wird, Die Schaltung nach Fig. 19 stellt eine Mikrowellenkann der Regelwiderstand 276 so eingestellt werden, 35 impulsregenerierschaltung dar. Allgemein betrachtet daß der Durchlaßstrom durch die Diode 273 erhöht arbeitet die Schaltung nach Fig. 19 in der Art, daß wird, so daß sie die Mikrowellenenergie reflektiert. sie die vom Mikrowellenimpulsgenerator 301 dem Wird die Diode 273 durch die oben beschriebene Hohlleiter 302 zugeführten Mikrowellenimpulse reWirkung der Diode 271 in ihren Zustand hohen generiert. Die regenerierten Mikrowellenausgangs-Widerstandes hineingesteuert, dann wird die Mikro- 40 impulse erscheinen am Ausgangshohlleiter 303 entwellenenergie unbehindert an dem Kristall vorbei sprechend den negativen Steuerimpulsen, die vom übertragen. Wortgenerator 304 an die Leitung 305 angelegt wer-

In Fig. 18 ist eine etwas vollständigere Darstellung den. Die Impulserzeugerschaltung enthält außerdem einer mit Mikrowellen arbeitenden logischen Schal- eine Synchronisierimpulsquelle 307, die Impulse an tung angegeben, die entsprechend dem Prinzip von 45 die Wortgeneratoren 304 und 308 abgibt. Die im Fig. 17 aufgebaut ist. In Fig. 18 sind in den Hohl- Impulsgenerator 301 erzeugten Mikrowellenimpulsleitern 283 und 284 zwei Gleichrichterdioden 281 züge werden dem Verstärker 309 zugeführt und letzt- bzw. 282 angeordnet. Die Steuerdiode 285 befindet lieh durch den Isolator 310 nach dem Hohlleiter 302 sich im Hohlleiterstutzen 286. Die Spannungsquellen gekoppelt. Eine Steuerdiode 314 ist im Hohlleiter-287 und 288 sowie der Regelwiderstand 289 üben die 50 stutzen 315 angebracht, der dem Zirkulator 316 zugleichen Funktionen aus wie die entsprechenden geordnet ist. Die Mikrowellenenergie von dem Mikro-Schaltelemente 275 bis 277 der Fig. 17. Um zu zei- wellenoszillator 317 wird durch den Zirkulator 316 gen, wie die Hohlleiter 283, 284 und 286 in einem nach dem Hohlleiterstutzen 315 gekoppelt. Unter nor-Mikrowellenhohlleitersystem angebracht sein können, malen Bedingungen ist die Steuerdiode 314 so vorgesind einige zusätzliche Schalteinzelheiten in die 55 spannt, daß sie durch die Spannungsquelle 318 und Fig. 18 mit aufgenommen worden. Insbesondere ist den regelbaren Widerstand 319 an die Impedanz des der Hohlleiterstutzen 286 einem Zirkulator 291 zu- Hohlleiterstutzens 315 angepaßt ist. Die Gleichrichgeordnet, während drei Mikrowellenimpulsquellen terdiode 312 ist normalerweise durch die Spannungsdem Hohlleiter 283, dem Hohlleiter 284 bzw. dem quelle 321 über den Widerstand 322 in Sperrichtung Zirkulator 291 Mikrowellenenergie zuführen. Die 60 vorgespannt. Negative Taktimpulse werden der Schal-Mikrowellenimpulssignale aus den drei Impulsquellen tung vom Wortgenerator 304 über die Leitung 305 292 bis 294 werden durch Taktimpulse aus einer am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 322 Synchronisierimpulsquelle 295 synchronisiert. In der und der Diode 312 zugeführt. Diese Impulse können Schaltung nach Fig. 18 entspricht die Synchronisier- beispielsweise in aufeinanderfolgenden Impulsperioimpulsquelle 295 der Impulsquelle 13 von Fig. 1. In 65 den auftreten und können daher als Taktimpulse begleicher Weise enthält jede der Mikrowellenimpuls- zeichnet werden. Die negativen Impulse auf der Leiquellen 292, 293 und 294 die zur Erzeugung von tung 305 sind der durch die Spannungsquelle 321 ge-Impulszügen notwendigen Mikrowellenschaltungen. lieferten positiven Vorspannung entgegengerichtet,

