DE1258485B

DE1258485B - Switching device for ultra-high frequency lines

Info

Publication number: DE1258485B
Application number: DES77669A
Authority: DE
Inventors: Gerard Le Coz
Original assignee: Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
Current assignee: Alsacienne de Constructions Mecaniques SA
Priority date: 1961-01-25
Filing date: 1962-01-23
Publication date: 1968-01-11

Description

Schalteinrichtung für Ultra-Hochfrequenz-Leitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung für Ultra-Hochfrequenz-Leitungen zur Umschaltung zwischen mehreren ankommenden und einer gemeinsamen abgehenden Leitung.Switching device for ultra-high frequency lines The invention relates on a switching device for ultra-high frequency lines for switching between several incoming lines and a common outgoing line.

In der Ultra-Hochfrequenztechnik benutzte man bisher zum Schalten der Hochfrequenzströme mechanische Schaltorgane oder Ferritschalter. Die mechanischen Schaltorgane sind unzulänglich wegen ihrer großen Schaltzeitkonstanten und wegen ihrer Verschlechterung im Laufe des Betriebes. Bei Ferritschaltern wird der allgemeine Störpegel der angeschlossenen Empfänger durch die durch diese Schalter zugeführten, erheblichen Verluste außerordentlich vermehrt.In ultra-high frequency technology, it was previously used for switching the high-frequency currents mechanical switching devices or ferrite switches. The mechanical Switching elements are inadequate because of their large switching time constants and because of their deterioration in the course of operation. For ferrite switches, the general Interference level of the connected receivers due to the considerable losses increased extraordinarily.

Nun ist es oft von großem Interesse, in einer sehr kurzen Zeit verschiedene aufeinanderfolgende Hochfrequenzsignale auf einen gemeinsamen Ausgang schalten zu können. Dies gilt besonders, wenn die Empfangsenergie schwach ist und von Stellen herstammt, die untersucht werden sollen, beispielsweise wenn beabsichtigt ist, mit Radargeräten hoher Leistung Ausgangsstellen mit der Schalteinrichtung zu messen, ohne eine Antenne zu benutzen. Der Störpegel oder das Rauschen des Empfangssystems könnte vorteilhafterweise durch Benutzung von parametrischen Verstärkern mit geringem Rauschen vermindert werden. Bei Versuchen mit Hilfe eines regelbaren sogenannten parametrischen Verstärkers werden in einem solchen Apparat ein Generator für Impulssignale a) 1 und eine Quelle zur Erzeugung einer Leistung a)2 an einen nichtlinearen Scheinleitwert gelegt, wodurch alle überlagerungen zwischen co 1 und c92 gebildet werden können. Die Rechnung und die Erfahrung zeigen einerseits, daß, wenn die eine dieser Überlagerungen weiterverwendet wird, ein Wechselsignal von der bevorzugten Frequenz entsteht, und andererseits, daß unter gewissen Koppelungsbedingungen die Ausgangsleistung von der weiterverwendeten Frequenz höher ist als die höchste Eintrittsleistung c) 1.Now it is often of great interest, various in a very short time successive high-frequency signals switch to a common output can. This is especially true when the received energy is weak and from places originates that are to be investigated, for example if it is intended with High-power radar devices to measure exit points with the switching device, without using an antenna. The interference level or the noise of the receiving system could take advantage of using parametric amplifiers with little Noise can be reduced. When trying with the help of an adjustable so-called Parametric amplifiers become in such an apparatus a generator for pulse signals a) 1 and a source for generating a power a) 2 at a non-linear admittance so that all superimpositions between co 1 and c92 can be formed. Calculation and experience show, on the one hand, that if one of these overlaps is used further, an alternating signal of the preferred frequency is generated, and on the other hand that under certain coupling conditions the output power of the frequency used is higher than the highest entry power c) 1.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Eigenschaften derartiger parametrischer Verstärker zu benutzen, um in der Technik der Ultra-Hochfrequenzen sichere Schaltungen durchzuführen. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung besitzt einen jeder Eingangsleitung zugeordneten parametrischen Verstärker mit einem Pumpklystron, das als Schalter arbeitet, und ein äußeres, mit dem Klystron verbundenes Steuerschaltglied, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen an der Reflektorelektrode des Pumpklystrons im Ausschaltzustand so gewählt sind, daß am Klystronausgang keine Leistung abgegeben wird und der Verstärker nicht arbeitet, und daß zum Einschalten der Reflektoranode des Klystrons Hilfsspannungen durch das Steuerschaltglied zugeführt werden, so daß das Klystron Leistung abgibt und der parametrische Verstärker arbeitet.The present invention is based on the idea of properties To use such parametric amplifier in the technique of ultra-high frequencies to carry out safe switching operations. The switching device according to the invention has a parametric amplifier with a pump klystron assigned to each input line, that works as a switch, and an external control switch connected to the klystron, and is characterized in that the voltages at the reflector electrode of the Pump klystrons are selected in the switched-off state so that none at the klystron output Power is delivered and the amplifier does not work, and that to switch on the reflector anode of the klystron is supplied with auxiliary voltages by the control switching element so that the klystron is delivering power and the parametric amplifier is working.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es an sich bekannt ist, daß zur selbsttätigen Umschaltung bei Ultra-Hochfrequenz-Leitungen Verstärkerröhren benutzt werden können. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht dagegen darin, eine Hauptleitung, beispielsweise eine Eingangsleitung, durch das Zwischenglied einer Sekundärleitung, beispielsweise eines Pumposzillators, zu schalten, indem man direkt und schnell auf die Sekundärleitung mit Hilfe eines parametrischen Verstärkers, der in der Hauptleitung angeordnet ist, einwirkt.It should be noted that it is known per se that for automatic Switching with ultra-high frequency lines amplifier tubes can be used. The idea on which the present invention is based, on the other hand, is to provide a Main line, for example an input line, through the intermediate link of a Secondary line, for example a pump oscillator, to be switched by directly and quickly on the secondary line with the help of a parametric amplifier, which is arranged in the main line acts.

