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Parametrischer Verstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen parametrischen
Reflexions-Verstärker für den Bereich der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen,
bestehend aus einem Reaktanzmodulator, dem von einer Pumpschwingungsquelle die für
die Verstärkung erforderliche Pumpenergie zugeführt wird, einem vorzugsweise nur
einen Resonanzkreis umfassenden Idlingkreis und einer Signalspannungszuführung,
in die ein Netzwerk mit dem Verhalten eines mehrkreisigeri Bandfilters eingefügt
ist.
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Derartige- Verstärker sind nicht nur mit einem einzelnen Resonanzkreis
in der Signalzuführung und einem einzelnen Resonanzkreis in der Idlingschaltung
bekannt, sondern auch mit mehrkreisigen Filtern in dem Schaltungsteil für das Signal
und in dem Schaltungsteil für die Idlingfrequenz.
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Ein Beispiel hierfür ist in der französischen Patentschrift 1317161
gegeben; wo sowohl im Pumpfrequenzeingang- eines parametrischen Verstärkers, der
nach dem Prinzip der Aufwärtsumsetzung arbeitet,-als auch im Signalfrequenzeingang
sowie im Zwischenfrequenzausgang mehrkreisige Bandfilter eingeschaltet sind. Diese
bestehen aus miteinander gekoppelten Leitungsresonatoren.
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Es läßt sich dadurch - das Gewinn-Bandbreite-Produkt; das
-ein Maß für die Güte des parametrischen Verstärkers ist, nennenswert erhöhen.
Nachteilig an diesen bekannten Schaltungen ist jedoch, daß sowohl der elektrische
als auch der konstruktive Aufwand dieser bekannten Ausführungsformen wegen der mehrkreisigen'
Filterschaltungen relativ groß ist. Weiterhin ist- es im gewissen Sinne auch nachteilig,
daß eine Regelung der Verstärkung bei derartigen Verstärkern im allgemeinen nur
über eine Regelung der zugeführten Pumpenergie während des Betriebes möglich ist.
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# Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem parametrischen
Verstärker der einleitend geschilderten Art die erwähnte Vergrößerung des Gewinn-Bandbreite-Produkts
mit wesentlich einfacheren Mitteln zu erzielen unter gleichzeitiger Schaffung der
Voraussetzungen für eine bessere und einfachere Regelung der Verstärkung des parametrischen
Verstärkers innerhalb gewisser Grenzen, beispielsweise um ± 50 % der mittleren Verstärkung.
Die bekannte Art der Verstärkungsregelung mittels Pumpenergieänderung ist nämlich
noch mit dem zusätzlichen Nachteil behaftet; daß sich die Bandbreite und die Abstimmung
des Verstärkers bei den Änderungen des Pumppegels ebenfalls verändern.
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Ausgehend von einem parametrischen Reflexionsverstärker für den Bereich
der sehr kurzen eIektromagnetischen Wellen, bestehend aus -einem Reaktanzmodulator,
dem von einer Pumpsch(wingungsquelle die für die Verstärkung erforderliche Pump,
energie zugeführt wird, einem -vorzugsweise nur einen Resonanzkreis umfassenden
Idlingkreis und einer Signalspannungszuführung, in die ein Netzwerk mit dem Verhalten
eines mehrkreisigen Bandfilters eingefügt ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, -daß das Netzwerk ein: mehrstufiger Leitungstransformator ist, bei
dem zumindest die dem Reaktanzmoduiator benachbarte Transformationsstufe zur Regelung
der Verstärkung des parametrischen Verstärkers im Transformationsverhältnis einstellbar
ausgebildet ist, während die dieser Stufe nachgeschalteten Transformationsstufen
im Zusammenwirken mit der ersten Transformationsstufe die Verstärkungscharakteristik
des Reaktanzmodulators derart transformieren, daß sich eine Verstärkungskurve mit
mehrkreisiger Bandfiltercharakteristik ergibt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes
bestehen in folgendem. Die Signalleitung ist eine Hohlleitung, vorzugsweise mit
Rechteckquerschnitt, oder eine Koaxialleitung oder eine Streifenleitung, in die
in bestimmten Abständen - die Leitung in einzelne Transformationsstufen unterteilende
- Schraubenbolzen vom leitenden Außenmantel her in das Innere eintauchen.
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In der Signalleitung ist zur Einstellung des Transformationsverhältnisses
möglichst unmittelbar dem Reaktanzmodulator benachbart eine Abstimmsch.raube vorgesehen.
