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Die Erfindung bezieht sich auf einen parametrischen Verstärker für
sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer als nichtlineare Reaktanz dienenden
Kapazitätsdiode, mit einem der Pumpenergiezufuhr dienenden Hohlleiter, mit einem
der Signalenergiezufuhr dienenden, als Koaxialleitung ausgebildeten, auf die Breitseite
des Hohlleiters aufgesetzten Tiefpaß und mit einem auf eine Idlingfrequenz abgestimmten
Resonanzkreis, in den die Kapazitätsdiode einbezogen ist.
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Verstärker der eingangs geschilderten Art dienen , vor allem der rauscharmen
Verstärkung elektromagnetischer: Wellen. Verschiedentlich werden sie auch zur Leistungsverstärkung
bereits verwendet, um unmittelbar vom Ausgang eines parametrischen Ver= stärkers
beispielsweise die Richtfunkantenne einer Richtfunkstrecke speisen zu können. Verstärker
dieser Art sind in der Literatur bereits vielfach beschrieben, beispielsweise wäre
hierzu auf die Arbeit von E. D. R e e d, »The Variable-Capacitance parametric amplifier«,
I. R. E. Trans., Vol. ED-6 (April 1959), S. 216 bis 224, zu verweisen. Es kommt
bei parametrischen Verstärkern, vor allem bei geräuscharmer Verstärkung, vor allem
darauf an, das Produkt aus Gewinn mal Bandbreite möglichst groß zu machen. Dieses
Produkt wird durch die Güte der einzelnen Resonatoren wesentlich mitbestimmt. Bei
den bekannten Ausführungsformen parametrischer Verstärker zeigt sich indes, daß
man mit Einzelkreisen in den einzelnen Zuleitungen gewisse Werte kaum übersteigen
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei relativ einfacher Ausführung
des parametrischen-, Verstärkers das Produkt aus Gewinn und Bandbreite noch nennenswert
anzuheben.
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Bei einem parametrischen Verstärker für sehr kurze elektromagnetische
Wellen mit einer als nichtlineare Reaktanz dienenden Kapazitätsdiode, mit einem
der Pumpenergiezufuhr dienenden Hohlleiter, mit einem der Signalenergiezufuhr dienenden,
als Koaxialleitung ausgebildeten, auf die Breitseite des-Hohlleiters aufgesetzten
Tiefpaß und mit einem auf eine Idlingfrequenz abgestimmten Resonanzkreis, in den
die Kapazitätsdiode einbezogen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch,
gelöst, daß der Idlingresonanzkreis aus einem unmittelbar zwischen die Hohlleiterbreitseite
und den Tiefpaß in Koaxialleitungsbauweise eingefügten Koaxialleitungsabschnitt
besteht, der die Kapazitätsdiode enthält, und daß der der Pumpenergiezufuhr dienende
Hohlleiter extrem flach ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei den bekannten
parametrischen Verstärkern der Signalkreis, der Puinpkreis und der Idlerkreis relativ
stark miteinander gekoppelt sind, so daß insbesondere der Idlerkreis nicht unabhängig
von dem der Pumpenergiezufuhr dienenden Hohlleiterkreis für maximale Bandbreite
bemessen werden kann.
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Beim Erfindungsgegenstand ist demgegenüber der Pumpkreis nicht mehr
bandbreiteeinengend mit dem Idlerkreis gekoppelt. Die Ausbildung des Idlerkreises
als Koaxialkreis bedingt überdies eine Erhöhung der Bandbreite, weil ein Koaxialkreis
mit geringeren Streureaktanzen realisierbar ist als ein Hohlleiterkreis.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Länge des Innenleiterabschnittes im Idlingresonanzkreis
einstellbar ist.
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Von besonderem Vorteil ist es weiterhin, wenn der Hohlleiter als sogenannter
SchmalprofiPHohlleiter mit extrem geringer Höhe ausgebildet wird. Beispielsweise
ist für eine Frequenz der Pumpschwingung von etwa 16 GHz an eine Höhe des Hohlleiters
von etwa 0,5 mm bei einer Breite von etwa 10 mm gedacht.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher beschrieben.
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In der F i g. 1 ist der Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen parametrischen Verstärkers dargestellt, der beim Beispiel
für eine Bandmitfenfrequenz von etwa 4,6 GHz bestimmt ist. Die Kapazitätsdiode 1
ist im Zuge des Innenleiters 2 einer koaxialen Leitung mit 6 mm Innendurchmesser
des Außenleiters in 8,5 mm Abstand vom kurzgeschlossenen Leitungsende angeordnet.
Das Signal wird der Kapazitätsdiodel über einen d/4-Transformator 3 und einen dreigliedrigen
Tiefpaß 4 von nominell 10 Ohm Wellenwiderstand zugeführt. Die Pumpleistung hat beim
Beispiel eine Frequenz von 16,4 GHz und wird der Kapazitätsdiode über einen Hohlleiter-A/4-Transformator
5 und einen extrem flachen-: Hohlleiter"6 des Querschnittes 10 X 0,5 mm (Grenzfrequenz
15 GHz) zugeführt. Dieser flache Hohlleiter 6 durchdringt den Koaxialleiter senkrecht
in seinem kurzgeschlossenen Ende und ist deshalb so 4(ach gewählt-,'damit er für
Signal-und Differenzfrequenzen (Idlingfrequenz) eine möglichst geringe Störung des
_ Käaxialleiters darstellt. Das andere Ende des flachen Hohlleiters 6 ist mit einem
Kurzschlußschieber 7 zur- besseren Anpassung des Pumpgenerators an die Kapazitätsdiode
abgeschlossen. _ Als Kapazitätsdioden- sind abrupt dotierte GaAs-Dioden z. B. der
Typen A-6Q2 und XD-500 verwendet, die gleiche äußere Abmessungen haben. Nullpunktskapazität
und Balühwiderstand sind in folgender Tabelle zusammengestellt:
| ... 1 . = A-602 I XD-500 |
| Nullpunktskapazität C (0) . (3;38 pF 0,473 pF |
| Bahnwiderstand r ....... 536 Ohm 7,2 Ohm |
Die Gehäusekapazität Cg -ist mit 0,28 pF, die Serieninduktivität L, mit 0,7 äH -angegeben.
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Der Signalkreis des Verstärkers ist gebildet aus der Reihenschaltung
des kapazitiven Scheinwiderstandes der gepumpten Diode 1, dem induktiven Blindwiderstand
des kurages@hlosseriün- koaxialen Utungsstückes 2 und dem Eingangswiderstand des
Tiefpasses 4.
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Der Hilfskreis (Idlingkreis) rles Verstärkers besteht aus der bei
der Differenzfrequenz beiderseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitung 2-- zwischen
Signaltiefpaß 4 und Pumphohlleiter 6. Das koaxiale Leitungsstück 2 zwischen Diode
1 und Pumphohlleiter 6, mit 4 mm Durchmesser des Innenleiters, ist bei der Differenzfrequenz
etwas länger als eine Viertelwellenlänge, hat also, von der Diode aus betrachtet,
einen kapazitiven Eingangswiderstand, wie er zur Abstimmung der Kapazitätsdiode
im Bereich zwischen den beiden Eigenfrequenzen der Diode erforderlich ist.
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Die Länge des koaxialen Leitungsstückes 2 läßt sich durch Einführen
verschiedener Zwischenstücke8 für den Außenleiter und zugehöriger Zwischenstücke
9 für den Innenleiter verändern. Damit ist eine Abstimmung ausführbar.
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In den F i g. 2 und 3 sind zwei Verstärkungskurven
im
Oszillogramm wiedergegeben, die mit den beiden genannten Dioden A-602 und XD-500
bei einfach abgestimmtem Signalkreis gewonnen wurden. Die maximale Verstärkung in
Bandmitte ist in beiden Fällen 20 db; die 3-db-Bandbreiten betragen 50 bzw. 65 MHz,
entsprechend einem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt von 500 bzw. 650 MHz. Dies sind
mehr als doppelt so große Werte, wie sie bei gleichen Frequenzen mit einem Hohlleiterresonator
als Hilfskreis zu erreichen sind. Der Unterschied in der Bandbreite erklärt sich
durch die verschiedenen Güten der Dioden, der Unterschied in der Bandmittenfrequenz
4,69 bzw. 4,60 GHz durch die verschiedene mittlere Sperrschichtkapazität der Dioden
im Arbeitspunkt (vgl. Tabelle). Bei Diodenwechsel und bei Änderung der Diodenvorspannung
verstimmen sich sowohl Hilfskreis als auch Signalkreis. Eine geringe von der Signalkreisabstimmung
unabhängige Abstimmung des Hilfskreises ist mit Hilfe des Kurzschlußschiebers im
Pumphohlleiter möglich, da das differenzfrequente Feld auch noch in den Pumphohlleiter
eindringt.