DE1190523B - Reaktanzverstaerker mit einer nichtlinearen Induktivitaet - Google Patents

Reaktanzverstaerker mit einer nichtlinearen Induktivitaet

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Publication number
DE1190523B
DE1190523B DES82293A DES0082293A DE1190523B DE 1190523 B DE1190523 B DE 1190523B DE S82293 A DES82293 A DE S82293A DE S0082293 A DES0082293 A DE S0082293A DE 1190523 B DE1190523 B DE 1190523B
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DE
Germany
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energy
magnetizable material
pump
layers
frequency
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Pending
Application number
DES82293A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Phys Werner Schedelbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1190523B publication Critical patent/DE1190523B/de
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F7/00Parametric amplifiers
    • H03F7/02Parametric amplifiers using variable-inductance element; using variable-permeability element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Reaktanzverstärker mit einer nichtlinearen Induktivität Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktanzverstärker, bei dem einer nichtlinearen Induktivität aus dünnen Schichten von magnetisierbarem Material, insbesondere einer Legierung von 79 % Nickel und etwa 21% Eisen, außer einer insbesondere im Bereich der Ultrakurz- und der noch kürzeren Wellen gelegenen Signalfrequenzenergie noch die Energie eines Pumposzillators zugeführt wird.
  • Unter einem Reaktanzverstärker wird bekanntlich ein Verstärker verstanden, bei dem eine nichtlineare Reaktanz in einen Signalstromkreis eingefügt wird und diese nichtlineare Reaktanz im Wert einer vorzugsweise höhenfrequenten Pumpfrequenz im Impedanzwert variiert wird. Für die Erzielung einer Verstärkung ist es dabei erforderlich, für die sogenannte Idlingfrequenzenergie, das ist die Energie von Differenzfrequenz aus Pumpfrequenz und Signalfrequenz, einen bestimmten Wirkwiderstand in der Schaltung vorzusehen. Es tritt dann eine Entdämpfung im Signalfrequenzeingang auf, so daß man von einem negativen Widerstand sprechen kann. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch, wenn derartige parametrische Verstärker als Frequenzumsetzer zur Frequenztransponierung der Signalfrequenz in einen höheren oder tieferen Frequenzbereich - bezogen auf die Signalfrequenz - verwendet werden. Gegebenenfalls kann man durch Hinzufügen eines Wirkwiderstandes für die Summenfrequenz aus Signalfrequenz und Pumpfrequenz noch die Bandbreite, innerhalb der eine bestimmte Verstärkung erzielbar ist, erhöhen.
  • Als nichtlineare Reaktanz werden für derartige Verstärker meist Kapazitätsdioden verwendet, deren Sperrschichtkapazität in einem hinreichend großen Bereich durch eine Pumpfrequenzspannung veränderbar ist. Abgesehen davon, daß es relativ schwierig ist, derartige Dioden genügend verlustarm zu gestalten, ist bei derartigen Verstärkern insofern eine Schwierigkeit vorhanden, als mit den derzeit verfügbaren Kapazitätsdioden gewisse Ausgangsleistungswerte praktisch nicht überschritten werden können. Eine derartige Beschränkung vor allem hinsichtlich der Ausgangsleistung des parametrischen Verstärkers ist dann nicht vorhanden, wenn, wie an sich bekannt, für den parametrischen Verstärker eine nichtlineare Induktivität zur Anwendung kommt. Für niedrige Frequenzen sind hierfür beispielsweise übertragen mit Eisenkern verwendbar, und für höhere Frequenzen ist die Verwendung einer dünnen Schicht aus magnetisierbarem Material bekannt. Nachteilig an diesen bekannten Reaktanzverstärkern mit nichtlinearen Induktivitäten ist jedoch, daß eine obere Frequenzgrenze existiert, oberhalb deren der Wirkungsgrad des Verstärkers, bezogen auf die zugeführte Pumpenergie, sehr rasch abnimmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese derzeit im Frequenzbereich von einigen 100 MHz gelegene Frequenzgrenze zu überwinden und einen parametrischen Verstärker zu realisieren, der auch im Bereich von Signalfrequenzen, die oberhalb 1 GHz liegen, noch zufriedenstellend, also mit brauchbarem Wirkungsgrad, bezogen auf die zugeführte Pumpenergie, arbeitet.
