DE1441791A1

DE1441791A1 - Koaxialer,wattloser Abstimmstumpf

Info

Publication number: DE1441791A1
Application number: DE19641441791
Authority: DE
Inventors: Mowle John Edward; Vice David George; Jardine David Graham
Original assignee: Northern Electric Co Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1963-04-29
Filing date: 1964-04-27
Publication date: 1969-01-09
Also published as: NL6404667A; GB1021259A; US3155914A

Description

Die Erfindung betrifft einen koaxialen, wattlosen Abstimmstumpf, welcher zum Abstimmen eines nicht gegengekoppelten, .mit Parametern behafteten Verstärkers benutzt werden kann.

Im Mikrowellenbereich werden Signale, welche hinsichtlich 'ihrer Frequenz weit auseinander liegen, oft in einem gewöhnlichen Kreis, wie man ihn in einer Mischstufe oder einem
parametrischer Verstärker finden kann, gemischt oder miteinander kombiniert. Um den Kreis bei einer der Signalfrequenzen abzustimmen, wird oft ein koaxialer, wattloser Abstimmstumpf benutzt. Der Blindwiderstand des Stumpfes wird dadurch verändert, daß man die elektrische Länge des Stumpfes bei der gewünschten Frequenz ändert. Dies wird im allgemeinen durch eine Änderung der Stellung eines mechanischen Kurzschlusses erreicht, welcher über einem Ende dea Stumpfes liegt. Nachteilig bei solch einem Stumpf ist die Tatsache, daß eine Änderung der Stellung des Kurzschlusses nicht nur auf seinen Blindwiderstand bei der gewünschten Frequenz einwirkt, sondern auch bei allen anderen

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Signalfrequenzen, welche in dem Kreis vorhanden sind.

Dieser Nachteil wird durch die Erfindung überwunden, indem ein koaxialer, wattloser Abstimmstumpf mit einer elektrischen Länge vorgesehen wird, welche gleich ist einer ganzen Zahl von Viertelwellenlängen "bei der höheren Frequenz und nicht gleich einer ganzen Zahl von Viertelwellenlängen bei der tieferen Frequenz« Der Blindwiderstand des Stumpfes wird bei der tieferen Frequenz durch Änderung des charakteristischen Scheinwiderstandes des Stumpfes verändert. Da-.die elektrische Länge des Stumpfes ein ganzes Vielfaches der Viertelwellenlängen ist, bleibt der Blindwiderstand des Stumpfes bei der höheren Frequenz effektiv offen oder kurz geschlossen, wenn der charakteristische Scheinwiderstand geändert wird.

Der Blindwiderstand des Kreises bei der höheren Frequenz wird unabhängig verändert, indem die höhere Frequenz durch Hohlleiter-Komponenten mit dem Kreis gekoppelt wird. Die Abmessungen des Hohlleiters werden dabei so ausgewählt, daß die tiefere Frequenz unterhalb der Grenzwellenlänge des Hohlleiters liegt, weshalb die tiefere Frequenz sich in diesem nicht fortpflanzenwird. Um den Kreis bei der höheren Frequenz abzustimmen, werden in dem Hohlleiter herkömmliche Abstimmelemente, wie Schrauben -und Irisblenden verwendet. Da die niedere Frequenz sich nicht im Hohlleiter und die höhere Frequenz sich nicht in dem Stumpf fortpflanzt, können sich die beiden Abstimmelemente bei den zwei Signalfrequenzen auch nicht gegenseitig beeinflussen.

Die Erfindung wird weiterhin beschrieben an Hand der beigefügten Zeichnungen", in denen

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines einfach offenen, parametrischen Verstärkers darstellt, und

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Verstärker - entlang der Linie H-II in Fig. 1 zeigt, in weir

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_ 3 ■ —·

chem Einzelheiten des koaxialen, wattlosen Abstimmstumpfes und die Hohlleiter-Abstimmelemente dargestellt werden.