Zur Darlegung des durch die Erfindung erzielbaren technischen Fortschritts wird nachstehend auf die Hauptmängel der klassischen Schalteinrichtungen für Ultra-Hochfrequenzen eingegangen, beispielsweise derjenigen, die mit Dioden und derjenigen, die mit Ferriten arbeiten, wobei diese Mängel wie folgt zusammengefaßt werden können: 1. Die Dämpfungsverluste liegen im Bereich von 1 db und gehen selten unter 0,5 db, was augenscheinlich von großem Einfluß auf die Höhe des allgemeinen Rauschfaktors des angeschlossenen Empfängers ist. 2. Die Isolationswirkung im Augenblick des Schaltens liegt im allgemeinen höher als 20 db.To illustrate the technical progress achievable by the invention The following is a description of the main shortcomings of the classic switching devices for ultra-high frequencies entered, for example those with diodes and those with ferrites work, these deficiencies can be summarized as follows: 1. The attenuation losses are in the range of 1 db and rarely go below 0.5 db, which is evidently from great influence on the level of the general noise factor of the connected receiver is. 2. The isolation effect is at the moment of switching generally higher than 20 db.

3. Die Schnelligkeit der Schaltung liegt bei den Systemen, welche mit Dioden arbeiten, in der Größenordnung von einer Mikrosekunde; sie liegt bei den Systemen, die mit Ferriten arbeiten, höher - sie kann dabei in gewissen Fällen das Hundertfache einer Mikrosekunde erreichen -, und zwar als Folge der Leistungen, die dabei umgesetzt werden.3. The speed of switching depends on the systems which work with diodes, on the order of a microsecond; it is included systems that work with ferrites are higher - it can do so in certain cases achieve a hundred times a microsecond - as a result of the performances which are implemented in the process.

