DE1296216B

DE1296216B - Passiver Frequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE1296216B
Application number: DES93519A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albert; Kuerzl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1964-09-30
Publication date: 1969-05-29
Also published as: US3395330A; NL142029B; SE317414B; BE670344A; GB1054020A; NL6512707A; FI41971B

Description

führt und über ein auf die Frequenz der geforderten ₁₀ kreisen vorgesehen sind, die parallel zur Varaktor-Harmonischen abgestimmtes Bandfilter die gefor- diode geschaltet sind, dadurch möglich, daß durch derte Harmonische entnommen wird, und bei dem den Signalstrom bei der Grundfrequenz eine Überwenigstens für den überwiegenden Teil der zwischen Steuerung der Varaktordiode in das Flußgebiet in der Grundfrequenz und der geforderten Harmonischen dem Maße vorgenommen ist, daß beim Zurückgehen liegenden weiteren Harmonischen Hilfskreise in Form i₅ der Steuerspannung ein Diffusionsstrom fließt, der in von Serienresonanzkreisen vorgesehen sind, die par- Gegenrichtung zu dem in Flußrichtung fließenden allel zur Varaktordiode geschaltet sind. Steuerstrom gerichtet ist, und daß zur Vermeidung

Für die passive Frequenzvervielfachung hat sich von Verzerrungen dieses Diffusionsstroms wenigstens die Anwendung der Varaktordiode im weiten Maße für alle unterhalb der geforderten Harmonischen Hedurchgesetzt, weil bei diesen im Vergleich zu den ao genden Harmonischen Hilfskreise in Form von Frequenzvervielfachern mit im Durchlaßbereich be- Serienresonanzkreisen vorgesehen sind, triebenen Kristalldioden die Verluste in der Diode Von Vorteil ist es hierbei, wenn außerdem auch

nicht nennenswert sind. Passive Frequenzverviel- für die der geforderten Harmonischen nächsthöheren fächer mit wenigstens einer Varaktordiode sind Harmonischen Hilfskreise in Form von Serienresozwischenzeitlich für Vervielfältigungszahlen zwischen as nanzkreisen vorgesehen sind.

2 und etwa 6 bekanntgeworden, wobei in Anlehnung Es empfiehlt sich auch, zusätzlich die Ausbildung

an das Prinzip des parametrischen Verstärkers söge- noch so zu treffen, daß zur Erzielung einer Vervielnannte Hilfskreise vorgesehen wurden; das sind fachungszahl über 10 mehrere passive Vervielfacher Serienresonanzkreise, die auf Harmonische abge- mit einer unterhalb 10 gelegenen, jeweils möglichst stimmt sind, die zwischen der Grundschwingung und 30 hohen Vervielfachungszahl in Kette geschaltet sind, der geforderten Harmonischen liegen. Beispiele hier- beispielsweise für eine Gesamtvervielfachungszahl für zeigen besonders Kap. 8 des Buches »Varactor von 36 zwei Versechsfacher.

applications« von P e η f i e 1 d and R a f u s e, MJT Eine besonders günstige Ausführung besteht darin,

Press, 1962, und die Zeitschrift »Electronics«, daß das Eingangsfilter, das Ausgangsfilter und die 13. Juli 1964, S. 42 bis 47. Der wesentliche Anteil 35 Hilfskreise vorzugsweise in gegeneinander abgedes Konversionsverlustes beruht nach diesen Vor- schirmten Kammern eines Gehäuses um die Varakstellungen (s. insbesondere die zweitgenannte Lite- tordiode herum, insbesondere sternförmig angeordnet raturstelle) darauf, daß der unvermeidbare Bahn- sind.

widerstand der Varaktordiode von dem Strom bei Elektrisch vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen an

der Grundschwingung und die einzelnen durch die ₄₀ die Varaktordiode angeschalteten Filter und Hilfs-Hilfskreise und das Ausgangsfilter bei der geforderten kreise jeweils mit einer Längsinduktivität an der Harmonischen bestimmten Ströme festgelegt ist. Aus Varaktordiode enden.

