DE2311628A1

DE2311628A1 - Frequenzumsetzerschaltung

Info

Publication number: DE2311628A1
Application number: DE2311628A
Authority: DE
Inventors: John Joseph Hughes; Louis Sebastian Napoli
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-03-13
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1973-09-20
Also published as: US3731180A; FR2280241A1; JPS5141541B2; JPS494465A; IT978922B; GB1424612A; FR2175941A1; CA988173A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4000 Düsseldorf 30 · Cecilienallee 7b ■ Telefon 43273a

8. März 1973 28 246 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Frequenzumsetzerschaltung"

Varactordioden wurden bereits als harmonische Frequzenzgeneratorelemente in Schaltungen verwendet, welche zum Vervielfachen der Betriebsfrequenz eines Eingangs-Mikrowellensignals dienen. In der Regel ist der Varactor zwischen einem bei der Eingangsfrequenz resonanten Eingangsabschnitt und einem bei der gewünschten Harmonischen der Eingangsfrequenz resonanten Ausgangsabschnitt mit der Frequenz Vervielfacherschaltung gekoppelt. Die Eingangsund Ausgangsabschnitte sind gewöhnlich in Form von Filtern aufgebaut, welche so abgestimmt sind, daß sie Mikrowellenenergie bei nur einer vorgegebenen Frequenz umsetzen, Die Frequenzvervielfacherschaltung muß auch den komplexen Widerstand des Varactors auf einen unterschiedlichen Eingangs- oder Ausgangslastwiderstand transformieren. Der komplexe Aufbau der Eingangs- und Ausgangsvervielfacherabschnitte verringert den Betriebswirkungsgrad der Frequenzvervielfacherschaltung. Die Verringerung des Betriebswirkungsgrades ist dann besonders kritisch, wenn der Leistungspegel des Mikrowelleneingangssignals relativ niedrig liegt. Eine den Blindwiderstand des Varactors als Teil einer Resonanzbedingung in die Eingangs- und gewünschten Ausgangsfrequenzen einbeziehende Schaltung stellt erfindungsgemäß eine Lösung dieses Problems dar.

Eine Frequenzumsetζerschaltung, bei der die Anschlüsse

309838/0953

eines aktiven Elements mit einem Übertragungsleitungsstück vorgegebener Länge an einer kritischen Stelle verbunden sind, ermöglicht die Übertragung eines Ausgangssignals bei einer vorgegebenen Frequenz in Bezug auf die Frequenz eines Eingangssignals. Das aktive Element hat eine von einem zwischen seinen Anschlüssen anstehenden Eingangssignal abhängige, nicht lineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Die vorgegebene Länge der Übertragungsleitung und das aktive Element sind sowohl bei den Eingangs- als auch bei den gewünschten Ausgangsfrequenzen resonant» Die Verbindung der Anschlüsse des aktiven Elements mit der Übertragungsleitung an einer kritischen Stelle bildet einen Strompfad durch das aktive Element bei den Eingangs- und Ausgangsfrequenzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines L-Typ-Über— tragungs-Varactor-Vervielfachers mit einem beidseitig geerdeten Mittelleiter;

Fig. 2 ist ein Diagramm von I^/Λ oder I₂/ ^ über

1/Z_Q2 T^f₁C für die A/2 und ijk Bedingung bei Resonanz;

Fig. 3 ein Diagramm von (1. + Ip)/^- über Q+._o+_a-] für die A/2. und A./k Bedingung bei Resonanz bei der Eingangsfrequenz f^ und der gewünschten Frequenz 2f₁ der zweiten Harmonischen;

Fig. 4 eine isometrische Darstellung eines Mikrostreifen Frequenzverdopplers; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines L-Typr-Übertragungs-Varactor-Vervielfachers mit einem Mittelleiter, der an einem Ende geerdet und am anderen Ende offen ist.

