DE1254201B - Stabilisierter parametrischer Geradeausverstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

•Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a4 - 29/50

Nummer: 1 254 201

Aktenzeichen: Z 8359IX d/21 a4

Anmeldetag: 12. November 1960

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung bezweckt die Verbesserung des parametrischen Geradeausverstärkers hinsichtlich der Stabilität.

Der bisher bekannte parametrische Geradeausverstärker besteht in seiner einfachsten Form aus drei Schwingkreisen, die auf die Signalfrequenz /₈, die Pumpfrequenz f_P und die Hilfsfrequenz fu abgestimmt und durch eine nichtlineare Reaktanz gekoppelt sind. Die Frequenzbeziehung ist

fh — fp — fs-

Statt der Schwingkreise werden bei hohen Frequenzen Leitungskreise und Hohlraumresonatoren verwendet. Die nichtlinearen Reaktanzen können durch konzentrierte Schaltelemente, wie nichtlineare Spulen und Kondensatoren, oder durch verlustarme Festkörper, wie ferromagnetische und -elektrische Materialien sowie durch Ferrite mi Bereich der gyromagnetischen Resonanzen, dargestellt werden.

Dadurch, daß auf der Pumpfrequenz eine Pumpleistung zugeführt wird, entsteht auf der Signalfrequenz ein negativer Leitwert oder Widerstand. Je nach Art der verwendeten Schaltung ist entweder der Betrag des negativen Leitwertes oder der Betrag des negativen Widerstandes in grober Näherung der Pumpleistung proportional. Wenn die Pumpleistung einen bestimmten kritischen Wert, der von der Bemessung der Schaltung abhängt, überschreitet, schwingt die Anordnung.

Mit Hilfe des negativen Leitwertes bzw. Widerstandes kann man auf der Signalfrequenz eine Leistungsverstärkung erzielen. Um eine hohe Verstärkung zu erreichen, muß man in der Nähe des Schwingungseinsatzes arbeiten. Dies ist der Grund für die geringe Stabilität des bisher bekannten parametrischen Geradeausverstärkers.

Der Erfindungsgedanke ist, einen weiteren Hilfskreis vorzusehen, der auf die zweite Hilfsfrequenz

fn = /, + /* = 2 f_v - f_s

abgestimmt ist. Dadurch ist es möglich, diese Unstabilität zu beseitigen oder zu vermindern.

Zur Erreichung des Stabilisierungseffektes ist es nötig, die Schaltung entweder so aufzubauen, daß einerseits Signalkreis, Pumpkreis und erster Hilfskreis, andererseits Pumpkreis, erster und zweiter Hilfskreis durch je eine nichtlineare Reaktanz gekoppelt sind, oder so, daß Signalkreis, Pumpkreis, erster und zweiter Hilfskreis durch eine nichtlineare Reaktanz gekoppelt sind. Wenn dagegen die Schaltung so aufgebaut wird, daß einerseits Signalkreis, Pumpkreis und erster Hilfskreis, andererseits Signalkreis, Pumpkreis und zweiter Hilfskreis durch je eine nichtlineare Reaktanz gekop-Stabilisierter parametrischer Geradeausverstärker

Anmelder:

Institut für Hochfrequenztechnik,

Darmstadt, Schloßgartenstr. 8

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus H. Blankenburg, Zimmersrode

pelt sind, wird der gewünschte Stabilisierungseffekt nicht erzielt.

Die Ersatzschaltbilder nach F i g. 1 und 2 zeigen Beispiele für die Realisierung des Erfindungsgedankens.

Bezeichnungen:

Is — Kurzschlußstrom des Signalgenerators, ■ G₈ — Innenleitwert des Signalgenerators,
Gl = Lastleitwert,

G_vs = Verlustleitwert des Signalkreises,
Ip — Kurzschlußstrom des Pumpgenerators,
Gp = Innenleitwert des Pumpgenerators,
G_Vp = Verlustleitwert des Pumpkreises, ;

Gh — Resonanzleitwert des ersten Hilfskreises,
Gh = Resonanzleitwert des zweiten Hilfskreises, ■ Ck, Ca' = nichtlineare Koppelkapazitäten.

Zur Kennzeichnung der Schwingkreise sind die Frequenzen angegeben, auf die sie abgestimmt werden müssen.

Die Wirkungsweise beider Schaltungen wird im folgenden beschrieben.

Schaltung nach F i g. 1

In der ersten Masche der Schaltung, die sich aus

Signalkreis, Pumpkreis, erstem Hilfskreis und der nichtlinearen Kapazität Ca zusammensetzt, wird aus Signalfrequenz und Pumpfrequenz nach der Beziehung

fh — fv — fs

die erste Hilfsfrequenz erzeugt. Diese Frequenzbeziehung kennzeichnet einen Reaktanzmischer in Frequenzenkehrlage. Diese erste Masche entspricht dem parametrischen Geradeausverstärker bekannter Bauart, in dem nur eine Hilfsfrequenz erzeugt wird. In dieser Masche bewirkt die von der Pumpspannung ausgesteuerte nichtlineare Kapazität eine Kopplung zwischen Signalfrequenz und erster Hilfsfrequenz, die so beschaffen ist, daß Signalkreis und erster Hilfskreis