Wenn man dagegen einen direkt als Schalter arbeitenden parametrischen Verstärker verwendet, wird der Hauptnachteil der klassischen Verstärker, der in deren Dämpfungsverlusten liegt, ausgeschaltet, und man erhält einen Verstärkungsgewinn, der mit einem geringen Rauschpegel einhergeht; ferner kann die Isolation wesentlich höher sein als bei den klassischen Systemen. Als weiterer Vorteil ist die außerordentlich hohe Schnelligkeit der Schaltungen zu erwähnen, die von der Unterbrechung der Pumpenenergie herrührt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung -geht man so vor, daß das aus einem Univibrator-Taktgeber bestehende Steuerschaltglied an die Reflektoranode des Klystrons Rechtecksignale anlegt und damit die Ausgangsleistung des Klystrons steuert, die während der Impulspause zu Null wird und während des Impulsscheitelwertes ein Maximum annimmt. Eine optimale Verstärkung wird dabei dadurch erzielt, daß die vom Steuerschaltglied abgegebenen Spannungen in der Weise geregelt werden, daß die Werte der Anodenspannungen der Pumpklystrone den Maximalamplituden des Ultra-Hochfrequenzsignals angepaßt werden.If, on the other hand, you have a parametric that works directly as a switch Amplifier used becomes the main disadvantage of the classical amplifier that is used in whose attenuation losses are eliminated, and a gain in gain is obtained, which is accompanied by a low noise level; Furthermore, the isolation can be substantial be higher than with the classic systems. Another advantage is that it is extraordinary high speed of the circuits to mention that from the interruption of the pump energy originates. According to an advantageous further development of the invention, the procedure is as follows: that the control switching element, which consists of a univibrator clock generator, is connected to the reflector anode of the klystron applies square wave signals and thus the output power of the klystron which becomes zero during the pulse pause and during the pulse peak value assumes a maximum. An optimal gain is achieved in that the from the control switching element output voltages are regulated in such a way that the Values of the anode voltages of the pump klystrons represent the maximum amplitudes of the ultra-high frequency signal be adjusted.

Eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung erhält man dadurch, daß den parametrischen Verstärkern aller Eingangsleitungen ein gemeinsames, dauernd schwingendes Pumpklystron zugeordnet ist und daß das Steuerschaltglied in Wirkverbindung mit schnell ansprechenden UHF-Kurzschlußkreisen steht, von denen je einer mit dem Summen- und dem Differenzfrequenzausgang jedes parametrischen Verstärkers vom »Up-converter«-Typ verbunden ist.A modification of the switching device according to the invention is obtained in that the parametric amplifiers of all input lines have a common, permanently oscillating pump klystron is assigned and that the control switching element in Operational connection with fast-responding UHF short-circuit circuits is, of which one each with the sum and difference frequency output of each parametric amplifier of the "up-converter" type.

Nachstehend werden im einzelnen die Schaltung und die Wirkungsweise von zwei bevorzugten Ausführungsformen der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.The following is a detailed description of the circuit and the mode of operation of two preferred embodiments of the switching device according to the invention described.

F i g. 1 stellt schematisch eine Schalteinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Umlaufeinrichtung bekannter Ausführung ( 2 - 0) und rauscharmen parametrischen Verstärkern dar; F i g. 2 stellt ein entsprechendes Schaltschema dar, bei welchem ein rauscharmer parametrischer Mischverstärker der Type »up converter« benutzt wird.F i g. 1 shows schematically a switching device according to the invention with a circulating device of known design (2-0) and low-noise parametric Amplifiers represent; F i g. 2 shows a corresponding circuit diagram in which a low-noise parametric mixer of the "up converter" type is used.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mündet jeder Ultra-Hochfrequenzeingang 1 (Kanal I, Il bis N) auf eine Umlaufeinrichtung 2 der Type ( 2 - 0) mit vier Anschlußpolen, die entsprechend über den Eingang 1 mit einer angepaßten Last 3, die einer Ausgangsleitung 4 und mit einem rauscharmen parametrischen Verstärker 5 verbunden sind, der durch eine Klystronpumpe 6 gesteuert wird, die wiederum vom Auslöser 8 aus durch eine Leitung 7 hindurch betätigt wird. Das Verbindungsorgan 9 der Schalteinrichtung führt zu einem gemeinsamen Ausgang 10.In the embodiment according to FIG. 1 leads to each ultra-high frequency input 1 (channel I, II to N) on a circulation device 2 of type (2 - 0) with four connection poles, the corresponding via the input 1 with a matched load 3, that of an output line 4 and are connected to a low-noise parametric amplifier 5, which by a klystron pump 6 is controlled, which in turn from the trigger 8 by a Line 7 is actuated through. The connecting member 9 of the switching device leads to a common output 10.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Reflexionsspannungen der Klystronpumpen 6 der parametrischen Verstärker 5 auf die Weise geregelt, daß man die Leistung am Ausgang der Klystrone nicht gewinnen kann. Die Ausgänge 4 vereinigen sich in einem Verbindungsorgan 9 (z: B. einem magischen T in einer Y-Verbindung), welches allen parametrischen Verstärkern 5 gemeinsam ist.In this embodiment, the reflection voltages are the Klystron pumps 6 of the parametric amplifier 5 controlled in such a way that one cannot gain the performance at the exit of the klystrons. Combine the outputs 4 in a connecting organ 9 (e.g. a magic T in a Y-connection), which is common to all parametric amplifiers 5.