309638/0953

Eine Mikrowellenschaltung mit einem abgestimmten Eingangsabschnitt, einer Varactordiode und einem abgestimmten Ausgangsabschnitt wird zur Vervielfachung der Frequenz eines an den abgestimmten Eingangsabschnitt angelegten Mikrowellen-Einggangssignals verwendet. Die Varactordiode zeigt eine nicht lineare Impedanzänderung in Abhängigkeit von einem Mikrowellen-Eingangssignal. Diese Charakteristik des Varactors hat zur Folge, daß der Varactor Energie bei Frequenzen erzeugt, welche die Harmonischen der Frequenz des Mikrowellen-Eingangssignale sind. Energie bei einer gewünschten Oberwellenfrequenz wird vom Ausgangsabschnitt der Mikrowellenschaltung abgegeben, der auf die gewünschte harmonische Frequenz abgestimmt ist. Es ist erwünscht, daß die Frequenzvervielfacherschaltung so aufgebaut ist, daß sie einen Strompfad durch die Diode sowohl bei der Eingangsfrequenz als auch bei den gewünschten harmonischen Ausgangsfrequenzen entwickelt. Der Eingangsabschnitt des Vervielfachers ist dagegen so aufgebaut, daß er nur Energie bei der Eingangsfrequenz überträgt und die Übertragung von Energie bei Oberwellenfrequenzen verhindert. Der Ausgangsabschnitt des Vervielfachers überträgt dagegen nur Energie bei der gewünschten Harmonischen und verhindert die Übertragung aller anderen Frequenzen. Die Eingangs- und Ausgangsabschnitte des Vervielfachers sind außerdem so aufgebaut, daß sie eine Widerstandstransformation von dem komplexen Widerstand der Diode zu einem Last-Abschlußwiderstand herbeiführen. Es ergibt sich ein vereinfachter Aufbau des Frequenzvervielfachers wenn die Varactorimpedanz als Teil einer Schaltung einbezogen wird, welche sowohl bei der Eingangsfrequenz als auch der gewünschten harmonischen Frequenz resonant ist, wodurch getrennte abgestimmte Eingangs- und Ausgangsabschnitte überflüssig werden.

309838/0953

In der Fig. 1 ist schematisch ein L-Typ-Varactor-Vervielfacher gezeigt. Eine L-Typ-Übertragungsleitung besitzt einen von einem Erdleiter durch ein dielektrisches Medium getrennten Mittelleiter. Die elektromagnetischen Felder einer L-Typ-Übertragungsleitung sind zwischen dem Mittelleiter und dem Erdleiter begrenzt. Zur besseren Übersicht ist der Erdleiter in Fig. 1 fortgelassen» Ein Erdleiter würde bei der Ausführungsform gemäß Fig; 1 nach bekannten Maßnahmen beispielsweise in der in Fig. 4 der Zeichnung dargestellten Weise angeordnet. Die Enden des Mittelleiters 10 sind mit dem Erdleiter verbunden. Der Mittelleiter einer Übertragungsleitung, dessen eines Ende auf Erdpotential liegt und dessen anderes Ende offen ist, kann als ein induktiver Blindwiderstand in der folgenden Gleichung dargestellt werden:

JZ_n tan 221 1 (1)

⁰ λ

wobei Z der charakteristische Leitungswiderstand der Übertragungsleitung, ?_ die Wellenlänge bei der gewünschten Betriebsfrequenz und 1 eine Mittelleiterlänge kleiner als X/k ist. Die Elektroden 12 und 13 der Varactordiode D liegen in Reihe mit dem Mittelleiter 10 an einer kritischen vorgegebenen Stelle. Die Varactorimpedanz ist bei relativ niedrigen Mikrowellen-Eingangsleistungspegeln im wesentlichen einem kapazitiven Blindwiderstand äquvivalent. Eine Resonanzbedingung ergibt sich für den Mittelleiter 10 und den Varactor D, wenn

Z_n tan 2 rr l + Z tan 2 T l_o - 1 = 0 (2) ⁰ "JZ ¹ ° ΊΓ ² 2^TfC

wobei Z der charakteristische Leitungswiderstand der durch den Mittelleiter 10 und den Erdleiter gebildeten Übertragungsleitung, ^ die Wellenlänge bei der gewünschten Resonanzfrequenz f,C die Kapazität des Varactors D

309838/096 3

unter den gewünschten Betriebsbedingungen sind und die Längen I₁ und I₂ die Lage der Verbindungen der Varactorelektroden 12 und 13 längs des Mittelleiters 10 bestimmen.

