DE1084323B

DE1084323B - Parametrischer Hochfrequenzverstaerker

Info

Publication number: DE1084323B
Application number: DEW22766A
Authority: DE
Inventors: Harry Suhl
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1957-02-15
Filing date: 1958-02-12
Publication date: 1960-06-30
Also published as: NL224231A; FR1198767A; NL105047C; US3066263A; BE563913A

Description

Die Erfindung betrifft einen parametrischen Verstärker, der zur Verstärkung von Signalen sehr hoher Frequenz, d. h. von Signalen im Mikrowellengebiet und insbesondere zur Verstärkung solcher Signale mit sehr geringer Amplitude bestimmt ist. Zusätzlich zur Lösung dieser Aufgabe soll auch noch erreicht werden, daß die Verstärkung sowenig wie möglich eine Verschlechterung durch Rauschen oder sonstige Störungen erfährt. Diese Aufgaben werden durch Verwendung neuartiger und ungewöhnlicher Modulationsverfahren erzielt.

Es ist seit langem bekannt, daß die gegenseitige Modulation einer gegebenen Welle (die üblicherweise als Signalwelle bezeichnet wird) und einer Welle wesentlich höherer Frequenz (die gewöhnlich als die Trägerwelle bezeichnet wird) in einem magnetischen Modulator die Entstehung von Kombinationsprodukten zur Folge hat, die etwa den bei anderen Modulationsarten auftretenden Modulationsprodukten entsprechen. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Ausdruck »magnetischer Modulator« ein Induktanzelement mit einem ferromagnetischen Kern, das eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen seiner magnetischen Kraft einerseits und dem magnetischen Fluß oder der Induktivität andererseits aufweist. Wie bei anderen Modulationsarten ist die Frequenz des oberen Seitenband-Modulationsproduktes erster Ordnung die Summe aus der Trägerfrequenz und der Signalfrequenz, während das untere Seitenband-Modulationsprodukt erster Ordnung der Differenz zwischen diesen Frequenzen entspricht. In gleicher Weise ist die Frequenz der Modulationsprodukte höherer Ordnung die Summe oder die Differenz der beiden Ausdrücke, von denen einer die doppelte Trägerfrequenz, die doppelte Signalfrequenz, die dreifache Trägerfrequenz, die dreifache Signalfrequenz usw. sein kann.

Unter bestimmten Bedingungen kann man erreichen, daß ein bestimmtes, mindestens aber eines dieser Kombinationsprodukte mit einem größeren Energieinhalt auftritt als die ursprüngliche Signal welle, die zu diesef Produktbildung beiträgt. Dieses Prinzip ist bisher allgemein zur Vestärkung einer Signalwelle benutzt worden. Das Verfahren besteht dabei aus der Erzeugung eines Modulationsproduktes mit erhöhtem Energieinhalt und aus einer Demodulation oder Gleichrichtung, durch die das ursprünglich aufgedrückte Signal in verstärkter Form wiederhergestellt wird.

Es ist außerdem, jedoch nicht so allgemein, bekannt, daß das Fließen von Strömen mit der unteren Seitenbandfrequenz in einem Stromkreis und die sich daraus ergebende Absorption von Leistung von dem Auftreten eines negativen Widerstandes für die Signalquelle begleitet ist, während das Fließen eines Stromes mit der oberen Seitenbandfrequenz im Gegensatz Parametrischer Hochfrequenzverstärker

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 15. Februar 1957

Harry Suhl, Irvington, N. J. (V. St. A.)_t ist als Erfinder genannt worden

dazu einen erhöhten positiven Widerstand für die Signalquelle zur Folge hat. Dabei läßt man den Strom mit der Frequenz des unteren Seitenbandes vorzugsweise in einem Stromkreis fließen, der besonders für diesen Zweck vorgesehen und auf die untere Seitenbandfrequenz abgestimmt ist. Wenn in diesem Stromkreis ein ausreichend großer Strom mit der Frequenz des unteren Seitenbandes fließt (und wenn diese Arbeitsweise nicht dadurch unmöglich gemacht wird, daß man einen Strom mit der Frequenz des oberen Seitenbandes fließen läßt, der die Wirkungen des Stromes mit der unteren Seitenbandfrequenz überwiegen könnte), dann kann der auf diese Weise erzeugte negative Widerstand, der sich der Signalquelle darbietet, merkliche und sogar erhebliche Werte annehmen, so daß die Vorrichtung als Ganzes eine höhere Leistung an den signalfrequenten Stromkreis abgibt, als sie aufnimmt. Die Leistungsquelle, der diese zusätzliche Leistung letztlich entnommen wird, ist natürlich der Trägerwellengenerator. Vorrichtungen, die in dieser Art und Weise arbeiten, sind unter dem Namen parametrische Verstärker bekanntgeworden.

Der für die Erzeugung dieses negativen Widerstandes verantwortliche Zusammenhang stellt sich nunmehr wie folgt dar:

Durch die Wirkung des nichtlinearen Schaltelementes überlagert sich ein Signal mit der Frequenz f_t mit der Trägerfrequenz f_c, um neben anderen Modulationsprodukten eine elektromotorische Kraft mit der unteren Seitenfrequenz f2⁼fc~fi ^zu erzeugen. In einem dafür vorgesehenen Stromkreis fließt ein großer Strom

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mit dieser Frequenz, und dieser Strom überlagert sich seinerseits wieder mit der Trägerfrequenz, um eine elektromotorische Kraft mit der ursprünglichen Signalfrequenz zu erzeugen. Der auf diese Weise erzeugte resultierende signalfrequente Strom kann größer sein als der anregende Signalfrequenzstrom. In diesem Fall ergibt sich eine Entdämpfung und Rückkopplungswirkung.

Die Größe des auf diese Weise erzeugten negativen Widerstandes hängt von den Impedanzen der verschiedenen Stromzweige der Schaltung und auch von den Signalamplituden ab, mit denen die Signalwelle und die Trägerwelle der Schaltung zugeführt werden. Wenn dieser negative Widerstand auf Grund einer Störung eines der bestimmenden Faktoren den gesamten positiven Widerstand des Signalfrequenzstromkreises übertrifft, dann wird dieser Signalstromkreis zur Selbsterregung angeregt, und eine Steuerung der Signalfrequenz ist dann nicht möglich. Daher muß ein solches System bei üblicher Betriebsart in einem sieheren Abstand unterhalb des Schwellwertes der Instabilität gehalten werden. Möglicherweise sind daher aus diesem Grund negative Widerstandsverstärker, die von diesem Prinzip Gebrauch machen, nicht allgemein angewandt worden, da bei niedrigen oder mäßig hohen Frequenzen der Vergleich eines solchen Verstärkers mit Verstärkern üblicher Art, deren Arbeitsweise auf anderen Prinzipien beruht, äußerst ungünstig ausfällt. Diese bekannten Verstärker sind in der Lage, sehr hohe Signalleistungen zu verarbeiten, ohne daß irgendwelche Stabilitätsprobleme oder auch schwerwiegende Probleme hinsichtlich des Rauschens auftreten würden.