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durch negative Leitwerte entdämpft werden. In der zweiten Masche der Schaltung, die sich aus Pumpkreis, erstem und zweitem Hilf skr eis sowie der nichtlinearen Kapazität CY zusammensetzt, wird aus Pumpfrequenz und erster Hilfsfrequenz nach der Beziehung

Jh = Jv + /ft

die zweite Hilfsfrequenz erzeugt. Diese Frequenzbeziehung kennzeichnet einen Reaktanzmischer in Frequenzengleichlage. In dieser Masche bewirkt die von der Pumpspannung ausgesteuerte nichtlineare Kapazität CY eine Kopplung zwischen erster und zweiter Hilfsfrequenz, die so beschaffen ist, daß beide Hilfskreise durch positive Leitwerte bedämpft werden.

Die ganze Schaltung kann vom Signalkreis her gesehen als die Kettenschaltung eines Reaktanzmischers in Frequenzenkehrlage und eines Reaktanzmischers in Frequenzengleichlage aufgefaßt werden. In dieser Schaltung wird der Signalkreis ebenso wie beim einfachen Reaktanzmischer in Frequenzenkehrlage stets durch einen negativen Leitwert entdämpft.

Während aber der Betrag dieses negativen Leitwertes beim einfachen Reaktanzmischer in Frequenzenkehrlage in grober Näherung proportional der Pumpleistung ansteigt, nähert er sich bei der Schaltung nach F i g. 1, falls Cic und CY gleiche Kennlinienform besitzen, mit steigender Pumpleistung asymptotisch einem Grenzwert, der sich für den Sonderfall C* = CY nach der Theorie zu

Ggrenz — '"

ergibt. Falls dieser Grenzwert dem Betrag nach gleich der Summe der im Signalkreis wirksamen positiven Leitwerte ist,

Jh

= Gs + Gl + G

_vs,

kann man hohe Entdämpfungen und damit hohe Werte der Verstärkung erreichen, obwohl der Verstärker für alle Werte der Pumpleistung stabil ist.

Falls der Betrag des Grenzwertes kleiner als die Leitwertsumme ist, geht die Verstärkung mit steigender Pumpleistung gegen einen Grenzwert, der von GV abhängt.

Falls der Betrag des Grenzwertes größer als die Summe der positiven Leitwerte ist, ist der Verstärker zwar nicht für alle Pumpleistungen stabil, der Schwellwert der Pumpleistung, bei dessen Überschreitung der Verstärker schwingt, ist jedoch höher als in der entsprechenden Schaltung ohne zweiten Hilfskreis. Gleichzeitig ist für einen bestimmten Wert der eingestellten Verstärkung die Empfindlichkeit des Verstärkers gegenüber Pumpleistungsschwankungen kleiner als bei der Schaltung ohne zweiten Hilfskreis.

Schaltung nach F i g. 2

In der Schaltung nach F i g. 2 werden die beiden Hilfsfrequenzen in einer einzigen Masche, die aus Signalkreis, Pumpkreis, den beiden Hilfskreisen und der nichtlinearen Koppelkapazität Cn besteht, erzeugt. Die von der Pumpspannung ausgesteuerte nichtlineare Koppelkapazität läßt sich für kleine Signale durch eine mit der Pumpfrequenz periodisch zeitabhängige Kapazität darstellen. Der direkte Leistungsumsatz zwischen den Frequenzen /_s und Ju sowie zwischen den Frequenzen Jh und Jh wird gemäß den Frequenzbeziehungen

Jh — Jv ~" Jn

¹S und

Jh = Jv + Jh

durch den Grundwellenanteil dieser zeitabhängigen Kapazität bewirkt, der direkte Leistungsumsatz zwiao sehen den Frequenzen /_s und Jh dagegen gemäß der Frequenzbeziehung

durch den Anteil der Frequenz 2 J_p dieser Kapazität. Bedingung für das Eintreten des gewünschten Stabilisierungseffektes ist, daß dieser zweite Anteil gegenüber dem ersten vernachlässigt werden kann.

In diesem Fall kann der direkte Leistungsumsatz zwischen den Frequenzen J₈ und Jn außer acht gelassen werden und die Schaltung nach F i g. 2 verhält sich hinsichtlich ihrer Stabilitätseigenschaften wie die vorher besprochene Schaltung.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Parametrischer Geradeausverstärker mit drei Schwingkreisen, die auf die Signalfrequenz /_s, die Pumpfrequenz J_v und die Hilfsfrequenz

   Jh = Jv — Js

   abgestimmt sind, gekennzeichnet durch einen vierten Schwingkreis, der auf die zweite Hilfsfrequenz

   Jh' = 2 J_v - J_s

   abgestimmt ist, wobei die Kopplung der Schwingkreise über nichtlineare Reaktanzen erfolgt, und zwar entweder so, daß einerseits Signalkreis, Pumpkreis und erster Hilfskreis, andererseits Pumpkreis, erster und zweiter Hilfskreis durch je eine nichtlineare Reaktanz gekoppelt sind, oder so, daß Signalkreis, Pumpkreis, erster und zweiter Hilfskreis durch eine nichtlineare Reaktanz gekoppelt sind.

   In Betracht gezogenes ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 1112 139.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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