Eine Resonanzbedingung besteht, wenn die Gesamtlänge des Mittelleiters 10 (I₁ + I₂)» im wesentlichen gleich der elektrischen Länge von Λ/4 oder /L/2 ist, wobei die Wellenlänge bei der Frequenz f* des Eingangssignals ist. Bei Resonanz ist der kapazitive Blindwiderstand des Varactors D durch den konjugierten Blindwiderstand des Mittelleiters 10 angepaßt. Daher werden zweckmäßigerweise der Mittelleiter 10 und der Varactor D so bemessen, daß sie sowohl bei der Eingangsfrequenz als auch bei der gewünschten Ausgangsharmonischen resonant sind. Diese Bedingungen müssen die folgenden Simultangleichungen erfüllen:

Z_n tan 2*"" 1* + Z_n tan 2 TT l_o - 1 = 0 ° T ¹ ° "XT ² TW^Ü

(3) Z. tan n(2 ^I₁) + Z. tan η (2 ^" I₉) - 1 =0

-3Γ· —Γ¹ ^^2;rri^ü>

wobei Z_Q gleich dem charakteristischen Leitungswiderstand der durch den Mittelleiter 10 und den Erdleiter gebildeten Übertragungsleitung, λ- die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f^jC die Kapazität des Varactors D unter den gewünschten Betriebsbedingungen sind, die Längen I₁ und Ip die Lage der Elektrodenanschlüsse des Varactors D längs des Mittelleiters 10 bestimmen und η die gewünschte Oberwellenordnungszahl ist. Der charakteristische Leitung swider stand des Übertragungsleitungsabschnitts mit einem Mittelleiter 10 der Länge I₁ kann abweichend von demjenigen des Übertragungsleitungsabschnitts mit einem Mittelleiter 10 der Länge I₂ bemessen werden. Eine solche

309838/0953

Bemessung liefert den gewünschten Blindwiderstandsabschluß bei einer besonderen, von dem Varactor D erzeugten Harmonischen oder subharmonischen Frequenz.

Ein Ende des Mittelleiters 14 einer Eingangs-L-Typ-Übertragungsleitung ist mit dem Mittelleiter 10 der Resonanzübertragungsleitung kapazitiv gekoppelt. Die Größe der kapazitiven Kopplung unterstützt die Widerstandstransformation von einer Eingangsimpedanz auf die Impedanz der Resonanzübertragungsleitung und des Varactors D. Die kapazitive Kopplung zwischen dem Mittelleiter 14 und dem Mittelleiter 10 findet an einer Stelle längs des Mittelleiters 10 statt, welche für die Energieübertragung zum Varactor D bei der Eingangsfrequenz optimal ij^. Dieselbe Stelle ist nicht optimal für die Energieübertragung längs des Mittelleiters 14 bei Harmonischen der Eingangsfrequenz. Ein Ende des Mittelleiters 15 einer Ausgangs-L-Typ-Übertragungsleitung ist kapazitiv mit dem Mittelleiter 10 der Resonanzubertragungsleitung gekoppelt. Die Größe der kapazitiven Kopplung unterstützt die Widerstandstransformation von einer Ausgangsimpedanz auf die Impedanz der Resonanzubertragungsleitung und des Varactors D. Die kapazitive Kopplung zwischen dem Mittelleiter 15 und dem Mittelleiter 10 erfolgt an einer Stelle längs des Mittelleiters 10, welche für die Energieübertragung bei der gewünschten harmonischen Frequenz optimal ist.

Die Auslegung für einen Frequenzverdoppler mit einer schematisch in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist ein Beispiel für einen vereinfachten Frequenzvervielfacher. In Fig_o 2 ist eine graphische Lösung für die durch die Sumultangleichungen (3) definierten unbekannten Längen I^ und I₂ des Mittelleiters 10 gezeigt. Fig. 2 ist ein Diagramm der Längen I₁ /X und 1₂/Λ über 1/Z_Q2 /Tf₁C sowohl für die

309838/0953

λ/2 als auch die λ /4 Bedingung bei Resonanz. Die Varactorkapazität C₁ die Eingangsfrequenz f. und der charakteristische Leitungswiderstand Z der Simultangleichungen (3) sind bekannte oder meßbare Parameter. Daher können die unbekannten Längen I₁ und I₂ des Mittelleiters 10 aus Fig. 2 für entweder die A-/2 oder die λ /4 Bedingung bei Resonanz bestimmt werden.