Schon allein durch diese Einstellmöglichkeit wird der Vorteil leichter Einstellbarkeit
der Verstärkung erhalten. Der elektrische Abstand
der Abstimmschraube
vom Eingang des Reaktanzmodulators wird etwa gleich einem Achtel, höchstens aber
gleich drei Achtel der mittleren Betriebswellenlänge in der Signalleitung gewählt.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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In - den AusführungsbeispWen werden parametrische Verstärker vom Typ
des sogenannten..Reflexionsverstärkers behandelt. Unter einem Reflexionsverstärker
wird dabei ein Reaktanztnodufator mit Idlingkreis und Pumpenergiezuführung verstanden,
dessen Signalleitung an einen Arm einer Richtungsgabel angeschaltet ist, deren in
Umlaufrichtung vorausgehender Arm mit der Quelle der zu verstärkenden Signalwellen
verbunden ist, und deren in Umlaufrichtung, nachfolgenden Arm die im Reaktanzmodulator
verstärkten Wellen entnommen werden.
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In der F i g. 1 ist ein parametrischer Verstärker vom Typ des Reflexionsverstärkers
dargestellt. Das Signal wird in den Arm I des Zirkulators Z eingespeist, durchläuft
den Zirkulator in Pfeilrichtung, tritt am Arm II aus, wird am negativen Widerstand
des Reaktanzmodulators verstärkt reflektiert und durchläuft den Zirkulator wieder
in Pfeilrichtung, um am Arm III als verstärktes Ausgangssignal auszutreten.
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Zur Erzeugung des negativen Widerstandes wird die Kapazitätsdiode
1 mit einer Pumpspannung ausgesteuert, deren Frequenz im allgemeinen groß gegen
die des Signals ist. Die Pumpenergie wird bei der Anordnung nach F i g. 1 über einen
Hohlleiterresonator 2 der Diode zugeführt. Die im Reaktanzmodulator entstehende
Energie von Differenzfrequenz zwischen Pump= und Signalfrequenz ,-- die sogenannte
Idlingfrequenz - bildet sich im Idlingresonatar 3 aus. Die Idlingfrequenzenergie
erzeugt mit der Pumpfrequenzenergie wiederum Energie mit Signalfrequenz, die größer
als die eingespeiste Signalenergie ist und. sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet,
so daß in bekannter Weise ein negativer Widerstand im Signalkreis 4 entsteht. Der
Tiefpaß 5 dient zur Entkopplung des Idlingkreises und Punlpkreises vom Signaleingang
1I. Der negative Wider= stand hat näherungsweise den Charaktereines Resonanzkreises
mit negativem Realteil.
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In der F i g. 2 ist daher der Reäktanzmodulator in Form eines Ersatzschaltbildes
durch einen Serienkreis mit dem negativen Wirkwiderstand RN ersetzt. Die mit einem
derartigen negativen Widerstand in der beschriebenen Weise erhaltene Verstärkung
hat bekanntlich die Charakteristik der Resonanzkurve eines Einzelkreises mit beschränkter
Bandbreite. Die Bandmittenverstärkung ist im allgemeinen nur durch Änderung der
Pumpleistung und damit des negativen Widerstands möglich.
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Erfindungsgemäß wird der negative Widerstand mittels eines mehrstufigen
Leistungstransformators 6 in der Signalleitung 7 derart transformiert, daß sich
eine Verstärkungskurve mit mehrkreisiger Bandfiltercharakteristik bei einstellbarer
Bandmittenverstärkung ergibt. Dieser Leitungstransformator wird beim Ausführungsbeispiel
mit drei kapazitiv wirkenden Schrauben 8, 9, 10 (in p` i g.1), die in bestimmten
Abständen auf der Signalleitung angebracht sind, verwirklicht.
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Im Ersatzschaltbild nach der F i g. 2 sind diese Schrauben durch die
veränderbaren Kapazitäten Cl, C2 und C3 in den Abständen, h, 12 und l3 wom negativen
Widerstand auf der Signalleitung dargestellt. Mit der Schraube 8 (C1), die im elektrischen
Abstand von 1i = A./8 oder 3 d/8 (A. = Wellenlänge in der,Leitung für die Signalfrequenz)
vor dein negativen Widerstand angeordnet ist, läßt sich die Bandmittenverstärkung
verändern. Mit der Schraube 9 (C2), die im elektrischen Abstand 12 vor dem negativen
Widerstand angebracht ist, ergibt sich eine zweikreisige Charakteristik, die mittels
der zusätzlichen dritten Schraube 10 (C3) im Abstand l3 zu einer dreikreisigen Charakteristik
sich ergänzen läßt. Durch weitere Schrauben, z. B. n Schrauben in den Abständen
1i bis 1n, kann schließlich eine n-kreisige Verstärkungscharakteristik erhalten
werden. Die Abstände h bis 1, sind von der Bandmittenverstärkung und der Bandbreite
der nichttransformierten einkreisigen Verstärkungscharakteristik sowie von der Größe
der Kapazitäten C, bis Ct abhängig.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung eines parametrischen
Verstärkers besteht noch darin, daß es möglich ist, bei bereits vorhandenen parametrischen
Verstärkern geringeren Gewinn-Bandbreite-Produkts den mehrstufigen Transformator
nachträglich als gesondertes Bauteil irr die Signalleitung einzufügen und dadurch
das Gewinn. Bandbreite-Produktwesentlich zu erhöhen.