sind jedoch normalerweise nicht in der Lage, diese Vorspannung aufzuheben. Werden jedoch Mikrowellenimpulse der im Hohlleiter 302 liegenden Diode 312 zugeführt, dann steuert der zusätzliche, durch Gleichrichtung gewonnene positive Strom die Diode 312 in ihren Zustand niedrigen Widerstandes. Unter diesen Umständen wird der von dem aus der Spannungsquelle 318 und dem Widerstand 319 bestehenden Stromkreis kommende Strom durch die Diode 312 aufgeteilt, und die Steuerdiode 314 wird in ihren Zustand hohen Widerstandes hineingesteuert. Die Diode 314 absorbiert daher keine Mikrowellenenergie mehr, und die Signale werden nach dem Zirkulator 316 reflektiert, wo sie nach dem Ausgangshohlleiter 303 ausgekoppelt werden. Die relativen Größen der Vorspannung der Batterie 321, des gleichgerichteten Ausgangssignales der Diode 312 und der negativen Impulse auf der Leitung 305 sind so gewählt, daß Mikrowellensignale geringer Energie, die auf Rauschen oder Verzerrungen zurückzuführen sein können, die Diode 312 nicht in ihren Zustand niedriger Impedanz hineinsteuern können. Ein Impuls wesentlicher Amplitude ist erforderlich, um den Impedanzzustand der Diode 312 zu ändern. Unter diesen Bedingungen ist eine zusätzliche Ansteuerung der Diode 312, wenn die Diode 314 einmal ihren Zustand hohen Widerstandes erreicht hat, nicht in der Lage, den von der Steuerdiode reflektierten Betrag der Mikrowellenenergie zu ändern. Daher werden verzerrte oder verschliffene, dem Hohlleiter 302 zugeführte Impulse in ihre richtige Zeitlage gebracht und treten am Ausgangshohlleiter 303 in vollkommen regenerierter Form auf.

Fig. 20 stellt eine weitere logische Schaltung dar, in der zusätzliche Dioden verwendet werden, um die Schaltwirkung zu verbessern und um das Anlegen von Steuersignalen zu erleichtern. In Fig. 20 enthalten die Hohlleiter 331 und 332 Gleichrichterdioden 333 bzw. 334. Die Steuerdiode 335 ist im Hohlleiter 336 angebracht. Eine Vorspannungsquelle 340 spannt normalerweise die Diode 335 in ihren Zustand hohen Widerstandes vor. Weitere Schaltelemente sind von der Leitung zwischen den beiden Gleichrichterdioden nach Masse und von der Leitung zwischen der Gleichrichterdiode 334 und der Steuerdiode 335 nach Masse eingeschaltet. Der erste dieser Stromkreise enthält die Serienschaltung einer Diode 337, eines Widerstandes 338 und einer negativen Spannungsquelle 339. Der zweite Stromkreis enthält eine Diode 341, einen Widerstand 342 und eine negative Spannungsquelle 343. Zwischen den Widerständen und den Dioden dieser zusätzlichen Stromkreise sind Gleichstromimpulsquellen angeschlossen. Eine erste Quelle für positiv gerichtete Steuerimpulse ist durch eine Leitung 344 an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 337 und dem Widerstand 338 und eine zweite Quelle für positiv gerichtete Steuerimpulse ist über eine Leitung 345 an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 341 und dem Widerstand 342 angeschlossen.