Eine Rechteckspannung A, welche von einem üblichen elektrischen Auslöseorgan, wie z. B. einem klassischen Univibrator 8 stammt, wird über die Leitung 7 auf die Reflektorelektroden der Klystronpumpen 6 gegeben.A square wave voltage A, which is generated by a standard electrical triggering device, such as B. a classic Univibrator 8 comes, is on line 7 to the Reflector electrodes of the klystron pumps 6 given.

Die Amplitude der Rechteckspannung muß auf die Weise geregelt werden, daß die Spannung der Refiektoranode der Klystronpumpe 6 auf einen Wert gebracht wird, der den Ultra-Hochfrequenzschwingungen der größten Amplituden entspricht. Die Rechteckspannungsimpulse werden auf die verschiedenen Verstärker gemäß dem jeweils von dem Benutzer gewählten Code geschaltet; z. B. in der Zeit von to bis t1 wird ein Rechtecksignal A aus dem Ausgang 7 (S1) des Auslöseorgans 8 in Richtung zur Reflektorelektrode der Klystronpumpe 6 geschickt. Es sorgt für die Verbindung des parametrischen Verstärkers 5 mit dem Kanal I; in der Zeit von t1 bis t2 wird ein anderes Spannungssignal aus dem Ausgang 7 (S.) des Auslöseorgans 8 in Richtung zur Reflektorelektrode der Klystronpumpe 6 geschickt. Es sorgt für die Verbindung des parametrischen Verstärkers 5 mit dem Kanal II usw.The amplitude of the square wave voltage must be regulated in the way that the voltage of the reflector anode of the klystron pump 6 is brought to a value which corresponds to the ultra-high frequency oscillations of the largest amplitudes. The square wave voltage pulses are transmitted to the various amplifiers according to the respective switched by the user selected code; z. B. in the time from to to t1 a square wave signal A from the output 7 (S1) of the trigger element 8 in the direction of The reflector electrode of the klystron pump 6 was sent. It takes care of the connection of the parametric amplifier 5 with channel I; in the time from t1 to t2 becomes a other voltage signal from the output 7 (S.) of the trigger element 8 in the direction of The reflector electrode of the klystron pump 6 was sent. It takes care of the connection of the parametric amplifier 5 with channel II etc.

Gemäß Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist jeder Ultra-Hochfrequenzeingang 11 (Kanäle 1... N) mit einem Parameterverstärker 12 einer Type verbunden, die üblicherweise als »up converter« bezeichnet wird, der einerseits an eine Klystronpumpe 13 gekoppelt (die an allen Anschlüssen gleich ausgebildet ist) und andererseits mit einer angepaßten Last 14 verbunden ist und schließlich über die Leitung 15 und dem Verbindungsorgan 16 an den gemeinsamen Ausgang 17 geführt ist. Zwischen dem Verstärker 12 und der angepaßten Last 14 einerseits und dem Verbindungsorgan 16 andererseits sind ultrahochfrequente Kurzschlußkreise 18-19 geschaltet, die entsprechend der Differenzfrequenz oder der Summenfrequenz abgestimmt sind und einzeln mit dem Auslöseorgan 20 über die Leitungen 21 und 22 Verbindung haben.According to the embodiment of FIG. 2, each ultra-high-frequency input 11 (channels 1 ... N) is connected to a parameter amplifier 12 of a type which is usually referred to as an "up converter", which is coupled to a klystron pump 13 (which has the same design at all connections) and on the other hand, is connected to an adapted load 14 and is finally led to the common output 17 via the line 15 and the connecting member 16. Between the amplifier 12 and the matched load 14 on the one hand and the connecting element 16 on the other hand, ultra-high-frequency short-circuit circuits 18-19 are connected, which are tuned according to the difference frequency or the sum frequency and are individually connected to the trigger element 20 via lines 21 and 22.