Das Prinzip der magnetischen Modulation mit Frequenzumwandlung kann bei hohen Frequenzen ebenfalls durchgeführt werden und ist auch schon unter Verwendung von Bauelementen durchgeführt worden, die sich für solche Frequenzen eignen, sowie mit einem Körper aus einem geeigneten Ferritmaterial, an den eine magnetische Vorspannung angelegt wird, um den magnetischen Modulator zu ersetzen. In solch einem Fall kann eine Trägerwelle mit sehr hoher Frequenz, d. h. mit Frequenzen im sogenannten Mikrowellenbereich, durch den Körper gemäß üblichen Verfahren hindurchgelassen werden, wobei das magnetische Vor-Spannungsfeld mit Hilfe einer Spule angelegt wird, die den Ferritkörper umgibt. Das Signal wird dabei dazu verwendet, die Feldstärke des vorspannenden Feldes zu modulieren. Das Ausgangssignal der Vorrichtung besteht dann aus Modulationsprodukten. Es leuchtet selbstverständlich ein, daß die Selbstinduktivität der Spule, durch die der modulierende Signalstrom fließt, dem System eine erhebliche Beschränkung bezüglich der Frequenz der Signal welle auferlegt, d. h., die Frequenz der Signalwelle muß klein im Vergleich zur Trägerfrequenz sein. Daher sind die sich auf Grund einer solchen Modulation ergebenden Frequenzen, die im Ausgangsstromkreis einer solchen Vorrichtung auftreten, in einem relativen Maßstab gesehen weitgehend der Trägerfrequenz selbst gleich, so daß es schwierig ist, etwa eine dieser Frequezen auszusieben, um die andere Frequenz zu erhalten, oder umgekehrt.

Aus diesem Grunde wird jeder negative Widerstand, der auf Grund eines in dem Stromkreis fließenden Stromes mit der unteren Seitenbandfrequenz nach der Quelle für die Signalwelle zurückreflektiert werden könnte, durch den positiven Widerstand aufgehoben und überdeckt, der sich aus einem Strom gleicher Größe mit der oberen Seitenbandfrequenz ergibt, so daß die Vorrichtung, während sie in üblicher Weise als Modulator zufriedenstellend arbeitet, keine merkliche oder brauchbare Verstärkung liefern kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Prinzipien der trägerfrequent betriebenen negativen Widerstandsverstärker auf sehr hohe Frequenzen, d. h. auf den sogenannten Mikrowellenfrequenzbereich, zu erstrecken.

Die Erfindung gründet sich dabei auf die Tatsache, daß es zur Energieübertragung von einer höheren Frequenz auf eine niedrigere Frequenz genügt

a) eine entsprechende, richtig koordinierte zeitliche Veränderung eines geeigneten Koppelelementes vorzusehen, damit

b) diese niedrigeren Frequenzen und vorzugsweise auch die höheren Frequenzen vorteilhafterweise mit entsprechenden Schwingungsformen in einem Hohlraumresonator in Übereinstimmung gebracht werden können, wobei der Hohlraumresonator so bemessen sein kann, daß stehende Wellen der hier interessierenden Wellenform aufrechterhalten werden können, während andererseits Schwingungsformen in der Nähe liegender, jedoch verschiedener Frequenzen ausgeschlossen werden, d. h. nicht existenzfähig sind,

c) daß die Schwingungsform der höchsten Frequenz, die hier interessiert, durch die Resonanzpräzession der Magnetisierung eines Körpers aus Ferritmaterial mit hohem spezifischem Widerstand od. dgl. geliefert wird, das in geeigneter Weise für eine Resonanz bei dieser Frequenz vormagnetisiert ist, und

d) daß die erforderliche zeitliche Veränderung in der Kopplung zwischen den verschiedenen Wellentypen oder Schwingungsformen durch die Wechselwirkung der magnetischen Felder der in dem Hohlraumresonator auftretenden Wellentypen durch die gleiche Präzession der Magnetisierung hervorgerufen wird, zu welchem Zweck der Ferritkörper in dem Hohlraumresonator angebracht ist.

Demgemäß läßt sich die Erfindung in einer ihrer Ausführungsformen dadurch verwirklichen, daß eine Hochfrequenzschaltung, wie z. B. ein Hohlraumresonator, vorgesehen ist, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß drei Schwingungsformen mit den Frequenzen f_p, f_t und /₂ in Resonanz mit dem Hohlraum existenzfähig sind, wobei die beiden letztgenannten Frequenzen vorzugsweise, wenn auch nicht notwendig, verschieden sind und die folgende Gleichung befriedigen :

fp = fl + U- (1)

In diesem Ausdruck ist Z₁ (oder f₂) die Signalfrequenz, während f_p die sogenannte S teuer frequenz oder Pumpfrequenz bezeichnet, die höher ist als die Signalfrequenz, und f₂ (oder Z₁) die Differenz zwischen diesen beiden Frequenzen darstellt, d. h.

U = fρ-ft- (2>-

An einem geeigneten Punkt innerhalb des Hohlraumresonators ist ein Stück aus einem magnetisch polarisierbaren Material angeordnet, das bei geeigneter Polarisation bei Mikrowellen gyromagnetische Wirkungen zeigt. Ein solches Material, beispielsweise ein Ferrit, und ein solcher Körper sollen im folgenden kurz als gyromagnetisch bezeichnet werden. Ein Manganferrit mit hohem spezifischen Widerstand oder ein ähnliches Material, wie z. B. ein Yttrium-Eisen-Granat, d. h. ein Material mit der chemischen Formel

Y₃Fe₂(FeOJ₃ und der Kristallstruktur eines Granats, Auf diese Weise wird ein Rückkopplungssystem ist in diesem Fall geeignet. Dieser Körper wird einem verwirklicht, das der signalfrequenten Quelle gegenmagnetischen Gleichfeld H mit vorbestimmter Rieh- über einen negativen Widerstand darstellt. Genau wie tung und Ausrichtung in bezug auf die Achsen des im Fall des niederfrequenten, nichtlinearen magneti-Hohlraumresonators ausgesetzt. Ein Steuersignal oder 5 sehen Modulators kann das System unstabil werden Pumpsignal einer geeigneten, sehr hohen Frequenz f_p und in selbsterregte, ungedämpfte Schwingungen überwird in dem Hohlraumresonator über eine Blende, gehen, wenn die Steuerenergie mit der Frequenz f_p eine öffnung oder über eine Sonde, die eine Wand des einen definierbaren Schwellwert überschreitet. Dieser Hohlraumresonators an einem bestimmten Punkt Einschränkung kann man jedoch leicht begegnen, so durchsetzt, kapazitiv oder induktiv eingekoppelt, so io daß unterhalb dieses Schwellwertes das System stabil daß stehende Wellen der Frequenz f_p innerhalb des wird. Signalenergie mit der Frequenz f_v die in der Hohlraumresonators angeregt werden, und zwar mit oben beschriebenen Weise eingekoppelt wird, wird auf einer räumlichen Feldverteilung, in der die magneti- diese Weise verstärkt und kann mit derselben Freschen Feldsektoren h_p den magnetischen Vektor H des quenz in verstärkter Form ausgekoppelt werden. Gleichfeldes in dem Bereich schneiden, in dem der 15 Es wird dabei beträchtliche Energie mit der Leergyromagnetische Körper angeordnet ist. Zur gleichen lauffrequenz in dem System gespeichert. Wenn daher Zeit wird die zu verstärkende Signalquelle mit einer zusätzlich zu der Verstärkung auch eine Frequenz-Frequenz ^₁ (oder ^₂) vorzugsweise über eine andere umsetzung erwünscht ist, kann die verstärkte Energie Blende, Öffnung oder Sonde in den Hohlraumresona- auch mit der Leerlauffrequenz statt mit der Signaltor in einer solchen Weise eingekoppelt, daß. auch ste- 20 frequenz ausgekoppelt werden. Das Einkoppeln und hende Wellen mit dieser Frequenz innerhalb des Hohl- Auskoppeln der elektromagnetischen Wellen kann mit raumresonators angeregt werden, und. zwar mit einer Hilfe der üblichen Blenden oder Lochblenden erreicht solchen Feldverteilung, daß wesentliche Komponenten werden.

