DE1912852C3 - Reflection amplifier for very short electromagnetic waves - Google Patents
Reflection amplifier for very short electromagnetic wavesInfo
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- DE1912852C3 DE1912852C3 DE19691912852 DE1912852A DE1912852C3 DE 1912852 C3 DE1912852 C3 DE 1912852C3 DE 19691912852 DE19691912852 DE 19691912852 DE 1912852 A DE1912852 A DE 1912852A DE 1912852 C3 DE1912852 C3 DE 1912852C3
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Description
mit R als Betrag des negativen Widerstandes zumindest angenähert erfüllt istwith R as the amount of negative resistance is at least approximately fulfilled
4. Reflexionsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität L derart bemessen ist, daß die Beziehung4. Reflection amplifier according to claim 2, characterized in that the inductance L is dimensioned such that the relationship
_ R _ R
ω - yω - y
mit R als Betrag des negativen Widerstandes erfüllt istwith R as the amount of negative resistance is fulfilled
Die Erfindung bezieht sich auf einen Reflexionsverstärker für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer Tunneldiode als Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik, die an einen Zirkulator angeschaltet ist an den außer der Signalquelle noch ein Verbraucher (Lastwiderstand) angeschlossen wird.The invention relates to a reflection amplifier for very short electromagnetic waves with a tunnel diode as a semiconductor element with negative resistance characteristics connected to a circulator is switched on to which, in addition to the signal source, a consumer (load resistor) is connected.
Bei Verstärkern dieser Art wird die negative Charakteristik des Halbieiterelements zur Entdämpfung beispielsweise des durch die Parallelschaltung eines Generators und eines Verbrauchers gebildeten positiven Leitwertes ausgenutzt. Ein besonders geeignetes Element dieser Art stellt die Tunneldiode dar, deren Kennlinie bekanntlich einen fallenden Bereich aufweist. Wird eine solche Tunneldiode daher in einem Arbeitspunkt betrieben, der auf diesem fallenden Kennlinienast festgelegt ist, dann stellt sie einen negativen Widerstand dar, der in der bereits geschilderten Weise zu Verstärkungszwecken herangezogen werden kann. Der negative Ast einer Tunneldiodenkennlinie ist jedoch meist nur in einem relativ kleinen Spannungsbereich als linear anzusehen. Wird der Tunneldiode ein größeres Signal zugeführt, was im Sinne einer größeren Ausgangsleistung häufig wünschenswert ist, dann tritt effektiv ein betragsmäßig größerer negativer Widerstand auf. Der größer werdende Betrag des negativen Widerstandes bedingt aber einen entsprechenden Rückgang der Verstärkung.In amplifiers of this type, the negative characteristic of the semiconductor element is used for undamping for example, the positive formed by the parallel connection of a generator and a consumer Conductivity exploited. A particularly suitable element of this type is the tunnel diode, whose Characteristic curve is known to have a falling range. Is such a tunnel diode in one Operating point, which is set on this falling branch of the characteristic curve, then it represents a negative resistance, which is used in the manner already described for reinforcement purposes can be. However, the negative branch of a tunnel diode characteristic is usually only in a relatively small one Regarding the voltage range as linear. If a larger signal is fed to the tunnel diode, which occurs in the If a larger output power is often desirable, then an absolute value occurs greater negative resistance. The increasing amount of negative resistance is conditional but a corresponding decrease in gain.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen.The invention is based on the object of overcoming these difficulties in a simple manner.
25 Ausgehend von einem Reflexionsverstärker für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer Tunneldiode als Halbleiterelement mit negativer Widerstandscharakteristik, die an einen Zirkulator angeschaltet ist an den außer der Signalquelle noch ein Verbraucher (Lastwiderstand) angeschlossen wird, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst daß zwischen die Tunneldiode und den Zirkulator ein transformierendes Netzwerk eingeschaltet ist wobei vorteilhafterweise das transformierende Netzwerk aus einem der Tunneldiode parallel geschalteten Kondensator der Kapazität Cund einer zu der Parallelschaltung in Reihe geschalteten Spule der Induktivität L besteht25 Based on a reflection amplifier for very short electromagnetic waves with a tunnel diode as a semiconductor element with negative resistance characteristics, which is connected to a circulator to which a consumer (load resistor) is connected in addition to the signal source, this object is achieved according to the invention in such a way that A transforming network is connected between the tunnel diode and the circulator, the transforming network advantageously consisting of a capacitor of capacitance C connected in parallel with the tunnel diode and a coil of inductance L connected in series with the parallel connection
Die Kapazität C ist dabei mit Vorteil so bemessen, daß bei der Signalfrequenz ω die BedingungThe capacitance C is advantageously dimensioned in such a way that at the signal frequency ω the condition
mit R als Betrag des negativen Widerstandes zumindest angenähert erfüllt istwith R as the amount of negative resistance is at least approximately fulfilled
Die Induktivität L wird mit Vorteil derart bemessen, daß die BeziehungThe inductance L is advantageously dimensioned such that the relationship
1 R 1 row
U)L = — U) L = -
mit R als Betrag des negativen Widerstandes erfüllt ist. Die Induktivität L kann hierbei beispielsweise durch die Zuleitungsinduktivität L0 der Tunneldiode und durch geeignet gewählte äußere Induktivitäten Li gebildet werden..with R as the amount of negative resistance is fulfilled. The inductance L can be formed here, for example, by the lead inductance L 0 of the tunnel diode and by suitably selected external inductances Li.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Figuren noch näher erläutertThe invention is explained in more detail below with reference to figures
Fig. 1 zeigt schematisch die Stromspannungskennlinie einer Tunneldiode. Üblicherweise legt man bei einem Verstärkerbetrieb der Tunneldiode deren Arbeitspunkt in den steilsten Teil des negativen Astes (Punkt A). Der Betrag des negativen Widerstandes ist im Arbeitspunkt A minimal (R = Rmin)- Wird die Tunneldiode von einem Signal ausgesteuert so bleibt bei hinreichend kleinen Signalamplituden der Betrag des negativen Widerstandes unverändert. Mit wachsender Signalamplitude U1 nimmt der Betrag des negativenFig. 1 shows schematically the current-voltage characteristic of a tunnel diode. When the tunnel diode is operated with an amplifier, its operating point is usually placed in the steepest part of the negative branch (point A). The amount of the negative resistance is minimal at operating point A (R = R m in) - If the tunnel diode is controlled by a signal, the amount of the negative resistance remains unchanged if the signal amplitudes are sufficiently small. With increasing signal amplitude U 1 , the amount of the negative increases
zum minimalen Widerstand (R/Rmin) als Funktion der maximalen Signalamplitude O1 graphisch aufgetragen.plotted graphically for the minimum resistance (R / Rmin) as a function of the maximum signal amplitude O 1.
ker mit einem Zirkulator. Die vom Signalgenerator 1 kommende Signalwelle wird über den Zirkulator 2 der Tunneldiode 3 zugeführt. Die Signalwelle wird am negativen Widerstand der Tunneldiode verstärkt, reflektiert und gelangt zum Lastwiderstand 4, der an dem Arm des Zirkulator angeschaltet ist, der dem Arm folgt, an dem die Tunneldiode 3 liegt. Die mit diesem Verstärker erzielbare Leistungsverstärkung Γ ist durch den Ausdruck gegebenker with a circulator. The signal wave coming from the signal generator 1 is fed to the tunnel diode 3 via the circulator 2. The signal wave is amplified at the negative resistance of the tunnel diode, reflected and reaches the load resistor 4, which is connected to the arm of the circulator that follows the arm on which the tunnel diode 3 is located. The power gain Γ that can be achieved with this amplifier is given by the expression
Γ =Γ =
Ra+R Ra-RR a + RR a -R
Ra bedeutet hierin den Wert des Lastwiderstandes, der mit dem des Generatorwiderstandes und dem Wellenwiderstand des Zirkulators identisch sei. Aussteuerungsbedingte Änderungen des Betrages des negativen Widerstandes machen sich in entsprechenden Ra here means the value of the load resistance, which is identical to that of the generator resistance and the wave resistance of the circulator. Changes in the amount of negative resistance that are caused by modulation turn into corresponding ones
Verstärkungsveränderungen bemerkbar. Gemäß der Erfindung wird zwischen den Zirkulator 2 und die Tunneldiode ein transformierendes Netzwerk S geschaltet (vgL Fig.4), das derart bemessen ist, daß Änderungen des Betrages des negativen Widerstandes die Verstärkung nicht beeinflussen. Auf diese Weise wird der durch den quantenmechanischen Tunneleffekt erzeugte negative Widerstand nicht in seiner ursprünglichen GröBe zur Verstärkung herangezogen, sondern die Verstärkung erfolgt erst an dem transformierten negativen Widerstand. Das Netzwerk 5 besteht im einfachsten Fall (vgL F i g. 5) aus einer dem negativen Widerstand -Ä<0 parallelgeschalteten Kapazität C und einer in Serie geschalteten Induktivität L Die Kapazität C ist dabei so bemessen, daß bei der Signalfrequenz ω die BedingungChanges in gain noticeable. According to the invention, a transforming network S is connected between the circulator 2 and the tunnel diode (see FIG. 4) which is dimensioned such that changes in the amount of the negative resistance do not affect the gain. In this way, the negative resistance generated by the quantum mechanical tunnel effect is not used in its original size for amplification, but the amplification only takes place at the transformed negative resistance. The network 5 consists in the simplest case (see FIG. 5) of a capacitance C connected in parallel with the negative resistance -Ä <0 and an inductance L connected in series. The capacitance C is dimensioned so that the condition is met at the signal frequency ω
zumindest angenähert erfüllt ist Für die Induktivität L gilt die Beziehungis at least approximately fulfilled For the inductance L, the relationship applies
Widerstandes um 10% bedingte Abnahme der Verstärkung beträgt weniger als 0,1 dB.Resistance to 10% decrease in gain is less than 0.1 dB.
Fig.7 zeigt das Ersatzschaltbild der Tunneldiode. Hierbei bedeuten - Rn der am pn-übergang auftretende Widerstand, Cn die Kapazität des pn-Oberganges, L0 die Zuleitungsinduktivität der Tunneldiode und Ro der Bahnwiderstand der Tunneldiode. Hierbei ist es von Vorteil, die zu dem negativen Widerstand — Ä<0 parallel liegende Kapazität Cn so auszubilden, daß die Bedingung7 shows the equivalent circuit diagram of the tunnel diode. Here - R n is the resistance occurring at the pn junction, C n is the capacitance of the pn junction, L 0 is the lead inductance of the tunnel diode and Ro is the rail resistance of the tunnel diode. It is advantageous here to design the capacitance C n , which is parallel to the negative resistance −A <0, in such a way that the condition
L-I-*L-I- *
3535
Die Fig.6 zeigt schematisch in der komplexen Scheinwiderstandsebene die durch die Elemente C und L bewirkte Transformation des negativen Widerstandes -R<0. Dieser negative Widerstand wird durch die parallelgeschaltete Kapazität mit dem Blindleitwert6 shows schematically in the complex impedance level the transformation of the negative resistance -R <0 brought about by the elements C and L. This negative resistance is caused by the capacitance connected in parallel with the susceptance value
längs des Kreisbogens 6 in den Punkt a transformiert Die Induktivität L mit dem induktiven BlindwiderstandThe inductance L with the inductive reactance is transformed along the circular arc 6 into point a
5555
45 bewirkt eine weitere Transformation zum reellen Wert45 causes a further transformation to the real value
—. Wird nun durch Übersteuerung der Tunneldiode-. Is now by overdriving the tunnel diode
(oder durch eine beispielsweise temperaturbedingte kleine Arbeitspunktverlagerung) der Betrag des negativen Widerstandes effektiv größer, so beginnt der Transformationsweg in der F i g. 6 bei dem Wert - R auf der negativen reellen Achse. Der in diesem Beispiel betragsmäßig um 10% größer als R angenommene negative Widerstand Ä'wird längs des Kreisbogens 7 in den Punkt b transformiert Bei gleichbleibendem Wert der Kapazität C liegen die beiden Punkte a und b auf dem Kreisbogen 8. Man erkennt unmittelbar aus F i g. 6, daß die Realteile der den Punkten a und b entsprechenden Impedanzen praktisch gleich groß sind. Wegen des gleich groß gebliebenen induktiven Widerstandes wird jedoch die dem Punkt b entsprechende Impedanz nicht mehr in den negativen reellen(or due to a temperature-related small shift in the operating point, for example) the amount of the negative resistance is effectively greater, so the transformation path begins in FIG. 6 with the value - R on the negative real axis. The negative resistance 'assumed in this example to be 10% greater than R is transformed along the circular arc 7 into the point b. If the value of the capacitance C remains the same, the two points a and b lie on the circular arc 8. One recognizes directly from F i G. 6 that the real parts of the impedances corresponding to points a and b are practically the same size. Because the inductive resistance remains the same, however, the impedance corresponding to point b is no longer in the negative real
c entsprechende Impedanz. Es läßt sich jedoch zeigen, daß dies die Verstärkung fast nicht beeinflußt Die durch die angenommene Zunahme des Betrages des negativen c corresponding impedance. However, it can be shown that this almost does not affect the gain by the assumed increase in the amount of the negative
65 ι j zumindest angenähert erfüllt ist Geht man davon aus, daß die innere Grenzfrequenz fg, prozeßbedingt annähernd konstant ist, so wird diese Bedingung automatisch erfüllt, wenn sich die Signalfrequenz der inneren Grenzfrequenz annähert Somit ergibt sich für65 ι j is at least approximately fulfilled If one assumes that the internal limit frequency f g is approximately constant due to the process, this condition is automatically fulfilled when the signal frequency approaches the internal limit frequency
undand
d. h., der Tunneldiode wird keine externe Kapazität jedoch eine externe Induktivität zugeschaltet Man kann somit als Kapazität des transformierenden Netzwerks die ohnehin unvermeidliche Kapazität des prr-Überganges verwenden. Die Serieninduktivität des transformierenden Netzwerks wird von der Zuleitungsinduktivität Lo der Tunneldiode sowie einer zugeschalteten äußeren Induktivität Li gebildet so daß sich die Beziehungd. i.e. the tunnel diode does not have an external capacitance However, an external inductance is switched on. It can thus be used as the capacitance of the transforming network use the capacity of the prr transition, which is inevitable anyway. The series inductance of the transforming Network is controlled by the feed line inductance Lo of the tunnel diode and an external connected Inductance Li is formed so that the relationship
ω (L0 + L1) = y ω (L 0 + L 1 ) = y
ergibt Die Induktivität L\ ist in dem Ersatzschaltbild nach F i g. 7 strichliert eingezeichnetresults in the inductance L \ ist in the equivalent circuit diagram according to FIG. 7 drawn in dashed lines
Nachstehend wird an einem Zahlenbeispiel angegeben, in welcher Weise das transformierende Netzwerk entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre berechnet wird. Die angegebenen und ermittelten Werte für die einzelnen Bauelemente sind in Fig.8 eingetragen, in der das Ersatzschaltbild der Tunneldiode und das angeschaltete Netzwerk dargestellt sind. Für die Tunneldiode wird eine innere Grenzfrequenz fgi - 10 GHz und ein Widerstand Rn (Betrag) - 50 Ω angenommen. Aus der GleichungIn the following, a numerical example is used to indicate the way in which the transforming network is calculated in accordance with the teaching according to the invention. The specified and determined values for the individual components are entered in Fig. 8, which shows the equivalent circuit diagram of the tunnel diode and the connected network. An internal limit frequency fgi - 10 GHz and a resistance R n (amount) - 50 Ω are assumed for the tunnel diode. From the equation
JQi 1JQi 1
" 2 π C„ Ä„"2 π C" Ä "
folgt fürfollows for
C =C =
60 " 2nf.rR„ 60 " 2nf. R R"
10-50 10 -50
:0,3pF.: 0.3pF.
Die Tunneldiode werde als Verstärker bei 100 MHz eingesetzt. Gemäß der Erfindung soll eine externe Kapazität C zugeschaltet werden, die folgendermaßen zu bemessen ist:The tunnel diode is used as an amplifier at 100 MHz. According to the invention, an external capacitance C is to be connected, which is to be dimensioned as follows:
u)C = -. —τ; u) C = -. —Τ;
IKII K I
Hi^^TCS^^^Hi ^^ TCS ^^^
daraus folgtit follows
C =C =
\R.\ R.
= 30 pF. daraus folgt= 30 pF. it follows
L =L =
Imin the
2<„2 <"
4OnH4OnH
Die externe Induktivität L berechnet sich nach der erfindungsgemäßen Lehre auf folgende Weise:The external inductance L is calculated according to the teaching according to the invention in the following way:
, Kl., Kl.
<uL ■= —r— , <uL ■ = —r—,
zugeschalteten Reaktanzen, die das transformierendeswitched on reactances, which the transforming
sind, daß die Transformation durch die Reaktanzen derare that the transformation through the reactances of
ίο Tunneldiode selbst vernachlässigbar ist.ίο tunnel diode itself is negligible.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691912852 DE1912852C3 (en) | 1969-03-13 | 1969-03-13 | Reflection amplifier for very short electromagnetic waves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691912852 DE1912852C3 (en) | 1969-03-13 | 1969-03-13 | Reflection amplifier for very short electromagnetic waves |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1912852A1 DE1912852A1 (en) | 1970-10-01 |
| DE1912852B2 DE1912852B2 (en) | 1977-09-08 |
| DE1912852C3 true DE1912852C3 (en) | 1978-05-11 |
Family
ID=5728054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19691912852 Expired DE1912852C3 (en) | 1969-03-13 | 1969-03-13 | Reflection amplifier for very short electromagnetic waves |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1912852C3 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1684055B1 (en) * | 1966-10-19 | 1970-07-30 | Pfeiffer Ohler Eisen Theob | Cladding panel made from a pressed mixture of quartz particles and synthetic resin binder |
| US4050032A (en) * | 1976-01-02 | 1977-09-20 | Texas Instruments Incorporated | Avalanche diode amplifier |
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-
1969
- 1969-03-13 DE DE19691912852 patent/DE1912852C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE1912852A1 (en) | 1970-10-01 |
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Legal Events
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