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DE1441676C - Frequency multiplier using a quadrupole having a non-linear reactance - Google Patents

Frequency multiplier using a quadrupole having a non-linear reactance

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Publication number
DE1441676C
DE1441676C DE19641441676 DE1441676A DE1441676C DE 1441676 C DE1441676 C DE 1441676C DE 19641441676 DE19641441676 DE 19641441676 DE 1441676 A DE1441676 A DE 1441676A DE 1441676 C DE1441676 C DE 1441676C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
linear
frequency
circuit
nonlinear
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19641441676
Other languages
German (de)
Other versions
DE1441676B2 (en
DE1441676A1 (en
Inventor
Toyosaku Dr.; Miyakawa Tatsuo Dipl.-Ing.; Kawasaki Isobe (Japan)
Original Assignee
Fujitsu Ltd., Communications And Electronics, Tokio
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP6795963A external-priority patent/JPS5313942B1/ja
Application filed by Fujitsu Ltd., Communications And Electronics, Tokio filed Critical Fujitsu Ltd., Communications And Electronics, Tokio
Publication of DE1441676A1 publication Critical patent/DE1441676A1/en
Publication of DE1441676B2 publication Critical patent/DE1441676B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1441676C publication Critical patent/DE1441676C/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

"V"V == Y21 Yl2_Y 21 Yl2_ ~v~~ v ~
ΛΛ

mit dem Eingangs- und dem Ausgangsstrom Z1 und /„ und der Eingangs- und Ausgangsspannung K1 und Vn sowie den Leitwertfaktoren Y11, Υγι> ^21 und Y22 bzw. für eine Widerstandsmatrixwith the input and output current Z 1 and / “and the input and output voltage K 1 and V n as well as the conductance factors Y 11 , Υγι> ^ 21 and Y22 or for a resistor matrix

VV
VnVn
== Zn Z12
■Z21 Z22
Z n Z 12
■ Z21 Z 22
"λ""λ"

mit den Widerstandsfaktoren Zn, Z12, Z21 und Z22 so bemessen ist, daß Y12 bzw. Z12 = O und Y21 bzw. Z21 φ O sind.is dimensioned with the resistance factors Z n , Z 12 , Z 21 and Z 22 so that Y 12 and Z 12 = O and Y 21 and Z 21 φ O are.

2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, bei dem der Vierpol aus einer nichtlinearen Reaktanz, einem nichtlinearen Widerstand und einer Phasenverzögerungsleitung bzw. einem ihr äquivalenten Element besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverzögerungsleitung (Νγ) entweder in Reihe oder parallel zu der Vereinigung aus der nichtlinearen Reaktanz (CN) und dem nichtlinearen Widerstand (RN) geschaltet ist und daß die Phasenverzögerungsleitung im Sinne einer rückwirkungsfreien übertragung des Vierpols für eine, eine geeignete gegenseitige Phase zwischen den Spannungen an der nichtlinearen Reaktanz und dem nichtlinearen Widerstand festlegende äquivalente elektrische Länge bemessen ist.2. Frequency multiplier according to claim 1, in which the quadrupole consists of a nonlinear reactance, a nonlinear resistance and a phase delay line or an element equivalent to it, characterized in that the phase delay line (Νγ) is either in series or in parallel with the combination of the nonlinear Reactance (CN) and the non-linear resistance (RN) is connected and that the phase delay line is dimensioned in the sense of a reaction-free transmission of the quadrupole for an equivalent electrical length that defines a suitable mutual phase between the voltages at the non-linear reactance and the non-linear resistance.

3. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 2, bei dem der Vierpol aus einer nichtlinearen Reaktanz, einem nichtlinearen Widerstand und einer Phasenverzögerungsleitung bzw. einem ihr äquivalenten Element besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die3. Frequency multiplier according to claim 2, in which the quadrupole consists of a non-linear reactance, a non-linear resistor and a phase delay line or an equivalent thereof Element consists, characterized in that the

Phasenverzögerungsleitung [N γ) in Reihe mit dem nichtlinearen Widerstand (RN) der nichtlinearen Reaktanz (CN) parallel geschaltet ist und daß die Phasenverzögerung TV -^- der Phasenverzögerungsleitung hinsichtlich des Frequenzvervielfachungsfaktors η der BeziehungPhase delay line [N γ) is connected in series with the nonlinear resistance (RN) of the nonlinear reactance (CN) and that the phase delay TV - ^ - of the phase delay line in terms of the frequency multiplication factor η of the relationship

(I -n). N j- = (4a +3)-^
für a = ganze Zahl, genügt.
(I - n ). N j- = (4a +3) - ^
for a = integer, suffices.

6565

4. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 2, bei dem der Vierpol aus einer nichtlinearen Reaktanz, einem nichtlinearen Widerstand und einer Phasenverzögerungsleitung bzw. einem ihr äquivalenten Element besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen verzögerungsleitung [N ~\ die nichtlineare Reaktanz (CN) und der nichtlineare Widerstand (RN) miteinander in Reihe geschaltet4. Frequency multiplier according to claim 2, wherein the quadrupole consists of a nonlinear reactance, a nonlinear resistor and a phase delay line or an element equivalent to it, characterized in that the phase delay line [N ~ \ the nonlinear reactance (CN) and the nonlinear Resistance (RN) connected in series with one another

sind und daß die Phasenverzögerung N γ der Phasenverzögerungsleitung hinsichtlich des Frequenzvervielfachungsfaktors η der Beziehungand that the phase delay N γ of the phase delay line in terms of the frequency multiplication factor η of the relationship

für a = ganze Zahl, genügt.for a = integer, suffices.

5. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverzögerungsleitung durch einen Reihenreaktanzkreis realisiert ist, der der Vereinigung aus der nichtlinearen Reaktanz (CN) und dem nichtlinearen Widerstand (RN) parallel geschaltet und für eine Harmonische (Zwischenharmonische) der Frequenz / der Grundschwingung bemessen ist, die unterhalb der die gewünschte Frequenzvervielfachung aufweisenden Harmonischen mit der Frequenz (nf) liegt.5. Frequency multiplier according to claim 2, characterized in that the phase delay line is realized by a series reactance circuit, the combination of the nonlinear reactance (CN) and the nonlinear resistance (RN) connected in parallel and for a harmonic (interharmonics) of the frequency / fundamental is dimensioned, which is below the harmonic having the desired frequency multiplication with the frequency (nf) .

6. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol eine einzige nichtlineare Kapazitätsdiode (CTV) aufweist, die dadurch zugleich als nichtlineare Reaktanz und als nichtlinearer Widerstand wirksam ist, daß sie durch die sie steuernde Grundschwingung nicht ausschließlich im Sperrbereich, sondern darüber hinaus auch geringfügig in den Durchlaßbereich ausgesteuert ist.6. Frequency multiplier according to claim 1, characterized in that the quadrupole is a single one having nonlinear capacitance diode (CTV), which thereby simultaneously acts as a nonlinear reactance and effective as a non-linear resistance is that it is not due to the fundamental oscillation that controls it exclusively in the stop band, but also slightly in the pass band is controlled.

7. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsdiode (CN) eine bestimmte Kapazität oder ein bestimmter Widerstand mit entsprechendem Wert parallel geschaltet oder der Kapazitätsdiode eine bestimmte Kapazität mit entsprechendem Wert in Reihe geschaltet ist.7. Frequency multiplier according to claim 6, characterized in that the capacitance diode (CN) has a specific capacitance or a specific resistance connected in parallel with a corresponding value or the capacitance diode is connected in series with a specific capacitance with a corresponding value.

8. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsdiode (CN) ein für eine Zwischenharmonische bemessener Resonanzkreis (C2/L2) parallel geschaltet ist, der als Phasenverzögerungsleitung mit der äquivalenten elektrischen Länge, die die geeignete gegenseitige Phase zwischen den Spannungen an der nichtlinearen Kapazität und dem nichtlinearen Widerstand festlegt, verwendet ist.8. Frequency multiplier according to claim 6, characterized in that the capacitance diode (CN) is connected in parallel with a resonance circuit (C2 / L2) dimensioned for an interharmonics, which as a phase delay line with the equivalent electrical length, which is the appropriate mutual phase between the voltages at the non-linear capacitance and non-linear resistance is used.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzvervielfacher unter Verwendung eines eine nichtlineare Reaktanz aufweisenden Vierpols, dem eingangsseitig die in ihrer Frequenz / um einen ganzzahligen Faktor η zu vervielfachende Grundschwingung zugeführt und ausgangsseitig die zur Grundschwingung harmonische Schwingung mit der Frequenz nf abgenommen ist.The invention relates to a frequency multiplier using a quadrupole having a non-linear reactance, to which the input side is supplied with the frequency / frequency to be multiplied by an integer factor η and at the output side the harmonic oscillation with the frequency nf is taken from the fundamental.

Frequenzvervielfacher dieser Art, bei denen die nichtlineare Reaktanz eine Kapazitätsdiode ist, habenFrequency multipliers of this type, in which the non-linear reactance is a capacitance diode, have

1 44 i O / Ö1 44 i O / Ö

einerseits einen guten Wirkungsgrad, andererseits aber den Nachteil, daß die hier auftretende unerwünschte Rückwirkung des Ausgangskreises auf den Eingangskreis des Vierpols die Gefahr einer Instabilität bedingt. Wenn beispielsweise die Belastung im Ausgangskreis schwankt und hierdurch die Welligkeit vergrößert wird, werden die reflektierten Wellen im Ausgangskreis auf den Eingangskreis zurückgeführt. Es schwankt dann auch die Welligkeit auf der Eingangsseite stark. Dies kann zur Folge haben, daß der Frequenzvervielfacher parametrische Schwingungen ausführt oder zumindest störende Verstärkungseigenschaften zeigt, die den Betrieb des Halbleiteranregungskreises instabil werden lassen.on the one hand a good efficiency, on the other hand the disadvantage that the undesirable effects that occur here Reaction of the output circuit on the input circuit of the quadrupole risk of instability conditional. For example, if the load in the output circuit fluctuates and, as a result, the ripple is increased, the reflected waves in the output circuit are returned to the input circuit. The waviness on the input side then also fluctuates greatly. This can have the consequence that the Frequency multiplier performs parametric oscillations or at least disruptive amplification properties shows, which make the operation of the semiconductor excitation circuit unstable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Frequenzvervielfacher der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung zur praktisch vollständigen Unterdrückung des Einflusses des Ausgangskreises auf den Eingangskreis anzugeben.The invention is based on the object of that described in the introduction for a frequency multiplier Kind of a simple solution for practically complete suppression of the influence of the output circuit to be indicated on the input circle.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Vierpoly zur rückwirkungsfreien übertragung außer der nichtlinearen Reaktanz einen nichtlinearen Widerstand mit wenigstens einer nichtlinearen Widerstandskomponente und gegebenenfalls eine Phasenverzögerungsleitung bzw. ein ihr äquivalentes Element umfaßt und daß der Vierpol für eine LeitwertmatrixThis object is achieved according to the invention in that the four-poly for non-reactive transmission in addition to the non-linear reactance, a non-linear resistance with at least one non-linear resistance component and optionally comprises a phase delay line or its equivalent element and that the quadrupole for one Conductivity matrix

hinsichtlich des Leitwertfaktors F12 = 0 und hinsichtlich des Leitwertfaktors Y21 φ 0-sein muß.with regard to the conductance factor F 12 = 0 and with regard to the conductance factor Y 21 φ must be 0.

Diese Bedingung ist nicht erfüllbar, wenn der Vierpol lediglich entweder eine nichtlineare Reaktanz oder aber einen nichtlinearen Widerstand enthält.This condition cannot be met if the quadrupole merely has either a non-linear reactance or contains a non-linear resistance.