mindestens der magnetischen Feldsektoren H₁ sich in In einer abgewandelten Ausführungsform der Er-Richtungen erstrecken, die parallel zu dem magneti- 25 findung werden eine oder mehrere gyromagnetische sehen Vektor H des Gleichfeldes in dem Teil des Hohl- Resonanzarten des zur Kopplung verwendeten Körraumresonators verlaufen, in dem der gyromagneti- pers benutzt, um eine oder mehrere Schwingungsforsche Körper angeordnet, ist. . men des Hohlraumresonators zu verstärken oder zu Es können mehrere solcher gyromagnetischer Kör- ersetzen. Daher kann beispielsweise für jede Frequenz per verwendet werden und an verschiedenen Punkten 30 der Resonanzpräzession und für jede Amplitude der innerhalb des Hohlraumresonators angebracht sein, in magnetischen Vorspannung, die diese Resonanzpräzesdenen die räumlichen Beziehungen zwischen den in sion erzeugt, der gyromagnetische Körper normaler-Wechselwirkung stehenden Feldern die oben gegebe- weise dahin gebracht werden, bei einer seiner vielen nen Bedingungen erfüllen. . . zur Verfügung stehenden Frequenzen eine eigene Unter diesen Bedingungen neigt die Magnetisierung 35 magnetostatische Resonanzerscheinung zu zeigen, insdes gyromagnetischen Materials zu einer Präzession besondere bei der Frequenz f₂. Der gyromagnetische um eine Achse parallel zu der Richtung des magneti- Körper kann dabei so in dem Hohlraumresonator ansehen Gleichvorspannungsfeldes und mit. einer Fre- gebracht werden, daß er die Kopplung des Wellentyps quenz, die von der Stärke dieses Vorspannungsfeldes mit der Frequenz f_p mit einer der Schwingungstypen abhängt, nämlich der Größe H. Die Feldstärke dieses 4° des Hohlraumes, vorzugsweise mit der der niedrigeren Magnetfeldes und damit die Geschwindigkeit oder Frequenz f_v begünstigt. Es können außerdem auch Frequenz der Präzession kann nun innerhalb weiter mehrere solcher gyromagnetischer Körper verwendet Grenzen eingestellt werden. Ist die Stärke des Vor- werden, die in dem Hohlleiter so angebracht sind, daß Spannungsfeldes so gewählt, daß die Präzessionsfre- sie unerwünschte Kopplungen zwischen anderen quenz in die Nähe der Steuerfrequenz f_p kommt oder 45 Wellentypen unterdrücken. Die Resonanzfrequenz des gleich dieser Frequenz wird, dann kommt die gyro- Körpers wie auch die Präzessionsfrequenz der Magnemagnetische Präzession in Resonanz mit dem steuern- tisierung können innerhalb weiter Grenzen dadurch den Feld und erreicht so eine sehr hohe Amplitude, geändert werden, daß an diese Körper ein magnetium eine wesentliche Komponente einer Magnetisie- sches Gleichfeld geeigneter Stärke und Richtung anrung zu erzeugen, die in einer Ebene senkrecht zu dem 50 gelegt wird. Über diese Arten der magnetischen Reso- GleichfeldH liegt und in dieser Ebene mit der Fre- nanzen ist ein Bericht von L.R.Walker in der quenz f_p schwingt. Nimmt man beispielsweise die.Fre- »Physical Review« vom 15.1. 1957, Bd. 105, S. 390, quenz der zu verstärkenden Signalquelle als Z₁ mit erschienen.

ihrem magnetischen Feldvektor U₁ an, dann wirkt die Welche Ausführungsform für die Erfindung auch Anwesenheit des signalfrequenten Feldes U₁ in dem 55 gewählt wird, in dem besonderen Fall, in dem die Körper in der Weise, daß die Frequenz oder die Signalfrequenz und die Leerlauf frequenz gleich sind, Amplitude der Präzession geändert wird, und zwar ist jede dieser Frequenzen auf Grund der Gleichung mit der Frequenz f_v Die gyromagnetischen Eigen- (1) eine Subharmonische der Steuerfrequenz. Mit schäften des Ferritkörpers bewirken dann eine anderen Worten, in diesem besonderen Fall ist Mischung von Zi₁ mit h_p, um eine hochfrequente Korn- 60 f=f-)-f₌₌2f (S) ponente h_% des magnetischen Feldes mit einer Frequenz ρ 1 2 1· \ ) fp~ft — f₂> nämlich der unteren Seitenbandfrequenz, In jedem Fall ist jeder der gyromagnetischen Körper zu erzeugen mit einer Richtung, die auf der des Gleich- innerhalb des Hohlraumresonators an einem solchen feldes H senkrecht steht. Diese neue Frequenz wird Punkt angebracht, an dem das magnetische Gleichzweckmäßigerweise als die Leerlauffrequenz bezeich- 65 feld H so ausgerichtet ist, daß die drei Betriebsbedinnet. Auf diese Weise erzeugt das Feld h₂ der Leer- gungen erfüllt sind, nämlich: lauffrequenz ein Feld mit der Frequenz f_p—f₂ =/_x in

einer Richtung parallel zu dem Gleichfeld H und da- 1. Eines oder zwei der Felder niedrigerer Frequenz her in einer addierenden Beziehung zu dem Ursprung- Qi₁ oder h₂) haben magnetische Feldkomponenten,

liehen signalfrequenten Feld h_v 70 die parallel zu H verlaufen;

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2. das andere oder die Felder niedrigerer Frequenzen Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungs-(Tf₂ oder A₁) haben magnetische Feldkomponenten, form der Anordnung für tiefe Frequenzen und mit die auf H senkrecht stehen; zwei Freiheitsgraden,

3. die magnetische Feldkomponente höherer Frequenz Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungshat eine magnetische Komponente, die senkrecht 5 form der Fig. 3,

auf H steht. Fig. 5 einen schematischen Schnitt, der die Anord-

Ungeachtet der Form des Gerätes und der Frequenz nung der Magnetfelder der drei Schwingungsarten des zu verstärkenden Signals, die mit einer der Fre- innerhalb eines elektromagnetischen Hohlraumresonaquenzen/j oder /₂ identisch sein oder innerhalb eines tors zeigt,

um diese Frequenzen liegenden Bandes liegen kann, i° Fig. 6, 7 und 8 vereinfachte Darstellungen des Feldwird das Signal in den Hohlraum mittels einer ge- linienverlaufes der ersten, zweiten und dritten Schwinwöhnlichen Kopplungsöffnung eingespeist. Durch die gungsart,

