DE3524112C1 - Passive frequency multiplier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven Frequenzverviel­ facher laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Passive Frequenzvervielfacher, die ausschließlich aus passiven Bauelementen bestehen, sind bekannt (Lehrbuch der Hochfrequenztechnik von Fritz Vilbig, 1944, S. 279, Meinke, Einführung in die Elektrotechnik höherer Frequenzen, Band 1, Springer-Verlag 1960, Seiten 220 bis 223 und Radio-Communi­ cation, Juli 1976, Seiten 506 bis 509). Gegenüber bekannten aktiven Frequenzvervielfachern, die beispielsweise mit in Basisschaltung betriebenen Transistoren aufgebaut sind und eine zusätzliche Vorspannung für den Transistor benötigen (Frequenz, 21, 1967, 5, Seiten 152 bis 160) besitzen solche passiven Frequenzvervielfacher den Vorteil eines einfachen Schaltungsaufbaus mit verminderten Störquellen. Passive Fre­ quenzvervielfacher bestehen aus einem unsymmetrischen oder symmetrischen Eingangskreis, der so bemessen ist, daß er für die Frequenz der gewünschten Harmonischen des Eingangs­ signals eine niedrige Impedanz darstellt, einem Ausgangs­ kreis, der die gewünschte Harmonische aus den erzeugten Ober­ wellen herausfiltert, sowie einer oder vorzugsweise zwei parallelgeschalteten Dioden zwischen Eingangskreis und Aus­ gangskreis. Es ist auch bekannt, den Eingangs- bzw. Aus­ gangskreis beispielsweise als Parallelschwingkreis auszu­ bilden, so daß Eingangskreis und Ausgangskreis einen Gleich­ strompfad gegen Masse besitzen.

Diese bekannten mit Dioden aufgebauten passiven Frequenzver­ vielfacher besitzen den Nachteil, daß die an den Dioden an­ liegende Durchlaßspannung, die der Differenz zwischen Ein­ gangsspannung und Ausgangsspannung entspricht, durch die er­ zeugte Ausgangsspannung gerade dann vermindert wird, wenn an sich durch die Dioden der größte Strom fließen soll, der im Hinblick auf einen großen Wirkungsgrad insbesondere zur Erzeugung von höheren Harmonischen angestrebt wird. Außer­ dem wird durch diese Ausgangsspannung die Sperrspannung an den Dioden erhöht, wenn gerade möglichst wenig Strom fließen soll, die Dioden also sperren sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen passiven Frequenzver­ vielfacher zu schaffen, der diesen Nachteil vermeidet und auch für höhere Vervielfachungsfaktoren einen guten Wirkungs­ grad besitzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem passiven Frequenzver­ vielfacher laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch den erfindungsgemäßen Ersatz der Dioden durch Transi­ storen in Basisschaltung wird der Strom als Exponentialwert der Eingangsspannung praktisch unabhängig von der Ausgangs­ spannung erzeugt, durch letztere also nicht beeinflußt. Ein erfindungsgemäßer Frequenzvervielfacher erzeugt also auch noch bei Ausgangskreisen für höhere Harmonische ausreichenden Strom und kann daher auch noch für höhere Vervielfachungs­ werte den Ausgangskreis mit verbessertem Wirkungsgrad er­ regen. Dazu kommt noch der Vorteil, daß die minimale Durch­ laßspannung von Transistoren kleiner ist als die Durchlaß­ spannung von Dioden, was den Wirkungsgrad zusätzlich erhöht. Die Transistoren arbeiten als rein passive Bauelemente ohne zusätzliche Betriebsspannung. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist für alle bekannten Grundschaltungen solcher passiver Fre­ quenzvervielfacher geeignet, bei denen eine oder zwei, gege­ benenfalls auch mehrere Dioden zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis vorgegeben sind. Für den erfindungsgemäßen Zweck sind alle üblichen bipolaren Transistoren geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen passiven Frequenzvervielfacher mit nur ei­ nem Gleichrichterelement zwischen Eingangskreis 1 und Aus­ gangskreis 2, das gemäß der Erfindung durch einen bipola­ ren Transistor 3 gebildet ist, dessen Emitter mit dem Ein­ gangskreis 1 und dessen Kollektor mit dem Ausgangskreis 2 verbunden ist und dessen Basis an Masse liegt. Der Eingangs­ kreis 1 ist so dimensioniert, daß er für die Frequenz der gewünschten Harmonischen eine niedrige Impedanz darstellt, der Ausgangskreis 2 ist so dimensioniert, daß durch ihn die gewünschte Harmonische aus dem erzeugten Oberwellenspektrum herausgegliedert wird. Je nach Dimensionierung dieses Aus­ gangskreises 2 wird eine gerade oder ungerade Harmonische ausgefiltert, mit dem Frequenzvervielfacher nach Fig. 1 kön­ nen also gerade oder ungerade Vervielfachungskosten er­ zeugt werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau mit zwei parallelgeschalteten Tran­ sistoren 4 und 5, die in diesem Beispiel als Komplementär- Transistoren (pnp zu npn) ausgebildet sind und die wieder in Basisschaltung betrieben sind. Mit dieser Parallelschal­ tung von zwei Transistoren 4 und 5 und gemeinsamer An­ steuerung über den Eingangskreis 1 können ungeradzahlige Harmonische erzeugt werden, geradzahlige Harmonische werden unterdrückt.

Fig. 3 zeigt die Ausbildung des Eingangskreises 1 als Symme­ trierübertrager, die beiden Transistoren 6 und 7 werden symmetrisch angesteuert und sind vom gleichen Typ. Mit die­ ser Schaltung können geradzahlige Vielfache der Eingangsfre­ quenz f erzeugt werden, ungeradzahlige Harmonische werden unterdrückt.

Fig. 4 zeigt die Ausbildung des Ausgangskreises 2 als Symme­ trierübertrager, die beiden Transistoren 8 und 9 sind zu­ einander komplementär und werden gemeinsam angesteuert. Hier­ mit können geradzahlige Harmonische erzeugt werden.

Für die Schaltungen mit komplementären Transistoren ist mit einem Kondensator zwischen Eingangskreis und den beiden gal­ vanisch verbundenen Transistoremittern besonders gute Unter­ drückung der jeweils nicht gewünschten Harmonischen erziel­ bar, weil durch den Kondensator Gleichheit der Emitterstrom- Mittelwerte gewährleistet ist. Diese galvanische Trennung zwischen den Transistoren und dem Eingangskreis durch einen Kondensator ist bei diesen Schaltungen mit komplementären Transistoren möglich, da der Gleichstrompfad des Eingangs­ kreises für die Transistoren in diesem Fall durch die unmit­ telbare Verbindung der Emitter hergestellt ist.

Eine weitere Kombination besteht in der Ausbildung von Ein­ gangs- und Ausgangskreis als Symmetrierübertrager. Mit Tran­ sistoren gleichen Typs können damit ungeradzahlige Vielfache der Eingangsfrequenz erzeugt werden, geradzahlige Harmoni­ sche werden unterdrückt.

Claims (6)

1. Passiver Frequenzvervielfacher mit mindestens einem zwischen einem Eingangskreis und einem Ausgangskreis angeordneten, in einem geschlossenen Gleichstromkreis betriebenen Gleichrichterelement, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gleichrichter­ element durch einen Trasistor (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) in Basisschaltung gebildet ist, dessen Emitter mit dem Eingangskreis (1) und dessen Kollektor mit dem Aus­ gangskreis (2) verbunden ist.

2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 zum Erzeugen von ungeradzahligen Harmischen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Eingangs- und Ausgangs­ kreis zwei komplementäre Transistoren (4, 5) parallelge­ schaltet sind (Fig. 2).

3. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 zum Erzeugen von geradzahligen Harmonischen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingangskreis (1) als Symme­ trierübertrager ausgebildet ist (Fig. 3).

4. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 zum Erzeugen von geradzahligen Harmonischen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Eingangs- und Ausgangs­ kreis zwei komplementäre Transistoren (8, 9 ) parallel­ geschaltet sind und daß der Ausgangskreis als Symme­ trierüberträger ausgebildet ist (Fig. 4).

5. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Eingangs­ kreis und den beiden galvanisch verbundenen Transistor­ emittern ein Kondensator geschaltet ist.

6. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 zum Erzeugen von ungeradzahligen Harmonischen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Eingangs- und Ausgangskreis als Symmetrierübertrager geschaltet sind und Transistoren gleichen Typs verwendet sind.