DE1298150B - Frequenzvervielfacher und dessen Verwendung als Isolator - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher sind die Signale der. 2 «-ten Harmonischen an den zum Liefern einer vorbestimmten Harmonischen Ausgängen der Vervielfacherkanäle entweder in einer Eingangsfrequenz an eine beliebige Last derart, Phase oder um 180° außer Phase, je nachdem, ob η daß die Eingangsimpedanz des Vervielfachers prak- gerade oder ungerade ist. Im letzteren Fall sind Vortisch unabhängig von der Lastimpedanz ist, mit zu- 5 kehrungen getroffen, um die Phase eines der Ausmindest einem Übertragungskanal mit einem nicht- gangssignale um 180° zu verschieben, also einen linearen Element zum Erzeugen von Harmonischen Phasenangleich zu erhalten. Die Ausgangssignale der Eingangsfrequenz, mit einem ersten Filter vor werden dann in Phase vereint und der Last zugeführt, dem nichtlinearen Element, das die Eingangsfrequenz Jegliche von der Last reflektierte Energie, die durch durchläßt und die Harmonischen sperrt, mit einem io eine Fehlanpassung zwischen der Last und dem Verzweiten Filter hinter dem nichtlinearen Element, daß vielfacher verursacht wird, wird zwischen den beidie Eingangsfrequenz sperrt und die gewünschte den Vervielfachungswegen aufgespalten, in der umFrequenz durchläßt. gekehrten Richtung über die 90°-Gabelschaltung ge-

Frequenzvervielfacher sind in einem großen Fre- führt und im Abschlußwiderstand vernichtet,

quenzbereich bei Übertragungssystemen verwendbar, 15 Bei der insoweit beschriebenen Anordnung werden

insbesondere werden sie mit Vorteil in drahtlosen nur gerade Harmonische der Eingangsfreqruenz mit

Relaissystemen und militärischen Radarsystemen ver- Vorteil verarbeitet. Ist ein Ausgangssignal bei einer

wendet. Leider neigen derartige Frequenzverviel- ungeraden Harmonischen gewünscht, so wird das

fächer zu Instabilitäten und sind schwierig abzustim- gleichphasig vereinte, in gerader Harmonischer vor-

men, wenn nicht irgendeine Form von Trennung ao liegende Ausgangssignal nicht direkt, sondern über

zwischen den Vervielfacherstufen vorgesehen wird. einen entsprechend dimensionierten Frequenzwand-

Das Vorsehen einer hinreichenden Trennung hat ler der Last zugeführt. Dieser ist ein Frequenzversich als äußerst schwieriges Problem erwiesen. Bei vielfacher, der seine Eingängsfrequenz um den niedrigen Frequenzen, bei denen aus konzentrierten Faktor
Schaltungsparametern aufgebaute Systeme verwendet 25 2m -\-l

werden, gibt es z. B. keinen elektrisch einwandfreien ·

Aufbau des Frequenzvervielfachers, dessen Eingangsimpedanz unabhängig von seiner Ausgangsimpedanz vervielfacht.

ist. Dies gilt auch bei höheren Frequenzen, wo die Eine vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit dieser

Mikrowellentechnik und Schaltungsanordnungen mit 30 Anordnung ist eine neuartige Form eines Isolators,

verteilten Schaltungsparametern die Verwendung der so aufgebaut werden kann, daß einem die zweite

von Hohlleiter-Ferrit-Isolatoren oder Zirkulatoren Harmonische liefernden Vervielfacher (d. h. bei dem

elektrisch möglich machen. Die entstehende Anord- K=I ist) ein Frequenzteiler 2 :1 (d. h. ein Frequenz-

nung ist aber aufwendig und teuer. halbierer, bei dem m — 0 ist,) folgt, so daß Ein-

Das Problem der Schaffung eines elektrisch, 35 und Ausgangsfrequenz gleich sind. Die Phasenzweimechanisch und wirtschaftlich zufriedenstellenden deutigkeit, die bei einem Frequenzhalbierer auftritt, Frequenzvervielfachers mit konstanter Impedanz ist wird dabei dadurch beseitigt, daß zwei konjugierte durch die Erfindung in neuartiger Weise gelöst, die Klemmen einer zweiten 90°-Gabelschaltung mit den sowohl bei Ausführungen mit konzentrierten als entsprechenden Klemmen der ersten 90°-Gabelschalauch mit verteilten Schaltungsparametern anwendbar 40 tung gekoppelt und die anderen beiden konjugierten ist. Klemmen der zweiten 90°-Gabelschaltung mit je