Einwirkung der anregenden Frequenz auf den gyro- Fig. 9 eine perspektivische Darstellung, teilweise

magnetischen Körper stellt dieser für die Signalener- im Schnitt, eines die Grundsätze der Erfindung vergie einen negativen Widerstand dar; infolgedessen 15 körpernden Verstärkers,

wird das Signal verstärkt. Es kann mit derselben Fre- Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, teilweise im

quenz, jedoch verstärkt, über eine Ausgangs-Kopp- Schnitt, einer anderen Ausführungsform des in Fig. 9 lungsöffnung in üblicher Weise ausgekoppelt werden. gezeigten Verstärkers, die sowohl als Frequenzum-

Die Erfindung sieht zusätzlich eine Frequenzum- wandler als auch als Verstärker wirkt, und Wandlung vor, so daß auf Wunsch die eingeführte 20 Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Signalenergie der Frequenz Z₁ mit der Frequenz f₂ ab- Schnitt, einer anderen Ausführungsform des in Fig. 9 gegeben werden kann, oder umgekehrt. Ein- und Aus- gezeigten Verstärkers.

kopplung geschehen mit Hilfe der üblichen öffnungen. Die Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen zeigen schemain der wissenschaftlichen Literatur wurde bereits tische Schaltbilder von Niederfrequenzverstärkern mit über Forschungsergebnisse berichtet, die sich mit ge- as veränderbaren Reaktanzen, die neuerdings als parawissen anomalen Resonanzerscheinungen ferromagne- metrische Verstärker bezeichnet werden. Von den in tischer Art befassen, wie sie in Ferriten auftreten, die Fig. 1 bis 4 gezeigten Verstärkerschaltungen enthalstarken hochfrequenten Feldern ausgesetzt sind. Diese ten die ersten beiden einen einzigen bei der Fre-Erscheinungen wurden dort als extreme Beispiele sub- quenz f₀ in Resonanz befindlichen Maschenstromkreis, harmonischer Resonanz gedeutet und durch H. Suhl 30 der ein veränderbares Reaktanzelement enthält, dessen in der »Physical Review«, 15. Februar 1956, Bd. 101, Reaktanz mit der Frequenz f_ß = 2f_Q durch einen S. 1437, beschrieben. Diese Veröffentlichungen spre- Pumpgenerator oder Steuergenerator geändert wird, chen von einem im Innern des Ferrites stattfindenden Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Verstärker bestehen physikalischen Vorgang, der für die subharmonische aus zwei miteinander gekoppelten Maschenstromkrei-Resonanz verantwortlich sei und der die Kopplung 35 sen, die bei zwei Schwingungstypen mit den Frequenzwischen den Schwingungen der einen Schwingungs- zen ^₁ bzw. /₂ in Resonanz sind und über einen geart der Frequenz f₀ und der anregenden Energie einer meinsamen Zweigstromkreis miteinander gekoppelt anderen Schwingungsart mit der Frequenz 2 f₀ be- sind, der ein veränderbares Reaktanzelement enthält, wirkt. Dieser interne Kopplungsvorgang ist außerdem das durch einen Pumpgenerator oder Steuergenerator mathematisch behandelt in einer Veröffentlichung von 4° mit der Frequenz f„ — Z₁ + /₂ verändert wird. In den H. Suhl mit dem Titel »Das nichtlineare Verhalten Schaltungen nach Fig. 1 und 3 ist das veränderbare von Ferriten unter der Einwirkung hoher Mikro- Reaktanzelement· kapazitiv, während in Fig. 2 und 4-wellen-Signalpegel« in den »Proceedings of the Insti- das veränderbare Reaktanzelement induktiv ist. In tute of Radio Engineers«, Oktober 1956, Bd. 44, jedem Falle wird Signalenergie in einem Frequenz-S. 1270. 45 band zugeführt, dessen Mittenfrequenz die Resonanz-

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß sie ohne An- frequenz des einen Maschenstromkreises in Fig. 1 Wendung einer geheizten Kathode und ohne Ladungs- und 2 oder eines der beiden Maschenstromkreise in durchgang durch einen Halbleiter arbeitet. Aus diesem Fig. 3 und 4 ist. Diese Signalenergie wird über einen Grund tritt kein Schrotrauschen auf. Das einzige, dem Eingangsübertrager zugeführt, und die verstärkte Signal bei seiner Verstärkung beigemischte Rauschen 50 Energie wird über einen Ausgangsübertrager an die ist das sogenannte »Johnson-Rauschen«, das dadurch Last abgegeben. Die Schaltungen nach Fig. 3 und 4 entsteht, daß sich die Schaltelemente und insbesondere können auch als Frequenzumsetzer betrieben werden, der Verbraucher auf gegenüber dem absoluten Null- wobei dann das zu verstärkende Signal innerhalb des punkt erhöhten Temperaturen befinden. Diese eine Frequenzbandes eines der beiden Maschenstromkreise überhaupt bemerkenswerte Rauschquelle kann durch 55 und das abgegebene Signal innerhalb des Frequenz-Kühlung des Verstärkers weitestgehend ausgeschaltet bandes des anderen Maschenstromkreises liegt. Um werden. Da der eigentliche Ursprung dieses Rauschens dabei noch restliche Rauschstörungen zu beseitigen, im Verbraucher zu suchen ist, ist es noch besser, die- die in der Last auftreten können, wird, wie dargestellt, sen selbst zu kühlen und ihn mittels eines Übertra- die Last in jedem Falle in einem Kühlaggregat untergers an den Verstärker anzukoppeln, 60 gebracht.

Zum genauen Verständnis der Erfindung dient die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen elektro-

folgende, ins einzelne gehende Beschreibung einer be- magnetischen Hohlraumresonator, der aus einem vorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Hohlraum von der Form eines rechteckigen Parallel-Figuren. Es zeigt epipedes besteht. Er besitzt zwei Seiten gleicher

Fig. 1 eine Schaltung eines Niederfrequenzsystems 65 Länge, so daß seine in der Papierebene liegende Vormit einem Freiheitsgrad, welches als Gegenstück zu derseite von quadratischer Form ist. Er ist so bemesder hochfrequenten Anordnung nach der Erfindung sen, daß er drei verschiedene Arten von Resonanzangesehen werden kann, ■ schwingungen dreier verschiedener Frequenzen auf-Fig, 2 eine Schaltung einer anderen Ausführungs- rechterhalten kann. Die erste dieser Wellen, in dieform der Fig. 1, 7a sem Fall die mit der tiefsten Frequenz Z₁, ist durch

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Hohlraumes bedecken und sich damit in Gebiete erstrecken, die den vorhin genannten Bedingungen nicht genügten, anstatt dessen aber ganz andere Feldverhältnisse aufweisen. Auf diese Weise würde es zu stö-5 renden Einwirkungen zwischen den Feldern in einem Teil des gyromagnetischen Körpers kommen, während in anderen Gebieten sogar einander entgegengerichtete Felder auftreten würden. Ein Körper, in dem die Feldlinien auf eine größere Strecke gleichgerichtet

magnetische Kraftlinien gekennzeichnet, die eine einfache Schar konzentrischer Schleifen bilden, deren
Mittelpunkte mit dem Mittelpunkt der in der Papierebene liegenden Vorderseite des Resonators zusammenfallen. Sie sind durch ausgezeichnete Linien dargestellt. Die zweiten Schwingungen werden durch vier
Gruppen gestrichelt gezeichneter Kraftlinienschleifen
dargestellt. Ihre Frequenz f₂ beträgt das Doppelte der
ersten Schwingungsart. Gemäß einer Ausbildung der
Erfindung ist die Frequenz der dritten Schwingungs- io sind, hat eine Länge von ungefähr einem Viertel der art fp gleich der Summe der Frequenzen der ersten Breite der Vorderfläche des Hohlraumes und eine beiden, d. h. beispielsweise /_p ⁼ /i + f%· Höhe, die ungefähr, die Hälfte seiner Länge beträgt.