Unter normalen Bedingungen sind die Dioden 337 und 341, wenn auf den Leitungen 334 und 345 keine Steuerimpulse liegen, in ihren Zustand niedrigen Widerstandes vorgespannt. Befindet sich die Diode 341 in ihrem Zustand niedrigen Widerstandes, dann liefert die Spannungsquelle 343 eine zusätzliche Sperrvorspannung an die Steuerdiode 335, um die Sperrvorspannung der Spannungsquelle 340 zu erhöhen.

Unter diesen Bedingungen können dem Hohlleiter 331 oder 332 zugeführte Mikrowellensignale die Diode 335 nicht in ihren Zustand hohen Widerstandes hineinsteuern. Diese Wirkung wird dadurch verhindert, daß positive, gleichgerichtete Ausgangssignale der Gleichrichterdioden 333 und 334 durch einen Stromkreis kurzgeschlossen werden, der die Diode 341, den Widerstand 342 und die Spannungsquelle 343 enthält. In gleicher Weise schließt der Stromkreis mit der

ίο Diode 337, dem Widerstand 338 und der Spannungsquelle 339 die positive, gleichgerichtete Ausgangsspannung des Gleichrichterkristalles 33 wirksam kurz. Außerdem wird jeder positive Impuls, der an der Leitung 347 liegen könnte, durch den Stromkreis mit der Diode 337 nach Masse kurzgeschlossen.

Durch Anlegen geeigneter Gleichstromimpulse oder unipolarer Impulse an die Leitungen 344 und 345 werden die Dioden 337 und 341 in ihren Zustand hoher Impedanz übergeführt. Wird den Hohlleitern

ao 331 und 332 Mikrowellenenergie zugeführt, während sich die Dioden 337 und 341 in ihrem Zustand hoher Impedanz befinden, dann werden die positiven gleichgerichteten Ausgangsimpulse unmittelbar an die Steuerdiode 335 angelegt, die dann in ihren Zustand niedriger Impedanz gekippt wird, als ob die zusätzlichen Steuerstromkreise nicht vorhanden wären.

Wie bereits ausgeführt, werden an der Leitung 347 angelegte Impulse bzw. durch die Dioden 334 oder 333 erzeugte Impulse effektiv kurzgeschlossen, wenn sich die Diode 341 in ihrem niedrigen Impedanzzustand befindet. Das trifft auch zu, wenn die Diode 337 ihren hohen oder niedrigen Impedanzzustand einnimmt. Weist die Diode 341 ihren hohen Impedanzzustand auf, dann kann ein durch Gleichrichtung in "der Gleichrichterdiode 334 erzeugter Impuls den Impedanzzustand der Steuerdiode 335, unabhängig vom Impedanzzustand der Diode 337, ändern. Befindet sich jedoch die Diode 341 in ihrem Zustand hoher Impedanz und befindet sich die Diode 337 in ihrem Zustand niedriger Impedanz, dann hat das Anlegen von Mikrowellenimpulsen am Hohlleiter 331 oder das Anlegen von Gleichstromimpulsen an der Leitung 347 keine Wirkung auf den Impedanzzustand der Diode 335.

In der bisherigen Beschreibung waren bestimmte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen betrachtet worden. Man kann jedoch daran denken, die Schaltungen gemäß der Erfindung auch in anderer Weise aufzubauen, die nicht besonders dargestellt und in den Schaltungen gezeigt oder beschrieben wurde. Beispielsweise können die verschiedenen binären Impulse, die als Mikrowellensignale dem Hohlleiterkanal zugeführt werden, auf verschiedene Weise dargestellt werden. Ein solcher Hohlleiterkanal kann

beispielsweise zwei Hohlleiter enthalten, wobei das binäre Symbol 1 durch einen Mikrowellenimpuls auf einem Hohlleiter und das Symbol 0 durch einen Impuls auf dem anderen Hohlleiter dargestellt wird. Andere binäre Signale lassen sich durch Mikrowellensignale, möglicherweise mit einer anderen Frequenz auf weiteren Hohlleiterkanälen darstellen. Logische Schaltfunktionen lassen sich dann durch die Verwendung von Frequenzumsetzern und Mikrowellengabelschaltungen durchführen.