Bei einem nicht gegengekoppelten, parametrischer Verstärker siiid folgende drei Frequenzen von besonderer Bedeutung. Die Signalfrequenz f ist die Eingangsfunkfrequenz, welche durch den parametrischen Verstärker verstärkt werden soll. Die Pumpe ist eine Leistungsquelle der hohen Funkfrequenz f , welche im allgemeinen größer ist als das Zweifache der Frequenz des Sig-

eins.
nals, welche dazu äient,/Varaetor-Diode zu betätigen und eine erhöhte Verstärkung der dieser eingespeisten Signalfrequenz zu erzeugen. Die Leerlauffrequenz f. = f - f_ ist die Differenz zwischen der Pumpfrequenz und der Signalfrequenz. Sie wird oft als das tiefere Seitenband bezeichnet. Eine vierte Frequenz

f, = f + f. bekannt als das obere Seitenband, ist ebenfalls u ρ s

vorhanden, wird aber im allgemeinen in den abgestimmten Kreisen des Verstärkers unterdrückt.

Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt der Verstärker einen rechtwinkeligen Hohlleiter-Pumparm 10, einen Leerlaufarm 11, eine koaxiale Signal-Eingangsleitung 12 mit einem Innenleiter 12a und einem Außenleiter 12b, und einen koaxialen Signal-Abstimmstumpf 13» mit einem Innenleiter 13a und einem Außenleiter 13b. Der Pumparm 10 und der Leerlaufarm 11 ist aus rechtwinkeligen Hohlleiter—Komponenten gebaut, bei denen die vorherrschende (IE-jq) Art angewendet wird. Die koaxiale Signal-Eingangsleitung 12 und der koaxiale Signal-Abstimmstumpf 13 benutzt ebenfalls die vorherrschende (TEM) Art.

Der Pumparm 10 weist eine Eingangs-^öffnung H zum Anschluß einer (nicht gezeigten) Pumpenleistungsquelle der Frequenz f auf. Die Pumpenleistung,,ist„ von der Eingangs-Öffnung. 14 mit einer Varactor-Diode 15,-welche.in dem Leerlaufarm 11 angeordnet ist, über einen in zwei Abschnitte aufgeteilten, blenöengekoppelten Hohlleiter-Filter 16 verbunden, welcher drei induktive Kupplungsbanden 17, 18 und 19, und zwei Frequenzabstimm-

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Schrauben 20 und 21 aufweist. Der Filter -16. besitzt ein verhältnismäßig enges Durchlaßband und ist so abgestimmt, daß nur die Pumpfrequenz f. durchgelassen wird.,, die Le erlauf frequenz f. und die obere Seitenbandfrequenz f aber reflektiert werden. Der Leerlaufarm 11 erstreckt sich von der induktiven Kupplungsblende 17 des Hohlleiter-Filters 16 bis zu einer Abschlußplatte· 22 und umfaßt eine induktive Kopplungsblende 23 und Erequenzab-_; stimms'ehrauben 24 und 25. Die Irisblende 23 in Verbindung mit > der Abschlußplatte 22 und der Abstimmschraube 24 bildet in dem- ; Hohlleiter-Leerlauf arm 11 einen Le erlauf abs timmkreis. * --.■ . , ■ ::'-■.:

Die Varactor-Diode 15 liegt symmetrisch zwischen der engeren Abmessung des rechtwinkligen Hohlleiter-Leerlaufarma ι-.■> 11, parallel zum elektrischen Feld des Leiters. Die Signalfre- U quenz f ist mit dem' einen Ende der Varactor—Diode 15 -von dem ■* mittleren Leiter 12a der Signale ingangs leitung 12 über einen > -.;■ Tiefpaßfilter 26 gekoppelt. Aufgabe des filters 26 ist -es, dleioö Pump- und Le erlauf fre quenzen von d er; Signale ingangs leitung- 12 , - ■ .-· fernzuhalten. Das andere Ende der Varactpr-Diode 15 ist Alt dem .: Innenleiter 13a des koaxialen Signalabstimmstumpfes 13 iverbun-at den. Der Außenleiter 13b des Signalab stimmstumpf es 13 ist?t;a:n^; = seinem einen Ende mit der Breitenabmessung des Hohlleiter—Leerlauf armes 11 und an seinem anderen Ende mit einem Innezüfceiter— halter 27 verbunden. Die Stirnfläche des Innen!eIterhalt^rii 27» welche mit dem. Ende des Außenleiters des Signalab§tiaDastumpies 13 in Berührung steht, bildet für den Signalabstimm^tuiaEf ·*13-eine Kurzschlussfläche 27a. line einstellbare Buchse 28 stellt den Kontakt her zwischen dem Innenleiter des Abstimmstumpfes 13 und dem Innenleiterhalter 27. Auf diese Weise bildet diese Kombination einen veränderlichen, kurzgeschlossenen AbstimmstumpfW" Die elektrische Länge des Signale ins te 11 stumpf es von dez* ,inneren Oberfläche des Hohlleiter-Leerlaufarmes 11 zu der Kurzsehlussfläche 27a des Innenleiterhalters 27 ist gleich ( ) mal . und ist kleiner als . Dabei bedeuten«