Das Feldbild dieser Schwingungsart umfaßt neun Um gleichzeitig ein möglichst großes Gesamtvolumen Gruppen von Feldlinienschleifen, die in der Papier- an gyromagnetischem Material zu erhalten, ordnet ebene liegen und mit strichpunktierten Linien darge- 15 man eine Anzahl von gleichartigen Körpern innerhalb stellt sind. des Hohlraumes an, wobei jeder vom anderen getrennt

Fig. 6, 7 und 8 zeigen noch einmal die magnetischen angeordnet ist, um eine störende Wechselwirkung der Feldlinienbilder h_v h₂ und h₃ der ersten, zweiten und einzelnen Felder aufeinander innerhalb der Körper zu dritten Schwingungsart getrennt. vermeiden. So ist z. B. ein zweiter Körper 42 [A] sym-

Fig. 5 zeigt zwei Gruppen von Körpern aus gyro- 20 metrisch unter dem ersten Körper angeordnet und von magnetischem Material ».-4« und »5«, die an verschie- diesem durch einen Abstand, der etwas größer als die denen Stellen innerhalb des Hohlraumes so angebracht Dicke eines jeden Körpers ist, getrennt. Die im zweisind, daß sie mit den auf verschiedenen Wegen ver- ten Körper 42 [A] verlaufenden Magnetfelder können laufenden magnetischen Feldern in Wechselwirkung nun so gerichtet sein, daß sie den im ersten Körper stehen. Sieht man zunächst von den »I?«-KÖrpern ab 25 Ί1[Α] verlaufenden Feldern entgegengerichtet sind, und betrachtet die »^«-Körper für sich, und insbeson- ohne daß eine gyromagnetische Kopplung zwischen dere einen von diesen, z.B. 41L4], dann sieht man ihnen stattfindet. Diese Anordnung bietet den Vorteil, aus seiner Anordnung, daß er eine Kopplung zwischen daß man ein großes Körpervolumen erhält, ohne daß der ersten und der dritten Schwingungsart bewirkt. man die Nachteile in Kauf nehmen muß, die bei An-Fig. 9 zeigt einen Resonator 53 mit einem Hohl- 30 Ordnung des gyromagnetischen Materials in einem raum, in dem die in Fig. 5 gezeigten Felder bestehen einzigen Stück aufgetreten wären, können und der einen »^4 «-Körper und drei andere Nach demselben Grundsatz kann man ein zweites

Körper gleicher Art besitzt. Die Anordnung der Kör- Paar gyromagnetischer Körper 43 [A] und 44 [A] in per 41 [A] sowohl in Hinsicht auf die innerhalb des der Nähe der rechten Seitenwand des Hohlraumes und Hohlraumes bestehenden Hochfrequenzfelder wie auch 35 in gleicher Lage zur horizontalen Achse anordnen. Die eines von außen angelegten magnetischen Gleich- oben angestellten Betrachtungen gelten in gleicher feldes H muß so sein, daß die drei oben angezeigten Weise für dieses zweite Paar.

Bedingungen erfüllt sind; das sind Mindestanforde- Die Anordnung eines jeden dieser Körper entlang

rungen. Um ein Optimum an Wirkung zu erreichen, einer lotrecht zur Vorderseite des Hohlraumes verlausetzt man den Körper 41 [A] am besten an eine Stelle, 40 fenden Achse und ihre Stärke in dieser Richtung sind an der das Magnetfeld einer der Schwingungsarten bestimmt durch den Kompromiß zwischen der Fordemit tiefer Frequenz, z. B. f_v im wesentlichen vertikal rung nach enger Kopplung, die großes Volumen ververläuft, und an der weiter die andere Schwingungs- langt, und dem Wunsch nach einer möglichst geringen art tiefer Frequenz, f₂, eine horizontale Richtung hat, störenden Beeinflussung der Felder innerhalb des und, unter Voraussetzung eines in vertikaler Richtung 45 Hohlraumes, der für ein möglichst geringes Volumen verlaufenden äußeren Feldes H, die Feldlinien der spricht. Eine gangbare Zwischenlösung besteht darin, Schwingungsart hoher Frequenz f_p im wesentlichen daß man die Dicke eines jeden Körpers so hält, daß horizontal verlaufen. Der Körper muß mit anderen sie zwischen einem Zehntel bis zur Hälfte der Tiefe Worten da angeordnet sein, wo eine wesentliche An- eines Hohlraumes reicht. Die Körper können entweder zahl von Kraftlinien der Schwingungsart der Fre- 50 auf die Vorderseite oder auch auf die Hinterwand des quenz f_x eine wesentliche Anzahl von Kraftlinien der Hohlraumes aufgeklebt sein oder können zwischen Schwingungsart der Frequenz f₂ im wesentlichen im diesen Wänden mit Hilfe von Gestängen aus nichtrechten Winkel schneiden und wo sich eine genügend magnetischem Material gehalten werden, große Anzahl von Kraftlinien des hochfrequenten FeI- Mit Hilfe eines Magneten, dessen Polenden 54, 55

des f_p parallel zu den Kraftlinien des einen oder ande- 55 in der Figur angedeutet sind, wird ein in der in Fig. 9 ren der beiden niederfrequenten Felder erstreckt. Im gezeigten Richtung verlaufendes starkes Magnetfeld H vorliegenden Fall verlaufen sie parallel zu den Kraft- angelegt. Die von einem Generator 61 kommende linien des äußeren Feldes H und damit zu den Kraft- Energie der Frequenz f_p wird über einen Hohlleiter 59 linien des Feldes tiefster Frequenz f_v Auf diese Weise mittels eines Einkopplungsschlitzes 58 von entist der Körper 41 [A] innerhalb des Hohlraumes 53 60 sprechender Abmessung in den Hohlraum 53 eingeso angeordnet, daß alle zu einem größtmöglichen Er- speist. Dieser Schlitz ist dort angeordnet, wo das folg führenden Bedingungen erfüllt sind, ohne sich da- Magnetfeld der dritten Wellenart (/„) ein Maximum bei in Gebiete zu erstrecken, wo diese Bedingungen hat. Dieser Ort befindet sich im ersten Sechstel des nicht zutreffen. Abstandes zwischen dem Boden und dem oberen Ende

Um möglichst große Wirkung, in diesem Fall beste 65 der Vorderseite des Resonators 53 und ziemlich dicht Kopplung, zwischen den einzelnen Schwingungsarten an der Seitenwand. Die Abmessungen der Einkoppzu erzielen, müßte das Gesamtvolumen des innerhalb Iungsöffnung und des Hohlleiters sollen etwa so gedes Hohlraumes 53 angeordneten gyromagnetischen wählt werden, daß die unter der Frequenz f_p und Materials so groß wie möglich sein. Damit würde es oberhalb der Frequenzen f_x und /₂ liegenden Frequenaber einen wesentlichen Teil der Vorderseite des 70 zen abgehalten werden.