Andererseits können die verschiedenen Elemente oder Impulse eines Impulssignals durch verschiedene Mikrowellensignale auf einem einzigen Hohlleiter dargestellt werden. Beispielsweise läßt sich das binäre

Symbol 1 durch einen Mikrowellenimpuls einer Frequenz und das binäre Symbol 0 durch einen Mikrowellenimpuls einer anderen Frequenz darstellen. In einem anderen Hohlleiter kann binäre Information mit zwei anderen Frequenzen übertragen werden, und es können Schaltmittel vorgesehen sein, um die Zeitlage der beiden Züge mit Signalinfonnation zu synchronisieren. Logische Schaltfunktionen lassen sich dann durch die Verwendung von Frequenzumsetzern, Filtern und Mikrowellengabelschaltungen durchführen.

An Stelle der Verwendung verschiedener Frequenzen zur Darstellung binärer Impulse auf einem einzigen Hohlleiter sind auch andere Konstruktionen denkbar. So kann beispielsweise das binäre Symbol 1 durch ein Mikrowellensignal mit einer vorbestimmten Bezugsphase dargestellt werden, während das binäre Symbol 0 durch ein Mikrowellensignal dargestellt wird, das in seiner Phasenlage gegen die Bezugsphase um 90° phasenverschoben ist oder eine andere Phasenverschiebung aufweist. Andere Möglichkeiten betreffen die Verwendung von zwei oder drei Impulsperioden zur Darstellung jedes binären Elementes. Ein Impuls in einer Impulsperiode stellt dann einen binären Impuls dar, während ein Impuls in einer anderen Impulsperiode einen anderen binären Impuls darstellt. Außerdem ist es möglich, die Mikrowellensignale zur Darstellung der verschiedenen binären Elemente dem Hohlleiter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen zuzuführen. Logische Schaltfunktionen für Phasenmodulationssysteme können unter Verwendung eines Bezugsphasensignals und phasenempfindlicher Kombinierschaltungen, wie z. B. Gabelschaltungen, erreicht werden. Für das System, das mit Impulsperioden arbeitet, lassen sich die Mikrowellenschaltfunktionen durch Verwendung genau zeitlich abgestimmter Bezugssignale und geeigneter Torschaltungen verwirklichen sowie durch die Verwendung von amplitudenabhängigen Abschneidschaltungen, wenn die Koinzidenz von zwei Impulsen in der gleichen Impulsperiode bestimmt werden soll.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Schaltungsanordnung zum Verarbeiten von digitalen Angaben mit einer Impulswiederholungsfrequenz Z₁ von etwa 50 MHz, in der zwei Gruppen von Impulsen verarbeitet werden, die einen Frequenzumfang von Null bis etwa zur Wiederholungsfrequenz Z₁ besitzen und hinsichtlich Frequenz und Phase der Wiederholungsfrequenz synchronisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Fortleiten der digitalen Angaben zwei Mikrowellenkanäle (24, 27) enthält, deren niedrigste übertragbare Frequenz /₂ wesentlich höher liegt als die Impulswiederholungsfrequenz f_v und daß sie Mikrowellengeneratoren (14, 15) für eine Trägerfrequenz /₃ aufweist, die größer als /„ ist sowie für die beiden Übertragungskanäle Modulationseinrichtungen (19, 21, 22,26) enthält, die die Impulse in jeweiliger Übereinstimmung mit den in die Schaltung gegebenen Impulsgruppen in synchronisierte Mikrowellenimpulse umwandeln, deren Frequenzbereich oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz /₃ sich etwa um den Betrag der Impulswiederholungsfrequenz Z₁ erstreckt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von G. W. Tompkins, J. H. Wakelin und W. W. St if ler, »High-Speed Computing Devices«, Mc.Graw Hill Book Comp. Inc., New York — Toronto — London, 1950, S. 208 bis 213.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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