Es ist notwendig, daß die Vervielfacherschaltung einen Strompfad durch den Varactor D sowohl bei der Eingangsfrequenz als auch bei der gewünschten harmonischen Ausgangsfrequenz bildet. Fig. 3 ist ein Diagramm von (I₁ + I₂)/ Λ über Q_total für die Λ/2 und Λ/4 Bedingungen bei Resonanz für einen Frequenzverdoppler, wobei I₁ -ι- I₂ die Summe der Längen des Mittelleiters 10 ist, welche die Elektrodenverbindungen des Varactors D bestimmen, ^ die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f₁ ist "BdQ-total ^{durcn die} folgende Gleichung definiert ist:

2 'Tf (Im Varactor und in der Resonanzüber-Q. Q-t-T= tragungsleitung gespeicherte Energie j (4) (Von dem Varactor und der Resonanzübertragungsleitung verbrauchte Leistung)

wobei f die interessierende Frequenz ist. Die Längen 1 und Ip des Mittelleiters 10 sind aus Fig. 2 bestimmbar. Fig. 3 dient zur Vorhersage von ^Q-£otal ^{oei der Kin}*" gangsfrequenz f₁ und der zweiten Harmonischen 2f₁ für den Varactor D und die Resonanzübertragungsleitung. Die Vervielfacherschaltung bewirkt den erforderlichen Strompfad durch den Varactor D bei der Eingangsfrequenz f₁ und der zweiten Harmonischen 2f₁, wenn die relative Größe von Q. . , nach dessen Bestimmung aus Fig. 3 bei diesen Frequenzen klein ist. Daher werden die Diagramme gemäß Fig. i und 3 benötigt, um eine geeignete Varaetorlage längs des

309838/09S3

Mittelleiters 10 für optimale Arbeitsweise der Vervielfacherschaltung zu gewährleisten.

Fig. 4 ist eine isometrische Darstellung eines nach den Prinzipien der Erfindung aufgebauten Frequenzverdopplers. Eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung wird zum Aufbau dieser Schaltung verwendet. Die leitenden Mittelleiter 40, 41, 42 und 47 sind von der leitenden Grundplatte 43 durch ein 0,5 mm dickes dielektrisches Substrat 44 getrennt, das eine Dielektrizitätskonstante von beispielsweise 2,3 besitzt. Die Breite der Mittelleiter 40, 41 und 42 ist geeignet bemessen, um Übertragungsleitungen mit einem charakteristischen Leitungswiderstand Z von 50 0hm zu realisieren. Jedes Ende des Mittelleiters 40 ist mit der Grundplatte 43 verbunden. Die Elektroden 45 und 46 eines Schottky'sehen Silizium-Sperrschichtvaractors D sind mit dem Mitteleiter 40 verbunden. Die Kapazität des Varactors bei 0 Volt Gleichspannung beträgt 0,15 Picofarad. Die Grenzfrequenz f^ der Varactordiode bei ο Volt Gleichstromvorspannung beträgt 900GHz. Die Länge 1>, von einem kurzgeschlossenen Ende eines Mittelleiters 40 zur Kathodenelektrode 45 des Varactors D beträgt etwa 8,2 mm. Ein -20dbm Eingangssignal, dessen Mittenfrequenz bei 8,70 GHz liegt, wird über den Eingangsmittelleiter 41 übertragen und kapazitiv an den Mittelleiter 40 an einem optimal hohen Mikrowellenspannungspunkt bei der Eingangsfrequenz angekoppelt. Ein relativ hoher Mikrowellenspannungspunkt wird längs des Mittelleiters 40 bei λ ^/4 von einem Erdverbindungspunkt entwickelt, wobei A^ die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz ist. Der Eingangsmittelleiter 41 ist außerdem an einem Spannungsminimum bei der zweiten Harmonischen der Eingangsfrequenz angeordnet, wodurch die wirksame Energieübertragung bei dieser Frequenz längs des Eingangsmittelleiters 41 verhindert wird. Ein -34dbm Ausgangssignal, dessen Mittelfrequenz bei 17,4 GHz liegt, wird längs des Ausgangcmittelleiters 42 übertragen,