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Liegt der Betrag der anregenden Energie wenig lastungswiderstand Energien der zweiten oder dritten

unter der für eine Eigenschwingung auf der Fre- Wellenart mit den Frequenzen f₂ und f_p zugeführt

quenz ^₁ oder f₂ notwendigen Größe, dann bildet jeder werden.

der gyromagnetischen Körper »^4«, die dem Magnet- Bei entsprechender Einstellung der Stärke des feld H und dem Hochfrequenzfeld der aus dem Gene- 5 äußeren Magnetfeldes H kann das Material der gyrorator 61 kommenden Energie ausgesetzt sind, einen magnetischen Körper selbst in Resonanz auf einer der negativen Widerstand für jedes innerhalb eines Ban- drei in Frage kommenden Frequenzen, z. B. der Fredes beiderseits der Frequenzen f_t oder f₂ liegende, in quenz f_p, geraten. In diesem Fall ist es unnötig, die den Hohlraum 53 eingeführte Signal. Dieser effektive Form des Hohlraumes so zu bemessen, daß diese Renegative Widerstand hebt beinahe alle positiven io sonanz unterstützt wird; das kann aber trotzdem Widerstände des Systems einschließlich der Verlust- günstig sein.

widerstände in den Hohlraumwänden und in der Be- Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise lastung auf. Auf diese Weise wirkt die Anordnung im Schnitt, einer anderen Ausführungsform des in als Verstärker für jede dieser Frequenzen. Ein solches Fig. 5 gezeigten Verstärkers. Der Hohlraum 53 ist so in einem beiderseits der Mittenfrequenz f₂ liegenden 15 bemessen, daß eine Resonanz für jede der drei oben Band liegendes und von einer Signalquelle 50 korn- angeführten Schwingungsarten eintreten kann. In mendes Signal wird über einen zweiten Hohlleiter 51 diesem Fall ist die Schwingungsart niederer Freund eine zweite, in der Rückseite des Resonators 53 qenz Z₁, dargestellt durch eine einzelne Schar von befindliche Einkopplungsöffnung 52 eingeführt, wäh- Kraftlinienschleifen, und die Schwingungsart hoher rend die verstärkte Energie über eine dritte öffnung 20 Frequenz f_p, dargestellt durch neun Scharen von 56 und einen in der Mitte der Vorderseite des Hohl- Schleifen, tatsächlich vorhanden, während die dakörpers 53 angebrachten Hohlleiter 57 ausgekoppelt zwischenliegende Schwingungsart mit der dritten und dem Belastungswiderstand 60 zugeführt wird. Frequenz f₂, dargestellt durch vier Scharen von Eine Betrachtung der Fig. 5 zeigt, daß die zweite Schleifen, in Wirklichkeit gar nicht vorhanden ist. Öffnung 52 und die dritte öffnung56 so angebracht, 25 Der Grund dafür ergibt sich aus folgendem: Die ausgerichtet und bemessen sind, daß sie eine Unter- aus der Quelle 61 kommende anregende Energie scheidung zwischen den Feldern der ersten und denen wird über den Hohlleiter 59 und die öffnung 58, wie der dritten Schwingungsart machen. Auf diese Weise schon in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben, eingewird im wesentlichen keine Energie der ersten oder führt. Die verstärkte Energie der Schwingungsart mit der dritten Schwingungsart an die Energiequelle der 30 der tiefen Frequenz kann über eine Kopplungsöffnung Frequenz f₂ zurück- oder dem für die Frequenz f₂ be- 67 und einen Hohlleiter 69 abgenommen und der Last stimmten Belastungswiderstand zugeführt. In Fig. 9 38, wie schon in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben, und in den noch folgenden Figuren ist jeder der Hohl- zugeführt werden. Die zu verstärkende, aus der leiter 59, 51 und 57 durch einen Schieber, der in Signalquelle 65 über einen Hohlleiter 70 ankommende seiner Stellung zu der jeweiligen Kopplungsöffnung 35 Energie mit der tiefsten Frequenz f_t kann über eine veränderlich ist, abgeschlossen, um die Energieüber- in der Rückseite des Hohlraumes 53 angeordnete und tragung von dem jeweiligen Hohlleiter zum Hohlraum der Auskopplungsöffnung 67 in der Vorderseite gegen- oder umgekehrt einstellen zu können. überliegende öffnung 66 eingespeist werden. Betrach-

Da sich innerhalb des Hohlraumes Energie sowohl tet man den in Fig. 5 gezeigten Feldlinienverlauf,

der ersten Schwingungsart (Z₁) als auch der zweiten 40 dann bemerkt man, daß es, von der Vorderseite aus

Schwingungsart (f₂) befindet, kann die Anordnung gesehen, in jeder Ecke des Hohlraumes ein Gebiet

sowohl eine Frequenzumwandlung als auch eine Ver- gibt, in dem die magnetischen Kraftlinien der ersten

Stärkung durchführen. Um diesen Vorteil zu erlangen, und zweiten Schwingungsart zueinander parallel ver-

ist es nur notwendig, die eine oder andere der ersten laufen, anstatt sich, wie es die erste der beiden oben-

und dritten Kopplungsöffnungen und die dazugehöri- 45 genannten Bedingungen verlangt, zu schneiden. Ordnet

gen Hohlleiter zu verändern. Es sei angenommen, man deshalb einen zur Kopplung zwischen den bei-

man wünsche eine ankommende Höchstfrequenzwelle den Schwingungsarten geeigneten gyromagnetischen

in eine Welle tieferer Frequenz umzuwandeln, wobei Körper, wie z. B. den unter »5« in Fig. 5 gezeigten

die Frequenz der ankommenden Welle im /^-Band und Körper in diesem Bereich an, dann kann sich nur eine

die abgehende Welle im /.,-Band liegen soll. Fig. 10 50 der beiden Schwingungsarten als Hohlraumschwin-

zeigt die einfache Änderung im Aufbau des Gerätes, gung ausbilden, während die andere nicht auftritt,

mit deren Hilfe man dieses Ergebnis erreicht. In die- Welche dieser beiden Schwingungen auftritt, hängt

sem Fall sind die Quelle der anregenden Energie 61, von der eingespeisten Signalfrequenz ab.

der Hohlleiter 59, die Einkopplungsöffnung 58 und In diesem Fall werden die obengenannten Arbeits-

die Signalquelle 50 sowie der Hohlleiter 51 und die 55 bedingungen nicht von den Feldern im Hohlraum,