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ns ganze, positive Zahlen
λ·: Wellenlänge bei der Leerlauffrequenz λ«s Wellenlänge bei der Signalfrequenz.

Das Ende der einstellbaren Buchse 28 bildet ein abgestufter Scheinwiderstands-iransformator 29 mit einer elektrischen Länge von —j—. Diese Abstufungen erzeugen fransenartige Sprünge, welche mit Absicht die gleichen Werte und entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und sich deshalb bei der Leerlauffrequenz f. gegenseitig aufheben.

Da die elektrische Länge des Abstimmstumpfes 13 bei der-Leerlauffrequenz f. mit Absicht den ungeraden Vielfachen einer Wellenlänge gleich ist, ist der reflektierte Blindwiderstand unabhängig von dem charakteristischen Scheinwiderstand des Stumpfes 13» welcher deshalb für die Varactor-Diode 15 immer einen tatsächlich offenen Kreis darstellt. Jedoch wird der charakteristische Scheinwiderstand des Abstimmstumpfes 13 verändert, indem man die in den koaxialen Signalabstimmstumpf hineinragende Länge der verstellbaren Buchse 28 ändert, woduroh auch der Blindwiderstand über der Diode 15 bei der Signalfrequenz f_ verändert wird..

Dies wird man besser verstehen, durch eine Analyse des Zusammenhanges zwischen charakteristischem Scheinwiderstand, Leitungslänge und Blindwiderstand für einen einfachen, kurzgeschlossenen Stumpf, welche mit folgender Gleichung gegeben ists _L « 3-z-tg —^—,

wobei der charakteristische Scheinwiderstand durch folgende JOrmel gegeben ist ι

Z - 138 log I

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Dabei bedeuten: X^. induktiver Blindwiderstand des Stumpfes,' ·■'

Z charakteristischer Scheinwiderstand des ·■■■ --- '···'■■■·-

Stumpfes,

A Wellenlänge der betrachteten Frequenz d elektrische Länge des-Stumpfes, b Innendurchmesser des Außenleiters und a Außendurchmesser des Innenleiters oder der'

Buchse.

' Aus Obenstehendem ist ersichtlich, daß der Blindwiderstand des Stumpfes 13 durch Änderung seines charakteristischen Scheinwiderstandes verändert wei-den kann, ausgenommen an dem offenen und kurzgeschlossenen Punkt, wo der Bl indwid erstand un- , endlich oder null sein wird«Wenn also die einstellbare-Buchse 28 vollständig aus dem Signalabstimmstumpf 13 zurückgezogen ist, bis die Stirnfläche der Buchse 28 in einer Ebene mit der Stirnfläche 27a des Innenleiterhalters 27 liegt, dannwird der bei der Signalfrequenz -f_ gegenüber der Taractor-Diode 15 wirksame

'S - ■ -■ -

Blindwiderstand derjenige eines kurzgeschlossenen, koaxialen Stumpfes mit einer festgelegten elektrischen Lange sein, dessen charakteristischer Scheinwiderstand durch die Durchmesser des äußeren und inneren Leiters des Stumpfes 13 festgelegt ist. Wenn die einstellbare Buchse 28 vollständig in den Stumpf hineingeschoben ist, dann entspricht der bei der Signalfrequenz f ge-