Die Erfindung ist demgemäß dadurch gekenn- einer Impedanz verbunden· werden, die so bemessen

zeichnet, daß eingangsseitig eine Gabelschaltung zum sind, daß die eine eine Zunahme der Ströme bei der

Erzeugen von 0° und 90° phasenverschobenen Aus- Eingangsfrequenz verhindert und die andere eine

gangsspannungen unter gleichzeitiger Entkopplung 45 derartige Zunahme fördert.

des Vervielfachers von den Wirkungen der reflek- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfol-

tierten Energie auf Grund vorhandener Fehlanpas- gend an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

sungen vorgesehen ist, daß jede der beiden phasen- F i g. 1 das Blockschema eines erfindungsgemäßen

verschobenen Ausgangsspannungen der Gabelschal- Frequenzvervielfachers,

tung mit einem Übertragungskanal gekoppelt ist, wo- 50 F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel mit Hohlleitern als

bei jeder Kanal ein auf die Grundwelle abgestimmtes Übertragungsmittel,

erstes Filter, ein nichtlineares Element und ein auf F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel mit konzentrierten

eine gewünschte 2 «-te Harmonische (n = ganzzahlig) Schaltungselementen,

abgestimmtes zweites Filter enthält, und daß eine Pig. 4 eine Ausführungsform zum Erzeugen

Kombinationsschaltung zum gleichphasigen Vereini- 55 ungerader Harmonischer der Eingangsfrequenz,

gen der Ausgangssignale der beiden Kanäle zu deren F i g. 5 eine Anordnung mit einer Verdopplungs-

Auskoppelung an die Last vorgesehen ist. stufe und einer Halbierungsstufe als Isolator und

Mit anderen Worten sind also zwei identische Ver- Fig. 6 eine Abwandlung der Anordnung nach

Vielfacherkanäle, die jeweils so eingerichtet sind, daß Fig. 1.

sie nur die 2n-te Harmonische (wobei η eine ganze 60 Der Vervielfacher nach Fig. 1 ist zur Erzeugung

Zahl ist) der zu vervielfachenden Frequenz über- gerader Harmonischer ausgelegt und weist eine

tragen, mit einem Paar konjugierter Klemmen einer 90°-Gabelschaltung 10, die zwei Paare konjugierter

Gabelschaltung mit 0° und 90° phasenverschobenen Anschlußleitungen 1-2 und 3-4 aufweist, ferner in

Ausgangsspannungen (im folgenden kurz 90°-Gabel- geeigneter Weise geschaltete nichtlineare Elemente,

schaltung genannt) gekoppelt. Das andere Paar kon- 65 Der Ausdruck Gabelschaltung wird hier in seinem

jugierter Klemmen der 90°-Gabelschaltung ist mit gebräuchlichen Sinn verwendet, um ein energie-

der Eingangsfrequenzquelle bzw. mit einem Ab- teilendes Netzwerk zu beschreiben, das vier paar-

schlußwiderstand gekoppelt. Bei dieser Anordnung weise angeordnete Anschlußleitungen aufweist, wo-

3 4

bei die Anschlußleitungen eines Paares konjugiert Vereinigung der beiden Ausgänge einzuführen, so

zueinander und mit denen des anderen Paares ge- daß sie in Phase vereinigt werden. Dies ist in der

koppelt sind. Im einzelnen wird in einer Gabelschal- Zeichnung dadurch angedeutet, daß die Ausgänge

tung die an eine Anschlußleitung eines Paares ge- der Netzwerke 11 und 12 durch das Kästchen 16 verlieferte Signalenergie gleichmäßig auf das andere 5 bunden sind, das mit »0° oder 180°« bezeichnet ist.

Paar der Anschlüsse aufgeteilt. Ferner ist bei der Die gewünschte Harmonische kann an einer der

90°-Gabelschaltung eine 90°-Phasenverschiebung Klemmen A oder B abgenommen werden,

zwischen den aufgeteilten Signalkomponenten vor- Die (nicht gezeichnete) Eingangssignalquelle ist

handen. Beispiele für solche 90°-Gabelschaltungen mit dem Anschluß 1 der Gabelschaltung 10 verbunsind zahlreiche Richtungskoppler, wie der Riblet- io den, während der Anschluß 2 mit Hilfe eines lei-

Koppler (H. J. Riblet, »The Short-Slot Hybrid stungsvernichtenden Belastungswiderstandes 17 an-

Junction«, Proceedings of the Institute of Radio gepaßt abgeschlossen ist.