Kopplungsöffnung 52 dieselben wie in Fig. 9, während sondern durch das Vorhandensein eines innerhalb

die Auskopplungsöffnung 62 und der Hohlleiter 63 eines gyromagnetischen Körpers entsprechender An-

nun so bemessen und angeordnet sind, daß sie Energie Ordnung sich ausbildenden magnetostatischen Re-

vom /.,-Band aufnehmen und an den Belastungswider- sonanzfeldes entsprechender Richtung erfüllt. Deshalb

stand 64 abgeben können. Die öffnung 62 ist deshalb 60 kann ein solcher Körper 45 [B] bzw. überhaupt einer

an einem derjenigen Punkte der Vorderseite des der »_5«-Körper der Fig. 5 in dem entsprechenden

Hohlraumes 53 angeordnet, an dem die Energie der Gebiet des Hohlraumes 53 angebracht werden. Es

Schwingungsart mit der tiefsten Frequenz ein Maxi- kann z. B. ein Block aus Ferritmaterial sein, dessen

mum hat, während die dritte Schwingungsart der waagerechte und senkrechte Abmessungen ein Sechstel

anregenden Frequenz dort eine Nullstelle hat. Die 65 der Hohlraumgröße betragen und dessen Mittelachse

Anordnung oder Ausrichtung der Kopplungsöffnung etwas links von der rechten Seite des Hohlraumes im

62 ist so, daß ein Mindestmaß an Verkopplung selben Abstand, also ein Sechstel von der Hohlraum-

mit der dazwischenliegenden Frequenz f₂ stattfindet, wand entfernt, liegt. Er kann dabei dicht an die

Außerdem können entsprechende Hohlleiterfilter ver- Unterwand des Hohlraumes anschließen. Wie in den

wendet werden, um zu verhindern, daß dem Be- 70 früheren Figuren gezeigt, kann seine senkrecht zur

Claims

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Zeichnungsebene gemessene Stärke zwischen einem diese Frequenz eingeführt wird, können so bemessen Zehntel und der Hälfte der Tiefe des Hohlkörpers be- sein, daß die erste Schwingungsart unterdrückt wird, tragen. Auf diese Weise kann keine Energie der ersten Ist das Feldliniendiagramm der Fig. 5 symmetrisch, Schwingungsart zu dem anregenden Generator 61 zudann gibt es noch drei gleiche Gebiete in den drei 5 rückfließen. Die öffnung 66, durch die die Signalübrigen Ecken des Hohlraumes, in denen die gleichen energie zum Aufbau eines Feldes der ersten Schwin-Bedingungen herrschen, und in denen gleiche gyro- gungsart in den Hohlraum eingespeist wird, kann magnetische »^«-Körper 46 [B], 47 [B] und 48 [B] ebenso wie die Auskoppelöffnung 67, durch die sie abangebracht werden können. Der weite Zwischenraum genommen wird, so in der Hohlraumwand angebracht zwischen ihnen verhindert jede mögliche störende io sein, daß an diesen Stellen die erste Schwingungsart Wechselwirkung zwischen ihnen, während die Sym- ein Energiemaximum und die dritte Schwingungsart metrie der Gesamtanordnung dahin neigt, die Schwin- eine Nullstelle aufweist. Aus diesem Grunde kann kein gungsart /₂ zu unterdrücken. Je nach Wunsch können Energieanteil der dritten Schwingungsart durch die noch weitere Maßnahmen zur Unterdrückung der für die beiden anderen Schwingungsarten bestimmten Schwingungsart f₂ ergriffen werden. 15 Koppelöffnungen hindurchgehen.

Die gewünschten Betriebsbedingungen werden da- Die Bandbreite eines nach diesen Grundsätzen aufdurch erfüllt, daß sich innerhalb eines jeden dieser gebauten und arbeitenden Verstärkers kann mehrere gyromagnetischen Körper ein magnetostatisches Re- Prozent der Signalfrequenz erreichen, ohne daß eine sonanzfeld ausbildet, das wenigstens eine wesentliche spürbare Verstärkungsabnahme auftritt. Sie ist damit Komponente in vertikaler Richtung besitzt. Dieses 20 den Bandbreiten der gewöhnlichen Hochfrequenz-Feld kann durch die Einstellung der Stärke eines verstärker, Klystronverstärker usw. vergleichbar. Aus äußeren Feldes H gebildet werden, das sich zwischen diesem Grunde kann eine in diesem Band liegende den in der Figur gezeigten Polenden eines Magneten Frequenz praktisch ebenso verstärkt werden wie eine aufbaut. Die obenerwähnte, in vertikaler Richtung mit der Resonanzfrequenz der Schaltung, in die sie verlaufende Komponente dieses magnetostatischen 25 eingespeist wird, übereinstimmende Frequenz, auch Resonanzfeldes liegt damit parallel zu den Kraftlinien wenn sie sich etwas von der Resonanzfrequenz unterdes äußeren Feldes H, die hier nicht gezeigt sind, und scheidet.

schneidet die Linien der Schwingungsart mit der Die der Erfindung zugrunde liegende Anordnung niederen Frequenz /_t und die der hohen Frequenz des arbeitet als Signal verstärker, wenn entsprechend der Hohlkörpers annähernd in einem rechten Winkel. 30 obigen Beschreibung die anregende Energie auf einem Bei dieser Anordnung wirkt die in Fig. 11 gezeigte unterhalb der Instabilitätsschwelle liegenden Betrag Anordnung als Verstärker für die Energie der Schwin- gehalten wird. Wird im Gegensatz dazu dieser gungsart mit der Frequenz f_t. Diese von einer Signal- Schwellwert überschritten, dann gerät die Anordnung quelle 65 kommende Energie kann über einen Hohl- in Eigenschwingung auf den zwei unteren Schwinleiter 70 und eine öffnung 66 eingespeist und in ver- 35 gungsarten mit den Frequenzen f_t und /₂. In diesem stärkter Form über eine andere öffnung 67 und einen Falle kann die Eingangssignalquelle weggenommen Hohlleiter 69 einem Verbraucher 68 zugeführt wer- und deren Eintrittsöffnung verschlossen werden, so den. Wie bei dem in Fig. 9 und 10 gezeigten Gerät daß die Anordnung als ein Energie der Frequenz f₁ bewirkt das der Energie der anregenden Schwingungs- oder f₂ erzeugender Generator wirkt. Die Energie art ausgesetzte Material des gyromagnetischen Kör- 40 einer gewünschten Frequenz kann mittels einer öffpers »5« eine Kopplung zwischen dieser und jeder der nung und eines Hohlleiters abgenommen und in genau beiden anderen Schwingungsarten, deren eine, mit der derselben, oben für die verstärkte Signalenergie beFrequenz f_v eine Hohlraumschwingung ist, während schriebenen Weise einem Verbraucher zugeführt werdie andere, mit der Frequenz /₂, eine magnetostatische den. Die Anordnung und Ausrichtung der Öffnungen Resonanzschwingung ist. Aus diesem Grunde wirken 45 hinsichtlich des Hohlraumes und die Bemessung der die Hohlraumresonatoren mit den darin angeordneten Ausgangshohlleiter in der in den Fig. 9, 10 und 11 beiden Körpern für die Quelle 65 der Signalfrequenz gezeigten Weise erlaubt die Auswahl einer Energie der wie negative Widerstände, die die positiven Wider- gewünschten Schwingungsart und eine Aussiebung stände des Systems einschließlich der Wirkwider- gegenüber einer Energie der unerwünschten Schwinstandsverluste der Hohlkörperwände und des Ver- 50 gungsart.