■ " " ■ -B

genüber der Diode 15 wirksame Blindwiderstand demjenigen eines kurzgeschlossenen, koaxialen Stumpfes mit derselben elektrischen Länge aber mit einem charakteristischen Scheinwiderstand, welcher durch den Innendurchmesser des Außenleiters des Stumpfes 13 und den Durchmesser der einstellbaren Buchse 28 festgelegt wird. Das Einstellen der in den koaxialen Signalabstimmstumpf 13 hineinragenden Länge'der einstellbaren Buchse 28 liefert einen zwischen diesen beiden Werten kontinuierlich veränderlichen Blindwiderstand bei der Signalfrequenz f .

- Bei beiden vorstehenden Beispielen war der Blinflwider- ■ stand des Stumpfes 13 bei der Leerlauffrequenz f_i extrem hoch, "da"-die Gesamtlänge des kurzge schloss eilen Stumpfes 13 absichtlich ".

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— Π —

gleich.' einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge gemacht worden ist. · -. "

Wenn'· die einstellbare Buchse auf eine Zwischenstellung eingestellt worden ist, dann hat der normalisierte Bingangsscheinwiderstand des Signala"bstimmstumpfes 13 folgenden Werts

Bd₂

^Zin ~

- -J-. tg Bd₁-tg Bd₂

Dabei "bedeuten* Z. normalisierter Eingangsseheinwiderstand . des Signalabstimmstumpfes 13»

Z₁ charakteristischer Scheinwiderstand des Abschnittes des Stumpfes 13» in welchem dieser durch den Innendurchmesser des

-..-■■" Außenleiters 13b-und den Durchmesser-der

Buchse 28 bestimmt wird,

Z₂ charakteristischer Scheinwiderstand des Abschnittes des Stumpfes 13» in welchem dieser durch den Innendurchmesser des Außenleiters 13b und den Außendurchmesser des Innenleiters 13a festgelegt wird,

d. elektrische Länge des Abschnittes des Stumpfes 13 mit dem charakteristischen Scheinwiderstand Z-,

dp elektrische Länge des Abschnittes des Stumpfes 13- mit dem charakteristischen Scheinwiderstand Z₂, . ■

B ist gleich ■■■■■■ , wobei A die Wellen^

länge der gerade betrachteten !Frequenz ist.,_:

Aus obiger Gleichung ist ersichtlich, daß, während der Blindwiderstand des Stumpfe$-.; 13 "bei der^^Signalfrßquenz·,t_: sich, ändert, wenn eine Zwischenötellung der Buchse 28/angewendet ,. , --_: wird, er bei der Leerlauffrequenzfv tatsächlich gegenüber .der •Varactor-Diode 15 offen bleibt.

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Der Leerlauf arm 11 wird durch. Änderung der ■eingeschraubten Tiefe der Frequenzabstimmschrauben 24 und 25 abgestimmt. Die Signalfrequenz f liegt unterhalb der G-renzwellenlänge des Hohlleiters und pflanzt sich deshalb in dem Leiter nicht fort. Auf diese Weise stimmt eine Änderung der .Einschraubtief e der.-· Frequenzabstimmschrauben 24 und 25 zwar die Varactor-Diode 15 bei der Leerlauffrequenz f.-ab, hat aber keinen Einfluß auf die Abstimmung der Diode 15 bei der Signalfrequenz f , und eine An— derung des Blindwiderstandes des koaxialen Signalabstimmstumpfes 13 stimmt zwar die Varactor-Diode 15 bei der Signalfrequenz f . ab, hat aber wiederum keinen Einfluß auf die Abstimmung der Diode 15 bei der Leerlauffrequenz f^. . , -

Bei der oben beschriebenen Ausführung ist der, Scheinwi^ derstand des koaxialen Signalabstimmstumpfes gegenüber der Varäetor-Diode 15 bei der Leerlauffrequenz f. tatsächlich ein offener Kreis. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß, wenn die elektri-',.; sehe Länge des Stumpfes 11 zu einem geraden Vielfaenen einer Yiertelwellenlänge bei der Leerlauffrequenz f. anstatt zu einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge gemaeh,t wird* der Scheinwiderstand gegenüber der Varactor-Diode 15 bei der Leer- , lauf frequenz f. dann tatsächlich ein Kurzschluß sein wird. ■".--,;

