DE2036475C - Phase coherent receiver circuit - Google Patents

Phase coherent receiver circuit

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DE2036475C
DE2036475C DE19702036475 DE2036475A DE2036475C DE 2036475 C DE2036475 C DE 2036475C DE 19702036475 DE19702036475 DE 19702036475 DE 2036475 A DE2036475 A DE 2036475A DE 2036475 C DE2036475 C DE 2036475C
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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer phasenkohärenten Empfängerschaltung, bestehend aus einem parametrischen Vorverstärker und einem nachgeschalteten Phasendetektor, mit dessen Hilfe die Differenz zwischen der Phase des Eingangssignals der Schaltung und der Phase des Referenzsignals eines spannungsgesteuerten Oszillators gebildet und über ein Regelfilter diesem zur Nachregelung zugeführt wird. Von diesem Referenz-Oszillator wird durch Frequenzvervielfachung die Pumpfrequenz für den parametrischen Vorverstärker abgeleitet.The invention is concerned with a phase coherent Receiver circuit, consisting of a parametric preamplifier and a downstream Phase detector, with the help of which the difference between the phase of the input signal of the circuit and the phase of the reference signal of a voltage-controlled oscillator and formed via a control filter this is fed for readjustment. This reference oscillator is made by frequency multiplication the pump frequency for the parametric preamplifier is derived.

Die Erfindung und die damit erzielten Vorteile sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren im folgenden näher erläutert werden.The invention and the advantages achieved thereby are intended to be based on an exemplary embodiment below Reference to the figures are explained in more detail below.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines bekannten phasenkohärenten Empfängers mit parametrischem Vorverstärker;F i g. 1 shows the basic circuit diagram of a known phase-coherent receiver with a parametric Preamplifier;

F i g. 2 zeigt die Schaltung eines quasi-degenerierten bzw. degenerierten nicht reziproken parametrischen Vorverstärkers;F i g. 2 shows the circuit of a quasi-degenerate or degenerate non-reciprocal parametric Preamplifier;

F i g. 3 zeigt die Richtungen der Ströme und Spannungen an den Reaktanzdioden des parametrischen Vorverstärkers;F i g. 3 shows the directions of the currents and voltages across the reactance diodes of the parametric Preamplifier;

' F i g. 4 zeigt die Schaltung des Aufwärtsmischers einschließlich der Rauschquellen;'F i g. Fig. 4 shows the circuit of the up-converter including the noise sources;

F i g. 5 zeigt die Kettenschaltung von Auf- und Abwärtsmischer;F i g. 5 shows the chain connection of up and down mixers;

F i g. 6 zeigt die Neutralisation dieser Mischerkette; F i g. 6 shows the neutralization of this mixer chain;

F i g. 7 zeigt den gesamten Verstärkervierpol mit den Rauscheinströmungen am Ein- und Ausgang;F i g. 7 shows the entire amplifier quadruple with the noise inflows at the input and output;

F i g. 8 zeigt den Verstärkervierpol mit der totalen Rauscheinströmung am Eingang.F i g. 8 shows the amplifier quadrupole with the total inflow of noise at the input.

In der F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer phasenkohärenten Empfängerschaltung, wie sie bei·- pielsweise bei Satelliten-Nachrichtensystemen Verwendung findet, dargestellt. Mit Hilfe eines Phasendetektors wird bei dieser Schaltung die Differenz zwischen der Phase des Eingangssignals Us und der Phase eines spannungsgesteuerten Oszillators Up0 gebildet, welche über ein Regelfilter an den Oszillator zurückgeführt wird und diesen in seiner Phase bzw. Frequenz nachregelt. Wenn die Phase qs des Eingangssignals mit der Phase Ψρο des Referenzsignals übereinstimmt, dann verschwindet das Regelsignal Ur am Ausgang des Regelfilters, wodurch der stabile Punkt des Regelsystems gegeben ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator dient als Grundoszillator; mit Hilfe eines Frequenzvervielfachers wird von ihm das Pumpfrequenzsignal Up abgeleitet, welches dem parametrischen Vorverstärker als Pumpspannung zugeführt wird.In FIG. 1 shows the block diagram of a phase-coherent receiver circuit as it is used, for example, in satellite communication systems. With the aid of a phase detector, the difference between the phase of the input signal U s and the phase of a voltage-controlled oscillator U p0 is formed in this circuit, which is fed back to the oscillator via a control filter and readjusts its phase or frequency. If the phase q s of the input signal corresponds to the phase Ψρο of the reference signal, the control signal U r disappears at the output of the control filter, whereby the stable point of the control system is given. The voltage controlled oscillator serves as the basic oscillator; with the aid of a frequency multiplier, the pump frequency signal U p is derived from it, which signal is fed to the parametric preamplifier as a pump voltage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte phasenkohärente Empfängerschaltung so weiterzubilden, daß sie einen erhöhten Signalrauschabstand aufweist, wodurch die Sicherheit derartiger Schaltungen verbessert wird bzw. die Reichweite für eine gesicherte Nachrichtenübertragung erheblich vergrößert wird.The invention is based on the object of this known phase-coherent receiver circuit to further develop that it has an increased signal-to-noise ratio, thereby increasing the safety of such Circuits is improved or the range for a secure message transmission is significantly is enlarged.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der eingangs beschriebenen phasenkohärenten Empfängerschaltung der parametrische Vorverstärker nicht reziprok ausgebildet ist und eine Pumpfrequenz aufweist, die gleich der doppelten Signalfrequenz ist, und daß der Frequenzvervielfacher als Frequenzverdoppler wirkt.According to the invention, this is achieved in that, in the case of the initially described phase coherent Receiver circuit of the parametric preamplifier is not designed reciprocally and has a pump frequency which is equal to twice the signal frequency, and that the frequency multiplier as a frequency doubler works.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser nicht reziproke parametrische Vorverstärker aus einer an sich bekannten (deutsche Aus legeschrift 1 120 525) Kettenschaltung eines Aufwärts- und Abwärtsmischers gebildet, deren Dioden von einer Pumpquelle verschiedenphasig durchgesteuert werden; der Rückwirkungsleitwert des Verstärkers, dessen Gesamtschaltung in der F i g. 2 dargestellt ist, ist neutralisiert.In a preferred embodiment of the invention this is a non-reciprocal parametric preamplifier from a known (German Aus Legeschrift 1 120 525) chain connection of an upward and down-converter formed, the diodes of which are switched through in different phases by a pump source will; the feedback conductance of the amplifier, the overall circuit of which is shown in FIG. 2 shown is is neutralized.

Im folgenden soll versucht werden, den Grad der Verbesserung, welcher sich durch die erfindungsgemä ße Verwendung des beschriebenen nicht reziproken oder degenerierten parametrischen Vorverstärkers ergibt, rechnerisch zu erfassen.In the following, an attempt will be made to determine the degree of improvement which is achieved by the inventive ße Using the described non-reciprocal or degenerate parametric preamplifier results in to be recorded arithmetically.

Die SchaltungThe circuit

des quasi-degenerierten nicht reziproken parametrischen Verstärkersof the quasi-degenerate non-reciprocal parametric amplifier

Zunächst soll die Schaltung des quasi-degenerierteii nicht reziproken parametrischen Verstärkers betrachtet werden, von der man dann auf den degenerierter Fall übergehen kann. In F i g. 2 ist die Schaltung des Verstärkers dargestellt. Sie enthält am Eingang unc Ausgang der Mischerkette je einen Signalkreis, ar welchen der Signalgenerator bzw. die Last angeschlos sen sind. Wenn die Frequenz des unteren Seitenbande: ρ — s in der Nähe der Signalfrequenz s liegt, so könnet die Signalkreise am Ein- und Ausgang gleichzeitij zur Abstimmung auf die Frequenzen des Signals unc des unteren Seitenbandes dienen. Die Verbindunj zwischen dem parametrischen Auf- und Abwärts mischer wird dann nur durch den Parallelkreis bein oberen Seitenband p + s zwischen den Klemmen 1' und dargestellt. Die Spannung der Pumpfrequenz p, welch für den phasenkohärenten Betrieb mit Hilfe eine Frequenzvervielfachers vom Referenzoszillator abFirst, the circuit of the quasi-degenerate non-reciprocal parametric amplifier should be considered, from which one can then move on to the degenerate case. In Fig. 2 shows the circuit of the amplifier. It contains a signal circuit at the input and output of the mixer chain, ar which the signal generator or the load are ruled out. If the frequency of the lower sideband: ρ - s is close to the signal frequency s, the signal circuits at the input and output can simultaneously serve to tune to the frequencies of the signal unc of the lower sideband. The connection between the parametric up and down mixer is then only represented by the parallel circle at the upper sideband p + s between the terminals 1 'and. The voltage of the pump frequency p, which is used for the phase-coherent operation with the help of a frequency multiplier from the reference oscillator

geleitet werden soll, wird den beiden hier als ideal angenommenen Reaktanzdioden mit verschiedener Phase über einen externen Phasenschieber zugeführt. Für den Fall, daßis to be conducted, the two reactance diodes assumed here as ideal with different Phase fed via an external phase shifter. In case that

ΔΨ = Ψρ,\ — 9>ρ,2= ±^5- Δ Ψ = Ψρ, \ - 9> ρ, 2 = ± ^ 5-

eingestellt wird, kann die dann phasennichtreziproke Mischerkette durch einen rein imaginären Neutralisationsleitwertj^ zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen.in Rückwärtsrichtung vollständig entkoppeltis set, the then phase non-reciprocal mixer chain can be controlled by a purely imaginary neutralization conductance j ^ between the input and output terminals. Completely decoupled in the reverse direction

werden. Die Konversionsmatnx des quasi-degenerierten Auf- bzw.will. The conversion matrix of the quasi-degenerate build-up or

AbwärtsmischersDown mixer

Für die in F i g. 3 eingezeichneten Richtungen der Ströme und Spannungen an der idealen Reaktanzdiode gelten die Konversionsgleichungen:For the in F i g. 3 directions of the currents and voltages on the ideal reactance diode the conversion equations apply:

i;i;

l'p*sl'p * s

jsOl) J(p-s)Cll)* -j(p-s)Ö0) jsO l) J (ps) C ll) * -j (ps) Ö 0)

C(1> 0 j(p+s)Cl0] C (1 > 0 j (p + s) C l0]

W-*W- *

(2-1)(2-1)

wobei die Glieder mit C_a) vernachlässigt wurden. Wenn man entsprechend der F i g. 4 die Signalkreise am Eingang und Ausgang hinzufügt, sowie die durch die Verlustleitwerte hervorgerufenen unkorrelierten Rauscheinströmungen bei den Frequenzen sup ± s, so erhält man mit den Abkürzungenwhere the terms with C_ a) have been neglected. If, according to FIG. 4 adds the signal circuits at the input and output, as well as the uncorrelated noise inflow caused by the loss conductance values at the frequencies sup ± s, this is how the abbreviations give

y; + jsO0) = (2-2) y; + jsO 0) = (2-2)

die Konversionsmatrix des quasi-degenerierten Auf- bzw. Abwärtsmischers einschließlich der Rauscheinströmungen zu:the conversion matrix of the quasi-degenerate upward or downward mixer including the noise inflows to:

Ip + SIp + S

Ys jsC"Ys jsC "

-j(p-s)Cl)* y„*_s -j(p+s)eu ο -j (ps) C l) * y "* _ s -j (p + s) e u ο

Die Kettenschaltung
von Auf- und Abwärtsmischer
The derailleur
of up and down mixer

Durch die Kettenschaltung von Auf- und Abwärtsmischer entsprechend der F i g. 5 ergeben sich an den 40 wobei Klemmen /' und i die Bedingungen:By connecting up and down mixers in a chain as shown in FIG. 5 result on the 40 where Terminals / 'and i the conditions:

-jsÖu*-jsÖ u * UsUs ++ LL. 00 Up*-sUp * -s Yp + SYp + S Up + S_Up + S _ Jp + S_Jp + S_ Ip + s.lIp + s.l + lp + s.2+ lp + s.2

(2-3)(2-3)

(3-2)(3-2)

X + s = X + sA +X + s = X + sA +

Lp + sA — —lpLp + sA - -lp

s.2see 2

Llp + sA ~ l±pLlp + sA ~ l ± p

gesetzt wurde.was set.

(3-1) Für die Spannungen beim unteren Seitenband am(3-1) For the tensions at the lower sideband on the

45 Ein- und Ausgang des Verstärkers erhält man aus dei zweiten Zeile für den Auf- bzw. Abwärtsmischer mil Die Ströme, Spannungen und Leitwerte des Auf- der Bedingung:
wärtsmischers sind dabei mit dem Index 1, die des
Abwärtsmischers mit dem Index 2 bezeichnet. Die
Gleichung (2-3) gilt sowohl für den Aufwärts- alj auch 50
Tür den Abwärtsmischer.
45 The input and output of the amplifier are obtained from the second line for the up and down mixer. The currents, voltages and conductance values of the on condition:
forward mixers are with the index 1, those of the
Down mixer designated with the index 2. the
Equation (2-3) applies to both the upward alj and 50
Door the down mixer.

Mit den Bedingungen für die Kettenschaltung nach Gleichung (3-1) erhält man aus der dritten Zeile der Gleichung (2-3):With the conditions for the ladder connection according to equation (3-1), the third line gives the Equation (2-3):

U*-Si =U * - S i =

Mp-s.2 = JMp-s.2 = J ip-s.l — l*-s.2 —ip-s.l - l * -s.2 -

ψ-s.iψ-s.i

, (3-3) • (3-4), (3-3) • (3-4)

Vp + s — JVp + s - J

Wenn man die Spannung Up±s in die erste Zeile (3-2) des Auf- bzw. Abwärtsmischers einsetzt, so erhallIf you put the voltage U p ± s in the first line (3-2) of the upward or downward mixer, you get

man die Via polgleichungen der nicht neutralisierten Mischerkette. Diese Gleichungen lauten:the via pole equations of the non-neutralized mixer chain. These equations are:

+ .s) I C1'" 12 .s- (p - s)! C1'"I2 + .s) IC 1 '"1 2 .s- (p - s) ! C 1 '" I 2

.v) C1'"* Cj".v) C 1 '"* Cj"

yp+s y p + s

u>-2 u > - 2

(3-5)(3-5)

. .S-C1 1"* r. .-.. .S-C,1" .„. .SC 1 1 "* r . .- .. .SC, 1 ". "

Ln + s Lp-S.Ln + s Lp-S.

I _ ^Ti^i ^' J/ , I V + * (P+ S)|C2"'|2 S (p - S) ι W2; - ι ι I _ ^ Ti ^ i ^ ' J /, IV + * (P + S) | C 2 "' | 2 S (p - S) ι W 2 ; - ι ι

's.2 — y y.s.1 H- is. 2 + y TTi 1 ·Η.ν.2's.2 - y ys1 H- is. 2 + y TTi 1 · Η.ν.2

i-p + s [ ±p + s Lp-s.2 ip + s [ ± p + s Lp-s.2

sC^]* SC2 ) sC ^ ] * SC 2 )

Η" is. 2 +./ ^ [ip + s. 1 + ip + s, 2] ~./ ^i Ip-s. 2 ·Η "is. 2 +. / ^ [Ip + s. 1 + ip + s, 2] ~. / ^ I Ip-s. 2 ·

ip + s Lp-s.2ip + s Lp-s.2

Die Signaleigenschaften γ _ s(ρ + s) C1"'* C2'"The signal properties γ _ s (ρ + s) C 1 "' * C 2 '"

des neutralisierten quasi-degenerierten Verstärkers l0 -12— y^ j ^r,of the neutralized quasi-degenerate amplifier l0 -12- y ^ j ^ r,

Die Signaleigenschaften des quasi-degenerierten sic + slC"* C(1) The signal properties of the quasi-degenerate sic + slC "* C (1)

Verstärkers erhält man mit Hilfe der Vierpolkonstan- Y21 = —— '—-1 ! /j£Amplifier is obtained with the help of the four-pole constant Y 21 = —— '—-1 ! / j £

ten, welche bei Neutralisation entsprechend der >^th, which upon neutralization according to the> ^

^f^ F'S-6JP! den Gleichungen (3-5) ,5 folgen. Bei Resonanz und mit und (3-6) fur den rauschfreien Fall ι,, ip±s= 0 zu:^ f ^ F 'S 6 JP! follow equations (3-5), 5. At resonance and with and (3-6) for the noise-free case ι ,, i p ± s = 0 to:

_ Iy-(I)I J'n I /-(1) 1^(1)1 J?'_T I_ Iy- (I) I J'n I / - (1) 1 ^ (1) 1 J? '_ T I

/^d) _ Iy-(I)I J'n I /-(1) 1^(1)1/ ^ d) _ Iy- (I) I J'n I / - (1) 1 ^ (1) 1

2020th

s(p - s)|C,(1)|2 sowie den Abkürzungen s (p - s) | C, (1) | 2 and the abbreviations

J22= X. J22 = X.

%-°·1 (4-1) G _ S(P + S)IC'"!2 % - ° · 1 (4-1) G _ S (P + S) IC '"! 2

Gp-.i = G. + C. + C, (4-3) undGp-.i = G. + C. + C, (4-3) and

5?-s.2 ' 3o Gp-s.2 = GL+GC,2 + G0. (4-4)5? -S.2 ' 3o G ps.2 = G L + G C , 2 + G 0 . (4-4)

Ergeben sich aus den Gleichungen (4-1) für den quasi-degenerierten Fall s χ ρ — s die Gleichungen:The equations (4-1) for the quasi-degenerate case s χ ρ - s result in the following equations:

L, =[g. + Gc-,, + GD - L, = [g. + Gc- ,, + G D -

Nach Gleichung (4-5) wird für G0 = %, in Rück- und mit den Vierpolkonstanten ausgedrückt: wärtsrichtung vollständige Entkopplung erreicht. Für
diesen Fall folgt aus Gleichung (4-5) mit
According to equation (4-5), for G 0 = %, expressed in reverse and with the four-pole constants: in the downward direction, complete decoupling is achieved. for
this case follows from equation (4-5) with

G, = GL, Gc1 = Gc.2 = Gc ** - IjIJ^P "G, = G L , Gc 1 = G c . 2 = G c ** - IjIJ ^ P "

und der Abkürzungand the abbreviation

jC(i)i Für den neutralisierten quasi-degenerierten Ver-j C (i) i For the neutralized quasi-degenerate

ß = _ (4-6) 50 stärker erhält man dann mit den Vierpolkonstanten ß = _ (4-6) 50 stronger is then obtained with the four-pole constants

Gs + Gc+ GD nach Gleichung (4-7): G s + G c + G D according to equation (4-7):

die Gleichung:the equation:

i,-Bf1 + Oc + GJD-^H. H-T) j5 i, -Bf 1 + Oc + GJD- ^ H. HT) j5

L.2 = -J2GdM^ + [Gs + Gc + GD[[1 - i?2]I/sJ.L.2 = -J 2 GdM ^ + [G s + G c + G D [[1 - i? 2 ] I / sJ .

Der Uberfaeuneseewinn Der Übertragungsgewinn in RückwärtsrichtungThe Uberfaeuneseewinn The transfer profit in the reverse direction

des qS^d£^?VMikm fc ergibt sich in entsprechender Weise wie Gleichung (4-9)des qS ^ d £ ^? VMikm fc results in the same way as equation (4-9)

Der Ubertragungsgewinn des Verstärkers in Vorwärtsrichtung ist durch das Verhältnis der Wirkleistung am Lastleitwert und der verfügbaren Wirk- ^ _ .ß Usl _ 4GsGt|^2|2 · leistung des Signalgenerators gegeben. Man erhält är *Ul J^2 ~ [YnJ22 -Y12Y2J2 i4"31^ dafür allgemeb: 65The transmission gain of the amplifier in the forward direction is due to the ratio of the active power at the load conductance and the available active ^ _. ß " U sl _ 4G s G t | ^ 2 | 2 · power of the signal generator given. You get ar * Ul J ^ 2 ~ [Y n J 22 -Y 12 Y 2 J 2 i4 " 31 ^ for general: 65

= 4GsGt = 4G s G t

(4-8)(4-8)

Wegen G0 = %, d. h. Y12 = 0, ist Lür = 0.Because G 0 = %, ie Y 12 = 0, L ür = 0.

Die Rauscheigenschaften des quasi-degenerierten VerstärkersThe noise characteristics of the quasi-degenerate amplifier

Zur Berechnung der Rauscheinströmungen am Eingang und Ausgang des quasi-degenerierten Ver- 5 stärkers setzt man in den Gleichungen (3-5) und (3-6) UsA = -L4.2 =0 und erhält:To calculate the noise inflow at the input and output of the quasi-degenerate amplifier, set UsA = -L4.2 = 0 in equations (3-5) and (3-6) and get:

Die Mittelwerte der Rauschstromquadrate de Gleichung (5-7) sind durch die NyquistbeziehungeThe mean values of the noise current squares of equation (5-7) are given by the Nyquist relation

[T^]2 = AKT(G5+ G^1)Af; O2 = AK.TGc.2Af [T ^] 2 = AKT (G 5 + G ^ 1 ) Af; O 2 = AK.TG c . 2 Af

Il IsA + J ~~y""—Lip+j.ι + Jp + ,. 2 J Il - IsA + J ~~ y "" - Lip + j.ι + Jp +,. 2 y

(5-1)(5-1)

= L= L

,2, 2

ίίρ + sA + ip + s.2] ίίρ + sA + ip + s.2]

15 bzw.15 or

lip*-, ,I2 = A KT[G,+G^1)Af; lip * -,, I 2 = A KT [G, + G ^ 1 ) Af;

il^2 = AKTG^1Af il ^ 2 = AKTG ^ 1 Af

Up+.,., I2 = AKTG^1Af; Up + .,., I 2 = AKTG ^ 1 Af;

\ϊ^\2 = 4XTGp+s,2/l/ \ ϊ ^ \ 2 = 4XTG p + s , 2 / l /

(5-8)(5-8)

p+., . + Zp+5.212 = 4KTGp+sAf p + .,. + Zp +5 .21 2 = 4KTG p + s Af

4--S.24 - p.2

J.J-,.2·J.J - ,. 2 ·

Für die Schaltung nach F i g. 7 gelten die Beziehungen For the circuit according to FIG. 7 the relationships apply

(5-2) gegeben.(5-2) given.

Mit den BedingungenWith the conditions

2020th

L1 = III !/..I +1,2 Ü.2+J1 L 1 = III! / .. I +1.2 Ex.2 + J1

(5-3) ,, ι (5-3) ,, ι

aus denen man die totale Rauscheinströmung am und den Beziehu en Eingang des Verstärkers zu 6 from which one can derive the total inflow of noise at and the relationships at the input of the amplifier to 6

tk t k (5"4) (5 " 4)

erhält, Tür die nunmehr nach F i g. 8 die Gleichungen gellen: 35receives, the door that is now shown in FIG. 8 the equations are: 35

Vp. 1 ~ <Pp. 2 — — ~2 'Vp. 1 ~ <pp. 2 - - ~ 2 '

.3-Gp-s. ι = Gp_s 2= Gs+ Gc+ GD .3-Gp-s. ι = G p _ s 2 = G s + G c + G D

η
Yn Gf"* _ (G5 + Gc + GD) (1 - ß2)
η
Yn Gf "* _ (G 5 + G c + G D ) (1 - ß 2 )

γ r<"* γ r <"*

±21 kl± 21 kl

2Gr2Gr

(5-9)(5-9)

IsA = Iu UsA +V,2Ü.2 +Χ« is.2 = YlI UsA + Γ22 Ü.2 ■ IsA = Iu UsA + V, 2Ü.2 + Χ «is.2 = YlI UsA + Γ22 Ü.2 ■

(5-5)(5-5)

Füri„, folgt damit aus den Gleichungen (5-1) und 40Füri ", thus follows from equations (5-1) and 40

G2 p+S Gp+S p+s G 2 p + S G p + S p + s

sowie β nach Gleichung(4-6) erhält man:as well as β according to equation (4-6) one obtains:

IU2 IU 2

AKTAfAKTAf

-G+C ι (Gs+Gc+GD)2(1-/?2)2 -G + C ι (Gs + G c + G D ) 2 (1- /? 2 ) 2

- «, + «c. 1 H 77^2 Gr. 2- «, +« c. 1 H 77 ^ 2 G r . 2

ill. . *»V^J .Ä ill. . * »V ^ J. Ä

hot — ls.i γ is, 2 Jy+ P~hot - ls.i γ is, 2 Jy + P ~

Ä2\ Jp-s. ίÄ2 \ Jp-s. ί

(5-10)(5-10)

sd"sd "

Lp-s.2Lp-s.2

. SC}"*. SC} "*

Die Rauschzahl des quasi-degenerierten Verstärker!The noise figure of the quasi-degenerate amplifier!

und somit für den Mittelwert des totalen Rauschstrom- wird dann 1^ dem Rauschstromquadrat der Signalquadrates bei Resonanzabstimmung des Verstärkers: quelleand thus for the mean value of the total noise current is then 1 ^ the noise current square of the signal square with resonance tuning of the amplifier: source

[^|2 = [^ | 2 =

als Bezugsgrößeas a reference

(DU(YOU

t+GD+Gc)2{l-4Gl t + G D + G c ) 2 { 1- 4Eq

(5-7)(5-7)

6565

{5-11,{5-11,

Bei Vernachlässigung der Signalkreisverluste Die Kettenschaltung von Auf- und AbwärtsmischerIf the signal circuit losses are neglected, the chain connection of up and down mixers

für den degenerierten Fall
G11 = GC2 = 0
for the degenerate case
G 11 = G C2 = 0

Für die Kettenschaltung des degenerierten Auf- undFor the chain connection of the degenerate up and down

erhält man aus der Gleichung (5-11) die einfache 5 Abwärtsmischers gelten wieder die Bedingungen nach Beziehung: Gleichung (3-1), womit sich dann bei entsprechenderone obtains the simple downward mixer from equation (5-11), the conditions according to apply again Relationship: Equation (3-1), which then results in the corresponding

Behandlung wie in Abschnitt 3 die VierpolgleichungenTreatment as in Section 3 of the four-pole equations

(5-12) I0 L Yis UsA J(5-12) I0 L Yis U sA J

die für große Verstärkung β -* 1 und G0 < G5 den , 3,S2C1"'* Cj" those for large gain β - * 1 and G 0 <G 5 den, 3, S 2 C 1 "'* Cj"

Wert Y3 s y2 Value Y 3 s y ' 2

Fs2=3db (5-13) (6-3)Fs2 = 3db (5-13) (6-3)

annimmt. ι _ JS ^i accepts. ι _ JS ^ i

i.V. 2 — y iV 2 - y

Die Konversionsmatrix des degenerierten -3v The conversion matrix of the degenerate - 3v

Auf- bzw. Abwärtsmischers Gegenüber dem quasi-degenerierten Fall, woUp or down mixer Compared to the quasi-degenerate case where

L "2 >3S JS 2 Ux.2 J ~5·2 L " 2 > 3 S JS 2 U x . 2 J ~ 5 * 2

s — d % s ergeben.s - d % s result.

war und die Signalspannungen Ux, Up^s,Up+s daswas and the signal voltages U x , U p ^ s , U p + s das

nichtlineare Element steuerten, gilt nun im degene- -«·'_ = e^2'.v. 1controlled nonlinear element, applies now in the degene- - «· '_ = e ^ 2 '. v . 1

rieilen Fall: 25 Li. 1rieilen case: 25 Li. 1

s = ρ — s bzw. ρ = 2s I7*s = ρ - s or ρ = 2s I 7 *

/,_ und l/+; = U3 °" '/, _ and l / + ; = U 3 ° "'

U9 = (/,_, und l/p+;. = U35 l°" ' ii.2U 9 = (/, _, and l / p + ;. = U 35 l ° "'ii.2

Für den rauschfreien Fall mit [s = ^+5 = 0 lauten 30 damit die Konversionsgleichungen (2-3) für den degenerierten Auf- bzw. Abwärtsmischer:For the noise-free case with [ s = ^ +5 = 0, the conversion equations (2-3) for the degenerate upward or downward mixer are:

Ic1 111I = |c«'|Ic 1 111 I = | c «'|

35 und Gß nach Gleichung (4.2) foljgt aus den Gleichun. 35 and G3 according to equation (4. 2) follow from equation .

' ' gen (6-3) bei Resonanzabstimmung von Y1; Y-'' gen (6-3) with resonance tuning of Y 1 ; Y-

/ j, = - j 3 SC(1 > U5 +%sU3s. und χ,: '/ j, = - j 3 S C (1 > U 5 +% s U 3s . and χ ,: '

(6-4)(6-4)

Ui = Ui =

/.,.2= GDe'(VrV2)/.,.2= G D e '(VrV2)

Wenn man wiederIf you go again

IIII

einstellt und mit einem rein imaginären Leitwert Yn entsprechend dem Bild 6 die Mischerkette neutralisieri so folgt aus den Gleichungen (6-4) bei Resonanzabstimmung und Neutralisation mit G0=Yn: and neutralize the mixer chain with a purely imaginary conductance value Y n according to Figure 6, it follows from equations (6-4) for resonance tuning and neutralization with G 0 = Y n :

(6-5)(6-5)

Den maximalen, negativen Wirkleitwert am Eingang des Verstärkers erhält man mit der PhasenbedingungThe maximum negative conductance at the amplifier input is obtained from the phase condition

— (6-6)- (6-6)

und damit wegen U2 = ° aus der zweiten Zeile der Gleichung (6-5)and therefore because of U 2 = ° from the second line of equation (6-5)

2GD|t/..,| ;2G D | t / .., | ;

(G,, + G1-. 2 + G0H U4,21(G ,, + G 1 -. 2 + G 0 HU 4 , 2 1

die Bedingungthe condition

-(H-(H

(6-7)(6-7)

die fürthe for

G4. = G,. und Gr] = G,- 2 = G( G 4 . = G ,. and G r] = G, - 2 = G (

mit β nach Gleichung (4-6) den Wert
'/.V.2 - V.V.. = arccotg/i Wert. Mit den Phasenbedingungen nach den Gleichungen (6-6) und (6-8), sowie für
with β according to equation (4-6) the value
'/.V.2 - VV. = arccotg / i value. With the phase conditions according to equations (6-6) and (6-8), as well as for

G4 = G,. und G/,., = G( 2 = G1 folgt aus den Gleichungen (6-5):
LsA = [G,, + Gf + G0][I -/Z]U4,,
G 4 = G ,. and G /,., = G (2 = G 1 follows from equations (6-5):
LsA = [G ,, + Gf + G 0 ] [I - / Z] U 4 ,,

(6-10)(6-10)

(6-8) "5 /4,2 = -/2GnU,.(6-8) "5/4, 2 = - / 2G n U ,.

_ -y 2 (.rc colg/l-~_ -y 2 (.rc colg / l- ~

annimmt. Für große Verstärkung mit ß-*\ folgt + [G4. + G,- + G„] [l aus Gleichung (6-8):accepts. For a large gain with ß - * \ it follows + [G 4 . + G, - + G "] [l from equation (6-8):

üer Übertragungsgewinn _ ( _|_ Jj_ (6_9) 20 des degenerierten Verstärkersover transmission gain _ ( _ | _ Jj_ (6_9) 20 of the degenerate amplifier

Mit Hilfe der Vierpolkonstanten aus der GleichungWith the help of the four-pole constants from the equation

In diesem Fall erreicht auch der negative Wirkleit- (6-10) erhält man für den Ubertragungsgewinn des wert am Ausgang des Verstärkers seinen maximalen degenerierten Verstärkers nach der Gleichung (4-9):In this case, the negative Wirkleit- (6-10) is obtained for the transmission gain of the value at the output of the amplifier is its maximum degenerate amplifier according to the equation (4-9):

Luv (leg- = — Windward (leg- = -

IG, +Gc +G0T U-If]2 IG, + G c + G 0 T U-If] 2 _ -J 2 (.n: c«g/I -Ji _ -J 2 (.n: c «g / I -Ji

1 -/ie1 - / ie

und mitand with

(6-11)(6-11)

arc cotg β % -j-arc cotg β % -j-

;ur fi-Werte in der Nähe von Eins: ; ur fi values close to one:

wobeiwhereby

a-.(6-12) Pr.2 _ HÜ22 Luv quasi a -. (6-12) Pr.2 _ HÜ2 2 windward quasi

' r. 1 UsI'r. 1 UsI

Die Verbesserung, welche man damit durch den thasenkohärenlen Betrieb erhält, ist durch das Verhältnis der übertrasiungsgewinne zwischen dem degenerierten und quasi-degenericrten Fall durch die ikziehung:The improvement that is thus obtained through the phase-coherent operation is through the ratio the transfer gains between the degenerate and quasi-degenerate case by the drawing:

40 = Fquasi · Luv quasi (6-15) 40 = Fquasi · Windward quasi (6-15)

das Verhältnis der Leistungen der unkorrelierten Rauschsignale am Ausgang und Eingang darstellt. Die übertragung der Leistungen der korrelierten Nutzsignale ist jedoch durch die Beziehungrepresents the ratio of the power of the uncorrelated noise signals at the output and input. However, the transmission of the power of the correlated useful signals is due to the relationship

4545

Lüvdeg.Lüvdeg. ==
Luv quasiWindward, so to speak

(1 —(1 -

= (1 + ßf (6-13) Luv dcg. = (1 + ßf (6-13) windward dcg.

(6-16)(6-16)

entsprechend den Gleichungen (4-10) und (6-12) gegeben. Für große Verstärkungen mit ß-*i erhalt man eine Verbesserung V= 16 = 12 db.given according to equations (4-10) and (6-12). For large gains with ß- * i an improvement of V = 16 = 12 db is obtained.

Die RauschzahlThe noise figure

des degenerierten Verstärkersof the degenerate amplifier

Bei der Berechnung des Rauschverhaltens desWhen calculating the noise behavior of the

degenerierten Verstärkers ist darauf zu achten, daßdegenerate amplifier care must be taken that

RauschsignaleunkorreliertNutZsignaleaberkorreiiertNoise signals uncorrelated, useful signals but corrected

verstärkt werden. Die üblichen Methoden, weiche nur die Rauschbeiträge berücksichtigen, versagen daher Man muß nun von der Definitionsgieichung der Rauschzahl ausgehen, welche von dem Verhältnis der Signalrauschabstände am Eingang und am Ausgang des Verstärkers ausgeht
Es gilt somit:
be reinforced. The usual methods, which only take into account the noise contributions, therefore fail. One must now start from the definition equation of the noise figure, which is based on the ratio of the signal-to-noise ratios at the input and output of the amplifier
The following applies:

gegeben. Man erhält dann aus den Gleichungen (6-14), (6-15) und (6-16) für die Rauschzahl des degenerierten Verstärkers den Zusammenhang:given. One then obtains from equations (6-14), (6-15) and (6-16) for the noise figure of the degenerate Amplifier the connection:

Fdeg. = Fdeg. =

Fquasi Luv quasi _ Fquasi Luv deg. VFquasi Luv quasi _ Fquasi Luv deg. V

(6-17)(6-17)

55 Mit Fquasi nach Gleichung (5-11) und V nach Gleichung (6-13) folgt dann: 55 With Fquasi according to equation (5-11) and V according to equation (6-13) it then follows:

60 Fdeg. = 60 Fdeg. =

l+ß2 l + ß 2

(6-18)(6-18)

Fdeg. = Fdeg. =

PsA P,:PsA P ,:

(6-14)(6-14)

P,2 ' 3 G1(I+Pf P, 2 ' 3 G 1 (I + Pf

Nach Gleichung (6-18) ist demnach die Rauschzahl des degenerierten Verstärkers um den Fauqr V = (I + pf kleiner als die Rauschzahl des quasidegenerierten Verstärkers geworden.According to equation (6-18), the noise figure of the degenerate amplifier has become smaller by the Fauqr V = (I + pf than the noise figure of the quasi-degenerate amplifier.

Der Signalrauschabstand am Ausgang des Verstärkers ist demnach durch den phasenkohärentec Betrieb wesentlich gegenüber dem Signalrauschabstand am Eingang des Verstärkers verbessert worden. Für große Verstärkung mit ß—*\ und fur GD < Gs folgt aus Gleichung (6-18) fürThe signal-to-noise ratio at the output of the amplifier has therefore been significantly improved compared to the signal-to-noise ratio at the input of the amplifier due to the phase-coherent operation. For large gain with ß - * \ and for G D <G s it follows from equation (6-18) for

Fdeg. as 1/8 === -9 ab. (6-19) Fdeg. as 1.8 === -9 from. (6-19)

Dies bedeutet, daß eine gemäß der Erfindung ausgeführte phasenkohärenteEmpfängerschaltung besonders geeignet ist für die Nachrichtenübertragung mit Raumfahrzeugen, da hierbei die Empfindlichkeit des Empfängers für die Reichweite und Sicherheit der Nachrichtenübertragung von ausschlaggebender Bedeutung ist.This means that a phase coherent receiver circuit implemented according to the invention is particularly useful is suitable for the transmission of messages with spacecraft, since the sensitivity of the Receiver for the range and security of the message transmission is of crucial importance is.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Phasenkohärente Empfängerschaltung, bestehend aus einem parametrischen Vorverstärker und einem nachgeschalteten Phasendetektor, mit dessen Hilfe die Differenz zwischen der Phase des Eingangssignals der Schaltung und der Phase des Referenzsignals eines spannungsgesteuerten Oszillators gebildet und über ein Regelfilter diesem zur Nachregelung zugeführt wird und daß von diesem Oszillator durchFrequenzvervielfachung die Pumpfrequenz für den parametrischen Vorverstärker abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der parametrische Vorverstärker nicht reziprok ausgebildet ist und eine Pumpfrequenz aufweist, die gleich der doppelten Signalfrequenz ist und daß der Frequenzvervielfacher als Frequenzverdoppler wirkt.1. Phase coherent receiver circuit, consisting of a parametric preamplifier and a downstream phase detector, with the help of which the difference between the phase of the Input signal of the circuit and the phase of the reference signal of a voltage controlled oscillator formed and fed through a control filter to this for readjustment and that of this The oscillator derives the pump frequency for the parametric preamplifier by frequency multiplication is characterized in that the parametric preamplifier is not reciprocal is formed and has a pump frequency which is equal to twice the signal frequency and that the frequency multiplier acts as a frequency doubler. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parametrische Vorverstärker aus der Kettenschaltung eines Aufwärts- und Abwärtsmischers besteht, deren Dioden von einer Pumpquelle verschiedenphasig durchgesteuert werden, und daß der Rückwirkungsleitwert des Verstärkers neutralisiert ist.2. Circuit according to claim 1, characterized in that that the parametric preamplifier consists of the daisy chain of an up and down mixer, the diodes of a Pump source are controlled in different phases, and that the feedback conductance of the amplifier is neutralized. 3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Anwendung findet für die Nachrichtenübertragung mit Raumfahrzeugen.3. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that it is application takes place for communication with spacecraft.
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