Bei den hier benutzten »Up-converter«-Verstärkern wird die Summenfrequenz «)i -f- w3 weiterverwendet, aber die Differenzfrequenz co, - ui3 fällt notwendigerweise gleichfalls an; was einen auf die Differenzfrequenz w1 - 0j3 abgestimmten Kreis erforderlich macht, der an die Stelle des nichtlinearen Scheinleitwertes eine Impedanz geringer Größe transformieren muß. Die schnell ansprechenden Kurzschlußkreise sind im allgemeinen als Gasgefäße ausgebildet, welche, wenn keine Ionisation vorliegt, nur geringe Verluste verursachen, während sie, wenn sie ionisiert sind, vollkommene Kurzschlußkreise darstellen; aber alle Schaltungen, die auf ähnliche Charakteristika ansprechen, können angewendet werden.With the »up-converter« amplifiers used here, the sum frequency is «) I -f- w3 continued to be used, but the difference frequency co, - ui3 necessarily falls also on; what a circuit tuned to the difference frequency w1-0j3 Requires an impedance in place of the non-linear admittance small size must transform. The quick responding short circuits are generally designed as gas vessels which, when there is no ionization, cause only slight losses, while when ionized they produce perfect losses Represent short circuits; but all circuits that have similar characteristics address can be applied.

In dem Ausührungsbeispiel nach F i g. 2 wird von derartigen Verstärkern Gebrauch gemacht; die in diesem Fall an allen Anschlußpolen gleich ausgebildete Klystronpumpe 13 schwingt ständig. Zwei ultrahochfrequente Kurzschlußkreise 18 und 19 von schneller Ansprechbarkeit sind vorgesehen, wobei der eine an den Ausgang 15 der Summenfrequenz und der andere an den Ausgang der Differenzfrequenz in Richtung zur angepaßten Last 14 gelegt ist. Sie sind auf solche Weise angeordnet, daß im Augenblick ihrer Ionisation die auf die Stelle der Diode von variabler Reaktanz (bei 12) transformierte Impedanz sehr geringfügig ist und dadurch eine Weichenstellung für die verstärkte Spannung zum Ausgang 15 (Kurzschlußkreis 19) für die Summenfrequenz oder zum Ausgang in Richtung zur angepaßten Last 14 hin für die Differenzfrequenz gebildet wird.In the exemplary embodiment according to FIG. 2 is used by such amplifiers Made use of; which in this case is the same at all connection poles Klystron pump 13 oscillates constantly. Two ultra high frequency Short circuits 18 and 19 of quick response are provided with one connected to the output 15 of the sum frequency and the other to the output of the difference frequency in the direction to matched load 14 is placed. They are arranged in such a way that im Moment of their ionization which takes the place of the diode of variable reactance (at 12) transformed impedance is very slight and thus a switch point for the amplified voltage to output 15 (short circuit 19) for the sum frequency or to the exit towards the matched load 14 for the difference frequency is formed.

Der Umschaltvorgang wird durch die ultrahochfrequenten Kurzschlußkreise 18 und 19 bewirkt. Die Differenzfrequenzausgänge 18 schließen sich wieder über die angepaßten Lasten bei 14.The switching process is carried out by the ultra-high frequency short-circuit circuits 18 and 19 causes. The differential frequency outputs 18 close again via the adjusted loads at 14.