309838/0953

der kapazitiv an den Resonanzmittelleiter 40 an einem relativ hohen Mikrowellenspannungspunkt bei der Ausgangsfrequenz angekoppelt wird. Ein relativ hoher Mikrowel-1enspannungspunkt wird längs des Resonanzmittelleiters 40 bei \ p/4 ^von einem Erdverbindungspunkt gebildet, wobei Ap die Wellenlänge bei der zweiten Harmonischen der Eingangsfrequenz ist. Die Energieübertragung bei der Eingangsfrequenz wird längs des Ausgangsmittelleiters 42 durch die Filtereigenschaften der offenen Stichleitung 47 verhindert, deren elektrische Länge ^/4 ist, wobei

A₁ die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz ist. Die Größe der kapazitiven Kopplungsabstände S₁ und Sp können der 1969 erschienenen Druckschrift "Microwave Journal Engineers' Technical And Buyers Guide", Seite 72 entnommen werden.

Der Vervielfacher ist nicht auf die Verwendung einer Varactordiode zur Erzeugung der Harmonischen beschränkt. Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Schaltungsanordnung kann in Verbindung mit einem beliebigen Bauelement verwendet werden, das in der Lage ist, Energie bei harmonischen Frequenzen zu erzeugen, oder es kann ein Bauelement verwendet werden, das eine Resonanzschaltung bei speziellen Frequenzen benötigt. Der Blindwiderstand des Bauelements würde in diesem Fall anstelle des kapazitiven Blindwiderstands des Varactors in die Simultangleichungen (2) eingesetzt. Gleichungen für die besonderen Frequenzen, bei denen Resonanz erwünscht ist, würden die die harmonische Frequenz nf^ in den Gleichungen (2) enthaltende Gleichung ersetzen. Die sich ergebenden Simultangleichungen würden für diejenigen unbekannten Parameter gelöst werden, welche für Resonanz bei den gewünschten Frequenzen notwendig sind.

In Fig. 5 ist ein Frequenzvervielfacher schematisch dargestellt, dessen Mittelleiter 50 einer TEM-Moden-Ubertra-

309838/0953

gungsleitung an einem Ende 51 geerdet und am anderen Ende 52 offen ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 findet eine Varactordiode D als Element zur Erzeugung der Harmonischen Verwendung. Der Mittelleiter einer Übertragungsleitung, dessen beide Enden offen sind, kann als kapazitiver Blindleitwert in der folgenden Gleichung dargestellt werden:

tan 27T_ 1 (5)

wobei Y_Q der charakteristische Leitungsscheinleitwert der Übertragungsleitung, X. die Wellenlänge bei der gewünschten Betriebsfrequenz und 1 die Länge des Mittelleiters sind.

Die Elektroden des Varactors D liegen zwischen dem Mittelleiter 50 und Erde. Die Simultangleichungen für eine Resonanzbedingung sind

Y_n tan 2 ΪΓ 1. - Y cot 2'T l_o + 2/TfC = 0

(6) Y₀ tan n(2 FX,) - Y_Q cot η(2/Π₂) + η(2'/Γΐθ) = 0

wobei Y der charakteristische Leitungsscheinleitwert des Mittelleiters 50,/£ die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f, I₁ und Ip die unbekannten Längen des Mittelleiters 50, welche die Verbindungsstelle für den Varactor D mit dem Mittelleiter 50 bestimmen, C die Größe der Varactorkapazität unter den gewünschten Betriebsbedingungen und η die gewünschte Oberwellenordnungszahl ist. Wenn die Größe des Eingangsleistungspegels die Größe der Varactorkapazität ändert oder eine äußere Gleichspannungsquelle an die Varactorelektroden angelegt wird, so wird die Grüße der Varaktorkapazität unter diesen Betriebsbedingungen in

309838/0953

die Gleichungen (3) und (6) eingesetzt. Der Eingangsmittelleiter 53 wird kapazitiv an den Resonanzmittelleiter 50 und den Varactor Dan einem relativ hohen Mikrowellenspannung spunkt bei der Eingangsfrequenz angekoppelt. Der Eingangsmittelleiter 53 wird im Abstand λ-/4 vom kurzgeschlossenen Ende 51 des Resonanzmittelleiters 50 angeordnet, wobei Adie Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f ist. Der Ausgangsmittelleiter 54 wird ebenfalls kapazitiv an den Resonanzmittelleiter und der Varactor D an einem relativ hohen Mikrowellenspannungspunkt bei der gewünschten Ausgangsoberwellenfrequenz angekoppelt. Der Ausgangsmittelleiter 54 wird gleichzeitig an einem Spannungsminimum bei der Eingangsfrequenz angeordnet. Dadurch wird eine wirksame Einkopplung von Energie bei dieser Frequenz verhindert. Der Ausgangsmittelleiter 54 ist kapazitiv mit dem Resonanzmittelleiter im Abstand λ/2 am offenen Ende 52 des Resonanzmittelleiters 50 gekoppelt, wobei A die Wellenlänge bei der gewünschten Ausgangsharmonischen ist.

Es können auch von einer L-Typ-Übertragungsleitung abweichende Übertragungsleitungen bei dem neuen Frequenzvervielfacher verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Wellenleiterabschnitt, der an beiden Enden kurzgeschlossen ist, in der Frequenzvervielfacherschaltung gemäß Fig. verwendet würde, und die Varactordiode intern über die breiten Wellen- bzw. Hohlleiterwände an einer solchen Stelle nebengeschaltet würde, bei der die fiktive Widerstandstransformation von der Wellenleiterimpedanz zur Diodenimpedanz optimal ist, so ergeben sich die notwendigen Simultangleichungen wie folgt:

309838/09B3

-(cot 2)f 1_Λ) 1 + 2ΊΤf.C -(cot 2 T l_o) 1

°1

_{1 1}

(7) -(cot 2¹^n I₁) "1 + n(2/^rTf₁C) -(cot 2 7Tn I₂) _1_ =

^S2 °2 ^g2 °2

wobei λ._ die Hohlleiterwellenlänge bei der Eingangs-

^g1
frequenz f^, Z der Wellenwiderstand des Wellenleiters bei der Eingangsfrequenz f^, I^ und I₂ die Hohlleiterlängen von den kurzgeschlossenen Enden zu den Varactorelektroden, C die Varactorkapazität unter Betriebsbedingungen des Vervielfach ers, X die Hohlleiterwellenlänge bei

^g2
der vorgesehenen Ausgangsfrequenz nf. des Vervielfachers,

Op der Hohlleiterwellenwiderstand bei der gewünschten Ausgangsfrequenz nf^ des Vervielfachers und η die gewünschte Oberwellenzahl sind.

Vorstehend wurde der neue Frequenzvervielfacher als Varactor-Frequenzverdoppler beschrieben. Zahlreiche und unterschiedliche andere Anordnungen können unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien getroffen werden. Eine Anwendungsmöglichkeit besteht in einem selbsttätigen Kollisionsverhinderungssystem.

309838/0980

Claims

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche:

( 1.J Frequenzumsetzerschaltung zum Erzeugen eines Ausgangssignals bei einer auf die Frequenz eines Eingangssignals bezogenen vorgegebenen Frequenz, gekennzeichnet durch eine Übertragungsleitung (10) vorgegebener Länge (1., I₂), ein aktives Element (D) mit wenigstens ersten und zweiten Anschlüssen (12, 13), das in Abhängigkeit von einem zwischen den Anschlüssen liegenden Eingangssignal eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie zeigt, wobei die Anschlüsse mit der Übertragungsleitung an einer solchen kritischen Stelle verbunden sind, daß ein Strompfad über das Element (D) bei der Eingangsfrequenz und der gewünschten Ausgangsfrequenz gebildet ist, und wobei die Übertragungsleitung (10) und das mit dieser verbundene aktive Element bei der Eingangsfrequenz und der Ausgangsfrequenz resonant sind, eine das Eingangssignal an die Übertragungsleitung (10) und das aktive Element (D) ankoppelnden Kopplungseinrichtung (14) und eine das Ausgangssignal von der Übertragungsleitung und dem aktiven Element auskoppelnde Kopplungseinrichtung (15).
2. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das aktive Element (D) eine Varactordiode ist, deren Kapazität von einem das Eingangssignal enthaltenden Vorspannsignal abhängig ist, das zwischen den mit der Übertragungsleitung an einer kritischen Stelle verbundenen ersten und zweiten Anschlüssen (12, 13) angelegt