Engineers, Vol. 40, Nr. 2, Februar 1952, S. 180 Im Betrieb wird ein Signal mit der Frequenz / bis 184), der Vielloch-S-db-Richtungskoppler dem Anschluß 1 der Gabelschaltung 10 zugeführt. (S.E.Miller, »Coupled Wave Theory and Wave- 15 Das Signal wird in gleicher Weise zwischen den Anguide Applications«, Bell System Technical Journal, Schlüssen 3 und 4 aufgeteilt, so daß zwei Signalkom-Bd. 33, Mai 1954, S. 661 bis 719) und der halb- ponenten entstehen, die 90° außer Phase sind. Jede optische Richtungskoppler (E. A. J. Marcatili, »A Signalkomponente geht durch ein Filter 13 zu einem Circular Electric Hybrid Junction and Some Channel- nichtlinearen Element 15, wo Stromkomponenten Dropping Filters«, Bell System Technical Journal. 20 mit harmonischen Frequenzen erzeugt werden. Je-S. 185 bis 196 in Bd. 40, Januar 1961). Wie später doch kann nur die Stromkomponente der geraden erläutert wird, kann eine 180°-Gabelschaltung, wie Harmonischen, auf die das Filter 14 abgestimmt ist, das »magnetische T«, oder ein Gabelübertrager in das den Ausgang der Netzwerke 11 und 12 erreichen, eine 90°-Gabelschaltung dadurch umgewandelt wer- In F i g. 1 ist diese Komponente als 2 n-te Kompoden, daß ein 90°-Phasenschieber einer der Ausgangs- 25 nente bezeichnet, wobei η eine ganze Zahl ist.
anschlüsse hinzugefügt wird. Die relativen Phasen der Emgangsfrequenzstrom-Die Anschlüsse 3 und 4 der Gabelschaltung 10 komponenten der Netzwerke 11 und 12 sind 0° bzw. sind mit zwei im wesentlichen gleichen, je aus Filter 90°, wie es in F i g. 1 angegeben ist. Die Ströme bei und nichtlinearen Elementen aufgebauten Vierpol- der 2n-ten Harmonischen, die durch die nichtnetzwerken 11 und 12 verbunden. Im Regelfall ent- 30 linearen Elemente erzeugt werden, haben relativ hält jedes Netzwerk ein erstes Filter 13, das das Phasen von 0° und 2η ■ 90°. Da In stets gerade ist, Eingangsfrequenzsignal / durchläßt, aber die harmo- sind die Harmonischen-Ströme entweder in Phase nischen Frequenzen zurückhält, ferner ein zweites für gerades η oder . 180° außer Phase für ungera-Filter 14, das sich am Ausgangsende des Netzwerkes des n. Das Element 16 führt daher keine oder eine befindet und das die gewünschte harmonische Fre- 35 zusätzliche Phasenverschiebung von 180° ein, so daß quenz durchläßt, aber die Grundfrequenz und die die Harmonischen-Ausgangsströme der Netzwerke unerwünschten harmonischen Frequenzen zurück- 11 und 12 sich im Ausgangskreis in Phase verhält, einen.

Um das Impedanzgleichgewicht zu erhalten, das Wenn der Ausgangskreis oder die Last eine Fehlzum Erreichen der gewünschten Trennung zwischen 40 anpassung für den Frequenzvervielfacher darstellt, den Eingangs- und Ausgangskreisen notwendig ist, wird die Energie, die durch diese Fehlanpassung resind die beiden Netzwerke 11 und 12 so weitgehend flektiert wird, in gleicher Weise zwischen den beiden gleich ausgeführt, wie es der spezielle Fall er- Netzwerken aufgeteilt und stellt gleiche Fehlanpasfordert. sungen an den Anschlüssen 3 und 4 der Gabelschal-Zwischen den Filtern 13 und 14 befindet sich in 45 tung 10 dar. Den Eingangsanschluß 1 erreicht jejedem der beiden Netzwerke ein nichtlineares EIe- doch kein Teil dieser reflektierten Energie, da diese ment 15. In F i g. 1 ist das letztere als einfache Diode am Anschluß 2 vereint und im Widerstand 17 verdargestellt. Für derartige Zwecke werden üblicher- nichtet wird. Somit bleibt die Eingangsimpedanz am weise Varactordioden verwendet. Aber auch Korn- Anschluß 1 konstant, ohne Rücksicht auf die Bebinationen von Dioden, wie auch andere nichtlineare 50 Iastungsfehlanpassung.