Das Auslöseorgan, z. B. ein klassischer Univibrator 20, muß Gleichspannungen über die Leitungen 21 (S1') und 21 (S2') auf die Kurzschlußkreise 19 schikken, was das Schließen der Kreise 15 von to bis t1 bewirkt. Ein positiver Rechteckspannungsimpuls wird über die Leitung 22 (S3) des Verbindungsgliedes 20 dem Kurzschlußkreis 18 des Kanals I zugeführt und bewirkt, daß die Leitung 15 freigegeben wird.The trigger, e.g. B. a classic Univibrator 20, must be DC voltages via the lines 21 (S1 ') and 21 (S2') to the short circuits 19 send what causes the closing of the circles 15 from to to t1. A positive square wave voltage pulse is via the line 22 (S3) of the link 20 to the short circuit 18 of the Channel I supplied and causes the line 15 to be released.

Der parametrische Verstärker 12 des Kanals i sorgt für die Weiterleitung des von dort kommenden Signals in der Zeitspanne zwischen t1 und t2.The parametric amplifier 12 of channel i takes care of the forwarding of the signal coming from there in the period between t1 and t2.

Ein positiver Rechteckspannungsimpuls wird über die Leitung 22 (S4') des Verbindungsgliedes 20 dem Kurzschlußkreis 18 des Kanals N zugeführt und bewirkt, daß der Ausgang der Differenzfrequenz gesperrt wird. Ein negativer Rechteckspannungsimpuls wird über die Leitung 21 (S2) des Verbindungsgliedes 20 zum Kurzschlußkreis 19 des Kanals N geschickt und bewirkt das Öffnen des entsprechenden Ausgangs 15, und der parametrische Verstärker 12 des Kanals N sorgt für die Weiterleitung des aus diesem Kanal kommenden Signals.A positive square-wave voltage pulse is transmitted via line 22 (S4 ') of the connecting member 20 is supplied to the short circuit 18 of the channel N and causes that the output of the differential frequency is blocked. A negative square wave voltage pulse is via the line 21 (S2) of the connecting member 20 to the short circuit 19 of the Channel N sent and causes the opening of the corresponding output 15, and the parametric amplifier 12 of channel N takes care of the forwarding of this Channel coming signal.

Man sieht gleich, daß die Schaltungen gemäß Erfindung die Möglichkeit einschließen, verschiedene Empfangskanäle in sehr schnellem Takt auf einen gemeinsamen Ausgangskanal zu schalten und gleichzeitig von den Vorteilen des parametrischen Verstärkers im Hinblick auf seinen geringen Rauschpegel Gebrauch zu machen.It can be seen immediately that the circuits according to the invention have the possibility include, different reception channels in very fast rhythm on a common To switch output channel and at the same time benefit from the advantages of parametric Amplifier in view of its low noise level.

Claims

Claims: 1. Switching device for switching between multiple input lines and one output line for ultra-high frequency signals with a parametric amplifier associated with each input line, with a Pump klystron, which works as a switch, and with an outer one, with the klystron connected control switching element, characterized in that the voltages on the The reflector electrode of the pump klystron (6) are selected in the switched-off state so that there is no power output at the klystron output and the amplifier (5) does not work, and that to switch on the reflector anode of the klystron auxiliary voltages through the Control switching element (8) are supplied so that the klystron emits power and the parametric amplifier is working.

2. Switching device according to claim 1, characterized characterized in that the control switching element consisting of a non-vibrator clock generator Applies square wave signals to the reflector anode of the klystron and thus the output power of the klystron, which becomes zero during the pulse pause and during the Impulse peak value assumes a maximum.

3. Switching device according to claim 1 and 2, characterized in that the voltages emitted by the control switching element are regulated in such a way that the values of the anode voltages of the pump klystrons (6) be adapted to the maximum amplitudes of the ultra-high frequency signal.

4. Switching device according to claim 1, characterized by such a modification that the parametric amplifiers (12) of all input lines (11) is assigned a common, continuously oscillating pump klystron (13) and that the control switching element (20) is in operative connection with fast-responding UHF Short-circuit circuits (18,19), one of which is connected to the sum and difference frequency output of each parametric amplifier of the "up-converter" type. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1048 960.