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Claims

Patentansprüche

Koaxialer, wattloser Abstimmstumpf, dadurch, gekennzeichnet, daß mit ihm ein erstes und ein zweites' Punkfrequenzsignal verbunden werden kann, wobei das erste Signal eine tiefere Frequenz als das zweite Signal aufweist und besagter Stumpf eine elektrische länge hat, welche gleich ist einem ganzen Vielfachen einer Viertelwellenlänge bei der zweiten Signalfrequenz und eine elektrische Länge, welche von einem ganzen Vielfachen einer Viertel— wellenlänge bei der ersten Signalfrequenz abweicht, wobei der Stumpf noch Mittel enthält, durch welche sein charakteristischer Scheinwiderstand verändert werden kann, wodurch der Blindwiderstand des Stumpfes bei der ersten Signalfrequenz verändert wird und der Blindwiderstand des Stumpfes bei der zweiten. Signalfrequenz tatsächlich offen oder kurzgeschlossen bleibt.

2· Koaxialer, wattloser Abstimmstumpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen inneren und einen äußeren Leiter aufweist., ferner eine Abschlußplatte an einem Ende des besagten Stumpfes, wobei diese besagte Platte eine Bohrung aufweist, eine Buchse mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere_# Oberfläche der Buchse über ihren gesamten Umfang mit der äußeren Oberfläche des Innenleiters in Berührung steht, und die äußere Oberfläche der Buchse an ihrem gesamten Umfang mit der Bohrung in der besagten Platte in Berührung steht, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse in axialer Richtung entlang des Innenleiters bewegt werden kann, wodurch der Blindwiderstand des Stumpfes bei der ersten Signalfrequenz verändert wird.

3· Parametrischer Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Signalfrequenz und einer Pumpfrequenz verbunden sein kann, woraus sich dann eine Leerlauffrequenz ergibt, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Verstärker eine Varactor-Biode, einen Hohlleiter-Pumparm, einen Hohlleiter-Lerrlaufarm, eine koaxiale Signaleingangs-Leitung und einen koaxialen, watt-

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- ίο -

losen Abstimmstumpf enthält, wobei besagter Stumpf eine elektrische Länge aufweist, welche einem ganzen Vielfachen einer Viertelwellenlänge bei der Leerlauffrequenz gleich ist, und eine elektrische Länge, welche von einem ganzen Vielfachen einer Viertelwellenlänge bei der Signalfrequenz abweicht, und welcher Stumpf mit Mittel zum Ändern seines charakteristischen Scheinwiderst-ähdes versehen ist, wodurch der Blindwiderstand des Stumpfes- bei der ' Signalfrequehz geändert wird und den Blindwiderstand des Stumpfes bei der Leerlauffrequenz tatsächlich offen oder kurzgeschlossen bleibt.'

4. Parametrischer Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Stumpf einen inneren und einen äußeren Leiter umfaßt, ferner eine Kurzschlußfläche an einem Ende des besagten Stumpfes, wobei besagte Fläche eine Bohrung aufweist, weiterhin eine Buchse mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche der Buchse an ihrem gesamten Umfang mit der äußeren Oberfläche des Innenleiters in Berührung steht- und die äußere Oberfläche der Buchse an ihrem gesamten Umfang mit der Bohrung in besagter Kurzschlußfläche in Berührung steht, wobei der parametrische "Verstärker weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Buchse in axialer Richtung entlang des inneren Leiters bewegt werden kann, wodurch der Blindwiderstand des Stumpfes bei der Signalfrequenz verändert wird.. ■

5. Parametrischer Verstärker nach Ansp-ruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm die elektrische Länge des Stumpfes, kleiner ist als eine Viertelwellenlänge bei der Signalfrequenz und daß die elektrische Länge des Stumpfes einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge bei der Leerlauffrequenz gleich ist.

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