Mittel, z. B. gyromagnetische Materialien, sättigbare F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel unter VerKerne und Vakuumröhren, können verwendet wer- Wendung von Rechteck-Hohlleitern als Übertragungsden. Bezüglich der Verwendung von Varactor- mittel. Um die Identifizierung der entsprechenden Dioden zur Frequenzvervielfachung s. »Varactor Teile zu erleichtern, sind in F i g. 2 dieselben Be-Applications« von P. Penfield jr. und R. P. Ra- 55 zugsziffern verwendet. In Fig. 2 ist die 90°-Gabelf use, veröffentlicht von The Massachusetts Institute schaltung 10 ein 3-db-Richtungskoppler, der aus of Technology Press. Die Verwendung von gyro- zwei rechteckigen Wellenleitern mit gleichen Quermagnetischem Material zur Frequenzvervielfachung Schnittsabmessungen besteht, die parallel zueinander ist in der USA.-Patentschrift 3 054 042 geschildert. liegen und eine gemeinsame schmale Wand 21 aufWenn die gewünschte Harmonische einer durch 60 weisen. Entlang der Wand 21 sind die Kopplungs-4 teilbaren Harmonischen entspricht, z. B. der 4. löcher 22 verteilt. Die Größe und Verteilung dieser oder der 8., sind die Ausgänge der beiden Netzwerke Löcher entspricht bekannten Methoden (vergleiche in Phase und können unmittelbar vereinigt werden. z. B. Proc. IRE, September 1952, Bd. 40, S. 1071 Wenn jedoch die gewünschte Harmonische nicht bis 1078).

durch 4 teilbar ist, z. B. die 2. und 6., sind die Aus- 65 Die Signalfrequenzfilter 13 und die Harmonischen-

gänge der beiden Netzwerke um 180° außer Phase. Filter 14 bestehen aus leitend begrenzten Hohl-

Im letztgenannten Fall ist es notwendig, eine 180°- räumen, die jeweils durch die Längswände des

Phasenverschiebung in einem der Netzwerke vor der Rechteck-Hohlleiters gebildet sind, die durch zwei

5 6

im Abstand angeordnete Unstetigkeiten begrenzt zität C des Kondensators 35 in Beziehung durch werden. Filter dieser Art sind beschrieben in »Principles and Applications of Waveguide Transmission«
von G. C. Southworth auf S. 286fL

Zwischen den Filtern 13 und 14 befinden sich

Zwischen den Filtern 13 und 14 befinden sich 5 ,.,,.„. ,. „,

Varactor-Dioden 15 als die nichtlinearen Elemente, ^¹ f ^die Eingangssignalfrequenz ist. Wenn man welche sich quer zwischen den gegenüberliegenden ^die Reaktanz des Kondensators 35 bezeichnet als breiten Wänden quer durch den Hohlleiter erstrek- _ 1

ken. Es sind keine Vorspannungsmittel dargestellt. β 2nfC '

Jedoch können nach Bedarf die Dioden für eine io

wirksamere Arbeitsweise vorgespannt werden; ebenso ist die Reaktanz der Spule 33 gleich 2 Z₀. können, wenn erforderlich, zusätzliche Schaltungs- Der Mittelabgriff 2 der Sekundärwicklung und die

anordnungen für verschiedene Nebenfrequenzen vor- Klemme 1 der Primärwicklung bilden ein konjugiergesehen werden. tes Klemmenpaar der Gabelschaltung. Das andere Wenn die Harmonischen-Ausgangsströme in Phase 15 konjugierte Klemmenpaar der Gabelschaltung besind, d. h. wenn η gerade ist, können die Ausgänge steht aus dem ausgangsseitigen Ende 3 der Spule 33 der Filter 14 unmittelbar miteinander verbunden und der zweiten Klemme 4 der Transformatorsekunwerden. Wenn jedoch die gewünschte Harmonische därwicklung 32.

derart ist, daß die Harmonischen-Ströme um 180° Das Eingangssignal mit der Frequenz / wird der

außer Phase sind, d. h. wenn η ungerade ist, muß 20 Primärwicklung 34 des Gabelübertragers 30 zugeeine 180°-Phasenverschiebung vorgesehen werden, führt. Die Mittelanzapfung 2 der Sekundärwicklung um eine phasengerechte Überlagerung zu erhalten. 32 ist mit der Erde über einen Widerstand 36 mit Sind, wie dargestellt, Rechteck-Hohlleiter verwendet, dem Widerstandswert so besteht ein einfaches Verfahren zum Erhalt einer ~ (2 f\L

180°-Phasenverschiebung darin, daß der Hohlleiter as R = —?- =

um 180° um seine Längsachse gedreht wird. Dies ist ^ ^

in F i g. 2 dargestellt, wo die Ausgänge der Filter 14 verbunden.

mit zwei Rechteck-Hohlleitern 25 und 26 gekoppelt Wie vorher sind zwei gleiche Netzwerke 11 und 12

sind. Die erforderliche 180°-Phasenverschiebung er- mit den Anschlüssen 3 und 4 der Gabelschaltung hält man durch Drehen des Hohlleiters 26 um 180° 30 verbunden. Bei dieser Ausführung sind die signalum seine Längsachse, während der Hohlleiter 25 frequenten Filter in den Querzweig geschaltete Parnicht gedreht wird. Diese Hohlleiter haben sonst allelresonanzkreise 37, die auf die Eingangsfrequenz / gleiche elektrische Längen. abgestimmt sind. Die Filter für die harmonische Fre-

Die Ausgänge der Hohlleiter 25 und 26 sind ferner quenz sind ebenfalls in den Querzweig geschaltete übereinander angeordnet, so daß sie eine gemein- 35 Parallelresonanzkreise 38, die auf die harmonische same breite Wand 29 haben. Die Wellenenergie der Frequenz 2 nf abgestimmt sind. Harmonischen wird aus den Leitern 25 und 26 aus- Zwischen den Filtern 37 und 38 liegen jeweils in

gekoppelt und in Phase in den Ausgangshohlleiter 27 den Längsweg geschaltete Dioden 39, die die nichteingekoppelt. Der letztere kann in seiner Höhe und linearen Elemente bilden.

Breite verengt werden, so daß er der Ausgangs- 40 Für gerade Werte von η können die Ausgänge belastungsimpedanz angepaßt ist. der Netzwerke 11 und 12 unmittelbar zusammen-

Wie in F i g. 1 wird das Eingangssignal dem An- geschaltet werden, da die Harmonischen-Ströme in Schluß 1 der Gabelschaltung 10 zugeführt, während Phase sind. Für ungerade Werte von η sind jedoch der Anschluß 2 angepaßt abgeschlossen ist. In die Ströme um 180° außer Phase, und es müssen Fig. 2 ist der Anschluß 2 mit Hilfe eines energie- 45 Mittel vorgesehen werden, um dies zu berücksichtivernichtenden Teiles 28 abgeschlossen. gen, wenn die Ausgangsströme der beiden Netzwerke

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für nied- 11 und 12 vereinigt werden. Bei der Ausführung rigere Frequenzen, das mit konzentrierten Schal- nach F i g. 3 ist ein Ausgangstransformator 40 mit tungselementen aufgebaut ist. Bei dieser Ausführung geerdetem Mittelabgriff an der Primärwicklung 41 besteht die 90°-Gabelschaltung aus einem Transfer- ₅₀ verwendet, um die Harmonischen-Ströme im Ausmator 30 mit dem Wicklungsverhältnis . gangskreis zu vereinigen. Das Netzwerk 11 ist mit

dem einen Ende der Primärwicklung 41 verbunden,

π. 2iV während das Netzwerk 12 mit dem anderen Ende

1/2 verbunden ist. Der Transformator 40 ist somit ein

55 Gegentakt-Transformator.

und einem T-Glied 31 mit 90°-Phasenverschiebung, Ein Vorteil der Schaltung nach F i g. 3 besteht

das mit einer Hälfte der mit einem Mittelabgriff ver- darin, daß eine Impedanzfehlanpassung im Aussehenen Sekundärwicklung 32 des Transformators - gangskreis in gleicher Weise zu den Anschlüssen 3 verbunden ist. Diese Ausführung ist ein Beispiel da- und 4 reflektiert wird. Jedoch ist, solange die Impefür, wie eine 180°-Gabelschaltung mit einem 90°- 60 danzen an den Anschlüssen 3 und 4 gleich sind, die Phasenschieber kombiniert werden kann, um eine Eingangsimpedanz zwischen Klemme 1 und Erde Z₀ 90°-Gabelschaltung zu erhalten. unabhängig von der Amplitude und der Phase der

Das T-Glied enthält eine Reihenspule 33, die mit Impedanz an den Anschlüssen 3 und 4. einem Ende mit einer ersten Klemme der Sekundär- Wie erläutert, ist es notwendig, gleiche Impedanz

wicklung 32 verbunden ist. Ein Kondensator 35 liegt 65 an den Anschlüssen 3 und 4 der Gabelschaltung zu zwischen der Mitte der Spule 33 und Erde als ge- erhalten, um die Eingangsimpedanz für die Gabelmeinsamen Bezugspotential. schaltung konstant und unabhängig von der Fehl-Die Induktivität L der Spule 33 steht zur Kapa- anpassung im Ausgangskreis zu halten. Hierdurch ,

7 8

wird der vorliegende Vervielfacher auf gerade Viel- Gabelschaltung vereinigt und treten aus dem Anfache der Eingangsfrequenz beschränkt. Jedoch kann Schluß 2 aus, wo sie im Abschlußwiderstand 55 verdurch Hinzufügen eines Frequenzwandlers, der als nichtet werden.

Frequenzvervielfacher seine Eingangsfrequenz um Rücksignale infolge einer Fehlanpassung im Ausden Faktor 5 gangskreis kehren mit der richtigen Phasenlage zu-

2 m + 1 rück, um die richtige Phasenbeziehung an den An-

2 Schlüssen 3 und 4 der Gabelschaltung 52 zu gewährleisten. Jedoch können Signale, die unabhängig im

(wobei m ganzzahlig ist) im Ausgang erhöht, zum Ausgangskreis entstehen, infolge der Tatsache, daß Ausgang eines Vervielfachers für gerade Harmo- io der Ausgang eines Frequenzhalbierers gleich wahr-

nische auch jede ungeradzahlige Frequenzverviel- scheinlich eine von zwei Phasen aufweisen kann, die

fachung erzielt werden, wobei dennoch die Trennung um 180° unterschiedlich sind, an den Anschlüssen 3

zwischen den beiden Vervielfacherstufen beibehalten und 4 mit unrichtigen Phasen ankommen, so kann

wird. Dies ist in F i g. 4 erläutert, welche einen gerad- der Strom I_B ebenso wahrscheinlich einen Phasenzahligen Vervielfacher 42 zeigt, dem ein solcher Fre- 15 winkel von —90° an Stelle von +90° im Verhältnis

quenzwandler 43 für Subharmonische folgt. Für eine zum Strom I_A haben. Wenn er — 90° hat, vereinigen

Eingangsfrequenz / erhält man dann eine Ausgangs- sich die Ströme am Anschluß 1 der Gabelschaltung

frequenz 52 und nicht am Anschluß 2, so daß keine Trennung

η (2 m + 1) /, vorhanden ist.

ao Um die richtige Phase zu gewährleisten, wird zwi-

wobei η und m ganze Zahlen sind, die so gewählt sehen den nichtlinearen Elementen 54 und der ersten

sind, daß die gewünschte Gesamtvervielfachung ent- Gabelschaltung 52 eine zweite 90°-Gabelschaltung

steht, die entweder gerade oder ungerade sein kann. 53 eingefügt. Die Anschlüsse 3 und 4 der Gabel-

Sind speziell η = 1 und m = 0 (was der Fall bei schaltung 53, welche dieselbe Phasenbeziehung wie

einem Frequenzverdoppler ist, dem ein Frequenz- »5 die Anschlüsse 3 und 4 der Gabelschaltung 52 haben,

halbierer folgt), so ist die Ausgangsfrequenz gleich sind mit den Anschlüssen 3 und 4 der Gabelschal-

der Eingangsfrequenz, und das entstehende Netzwerk tung 52 mit Hilfe gleicher Transformatoren 56 ge-

ist eine Isolatorschaltung. Sie hat die Eigenschaft, koppelt. Der Anschluß 1 ist mit einer Belastungs-

daß das an den Eingangsklemmen eingeführte Signal impedanz 57 abgeschlossen, deren Wert so gewählt

mit geringer Dämpfung zu den Ausgangsklemmen 30 ist, daß das Anwachsen des Subharmonischen-

übertragen wird, während Signale, die an den Aus- Stroms in der Stufe 50 verhindert wird. Der An-

gangsklemmen eingeführt werden, beim Durchgang Schluß 2 ist andererseits mit Hilfe einer Impedanz

zu den Eingangsklemmen sehr stark gedämpft wer- abgeschlossen, deren Wert derart ist, daß der Sub-

den. Ferner ist die Eingangsimpedanz konstant und harmonische-Strom angeregt wird. (Bezüglich der

angepaßt. Jedoch muß im Unterschied zu einem 35 einzelnen Werte dieser Impedanzen s. Seite 444 des

eigentlichen Isolator die Ausgangsimpedanz nicht obenerwähnten Aufsatzes von P en field und

notwendigerweise angepaßt sein. Rafuse.)

Es besteht noch ein weiterer Unterschied hinsieht- Wenn somit die Ströme I_A und I_B unrichtige Phase lieh der Arbeitsweise dieser Isolatorschaltungsart. haben, vereinigen sie sich in der Impedanz 57. Hier-Ein eigentlicher Isolator dämpft Signale, die im Aus- 40 durch wird die Stufe 50 in ungünstiger Weise belastet, gangskreis entstehen, ohne Rücksicht auf ihre Quelle. wodurch die Tendenz entsteht, diese Arbeitsweise zu-Es ist also ohne Belang, ob das Signal infolge von gunsten der gewünschten Phasenbeziehung zu unterReflexionen am Ausgang durch eine Fehlanpassung drücken, bei der sich die Ströme in der Impedanz 58 entsteht oder ob es in einer unabhängigen Quelle im vereinigen. Hierdurch wird andererseits die Stufe 50 Ausgangskreis entsteht. Bei dem vorliegenden Iso- 45 in günstiger Weise belastet. Dementsprechend stellt lator werden Signale infolge einer Fehlanpassung die zweite Gabelschaltung 53 sicher, daß die an die ohne Schwierigkeiten gedämpft. Jedoch können in- Gabelschaltung 52 gelieferten Signale die richtige folge der Möglichkeit einer 180°-Zweideutigkeit in Phase für die Isolatorwirkung ohne Rücksicht darauf den in einem Frequenzhalbierer erzeugten Ausgangs- haben, wie das Signal im Ausgangskreis entsteht. Signalen Signale, die durch eine unabhängige Quelle 50 In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeientstehen, bei NichtVorhandensein spezieller Vorkeh- spiele waren Mittel vorgesehen, um eine 180°-Pharungen zu den Eingangsklemmen übertragen werden. senverschiebung einzuführen, damit die Harmoni-F i g. 5 zeigt einen Isolator, der aus einer Ver- schen-Ströme im Ausgangskreis in Phase vereinigt dopplerstufe und aus einer Halbierstufe besteht. Zur werden. Im allgemeinen sind derartige Mittel not-Ubertragung vom Eingang zum Ausgang ist die 55 wendig, wenn η ungerade ist. Bei bestimmten spe-Stufe 50 eine Verdopplerstufe, während die Stufe 51 ziellen Formen unter Verwendung von Dioden als eine Halbierstufe ist. Zur Übertragung vom Aus- nichtlineare Elemente kann die notwendige Phasengang zum Eingang ist die Stufe 51 eine Verdoppler- verschiebung durch eine entsprechende Polung der stufe, während die Stufe 50 eine Halbierstufe ist. Dioden erhalten werden. Zum Beispiel sind in den Ein an den Anschluß 1 der Gabelschaltung 52 ge- 60 dargestellten Ausführungsbeispielen beide Dioden in liefertes Signal erzeugt Ausgangsströme derselben Richtung gepolt. Jedoch kann für ungej QO _un(j j QQo rade Werte von η ein Strom einer Harmonischen mit

gleicher Phase erzielt werden, indem die Dioden in

an den Anschlüssen 3 und 4. Für die richtige Arbeits- entgegengesetzten Richtungen gepolt werden. Dies ist

weise der Schaltung als Isolator müssen Signale, die 65 in F i g. 6 dargestellt, in der die Dioden 60 und 61

im Ausgangskreis der Stufe 51 entstehen, an den An- entgegengesetzt gepolt und die Ausgänge der beiden

Schlüssen 3 und 4 mit relativen Phasen von 0° bzw. Netzwerke 11 und 12 unmittelbar miteinander ver-

90° erscheinen. Wenn sie dies tun, werden sie in der bunden sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Frequenzvervielfacher zum Liefern einer vorbestimmten Harmonischen einer Eingangsfrequenz an eine beliebige Last derart, daß die Ein- ^;5 gangsimpedanz des Vervielfachers praktisch unabhängig von der Lastimpedanz ist, mit zumindest einem Übertragurigskanal mit einem nichtlinearen Element zum Erzeugen von Harmonischen der' Eingangsfrequenz, mit einem ersten Filter vor dem nichtlinearen Element, das die Eingangsfrequenz durchläßt und die Harmonischen sperrt, mit einem zweiten Filter hinter dem nichtlinearen Element, das die Eingangsfrequenz sperrt und die gewünschte Frequenz durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig eine Gabelschaltung (10, 30-31) zum Erzeugen von ^; 0° und 90° phasenverschobenen Ausgangsspannungen unter gleichzeitiger Entkopplung des Vervielfachers von den Wirkungen So der reflektierten Energie auf Grund etwa vorhandener Fehlanpassungen vorgesehen ist, daß'fede der beiden -phasenverschobenen Ausgangsspannungen der Gabelschaltung mit einem Übertragungskanal gekoppelt ist, wobei jeder Kanal ein a|j auf die Grundwelle abgestimmtes erstes Filter, ein nichtlineäres - Element und ein auf eine gewünschte 2 «-te Harmonische (n = ganzzahlig) abgestimmtes zweites Filter enthält, und daß eine Kombinätioiisschaltung (25-27, 40-41) zum gleichphasigen Vereinigen der Ausgangssignale der beides Kanäle zu deren Auskopplung an die Last vorgesehen ist.'

2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß bei Aufbau mit verteilten Schaltungsparametern (F i g. 2) die Gabelschaltung durch einen S-db-Hohlleiter-RiShtungs^ koppler (10) gebildet ist.

3. Frequenzyervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufbau mit- kon- #>" zentrierten Schältungsparametern (Fig.-3) die Gabelschaltung durch einen Gabelübertrager (30) mit einem an den einen Ausgang angeschlossenen 90°-Phasenschieber-Glied (31) gebildet ist.

4. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei η ungeradzahlig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die' Kombinationsschaltung (25-27, 40-41) so ausgelegt ist, daß die Phase des aus einem der Kanäle (11 oder 12) austretenden Ausgangssignals umgekehrt wird.

5. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (43) zum Vervielfachen der Frequenz des durch die. vereinigten Harmonischen der beiden Kanäle (U, 12) gebildeten Ausgangssignals um' den Faktor

2m + 1

vorgesehen ist, wobei m ganzzahlig ist.

6. Verwendung der Anordnung nach- An>spruch5 'als Isolator, dadurch* "gekennzeichnet, daß m—'O und n = l sind, daß eine zweite Gabelschaltung (53) mit in der Phase um 0° bzw. 90° verschobenen Ausgangsspannungen dazu-vorgesehen ist, die richtigen Phasenbeziehungen der von der Last zur ersten Gabelschaltung (52) übertragenen Energie an letzterer sicherzustellen, wobei jede Ausgangsleitung (3 bzw. 4) der zweiten Gabelschaltung (53) mit der entsprechenden Ausgangsleitung (3 bzw. 4) der ersten Gabelschaltung (52) gekoppelt ist (mittels Übertrager 56) und der eine noch übrige "Anschluß der zweiten Gabelschaltung (53) au eine erste Impedanz (57), deren Wert zur Verhinderung einer' Zunahme der Ströme bei der Eirigangsfrequenz ausgelegt ist, und der' andere noch übrige Anschluß an eine zweite Impedanz (58), deren Wert zur Förderung -einer Zunahme der -Ströme bei der Eingangsfrequenz ausgelegt ist, geschaltet sind. '

Hierzu !BlattZeichnungen