  • Es ist an sich bereits vorgeschlagen worden, den Wirkungsgrad bei für derartige Zwecke bestimmten nichtlinearen Induktivitäten dadurch zu erhöhen, daß mehrere dünne Schichten aus magnetisierbarem Material unter Zwischenlage von nicht magnetisierbaren Schichten aufeinandergefügt werden und durch Zwischenfügung von leitenden Schichten eine besondere räumliche Ausgestaltung in der Weise erhalten wird, daß eine Erhöhung des Füllfaktors in den zur Anwendung kommenden Magnetisierungsvorrichtungen für die dünnen Schichten erzielt wird. Mit diesen Anordnungen wird der Wirkungsgrad nenenswert gesteigert. Diese Einrichtung erfordert jedoch durch die besondere Spulenbildung eine vom üblichen wesentlich abweichende Ausbildung der Vormagnetisierungsvorrichtungen.
  • Erfindungsgemäß wird, ausgehend von einem Reaktanzverstärker, bei dem einer nichtlinearen Induktivität aus dünnen Schichten von magnetisierbarem Material, insbesondere einer Legierung von 79',1/a Nickel und etwa 21'0/m Eisen, außer einer insbesondere im Bereich der Ultrakurzwellen und der noch kürzeren Wellen gelegenen Signalfrequenzenergie noch die Energie eines Pumposzillators zugeführt wird, die vorstehend erwähnte Aufgabe in der Weise gelöst, daß die nichtlineare Induktivität aus einem plattenförmigen Körper von mehreren extrem dünnen Schichten des magnetisierbaren Materials besteht, die gegeneinander durch vorzugsweise ebenfalls extrem dünne Isolierschichten getrennt sind und die außer, von den magnetischen Wechselfeldern der Magnetisierungsvorrichtungen für die Signalenergie und die Pumpenergie von einem im Vergleich zu den Frequenzen der Signalenergie bzw. Pumpenergie praktisch statischen Magnetfeld vormagnetisiert sind, dessen Feldrichtung in der durch die einzelnen parallelen Schichten aus magnetisierbarem Material bestimmten Ebene liegt.
  • Es ist damit möglich, die üblichen Magnetisierungsvorrichtungen zur Anwendung zu bringen. Beispielsweise bestehen diese für die praktisch statische Vormagnetisierung entweder aus einem Helmholtz-Spulenpaar und für das Magnetfeld bei der Signalfrequenz und der Pumpfrequenz aus sich kreuzenden, feldmäßig gegenseitig entkoppelten Bandleitungen, die im überkreuzungsbereich den plattenförmigen Körper aus magnetisierbarem Material einschließen. Der Anschluß der Pumpenergiequelle, der Signalenergiequelle und des Widerstandes für die Differenzfrequenz (Idlingfrequenz) kann demzufolge wie für derartige Ausführungen üblich erfolgen. Auch ist es möglich, einen Zirkulator (Richtungsgabel) in die Signalzuführungsleitung einzuschalten, um in an sich bekannter Weise die dem Verstärker zugeführte Energie von der vom Verstärker abgegebenen Energie leitungsmäßig zu trennen.
  • Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels für den plattenförmigen Körper aus magnetisierbarem Material näher erläutert. In der Zeichnung ist hierzu auf einem dünnen Träger 1 aus dielektrischem Material, beispielsweise aus Glas, der plattenförmige Körper in Form von beispielsweise drei extrem dünnen Schichten 2, 3, 4 aus magnetisierbarem Material und zwei isolierenden Zwischenschichten 5, 6, die aus nichtleitendem und nicht magnetisierbarem Material bestehen, dargestellt. Die Stärke der drei magnetisierbaren Schichten 2, 3, 4 liegt jeweils in der Größenordnung von 100 A. Die Stärke der isolierenden Zwischenschichten 5, 6 kann in der gleichen Größenordnung oder auch etwas stärker gewählt werden. Es ist hierbei vor allem an eine Isolierschichtdicke zwischen etwa 100 und 1000 A gedacht. Der Träger hat eine Stärke in der Größenordnung von z. B. 0,1 mm. Die Aufbringung kann mittels an sich für derartige Zwecke bekannter Verfahren erfolgen, vor allem also durch Aufdampfung im Vakuum. Die einzelnen Schichten bilden zusammen einen in sich festen Körper.
  • An Stelle von zwei oder drei Schichten aus magnetisierbarem Material können in dem plattenförmigen Körper auch mehrere solche Schichten vorgesehen werden, wodurch sich die Menge des magnetisierbaren Materials bei vorgegebenen Flächenabmessungen der einzelnen Schichten erhöhen läßt. Das ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil der Induktivitätshub, der durch die Pumpfrequenzenergie erreichbar ist, von der Menge des magnetisierbaren Materials abhängt und beim erfindungsgemäßen Körper größere Mengen zulässig sind als bei den bekannten Anordnungen, wenn beispielsweise eine bestimmte Frequenz und die hierbei erreichbare Minderung der Verluste als Vergleichsbasis zugrunde gelegt werden.
  • Wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, scheint ein Zusammenhang zwischen der Spindämpfungskonstante der dünnen Schicht aus magnetisierbarem Material und der für einen geforderten Induktivitätshub erforderlichen Pumpleistung zu bestehen. So zeigt es sich, daß die für den Betrieb eines parametrischen Verstärkers mit dünner magnetischer Schicht erforderliche Pumpleistung mit dem Quadrat der Spindämpfungskonstante zunimmt und daß es durch die Verwendung mehrerer gegenseitig elektrisch isolierter extrem dünner Schichten aus dem magnetisierbarem Material in überraschend einfacher Weise möglich ist, die für eine bestimmte Ausgangsleistung des Verstärkers aufzubringende Pumpleistung um einen ganz beträchtlichen Wert gegenüber den sonst erforderlichen Pumpleistungen herabzusetzen. Besonders tritt dies dan in Erscheinung, wenn als magnetisierbares Material eine Legierung aus etwa 79% Nickel und etwa 21% Eisen verwendet wird, in welchem Fall der Absolutwert der Reduzierung der erforderlichen Pumpleistung für einen bestimmten Wert an Ausgangsleistung besonders hoch ist.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Reaktanzverstärker, bei dem einer nichtlinearen Induktivität aus dünnen Schichten von magnetisierbarem Material, insbesondere einer Legierung von 79 % Nickel und etwa 21% Eisen, außer einer insbesondere im Bereich der Ultrakurz- und der noch kürzeren Wellen gelegenen Signalfrequenzenergie noch die Energie eines Pumposzillators zugeführt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die nichtlineare Induktivität aus einem plattenförmigen Körper von mehreren extrem dünnen Schichten aus magnetisierbarem Material besteht, die gegeneinander durch vorzugsweise ebenfalls extrem dünne Isolierschichten getrennt sind und die außer von den magnetischen Wechselfeldern der Magnetisierungsvorrichtungen für die Signalenergie und die Pumpenergie von einem im Vergleich zu den Frequenzen der Signalenergie bzw. Pumpenergie praktisch statischen Magnetfeld vormagnetisiert sind, dessen Feldrichtung in der durch die einzelnen parallelen Schichten aus magnetisierbarem Material bestimmten Ebene liegt.
DES82293A 1962-11-02 1962-11-02 Reaktanzverstaerker mit einer nichtlinearen Induktivitaet Pending DE1190523B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713820A1 (de) * 1977-03-29 1978-10-05 Licentia Gmbh Schaltungsanordnung zur verstaerkung hochfrequenter elektromagnetischer wellen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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