309838/09B3

ist, wobei ein Strompfad bei der Eingangsfrequenz und der gewünschten Ausgangsfrequenz über die Diode gebildet ist.
3. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Übertragungsleitung ein einen Erdleiter (43) von einem Mittelleiter (40) trennendes dielektrisches Medium (44) aufweist, daß die Diodenanschlüsse (45, 46) in Reihe zwischen ersten und zweiten Mittelleiterabschnitten liegen, wobei der erste Mittelleiterabschnitt in einer Länge (I₁) von einem mit Erde verbundenen Ende bis zu dem ersten Diodenanschluß (45) verläuft und der zweite Mittelleiterabschnitt in einer Länge (Ip) von einem an Erde liegenden Ende zu dem zweiten Diodenanschluß (46) verläuft, und daß die Übertragungsleitungsabschnitte und die Diode (D) bei den Eingangs- und gewünschten Ausgangsfrequenzen resonant sind und einen Strompfad bei den Eingangs- und gewünschten Ausgangsfrequenzen durch die Diode bilden.
4. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Längen (I₁, I₂) der ersten und zweiten Mittelleiterabschnitte aus den folgenden Simultangleichungen bestimmbar sind:

tan 2'/ 1. + Z_n tan 27Γ l_o - 1 =0

I Op J c-

Z_n tan n(2 IT) 1 + Z tan n(2 V) l_o - 1 =

°1 λ ^Ί °2 Λ ()

wobei Z_Q der charakteristische Leitungswiderstand des ersten Mittelleiterabschnitts der Länge I₁ von dem ge

o₂

erdeten Ende zum ersten Diodenanschluß (45), Z der

o₂

309838/0953

charakteristische Leitungswiderstand, des zweiten Mittelleiterabschnitts der Länge I^ von dem geerdeten Ende zum zweiten Diodenanschluß (46), >>. die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f^ , C die von dem Eingangssignal abhängige Diodenkapazität und η die die gewünschte Ausgangsfrequenz bestimmende Oberwellenordnungszahl sind.
5. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , daß die Übertragungsleitung ein einen Erdleiter von einem Mittelleiter trennendes dielektrisches Medium aufweist, daß der erste Diodenanschluß mit dem Erdleiter verbunden ist, und der zweite Diodenanschluß zwischen ersten und zweiten Mittelleiterabschnitten eingeschaltet ist, daß ferner die Länge des ersten Mittelleiterabschnitts von einem geerdeten Ende zu dem zweiten Diodenanschluß reicht und die Tange des zweiten Mittelleiterabschnitts sich von einem offenen Ende zu dein zweiten Diodenanschluß erstreckt, wobei die übertragungsleitungsabschnitte und die Diode bei den Eingangs- und gewünschten Ausgangsfrequenzen resonant sined und bei den Eingangs- und gewünschten Ausgangsfrequenzen einen Strompfad durch die Diode herstellen.
6. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Längen der ersten und zweiten Mittelleiterabschnitte aus den folgenden Simultangleichungen bestimmbar sind:

Υ_Λ tan ZTT \_Λ - Υ_Λ cot 2 ir l_o + 1 = °1 "X* ^Ί °2 TT" 2>f\C

Y_n tan n(2 ΓΠ 1. - Y_n cot n(2 /Γ) I₉ + 1 = °1 A ^T 2 . A CT^T[U7

3098 3 8 /Ü9b 3.

wobei Y der charakteristische Leitungsscheinleitwert des zweixen Mittelleiterabschnitts ist, der eine Länge 1. von dem offenen Ende bis zum zweiten Diodenanschluß

hat, Y der charakteristische Leitungsscheinleitwert O₂

des ersten Mittelleiterabschnitts ist, der eine Länge Ip von dem geerdeten Ende bis zum zweiten Diodenanschluß hat, \ die Wellenlänge bei der Eingangsfrequenz f., C die vom Eingangssignal abhängige Diodenkapazität und η die die gewünschte Ausgangsfrequenz bestimmende Oberwellenordnungszahl sind.
7. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplungseinrichtung (14; 53) für das Eingangssignal eine an einem bei der Eingangsfrequenz auftretenden, relativ hohen Mikrowellenspannungspunkt kapazitiv an die Übertragungsleitung vorgegebener Länge angekoppelte Eingangsübertragungsleitung aufweist.
8. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Auskopplungseinrichtung für das Ausgangssignal eine an einem bei der Ausgangsfrequenz auftretenden, relativ hohen Mikrowellenspannungspunkt kapazitiv an die Übertragungsleitung vorgegebener Länge angekoppelte Ausgangsübertragungsleitung aufweist.

309838/09b .>

Leerseite