brauchers 68 beinahe aufheben. Es sind noch eine Anzahl anderer, die Grundsätze Wie in den in Fig. 9 und 10 gezeigten Fällen sind der Erfindung erfüllender Ausführungsarten möglich, die Koppelöffnungen 58, 66 und 67 an denjenigen bei denen Hohlraumschwingungen allein, Hohlraum-Punkten der Resonatorwand angebracht, an denen schwingungen und magnetostatische Resonanzschwinman Energie der gewünschten Schwingungsart unter 55 gungen zusammen oder bei denen magnetostatische Ausschluß von Energie einer unerwünschten Schwin- Resonanzschwingungen allein angewendet werden, um gungsart am günstigsten einführen bzw. abnehmen entweder die Verstärkung eines Signals oder die Erkann. Die Anordnung der Fig. 11 ist von diesem zeugung von Schwingungen zu erreichen. Standpunkt aus besonders vorteilhaft auf Grund der

Tatsache, daß nur Schwingungen der beiden Schwin- 60 Patentansprüche: gungsarten mit den Frequenzen f_x und f_p als Hohlraumschwingungen unterhalten werden, während die 1. Parametrischer Hochfrequenzverstärker, dadritte Schwingungsart mit der Frequenz f₂ auf das durch gekennzeichnet, daß ein ein hochfrequentes Volumen der gyromagnetischen Körper »J5« und die Feld begrenzender Raum vorgesehen ist, in dem kleinen Bereiche in deren unmittelbarer Nachbar- 65 mindestens ein gyromagnetischer Körper in einer schaft beschränkt bleibt. So kann die anregende solchen Lage angebracht ist, daß er bei magneti-Energie an einer aus Fig. 5 ersichtlichen Stelle einge- scher Erregung und magnetischer Vorspannung führt werden, die so liegt, daß die Energie der dritten eine Kopplung zwischen einem innerhalb des ge-Schwingungsart dort ein Maximum hat. Der Hohl- schlossenen Raumes schwingenden magnetischen leiter 59 und die Koppelöffnung 58, mit deren Hilfe 70 Feld eines Wellentyps und einem innerhalb des

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geschlossenen Raumes schwingenden magnetischen Feld eines anderen Wellentyps bewirkt, daß Einrichtungen zum Anlegen eines magnetischen Gleichvorspannungsfeldes an den Körper vorgesehen sind sowie Vorrichtungen, um dem Körper Steuerenergie mit der hohen Frequenz /_p zuzuführen, dergestalt, daß die zugeführte Steuerenergie und das Vorspannungsfeld gemeinsam die durch den Körper zwischen den Wellentypen bewirkte Kopplung ändern, um innerhalb des das hochfrequente Feld begrenzenden Raumes für jedes der beiden Frequenzbänder, die um zwei Frequenzen Z₁ bzw. f₂ herum angeordnet sind, einen negativen Widerstand zu erzeugen, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um in diesen Raum ein Signal mit einer Frequenz innerhalb eines dieser beiden Frequenzbänder einzukoppeln, sowie Vorrichtungen, um verstärkte Signalenergie aus diesem System auszukoppeln.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus einem das hochfrequente Feld umschließenden Aufbau (53) mit einem Hohlraumresonator und einem gyromagnetischen Körper (41 [A]) besteht, der so innerhalb des Hohlraumes angeordnet ist, daß er den Verlauf der in dem Hohlraum stehenden Wellen beeinflussen kann.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator (53) bei einer der Frequenzen der Schwingungsformen, z. B. der eingespeisten Signalfrequenz, der ausgekoppelten Signalfrequenz oder der anregenden Frequenz, oder bei zwei Frequenzen dieser Schwingungsformen auf Resonanz abgestimmt ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (53) auf die Frequenzen f_v f₂ und f„ = f_i + f₂ abgestimmt ist, von denen Z₁ und f₂ die zu den ersten und zweiten Schwingungsformen gehörenden Frequenzen sind.

5. Verstärker nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abmessungen des Hohlraumes (53) zwei stehende Wellen zweier verschiedener Schwingungsformen entstehen und daß der gyromagnetische Körper (41 [A]) an derjenigen Stelle des Hohlraumes (53) angeordnet ist, an der die Magnetfelder der stehenden Wellen senkrecht aufeinanderstellen.

6. Verstärker nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, die innerhalb des das hochfrequente Feld umschließenden Aufbaues ein Feld einer ersten Schwingungsform aufbauen, dessen Kraftlinien sich innerhalb eines begrenzten Bereiches in eine Richtung erstrecken, daß die Kraftlinien des Feldes einer zweiten Schwingungsform die Kraftlinien des Feldes der ersten Schwingungsform in; diesem begrenzten Bereich schneiden und daß der gyromagnetische Körper (41 [A]) in diesem begrenzten Bereich angeordnet ist.

7. Verstärker nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (54, 55) vorgesehen sind, die auf den gyromagnetischen Körper ein magnetisches Gleichfeld einwirken lassen, dessen Stärke so bemessen ist, daß sich die Präzession der Magnetisierung des Körpers in Resonanz mit der Frequenz der eingekoppelten Wellenenergie befindet.

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie einspeisenden Einrichtungen (58, 59, 61), das magnetische Gleichfeld und das Eingangssignal zusammenwirken und innerhalb des Hohlraumresonators Felder wenigstens dreier verschiedener ausgeprägter Schwingungsformen erzeugen, daß das Feld einer ersten Schwingungsform eine in einem bestimmten Bereich mit dem magnetischen Gleichfeld (H) parallele Komponente magnetischer Feldlinien besitzt, daß ein zweites Feld in diesem Gebiet eine zu dem magnetischen Gleichfeld senkrechte Komponente aufweist und daß das dritte Feld in diesem Gebiet ebenfalls eine zu dem magnetischen Gleichfeld senkrecht stehende Komponente besitzt.

9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der das hochfrequente Feld umschließende Aufbau (53) ein auf Resonanz mit den Frequenzen der drei Schwingungsformen oder Wellentypen abgestimmter Hohlraumresonator ist und daß der gyromagnetische Körper (41 [A]) innerhalb des Hohlraumes (53) an einer Stelle angeordnet ist, an der das Magnetfeld der Hohlraumschwingung der tiefsten Frequenz das Magnetfeld der Hohlraumschwingung der mittleren Frequenz schneidet.

10. Verstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einkopplung in der Wand des Hohlraumresonators (53) an der Stelle eine Lochblende (58) vorgesehen ist, an der das Feld einer der Hohlraumschwingungen ein Maximum und die der anderen Felder eine Nullstelle aufweisen, und daß die Blende so ausgerichtet ist, daß die Kopplung mit der dritten Hohlraumschwingung auf ein Minimum beschränkt bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 762 871; deutsche Patentanmeldung ρ 19781 VIII a/21 a⁴ D (bekanntgemacht am 19. 2. 1953);
Proc. I.R.E., 44 (1956), S. 904ff.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen