DE1212599B

DE1212599B - Parametric device for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1212599B
Application number: DES87918A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Heinlein; Dipl-Ing Albert Kuerzl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-10-17
Filing date: 1963-10-17
Publication date: 1966-03-17

Description

Parametrische Einrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine parametrische Einrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere einen parametrischen Verstärker.Parametric device for very short electromagnetic waves The invention relates to a parametric device for very short electromagnetic Waves, especially a parametric amplifier.

Unter parametrische Einrichtungen für sehr kurze elektromagnetische Wellen werden bekanntlich Modulatoren verstanden, die als nichtlineares Element wenigstens eine nichtlineare Reaktanz, beispielsweise eine nichtlineare Kapazität oder eine nichthneare Induktivität haben und die vor allem der rauscharmen Verstärkung oder Frequenztransponierung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen dienen.Under parametric facilities for very short electromagnetic As is well known, waves are understood as modulators, which act as a non-linear element at least one non-linear reactance, for example a non-linear capacitance or have a non-linear inductance and are mainly of low noise amplification or frequency transposition of very short electromagnetic waves.

Wesentlich für diese parametrischen Einrichtungen ist, daß sie außer je einer Zuführung für die Pumpenergie und die eigentliche Signalfrequenzenergie noch ein Resonanzgebilde enthalten, welches für die sogenannte Idlingfrequenz in dem Modulator einen Wirkwiderstand bildet. Wesentlich für parametrische Einrichtungen ist im Regelfall ferner, daß das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite möglichst groß ist. Die Größe dieses Produktes ist, wie beispielsweise durch G. L. Matthaei, »A situdy of optimum design of wide-band parametric amplifiers and upconverters«, IRE Trans., Vol. MTT-9 (Januar 1961), S. 23 bis 38, bekannt, dadurch günstig beeinflußbar, daß an Stelle eines einzelnen Resonanzkreises für die Idlingfrequenz ein Resonanzgebilde verwendet wird, das ein Reaktanzverhalten hat ähnlich dem eines mehrkreisigen Bandfilters.It is essential for these parametric devices, except that they in each case one supply for the pump energy and the actual signal frequency energy still contain a resonance structure, which forms an effective resistance for the so-called Idlingfrequenz in the modulator. As a rule, it is also essential for parametric devices that the product of gain and bandwidth is as large as possible. The size of this product is, for example, by G. L. Matthaei, "A situde of optimum design of wide-band parametric amplifiers and upconverters", IRE Trans., Vol. MTT-9 (January 1961), pp. 23 to 38 , known, can be favorably influenced by the fact that instead of a single resonance circuit for the idling frequency, a resonance structure is used which has a reactance behavior similar to that of a multi-circuit band filter.

Die praktische Realisierung derartiger Idlingschaltungen ist indes relativ schwierig, weil sie zu elek# trisch komplizierten Schaltungen führt, die auch räumlich sehr aufwendig sind. Vor allem bei Verwendung einer Kapazitätsdiode als nichtlineare Reaktanz ist dies sehr störend, weil diese räumlich sehr klein iin Vergleich zu der Filterschaltung für den Idlingkreis ist und eine gewünschte Verkopplung von Kapazitätsdiode und Idlingschaltung wesentliche konstruktive Probleme und Schwierigkeiten bringt.The practical implementation of such idling circuits is, however relatively difficult because it leads to electrically complicated circuits that are also very expensive in terms of space. Especially when using a capacitance diode as a non-linear reactance, this is very disturbing because it is spatially very small iin comparison to the filter circuit for the idling circuit and is a desired one Coupling of varactor diode and idling circuit are significant design problems and brings trouble.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer parametrischen Einrichtung, die eine Idlinschaltung mit dem Reaktanzverhalten eines mehrkreisigen Bandpaßfilters hat, die Ausgestaltung des die Idlingschaltung und die nichtlineare Reaktanz enthaltenden Teiles.einer parametrischen Einrichtung wesentlich zu vereinfachen.The invention is based on the problem of a parametric Device that has an idlin circuit with the reactance behavior of a multi-circuit Bandpass filter has the design of the idling circuit and the non-linear Part of a parametric device containing reactance.

Bei der Erfindung wird von der Eigenschaft einer Leitungsverzweigung Gebrauch gemacht, die darin besteht, daß die elektrische Verkopplung von an verschiedenen Leitungen der Verzweigung angeschaltete Resonatoren untereinander durch Einfügung einer Reflexionsstelle im Verzweigungsbereich so gering bzw. lose gemacht werden kann, daß sich die Resonatoren abstimmungsmäßig fast nicht beeinflussen.The invention is based on the property of a line branching Made use of the fact that the electrical coupling of to different Lines of the junction connected resonators to one another by inserting them a reflection point in the branching area can be made so small or loose It can be that the resonators almost do not influence each other in terms of tuning.

Erfmdungsgemäß wird die vorstehend geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß an eine Leitungsverzweigung, in der die variable Reaktanz angeordnet ist, wenigstens zwei Leitungen angeschaltet sind, die in vorzugsweise abstimmbare Resonatoren für die Idlingfrequenz übergehen und die über die Verzweigung derart lose miteinander gekoppelt sind, daß die einzelnen Resonatoren sich weitgehend unabhängig voneinander im Frequenzbereich der Idlingfrequenz abstimmen lassen.According to the invention, the object described above is achieved by that at a branch in which the variable reactance is arranged, at least two lines are connected, which in preferably tunable resonators for pass over the idling frequency and the over the branch so loosely with each other are coupled so that the individual resonators are largely independent of one another can be tuned in the frequency range of the idling frequency.

Wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, ist nämlich überraschenderweise trotz der fast vollständigen Entkopplung der einzelnen Idlingresonatoren voneinander noch eine hinreichend starke Kopplung zwischen den einzelnen Resonatoren und dem Stromkreis der nichtlinearen Reaktanz, insbesondere einer Kapazitätsdiode, vorhanden, wenn diese iin Verzweigungsbereich vorgesehen wird.As the studies on which the invention is based have shown, is namely surprisingly despite the almost complete decoupling of the individual Idling resonators from each other still have a sufficiently strong coupling between the individual resonators and the circuit of nonlinear reactance, in particular a capacitance diode, if this is provided in the branching area will.

Vorteilhaft werden die einzelnen Resonatoren für die Idlingfrequenz geringfügig gegeneinander verstimmt. Wenigstens einer der Resonatoren für die Idlingfrequenz kann vorteilhaft auch als mehrkreisiges Bandfilter mit einer äußeren Wirklast ausgebildet werden.The individual resonators for the idling frequency are advantageously slightly detuned from one another. At least one of the resonators for the idling frequency can advantageously also be designed as a multi-circuit band filter with an external active load.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer parametrischen Einrichtung nach der Erfindung wird dann erhalten, wenn die Leitungsverzweigung als Parallelverzweigung in Hohlleiterbauweise ausgebildet ist, in die elektrisch parallel zusätzlich die ebenfalls als Hohlleiter ausgebildete Leitung für die Pumpfrequenzzuführung einmündet und in deren Verzweigungspunkt die variable Reaktanz angeordnet ist, die mit einer im Verzweigungszentrum in die Hohlleiter einmündenden Koaxialleitung für die Signalfrequenz verbunden ist. Die lose Kopplung kann hierbei vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß im Verzweigungsbereich eine zusätzliche, im Reflexionsverhalten vorzugsweise einstellbare Reflexionsstelle, wie eine Abstimmschraube oder eine Trennwand, für die Wellen von Idlingfrequenz vorgesehen wird. Diese Entkopplung läßt sich für bestimmte Ausführungsformen der Einrichtung auch dadurch einfach realisieren, daß der Feldwellenwiderstand der einzelnen Hohlleitungen für die Idlingresonatoren zumindest ün Verzweigungsbereich sehr niederohmig im Vergleich zum Feldwellenwiderstand üblicher Hohlleiter mit dem Seitenverhältnis von 1: 2 gewählt wird. Letzteres kann unterstützend zu der vorerwähnten Reflexionsstelle oder auch für sich allein zur Entkopplung angewendet werden. Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn für die einzelnen Hohlleiter solche mit einem flachen Rechteckprofil, insbesondere mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner als 1: 7 vorgesehen sind.An advantageous embodiment of a parametric device according to the invention is then obtained when the manifold is designed as a parallel branch in the waveguide structure, electrically parallel additionally also formed as a hollow conductor line opens in the for the pumping frequency supply and arranged, the variable reactance in the branching point, with a coaxial line for the signal frequency which opens into the waveguide in the branching center. The loose coupling can advantageously be achieved by providing an additional, preferably adjustable reflection point, such as a tuning screw or a partition, for the waves of idling frequency in the branching area. This decoupling can also be easily achieved for certain embodiments of the device in that the field wave resistance of the individual hollow lines for the idling resonators is selected to be at least in the branching area very low compared to the field wave resistance of conventional wave guides with an aspect ratio of 1: 2. The latter can be used in support of the aforementioned reflection point or also on its own for decoupling. It has also proven to be advantageous if those with a flat rectangular profile, in particular with a height-to-width ratio of less than 1: 7 , are provided for the individual waveguides.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

F i g. 1 zeigt in Aufsicht einen Schnitt durch einen parametrischen Verstärker für die Verstärkung einer Signalfrequenz, beispielsweise im Frequenzbereich um 4 GHz; F i g. 2 zeigt den gleichen Verstärker in einem Längsschnitt.F i g. 1 shows a plan view of a section through a parametric amplifier for amplifying a signal frequency, for example in the frequency range around 4 GHz; F i g. 2 shows the same amplifier in a longitudinal section.

Die Pumpfrequenz f, liegt für diesen Verstärker bei etwa 12 GHz. Es ergibt sich dann eine Idlingfrequenz fi von etwa 8 GHz und eine Summen frequenz (f, + f,) von etwa 16 GHz.The pump frequency f for this amplifier is around 12 GHz. This then results in an idling frequency fi of around 8 GHz and a sum frequency (f, + f,) of around 16 GHz.

Der Verstärker arbeitet mit einer Kapazitätsdiode 1, die eine Hohlleiterverzweigung senkrecht zur Breitseite durchdringt. In Verlängerung der Kapazitätsdiode 1 mündet in die Hohlleiterverzweigung eine Koaxialleitung ein, die der Zuführung und Entnahme der Signalfrequenz f, dient. Zur Verhinderung eines Entweichens von Pumpenergie und von Idlingenergie über diese Koaxialleitung ist ein Tiefpaß 2 in die Koaxialleitung eingeschaltet.The amplifier works with a capacitance diode 1, which penetrates a waveguide branch perpendicular to the broad side. As an extension of the capacitance diode 1 , a coaxial line opens into the waveguide branching, which is used to supply and extract the signal frequency f 1. To prevent pump energy and idling energy from escaping via this coaxial line, a low-pass filter 2 is switched into the coaxial line.

Die Leitungsverzweigung selbst enthält zwei Hohlleiterabschnitte 3, 4 von rechteckigem Querschnitt, die für sich eigentlich einen durchgehenden Hohlleiter bilden und deren Breitenabmessung so groß gewählt ist, daß sich ün Eindeutigkeitsbereich der Hohlleitung darin die Wellen von Idlingfrequenz ausbreiten können.The branching line itself contains two waveguide sections 3, 4 of rectangular cross-section, which actually form a continuous waveguide and whose width dimension is chosen so large that the waves of idling frequency can propagate therein in the unambiguous range of the hollow line.

Senkrecht hierzu mündet ein ebenfalls Rechteckquerschnitt aufweisender Hohlleiter 5 für die Zuführung der Pumpenergie mit der Frequenz f, ein. Die Breitenabmessung dieses Hohlleiterabschnitts ist so klein gewählt, daß die Grenzfrequenz des Hohlleitungsabschnittes 5 höher als die Idlingfrequenz ist, jedoch unterhalb der Pumpfrequenz liegt. A waveguide 5, likewise having a rectangular cross-section, for the supply of the pump energy with the frequency f 1 opens perpendicularly to this. The width dimension of this waveguide section is selected to be so small that the cut-off frequency of the waveguide section 5 is higher than the idling frequency, but is below the pump frequency.

In den HoMeitungsabschnitten 3, 4 sind Abstimmorgane 6, 7 insbesondere in Form von Kurzschlußschiebern vorgesehen, die eine getrennte Einstellung der elektrischen Länge jedes der Hohlleitungsabschnitte 3, 4 ermöglichen.In the line sections 3, 4, tuning elements 6, 7 are provided, in particular in the form of short-circuit slides, which enable the electrical length of each of the hollow line sections 3, 4 to be set separately.

Bei einem ausgeführten parametrischen Verstärker dieser Art hatten die Hohlleiterabschnitte 3, 4 einen Querschnitt von etwa 23 - 5 mm, und der Wellenwiderstand des Tiefpasses 2 betrug etwa 10 9. Damit wirkten die Hohlleiterteile 3, 4, 5 für die Koaxialleitung wie eine Vergrößerung des Außenleiters und damit wie eine näherungsweise konzentrierte Induktivität von etwa 2 nIL Diese Induktivität ist praktisch gerade so groß, daß sie ausreicht, um den Signalfrequenzkreis auf Resonanz für die Signalfrequenz fl abzustimmen. Der Signalfrequenzkreis ist bei dieser Ausführungsform also fest abgestimmt. Der Hohlleiter für die Pumpenergie hatte hierbei eine Höhe von 5 mm und eine Breite von 13 mm. In a parametric amplifier of this type, the waveguide sections 3, 4 had a cross section of about 23-5 mm, and the wave resistance of the low-pass filter 2 was about 10 9. The waveguide parts 3, 4, 5 thus acted like an enlargement of the outer conductor for the coaxial line and thus like an approximately concentrated inductance of about 2 nIL. This inductance is practically just so large that it is sufficient to tune the signal frequency circuit to resonance for the signal frequency fl. The signal frequency circuit is therefore permanently tuned in this embodiment. The waveguide for the pump energy had a height of 5 mm and a width of 13 mm.

Als Kapazitätsdiode wurde bei- diesem Ausführungsbeispiel eine abrupt dotierte GaAs-Diode verwendet, mit folgenden Daten: Nullpunktkapazität ........... C (0) = 0,362 pF Kontaktpotential ................ 0 = 1,294 V Bahnwiderstand .................. r = 6,6 Ohm Eigeninduktivität ............... LO = 0,7 nH Gehäusekapazität .... G, = 0,28 pF Durchbruchspannung ##ei* 10*#tA)' UD = 15,0 V Die Diode wurde mit einer festen Vorspannung zwischen - 0,6 und - 1,0 V betrieben. Bei - 0,6 V Vorspannung und 4 GIlz Signalfrequenz beträgt die dynamische Diodengüte y Q = 5,3, wenn man mit einem Kapazitätsmodulationsfaktor von y=0,32 rechnet.In this exemplary embodiment, an abruptly doped GaAs diode was used as the capacitance diode, with the following data: Zero point capacitance ........... C (0) = 0.362 pF contact potential ........... ..... 0 = 1.294 V rail resistance .................. r = 6.6 Ohm self-inductance ............... LO = 0.7 nH housing capacitance .... G, = 0.28 pF breakdown voltage ## ei * 10 * # tA) 'UD = 15.0 V The diode has a fixed bias voltage between - 0.6 and - 1 , 0 V operated. At - 0.6 V bias and 4 GILZ signal frequency dynamic diodes Q y Q = 5.3 is, when one expects a capacity modulation factor of y = 0.32.

Zusätzlich ist, von der einen Hohlleiter-Schmalseite des durchgehenden Hohlleiterabschnittes 3, 4 her in den Hohlleiterinnenraum einmündend, noch eine Abstimmschraube 8 vorgesehen, die sich in Richtung auf die Kapazitätsdiode 1 einschrauben läßt und deren Eintauchtiefe t bei einem Durchmesser von etwa 5 mm etwa 7 mm beträgt Diese Abstimmschraube 8 ist wesentlich für die Entkopplung der beiden durch die Hohlleiterabschnitte 3 und 4 gebildeten Resonatoren für die Idlingfrequenz.From one waveguide narrow side of the continuous hollow conductor section 3, 4 here is additionally einmündend into the waveguide interior, nor a tuning screw 8 which can be screwed in the direction of the capacitance diode 1 and the immersion depth t at a diameter of about 5 mm, about 7 mm This tuning screw 8 is substantially formed for the decoupling of the two through the waveguide sections 3 and 4 resonators for Idlingfrequenz.

Der Signalkreis des Verstärkers hat bei diesem Ausführungsbeispiel eine Bandbreite von etwa 400 MHz, bei einer Mittenfrequenz von etwa 3900 MHz. In diesem Frequenzbereich sind, je nach Stellung der Kurzschlußschieber 6, 7, maximale Verstärkungen von 20 db mit 3-db-Bandbreiten von 3 bis 14 MHz gemessen worden.In this exemplary embodiment, the signal circuit of the amplifier has a bandwidth of approximately 400 MHz, with a center frequency of approximately 3900 MHz. In this frequency range, depending on the position of the short-circuit slide 6, 7, maximum amplifications of 20 db with 3-db bandwidths of 3 to 14 MHz have been measured.

Innerhalb der genannten Signalkreisbandbreite setzt die Signalverstärkung jedesmal dann ein, wenn der Hilfskreis (Resonanzgebilde aus 3 und 4) bei der entstehenden Differenzfrequenz in Resonanz ist. Hat der Hilfskreis - innerhalb der Differenzfrequenz-Bandbreite, die zur Signalkreisbandbreite gehört - zwei verschiedene Resonanzfrequenzen" dann zeigt die Verstärkungskurve über der Frequenz zwei Maxima. Dieser Fall läßt sich beira Ausführungsbeispiel realisieren; denn der Hilfskreis besteht hier aus der Kapazitätsdiode mit dem unterteilten Hohlleiterraum zwischen den beiden Kurzschlußschiebern. Die beiden Resonanzfrequenzen des unterteilten Hohlleiterraumes können weitgehend unabhängig voneinander mit den Kurzschlußschiebein 6 und 7 eingestellt werden.Within said signal loop bandwidth of the signal gain is always one when the auxiliary circuit (resonance structures of Figures 3 and 4) at the difference frequency resulting in resonance. If the auxiliary circuit - within the difference frequency bandwidth associated with the signal loop bandwidth - two different resonant frequencies "then shows the gain curve over the frequency two maxima This case can be realized beira embodiment, because the auxiliary circuit here consists of the capacitance diode with the divided waveguide space between. The two resonance frequencies of the subdivided waveguide space can be set largely independently of one another with the short-circuit slides 6 and 7 .

In der F i g. 3 ist das Feldliniehbild der Differenzfrequenzschwingung ira Hohlleiter und in der F i g. 4 das Ersatzschaltbild des Hilfskreises dargestellt. Wenn die Verstärkungskurve zwei Maxima hat, sind die Abstände d,_ und d2 der beiden Kurzschlußschieber von der Diode um etwa 3 bis 4 mm größer als die halben Hohlleiterwellenlängen-42' bzw. -"2", die zu den beiden Resonanzfrequenzen des I-Elfskreises gehören. (s. F i g. 3). Wenn d., = d. ist, dann ist auch A2'= Al", und die Verstärkungskurve zeigt nur ein Maximum. In diesem Fall ist der Hilfskreis ein entarteter 3-A/,:-Resonator. Infolge der starken Störung, welche die Diode im Hohlleiter darstellt, konzentriert sich die mittlere Halbwelle dieses 3A/,-Resonators im wesentlichen auf einen engen zylindrischenRaum D von etwa 6 mm Durchmesser um die Diode herum. Die ungestörte halbe Hohlleiterwellenlänge der Diffe-,renzfrequenz von 8,6 GHz beträgt dagegen 26,8 mm.In FIG. 3 is the field line image of the differential frequency oscillation in the waveguide and in FIG. 4 shows the equivalent circuit diagram of the auxiliary circuit. If the gain curve has two maxima, the distances d, _ and d2 of the two short-circuit sliders from the diode are about 3 to 4 mm larger than half the waveguide wavelengths -42 'or - "2", which correspond to the two resonance frequencies of the I- Elfskreis belong. (see Fig. 3). If d., = D. is, then A2 '= Al ", and the gain curve shows only one maximum. In this case the auxiliary circuit is a degenerate 3-A /,: - resonator. Due to the strong disturbance, which the diode represents in the waveguide, concentrates the mean half-wave of this 3 A /, resonator essentially to a narrow cylindrical space D of about 6 mm in diameter around the diode. The undisturbed half waveguide wavelength of the differential frequency of 8.6 GHz, on the other hand, is 26.8 mm.

Das Ersatzschaltbild des Hilfskreises hat man sich aus zwei (mit Hilfe der Kurzschlußschieber abstimmbaren) Reihenschwingkreisen bestehend zu denken, die zu der gepumpten Diode parallel geschaltet sind (s. F i g. 4). Wegen der Parallelschaltung der beiden .äußeren Reihenresonanzkreise beeinflussen sich die -beiden Resonanzfrequenzen des Hilfskreises gegenseitig nur wenig (R = Diodenscheinwiderstand mit Bahnwiderstandsverlusten).The equivalent circuit diagram of the auxiliary circuit has to be thought of as consisting of two series resonant circuits (tunable with the help of the short-circuit slide), which are connected in parallel to the pumped diode (see FIG. 4). Because of the parallel connection of the two outer series resonance circuits, the two resonance frequencies of the auxiliary circuit only slightly influence each other (R = diode resistance with path resistance losses).

In der F i g. 5 sind als Beispiel fünf Verstärkungskurven gezeigt, welche den Einfluß der beiden gesondert wählbaren Resonanzen des Hilfskreises deutlich erkennen lassen. Es handelt sich hierbei um die Wiedergabe oszillographischer Aufnahmen. Bei der Aufnahme der Oszillogramme war der Kurzschlußschieber 7 festgehalten worden, während mit dem Kurzschlußschieber 6 der Abstand d, von der Diode (s. F i g. 3) in fünf Schritten von 28,3 8 auf 28,70 mm vergrößert wurde.In FIG. 5 , five amplification curves are shown as an example, which clearly show the influence of the two separately selectable resonances of the auxiliary circuit. This is the reproduction of oscillographic recordings. When the oscillograms were recorded, the short-circuit slide 7 was held while the short-circuit slide 6 increased the distance d 1 from the diode (see FIG. 3) in five steps from 28.3 8 to 28.70 mm.

Man erkennt in der Mitte aller Oszillogramme ein Verstärkungsmaximum, das unabhängig von der Stellung des Kurzschlußschiebers 6 bei etwa 3788 MHz auftritt. Die zu diesem Verstärkungsmaximum gehörende Resonanz des Hilfskreises ist durch den Hohlraum zwischen Diode und Kurzschlußschieber 7 bestimmt. Das zweite Verstärkungsmaximum wandert in Abhängigkeit von der Stellung des Kurzschlußschiebers 6 vom linken Figurenrand über die Figurenmitte zum rechten Figurenrand> verschiebt sich also kontinuierlich um etwa 35 MHz nach höheren Frequenzen zu. G bedeutet in den F i g. 5, 6, 7 und 9 die Verstärkung in Dezibelangabe. Die beiden Verstärkungsmaxima lassen sich dicht aneinanderschieben, so daß eine Verstärkungskurve mit der von zweikreisigen Bandfiltern her bekannten »Zweihöckrigkeit« zustande kommt. Je größer die Verstärkungswelligkeit ist, die man zuläßt, um so größer ist die 3-db-Bandbreite der Verstärkung gegenüber der Bandbreite einer einzelnen Verstärkungskurve, die zu einer einzigen Resonanz des Hilfskreises gehört. Bei 3750 MHz Mittenfrequenz und 20 db maximaler Verstärkung wurde z. B. eine Bandbreite von 7,4 MHz im Fall genau übereinstimmender Verstärkungsmaxima erreicht. Bei 20 db maximaler Verstärkung ließen sich 9,4 MHz Bandbreite bei 0,5 db Einsattelung bzw. 11,5 MHz Bandbreite bei 3 db Einsattelung der Verstärkung zwischen den beiden Maxima erzielen.A gain maximum can be seen in the middle of all oscillograms, which occurs independently of the position of the short-circuit slide 6 at about 3788 MHz. The resonance of the auxiliary circuit associated with this gain maximum is determined by the cavity between the diode and the short-circuit slide 7 . The second gain maximum migrates depending on the position of the short-circuit slide 6 from the left edge of the figure over the center of the figure to the right edge of the figure> thus shifts continuously by about 35 MHz towards higher frequencies. In the figures, G means g. 5, 6, 7 and 9 the gain in decibels. The two gain maxima can be shifted close to one another, so that a gain curve with the "two-humped shape" known from two-circle band filters is created. The greater the gain ripple that is allowed, the greater the 3 db bandwidth of the gain compared to the bandwidth of a single gain curve belonging to a single resonance of the auxiliary circuit. At 3750 MHz center frequency and 20 db maximum gain, z. B. achieved a bandwidth of 7.4 MHz in the case of exactly matching gain maxima. With a maximum gain of 20 db, a bandwidth of 9.4 MHz with a dip of 0.5 db and 11.5 MHz bandwidth with a dip of 3 db of the gain between the two maxima could be achieved.

In der F i g. 6 ist eine Zweikreiskurve der Verstärkung mit zwei 20-db-Maxima und einer 2-db-Einsattelung gezeigt. Die 3-db-Bandbreite beträgt hier etwa 14 MHz, entsprechend einem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt von etwa 140 MHz.In FIG. 6 shows a two-circle curve of the gain with two 20 db maxima and a 2 db dip. The 3-db bandwidth here is around 14 MHz, corresponding to a gain-bandwidth product of around 140 MHz.

- Im allgemeinen sind die beiden Verstärkungsmaxima verschieden groß. Dies kann in der Regel auf eine gewisse Unsymmetrie der Anordnung zurückgeführt werden. Die Kopplung der Diode mit den beiden Hohlleiterhalbräumen, die von den Kurzschlußschiebern begrenzt werden, sollte nämlich möglichst gleich sein. - In general, the two gain maxima are of different sizes. This can usually be attributed to a certain asymmetry of the arrangement. The coupling of the diode with the two waveguide half-spaces, which are limited by the short-circuit sliders, should in fact be as identical as possible.

Zum Ausgleich derartiger Unsymmetrien hat sich die Symmetrierschraube 8 bewährt, die in der F i g. 2 zu sehen ist. In der F i g. 7 ist die Wirkung dieser Symmetrierschraube 8 an Hand von fünf Oszillogrammen der Verstärkungskurve gezeigt. Die beiden Resonanzfrequenzen des Hilfskreises sind in diesem Fall so weit verschieden gewählt, daß sich die Verstärkungskurve in zwei Glockenkurven von 45 l#IHz Abstand aufspaltet. Eine Variation der Eintauchtiefe t zwischen 5,2 und 4,0 mm der Symmetrierschraube 8 in den Hohlleiter genügt, wie man sieht, um den Unterschied der beiden Verstärkungsmaxima im Bereich ± 3 db zu verändern. Bei Betätigung der Symmetrierschraube verstimmen sich gleichzeitig etwas die beiden Hilfskreisresonanzen, wie aus der F i g. 7 zu erkennen ist, doch ist dies durch Nachstellung der Abstimmorgane 6, 7 im Bedarfsfall korrigierbar.The symmetry screw 8 , which is shown in FIG. 2 can be seen. In FIG. 7 shows the effect of this balancing screw 8 on the basis of five oscillograms of the amplification curve. In this case, the two resonance frequencies of the auxiliary circuit are chosen to be so different that the amplification curve splits into two bell curves with a spacing of 45 lHz. A variation of the immersion depth t between 5.2 and 4.0 mm of the symmetry screw 8 in the waveguide is sufficient, as can be seen, to change the difference between the two gain maxima in the range of ± 3 db. When the symmetrizing screw is actuated, the two auxiliary circuit resonances are somewhat out of tune at the same time, as shown in FIG. 7 can be seen, but this can be corrected by readjusting the tuning elements 6, 7 if necessary.

Die für die angegebenen Werte im Verstärker erforderliche Pumpleistung beträgt beim Ausführungsbeispiel 30 bis 100 mW.The pump power required for the specified values in the amplifier is 30 to 100 mW in the exemplary embodiment.

Das Prinzip der mehrkreisigen Abstimmung des Hilfskreises läßt sich auch auf drei und mehr Resonanzstellen bzw. Kreise erweitern, indem an die Stelle der Symmetrierschraube (s. F i g. 1) die Ab- zweigung eines weiteren Hohlleiters tritt, der ebenfalls mit einem Kurzschlußschieber abgeschlossen ist. Dieser Hohlleiter wird vorteilhaft mit der Diode 1 gleich stark gekoppelt wie die beiden anderen Hohlleiterräume. Auf diese Weise kann das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt weiter vergrößert werden.The principle of multi-circuit tuning of the auxiliary circuit can also be extended to three or more resonance points or circles by replacing the symmetry screw (see FIG. 1) with a branching off of another waveguide, which is also terminated with a short-circuit slide is. This waveguide is advantageously coupled to the diode 1 with the same strength as the other two waveguide spaces. In this way , the gain-bandwidth product can be further increased.

Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Verstärkungsbandbreite im Sinne der Erfindung bietet die Ankopplung einer äußeren Last an die Hilfskreisresonatoren im Sinne einer einstellbaren Bedämpfung der Hilfskreisabschnitte. In der F i g. 8 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel eines parametrischen Verstärkers gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht dem nach den F i g. 1 und 2. Dieser parametrische Verstärker ist durch eine äußere Belastung der beiden Resonanzräume des Hilfskreises erweitert. Wie vorstehend bereits ausgeführt, lassen sich den beiden Resonanzfrequenzen des Hilfskreises in eindeutiger Weise die beiden Hohlleiterräume zwischen der Kapazitätsdiode einerseits und den beiden Kurzschlußschiebern 6, 7 zuordnen. In diese beiden Hohlleiterräume taucht gemäß der F i g. 8 von der Schmalseite des Hohlleiters aus je ein Stift 9, 10 von etwa 3 Durchmesser, deren jeder aus wellenabsorbierendem Material, wie Karbonyleisen od. dgl., besteht, ein. Die Eintauchtiefe der Dämpfungsstifte 9, 10 ist mit Schraubenansätzen 11, 12 veränderbar.Another possibility for increasing the gain bandwidth within the meaning of the invention is offered by coupling an external load to the auxiliary circuit resonators in the sense of adjustable damping of the auxiliary circuit sections. In FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a parametric amplifier for this purpose. The basic structure corresponds to that according to FIGS. 1 and 2. This parametric amplifier is expanded by an external load on the two resonance chambers of the auxiliary circuit. As already stated above, the two waveguide spaces between the capacitance diode on the one hand and the two short-circuit slides 6, 7 can be clearly assigned to the two resonance frequencies of the auxiliary circuit. Immersed into these two waveguide spaces according to FIG. 8 from the narrow side of the waveguide each have a pin 9, 10 of about 3 diameter, each of which is made of wave-absorbing material, such as carbonyl iron or the like. The immersion depth of the damping pins 9, 10 can be changed with screw lugs 11, 12.

Mit den beiden Kurzschlußschiebern 6, 7 lassen sich beim Ausführungsbeispiel die beiden Maxima der Verstärkungskurve im Bereich zwischen 3,7 und 4 GHz verschieben. Liegen die beiden Verstärkungsmaxima hinreichend dicht beieinander, so erhält man Verstärkungskurven mit typischer Zweikreis-Charakteristik. Da sich die Belastung der beiden Resonanzräume des Hüfskreises getrennt einstellen läßt, ist es auf einfache Weise möglich, die Größe der beiden Verstärkungsmaxima einander gleich zu machen.In the exemplary embodiment, the two maxima of the gain curve can be shifted in the range between 3.7 and 4 GHz with the two short-circuit sliders 6, 7. If the two gain maxima are sufficiently close to one another, gain curves with typical two-circle characteristics are obtained. Since the loading of the two resonance chambers of the hip circuit can be set separately, it is possible in a simple manner to make the size of the two amplification maxima equal to one another.

Ein Beispiel für eine Verstärkungskurve mit Zweikreis-Charakteristik ist in der F i g. 9 gezeigt. Die maximale Verstärkung beträgt hierbei etwa 20 db, die Bandmittenfrequenz etwa 3878 MHz und die 3-db-Bandbreite etwa 25,6 MHz. Das Verstärkungsbandbreiteprodukt liegt also bei etwa 256 MHz. Die Einsattelung der Verstärkung zwischen den beiden Maxima ist in diesem Fall 1,5 db. Läßt man eine größere Einsattelung zu, dann sind auch größere Verstärkungsbandbreiteprodukte möglich. Die in .diesem Fall züm Beispiel der F i g. 1 gleiche Diode wurde mit -1 V Vorspannung betrieben, und die zusätzliche Hilfskreislast bei zunehmender Pumpleistung wurde so weit vergrößert, daß der Diodenrichtstrom etwa 0,25 tzA betrug. Die Eintauchtiefe der Dämpfungsstifte in den Hohlleiter war bei der dem Oszillogramm zugrunde liegenden Messung für beide Stifte etwa 3,6 mm. An example of a gain curve with a two-circuit characteristic is shown in FIG. 9 shown. The maximum gain is about 20 db, the band center frequency about 3878 MHz and the 3-db bandwidth about 25.6 MHz. So the gain bandwidth product is about 256 MHz. The dip in the gain between the two maxima is 1.5 db in this case. If a larger dip is allowed, then larger gain bandwidth products are also possible. In this case for the example of FIG . 1 same diode was operated with -1 V bias voltage, and the additional auxiliary circuit load with increasing pump power was increased so much that the diode direct current was about 0.25 tzA. The depth of immersion of the damping pins in the waveguide was about 3.6 mm for both pins in the measurement on which the oscillogram was based.

Die Bandbreite des Hilfskreises läßt sich noch vergrößern, wenn für den Hilfskreis ein Hohlleiter mit geringerer Grenzfrequenz f, also geringerer Dispersion, verwendet wird. Bezeichnet A die Vakuumwellenlänge, A die Hohlleiterwellenlänge und f die Frequenz, dann gilt nän-dich für die Änderung d-A der Hohlleiterwellenlänge bei einer Frequenzänderung df Hiernach kann die Wellenlängenveränderung d.A bei der Differenzfrequenz 8,5 GEz auf die Hälfte herabgesetzt werden, wenn an Stelle des Hohlleiters .von 22,86 - 5,0 mm Querschnitt mit der Grenzfrequenz 6,6 GI-lz ein Hohlleiter mit einer Grenzfrequenz 5,0 GElz verwendet wird. Die Bandbreite des Hilfskreises läßt sich auf diese Weise etwa um den Faktor 2 vergrößern.The bandwidth of the auxiliary circuit can be increased if a waveguide with a lower cut-off frequency f, that is, lower dispersion, is used for the auxiliary circuit. If A denotes the vacuum wavelength, A the waveguide wavelength and f the frequency, then the following applies to the change dA of the waveguide wavelength with a frequency change df According to this, the change in wavelength dA at the difference frequency 8.5 GEz can be reduced to half if instead of the waveguide of 22.86 - 5.0 mm cross section with the cutoff frequency 6.6 GI-lz a waveguide with a cutoff frequency 5, 0 GElz is used. The bandwidth of the auxiliary circuit can be increased by a factor of 2 in this way.

Claims

Claims: 1. Parametric device, in particular parametric amplifier for very short electromagnetic waves with a variable reactance, in particular a capacitance diode, a feed for the pump energy and a feed for the waves of signal frequency and an idling circuit - with the impedance behavior of a multi-circuit band filter for the idling frequency , characterized in that at least two lines are connected to a junction in which the variable reactance is arranged, which merge into preferably tunable resonators for the idling frequency and which are loosely coupled to one another via the junction in such a way that the individual resonators are largely independent can be matched to each other in the frequency range of the idling frequency.

2. Parametric device according to spoke 1, characterized in that the resonators for the idling frequency are slightly detuned from one another. 3. Parametric device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the resonators for the idling frequency is designed as a multi-circuit band filter. 4. Parametric device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the line branching is designed as a parallel branch in waveguide design, into which the line, which is also designed as a waveguide for the pump frequency feed, also opens electrically in parallel and at whose branch point the variable reactance is arranged, which is connected to a coaxial line for the signal frequency which opens into the waveguide in the branching center. 5. Parametric device according to claim 4, characterized in that for only loose coupling of the lines passing over into idling resonators of the branch in the branching area, preferably adjustable reflection points for the waves of idling frequency are provided in the reflection behavior. 6. Parametric device according to claim 4 or 5, characterized in that at least the lines of the branch passing over into idling resonators are designed as waveguides with a flat rectangular cross-section. 7. Parametric device according to spoke 6, characterized in that the rectangular cross-section has an aspect ratio of less than 1: 7 (height to width). 8. Parametric device according to claim 6, characterized in that an adjustable load is provided for at least one of the idling resonators.