diesem Grunde wird bisher auch die Anzahl der Ein besonders einfacher Aufbau des Vervielfachers

Hilfskreise, wie die angeführten Literaturstellen zei- besteht dann, wenn zur Berücksichtigung möglichst gen, nicht sehr hoch gewählt, um die Konversions- 45 vieler kurzzuschließender Harmonischer wenigstens Verluste möglichst gering und den Wirkungsgrad ein Resonanzleitungsabschnitt in Parallelschaltung möglichst hoch zu treiben. Wie theoretische Unter- zur Varaktordiode vorgesehen ist, der so bemessen suchungen zeigen, müßte an sich der mit derartigen ist, daß er die Varaktordiode bei den zwischen der Frequenzvervielfachern erzielbare Wirkungsgrad we- ersten und der geforderten Harmonischen liegenden, sentlich höher liegen als die tatsächlich erreichten 50 gegebenenfalls auch bei darüberliegenden Hanno-Werte. Beispielsweise sind bei einem Versechsfacher nischen, kurzschließt und daß er an der Diode einen mit Hilfskreisen bei der doppelten und dreifachen Leerlauf für die erste und die geforderte Harmonische Frequenz der Grundschwingung die Konversionsver- hervorruft.

luste in günstigen Fällen immer noch in der Größen- Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis aus-

ordnung von 8 bis 10 db, während theoretisch sich, 55 gegangen, daß für die erreichte Steigerung des Wirim gesamten betrachtet, ein wesentlich geringerer kungsgrades nicht irgendwelche parametrische Vor-Konversionsverlust erreichen lassen müßte. gänge in der Vervielfacherschaltung maßgebend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vielmehr ist die Eigenschaft von Varaktordioden einem Frequenzvervielfacher der einleitend geschil- wesentlich, daß sie bei vorausgehender starker Überderten Art eine nennenswert bessere Annäherung des 60 steuerung in das Flußgebiet beim Zurückgehen der erzielten Wirkungsgrades an den theoretisch mög~ jeweils anliegenden Steuerspannung einen Diffusionslichen Wert zu erreichen. strom zeigen, der in Gegenrichtung zu dem in Fluß-Dies ist bei einem passiven Frequenzvervielfacher, richtung fließenden Steuerstrom gerichtet ist und dem vorzugsweise für den Bereich der sehr kurzen elektro- bei genügend langer Rekombinationszeit in der anzumagnetischen Wellen, wie der Dezimeter- und Zenti- 65 wendenden Varaktordiode, die vorzugsweise lang meterweilen, der für eine Vervielfachungszahl größer gegen die Periodendauer der Grundschwingung sein als 3 und vorzugsweise nicht wesentlich größer als soll, eine Ladung zugeordnet ist, die der durch die ausgelegt ist und bei dem als nichtlineares Element Einsteuerung in das Flußgebiet festgelegten Ladung

wenigstens nahezu betragsgleich ist. Für diesen Diffusionsstrom muß sichergestellt werden, daß er möglichst exakt seine in dem Diffusionsvorgang begründete Kurvenform erhält und durch äußere Schaltelemente nicht in der Kurvenform verzerrt wird. Das bedeutet, daß, bezogen auf die Sperrschicht der Varaktordiode, für möglichst alle Harmonischen mit Ausnahme der zu entnehmenden ein Kurzschluß über Hilfskreise vorhanden und ein hochohmiger Leerlauf vermieden sein soll. Es verursacht dann zwar jeder der Kurzschlußströme bei den einzelnen Harmonischen in dem Bahnwiderstand der Kapazitätsdiode einen gewissen Verlustanteil, doch bringen diese Verlustanteile eine wesentlich geringere Minderung des Wirkungsgrades als die bei Verzerrungen der Kurvenform des Diffusionsstromes infolge fehlender oder ungenügender Anzahl von Hilfskreisen eintretende Minderung des Wirkungskreises. Durch eine Fourier-Analyse des etwa nach Art eines Sägezahns zeitlich verlaufenden Diffusionsstromes läßt sich zei- ao gen, daß die Stromanteile für die einzelnen Harmonischen mit zunehmender Ordnungszahl der Harmonischen abnehmen und daß die Abnahme, amplitudenmäßig betrachtet, näherungsweise mit 1: η erfolgt, wenn η die Ordnungszahl der jeweiligen Harmonischen ist. Wendet man daher beispielsweise bei einem Versechsfacher Hilfskreise nur für die Harmonische mit den Ordnungs- bzw. Vervielfachungszahlen 2 und 3 an, so werden die Kurvenverzerrungen des Diffusionsstromes außerordentlich hoch, weil die Beträge der nachteilig beeinflußten Diffusionsstromanteile bei den anderen Harmonischen mit den Ordnungszahlen 4 und 5 noch nennenswert hoch sind. Aus dieser Betrachtung ist auch ersichtlich, daß eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades dann erreichbar ist, wenn zumindest für die nächsthöheren, der geforderten Harmonischen benachbarten Harmonischen, Hilfskreise mit Serienresonanzcharakter vorgesehen werden. Für einen Versechsfacher dürfte es in der Regel ausreichend sein, wenn Hilfskreise für die Harmonischen mit den Ordnungszahlen 2 bis 5 und 7 und 8 vorgesehen werden, um hinreichend gut den theoretisch bestimmbaren Maximalwert des Wirkungsgrades anzunähern. Die letzterwähnte Forderung nach einer Bildung eines äußeren Kurzschlusses bei den frequenzhöheren Harmonischen wird im Regelfall noch durch eine Eigenschaft der Varaktordiode, nämlich die unvermeidbare Gehäusekapazität, im gewissen Sinne günstig beeinflußt, weil diese gerade für die höheren Harmonischen einen mit zunehmender Ordnungszahl immer besser werdenden kapazitiven Kurzschluß bildet. Man kann daher sogar diese bisher als störend empfundene Gehäusekapazität künstlich erhöhen und den Wirkungsgrad daher noch günstig beeinflussen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

In der F i g. 1 ist eine idealisierte Strom-Spannungskennlinie einer Halbleiterdiode dargestellt, darunter der zeitliche Verlauf einer Aussteuerungsspannung, rechts neben der Kennlinie der damit verbundene Stromverlauf und rechts unten die Schaltung, mit der der angegebene Spannungs- und Stromverlauf gemessen werden kann. Strom- und Spannungsverlauf sind für zwei Fälle, nämlich für die Gleichrichter- und für die Varaktordiode, angegeben. Bei sinusförmiger Aussteuerungsspannung um die Diodenvorspannung U₀ wirkt sowohl die Gleichrichterdiode als auch die Varaktordiode während der Zeit ij bis t₂ als Spannungsbegrenzer; die Di >denspannung u kann also nicht wesentlich über dai Kontaktpotential Φ eines pn-Überganges ansteigen, das aus Vereinfachungsgründen in der Fig. 1 zu angenähert Null angenommen ist, im Regelfall bei einigen zehntel Volt liegt. Während dieser Zeit J₁ bis t₂ fließt durch die Diode ein sinuskuppenförmiger Strom / (i), der proportional der Generatorspannung ist Im Zeitpunkt i₂ ist der Strom wieder Null. Bei der Gleichrichterdiode bleibt er von diesem Zeitpunkt an Null, und die Diodenspannung folgt wieder dej Generatorspannung (dick ausgezogene Strom- und Spannungskurve). Bei der Varaktordiode hingegen fließt nach t₂ ein sogenannter Diffusionsstrom in negativer Stromrichtung, weil die während der positiven Halbwelle, also im Zeitraum t_t bis t₂, in die jeweiligen Nachbargebiete eingedrungenen Ladungsträger des pn-Überganges noch nicht oder nur teilweise rekombiniert haben (Ladungsspeichereffekt). Dieser Diffusionsstrom fließt vom Zeitpunkt f₂ so lange, bis alle gespeicherten Ladungsträger wieder in ihren Ursprungsgebieten sind. Zu diesem Zeitpunkt t₃ hört der Strom mehr oder weniger abrupt zu fließen auf, und die Diodenspannung, die bei der Varaktordiode bis t_z auf dem Kontaktpotential bleibt, sinkt entsprechend mehr oder weniger abrupt auf den Momentanwert der Generatorspannung ab (dick gestrichelte Kurve).

Am besten sind solche Varaktoren für die Frequenzvervielfachung geeignet, bei denen möglichst wenig Ladungsträger rekombinieren, so daß die schraffierten Stromflächen, die die Ladung charakterisieren, angenähert gleich groß sind. Eine Strom- und Spannungsanalyse nach Fourier zeigt, daß die Energie jeder durch die Verzerrung entstehenden Harmonischen der Grundwelle je nach Stromflußzeit At = t₂ — t_x verschieden ist. In der F i g. 2 ist der auf die Grundwellenenergie bezogene Energieanteil der zweiten, dritten und vierten Harmonischen, also bei den Frequenzen 2/, 3/ und 4/ (/ = Grundwellenfrequenz), in Form des Wirkungsgrades η in Abhängigkeit von der Stromflußzeit Δ t aufgetragen, wobei τ die Periodendauer der Grundschwingung ist. Wegen der besseren Übersichtlichkeit sind die höheren Harmonischen nicht gezeichnet. Man erkennt, daß die Energieanteile jeder Oberwelle stark von der Stromflußzeit und damit sowohl von der Diodenvorspannung U₀ als auch von der Aussteuerungsspannung u (t) abhängen. Für jede Harmonische gibt es also eine optimale Stromflußzeit. Für einen optimalen Vervielfacherbetrieb muß diejenige Stromflußzeit gewählt werden, bei der die gewünschte Harmonische optimale Energie hat.

In der F i g. 3 sind für eine Stromflußzeit τ/4 der Spannungs- und Stromverlauf nochmals dargestellt und die nach Fourier ermittelten Oberwellen. Dieser Fall ist für die Verdreifachung optimal entsprechend der F i g. 2. Für den optimalen Verdreifacherbetrieb darf aber keine Energie bei den anderen Harmonischen als bei der 3/-Harmonischen verbraucht werden. Zu diesem Zweck muß dem Varaktor für diese unerwünschten Oberwellen ein Blindwiderstand angeboten werden. Mit Hilfe der Fourieranalyse kann gezeigt werden, daß dann bei der gewünschten 3/-Harmonischen die meiste Energie entnommen werden kann, wenn der Varaktor für die unerwünschten Harmonischen kurzgeschlossen wird. Nur in diesem Fall bleibt nämlich der Stromverlauf.

Diode D, beispielsweise der Diode D in F i g. 4, angeschaltet sein soll. Diese Doppelleitung kann eine Bandleitung, eine Koaxialleitung, auch eine sogenannte Streifenleitung oder auch eine Hohlleitung 5 sein. Elektrisch kommt es nur darauf an, daß sie die Eigenschaften einer Lecherleitung zeigt. In einer Tabelle ist in der F i g. 6 noch dargestellt, bei welchen Harmonischen, wenn man unter der zweiten Harmonischen die mit der doppelten Grundfrequenz / ver-

wie er in der F i g. 3 gezeigt ist, im Prinzip erhalten. Wird dagegen ein Oberwellenstrom z. B. durch einen Leerlauf am Fließen verhindert, so wird der Gesamtstromverlauf so gestört, daß auch bei der gewünschten Harmonischen kein Strom mehr fließt, also keine Energie bei der gewünschten Harmonischen entnommen werden kann. Der Varaktor nimmt dann auch keine Grundweilenenergie auf, er reflektiert also bei der Grundfrequenz. Durch den Bahnwiderstand und

die Streureaktanzen des Varaktors wird dieser Vor- io steht, die Leitung an der Anschlußstelle der Diode gang zwar etwas abgeschwächt, aber der Wirkungs- Serienresonanzverhalten zeigt. In der Tabelle sind grad ist immer schlechter als dann, wenn die uner- nur vier geometrische Leitungslängen a, b, c und d wünschten Oberwellen am Varaktor kurzgeschlossen angegeben, woraus für entsprechende andere Bemeswerden. sungen der Tabellenverlauf sich analog entwickelt.

Aus den beschriebenen Gründen wurde z. B. ein 15 Für die geometrische Leitungslänge α soll die fre-Versechsfacher, wie in der F i g. 4 schematisch darge- quenztiefste Serienresonanz bei der doppelten Grundstellt, mit Hilfskreisen, also mit Serienresonanzkreisen frequenz, also bei der zweiten Harmonischen, auftrefür 2/, 3/, 4/, 5/und 7/aufgebaut, während für die ten. Für die geometrische Länge b soll die tiefste Grundfrequenz/ und die gewünschte Ausgangsfre- Serienresonanzfrequenz bei der dritten Harmoniquenz 6/ Bandfilter vorgesehen sind. Das metallische ao sehen, für die geometrische Länge c die tiefste Serien-Abschirmgehäuse des Versechsfachers ist hierfür in resonanz bei der vierten Harmonischen und für die sieben Kammern unterteilt, wobei je eine Kammer geometrische Länge d die frequenztiefste Serienresofür das Ein- und Ausgangsfilter, die übrigen fünf nanz bei der fünften Harmonischen auftreten. In den Kammern für je einen Hilfskreis vorgesehen sind. Mit Spalten unter den Angaben für die geometrischen Vorteil wird die Unterteilung des metallischen Ge- 25 Längen α bis d sind dann die Harmonischen angegehäuses etwa sternförmig um die im mittleren Bereich ben, für die die jeweilige geometrische Länge auf angeordnete Varaktordiode derart vorgenommen, Grund des Leistungscharakters ebenfalls Serienresodaß die Verbindung mit der Diode leicht durchge- nanz ergibt. In der F i g. 7 ist dieselbe Darstellung für führt werden kann. Dabei empfiehlt es sich, die ein- den Fall gegeben, daß das der Diode D abgewandte zelnen Kreise und Filter so auszubilden, daß diese 30 Leitungsende leer läuft.

mit einer Induktivität an der Diode enden. Diese Wie man aus den F i g. 6 und 7 erkennt, ist somit

Kammern dienen zur Abschirmung der einzelnen durch an den Enden offene bzw. kurzgeschlossene Kreise gegeneinander, deren Abstimmfrequenzen, be- Leitungsabschnitte bereits die Möglichkeit gegeben, zogen auf die Grundfrequenz /, jeweils eingetragen für eine große Anzahl von Harmonischen mit Aussind. Im Zentrum der Anordnung ist der Varaktor D 35 nähme der Grundschwingung (erste Harmonische) einseitig mit dem das Bezugspotential gebenden Ge- und für die als Ausgangsschwingung zu entnehmende häuse G und mit der anderen Seite an die Zusammen- Harmonische Serienresonanzen zu erzwingen. Wie führung sämtlicher Kreise angeschlossen. sich gezeigt hat, ist es hierfür ausreichend, wenn zwei

In der F i g. 5 ist das Blindwiderstandsverhalten der solche Leitungsabschnitte angewendet werden, gegefünf dem Varaktor parallelgeschalteten Hilfskreise 40 benenfalls unter zusätzlicher Anwendung von einigen in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Hilfskreisen in konzentrierter Schaltungsausführung, Durch Parallelschalten von fünf Serienresonanzkrei- also mit einer konzentrierten Kapazität und Induktisen entstehen bekanntlich fünf Nullstellen (Kurz- vität. Die kurzgeschlossenen Leitungsabschnitte sind Schlüsse) und sechs Pole (Parallel-Resonanzen). Bei dabei in an sich bekannter Weise natürlich so auszuentsprechender Abstimmung dieser Hilfskreise kann 45 bilden, daß sie die Diode für Gleichstrom nicht kurzerreicht werden, daß diese Nullstellen bei 2f, 3/, 4/, schließen, d. h., sie sind entweder über einen einen 5/ und 7/ auftreten und ein Pol bei 6/, also bei der hochfrequenten Kurzschluß darstellenden Kondengewünschten Ausgangsfrequenz. Ein Pol liegt bei der sator an die Diode anzuschalten oder mittels eines Frequenz Null, ein weiterer bei der Frequenz Unend- einen hochfrequenten Kurzschluß bildenden Kondenlich, die anderen zwischen den Nullstellen, so daß sie 50 sators an dem der Diode abgewandten Ende kurzzunicht stören. schließen.

Es müssen also immer bei den kurzzuschließenden
Harmonischen jeweils Nullstellen auftreten, während
solche bei der Grund- und Ausgangsfrequenz auf
keinen Fall auftreten dürfen.

Bei großen Vervielfachungszahlen kann es schwierig werden, die notwendige Anzahl von Hilfskreisen
räumlich unterzubringen, ohne zusätzliche Leitungen
zwischen Hilfskreisen und Varaktor zu verwenden,

Für den Fall eines Versiebenfachers ist die Verwendung von Leitungsabschnitten zur Serienresonanzbildung bei bestimmten Harmonischen in der
55 F i g. 8 schematisch dargestellt. Die Grundschwingung mit der Frequenz / wird über ein Bandfilter der
Diode D zugeführt. Die als Ausgangsschwingung vorgesehene siebente Harmonische mit der Frequenz 7/
wird über ein Bandfilter entnommen. Parallel zu der

die zwangläufig Transformationseigenschaften haben. 60 Diode D sind zwei Leitungsabschnitte geschaltet, von

Dieser Schwierigkeit läßt sich jedoch auf über- denen der eine die geometrische Längenbemessung a

raschend einfache Weise begegnen, indem die sonst und der andere die geometrische Längenbemessung b

in der Filtertechnik an sich störende Eigenschaft von entsprechend der F i g. 6 hat. Diese beiden Leitungs-

Leitungsabschnitten ausgenutzt wird, periodisch sich resonanzkreise ergeben damit Serienresonanzen für

wiederholende Serien-und Parallelresonanzen in Ab- 65 die Harmonischen mit den Frequenzen 2/, 3/, 4/,

hängigkeit von der Frequenz aufzuweisen. In der 6/, 8/, 9/ usw. Um nicht Serienresonanzen für die

F i g. 6 ist eine am einen Ende kurzgeschlossene Dop- noch offene fünfte Harmonische einzuführen, wird

pelleitung gezeigt, die mit ihrem offenen Ende an der für diese ein Serienresonanzkreis in konzentrierter

Bauweise parallel zur Diode D geschaltet, der die entsprechende Abstimmung hat.

Um einen Überblick über die auf diese Weise mögliche Ausbildung eines Vervielfachers zu geben, der die geringste Anzahl erforderlicher Hilfskreise hat, ist in der F i g. 9 noch für Vervielfachungszahlen von 2 bis 10 unter Bezugnahme auf die Fig.6 und 7 eine Tabelle gegeben. In der Tabelle sind oben die Vervielfachungszahlen angegeben. In den Spalten unter den Vervielfachungszahlen ist zunächst angegeben, welche Hilfsleitungen mit den geometrischen Bemessungen entsprechend den F i g. 6 und 7 anzuwenden sind. Dann folgen die Angaben über die anzuwendenden Hilfskreise in konzentrierter Schaltungstechnik, wobei jeweils nur die Abstimmfrequenzen angegeben sind. Der Tabelle ist dabei zugrunde gelegt, daß für alle Harmonischen, die zwischen der ersten als Eingangsschwingung dienenden Harmonischen und der geforderten als Ausgangsschwingung dienenden Harmonischen liegen sowie für die unmittelbar auf die ao geforderte Harmonische folgende nächsthöhere Harmonische Serienresonanzen auftreten sollen. Um eine Gegenüberstellung zu machen, ist in den einzelnen Spalten noch die Summe Sm angegeben, die sich ergibt, wenn man pro Spalte jeweils die Anzahl der in »5 konzentrierter Schaltungstechnik ausgeführten Hilfskreise und die entsprechend anzuwendenden Leitungsabschnitte zusammenzählt. Zusätzlich ist unterhalb von 5m noch die Größe Sm' für die einzelnen Spalten eingetragen, die besagt, wieviel Hilfskreise in konzentrierter Schaltungstechnik vorzusehen wären, wenn nur solche in konzentrierter Schaltungstechnik vorgesehen sind. Die erzielte Einsparung E ist im Anschluß daran für jede Spalte nochmals gesondert vermerkt. Wie man aus der Tabelle ersieht, ist für Vervielfachungszahlen von 2, 4 und 6 durch Hilfsleitungen scheinbar kein Gewinn erzielbar, während der Gewinn für die Vervielfachungszahlen bzw. Faktoren 3, 5, 7, 9 usw. stetig zunimmt. Für geradzahlige Vervielfachungen ab 8 ist ebenfalls ein Gewinn bereits offensichtlich. Der tatsächliche Gewinn durch die Hilfsleitungen ist aber in der Praxis insofern noch höher, weil Hilfsleitungen in Wirklichkeit auch noch wesentlich höhere Harmonische als die als Ausgangsschwingung geforderte Harmonische in der gewünschten Weise kurzschließen, wodurch eine noch bessere Annäherung der geforderten Stromkurve im Sinne der Erfindung erreicht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Passiver Frequenzvervielfacher, vorzugsweise für den Bereich der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen, wie der Dezimeter- und Zentimeterwellen, der für eine Vervielfachungszahl größer als 3 und vorzugsweise nicht wesentlich größer als 10 ausgelegt ist und bei dem als nichtlineares Element eine Varaktordiode vorgesehen ist, der über ein auf die Grundfrequenz abgestimmtes Bandfilter die Grundschwingung zugeführt und über ein auf die Frequenz der geforderten Harmonischen abgestimmtes Bandfilter die geforderte Harmonische entnommen wird, und bei dem wenigstens für den überwiegenden Teil der zwischen der Grundfrequenz und der geforderten Harmonischen liegenden weiteren Harmonischen Hilfskreise in Form von Serienresonanzkreisen vorgesehen sind, die parallel zur Varaktordiode geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Signalstrom bei der Grundfrequenz eine Übersteuerung der Varaktordiode in das Flußgebiet in dem Maße vorgenommen ist, daß beim Zurückgehen der Steuerspannung ein Diffusionsstrom fließt, der in Gegenrichtung zu dem in Flußrichtung fließenden Steuerstrom gerichtet ist, und daß zur Vermeidung von Verzerrungen dieses Diffusionsstromes wenigstens für alle unterhalb der geforderten Harmonischen liegenden Harmonischen Hilfskreise in Form von Serienresonanzkreisen vorgesehen sind.

2. Passiver Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch für die der geforderten Harmonischen nächsthöheren Harmonischen Hilfskreise in Form von Serienresonanzkreisen vorgesehen sind.

3. Passiver Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Vervielfachungszahl über 10 mehrere passive Vervielfacher mit einer unterhalb 10 gelegenen, jeweils möglichst hohen Vervielfachungszahl in Kette geschaltet sind, beispielsweise für eine Gesamtvervielfachungszahl von 36 zwei Versechsfacher.

4. Passiver Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsfilter, das Ausgangsfilter und die Hilfskreise in gegeneinander abgeschirmten Kammern eines Gehäuses um die Varaktordiode herum sternförmig angeordnet sind.

5. Passiver Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen an die Varaktordiode angeschalteten Filter und Hilfskreise jeweils mit einer Längsinduktivität an der Varaktordiode enden.

6. Passiver Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung möglichst vieler kurzschließender Harmonischer wenigstens ein Resonanzleitungsabschnitt in Parallelschaltung zur Varaktordiode vorgesehen ist, der so bemessen ist, daß er die Varaktordiode bei den zwischen der ersten und der geforderten Harmonischen liegenden, gegebenenfalls auch bei darüberliegenden Harmonischen, kurzschließt und daß er an der Diode einen Leerlauf für die erste und die geforderte Harmonische hervorruft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 909522/75