In der Fig. 1 b ist ein aus der seit langem bekannten nichtlinearen Kapazität CN, beispielsweise eine nichtlineare Kapazitätsdiode, bestehender Frequenzvervielfachungskreis angegeben. Die die Frequenz/ aufweisende Eingangswechselspannung, deren Quelle den Innenwiderstand Rg hat, wird über das lediglich für die Frequenz / durchlässige Filter BPF (/) der Kapazitätsdiode zugeführt. Die an der nichtlinearen Kapazitätsdiode CN erzeugte Harmonische der Grundschwingung mit der Frequenz nf wird über das Filter BPF (nf) an den Verbraucher RL abgegeben. X(f) und X(nf) stellen jeweils das Einstellelement des Resonanzkreises für die Grundschwingung auf der Eingangsseite und die Harmonische auf der Ausgangsseite dar.In FIG. 1 b, a frequency multiplication circuit consisting of the long-known non-linear capacitance CN, for example a non-linear capacitance diode, is indicated. The AC input voltage having the frequency /, the source of which has the internal resistance Rg , is fed to the capacitance diode via the filter BPF (/) which is only permeable for the frequency /. The harmonic of the fundamental oscillation with the frequency nf generated at the non-linear capacitance diode CN is output to the consumer RL via the filter BPF (nf). X (f) and X (nf) each represent the setting element of the resonance circuit for the fundamental oscillation on the input side and the harmonics on the output side.

Wenn nunmehr die Umwandlungsmatrix im Hinblick auf die nichtlineare Kapazität der Kapazitätsdiode berechnet wird, gilt für die durch die nichtlineare Kapazität gebildete Strom-Spannungslinie'If now the conversion matrix with regard to the non-linear capacitance of the varactor is calculated, applies to the current-voltage line formed by the non-linear capacitance '

dVdV

Y21Y21

Y22Y22

V1 Vn V 1 V n

dede

C(V1 + V2) = C(V1) + -j-jj- (V1)V2 + ... C (V 1 + V 2 ) = C (V 1 ) + -j-jj- (V 1 ) V 2 + ...

Vn V n == Zn ■ Z12
Z 21 Z22
Zn ■ Z12
21 line 22
InIn

Wenn hierbei die Vereinfachung durchIf here the simplification by

Uv1Av1 Uv 1 Av 1

~dt'~df <1 ~ dt '~ df <1

durchgeführt wird, errechnet sichis carried out, is calculated

Wenn die auf die Kapazität wirkende Spannung zu V = V1 + v2 (V1: Spannung für die Grundfrequenz, V2: Spannung für die Harmonische) bemessen wird, wobei V1 > v2 ist, so istIf the voltage acting on the capacitance is measured as V = V 1 + v 2 (V 1 : voltage for the fundamental frequency, V 2 : voltage for the harmonic), where V 1 > v 2 , then

mit dem Eingangs- und dem Ausgangsstrom Z1 und /„ und der Eingangs- und Ausgangsspannung V1 und Vn sowie den Leitwertfaktoren Y11, Y12, Y21 und Y22 bzw.with the input and output current Z 1 and / "and the input and output voltage V 1 and V n as well as the conductance factors Y 11 , Y 12 , Y 21 and Y 22 or

für eine Widerstandsmatrix , , ,for a resistor matrix,,,

de , s de , w dv de, s de, w dv

mit den Widerstandsfaktoren Z11, Z12, Z21 und Z22 so bemessen ist, daß Y12 bzw. Z12 = 0 und Y21 bzw. Z21 φ 0 sind.is dimensioned with the resistance factors Z 11 , Z 12 , Z 21 and Z 22 so that Y 12 or Z 12 = 0 and Y 21 or Z 21 φ 0.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Frequenzvervielfacher, bei dem zur Frequenzvervielfachung entweder nur von einer nichtlinearen Reaktanz oder aber nur von einem nichtlinearen Widerstand Gebrauch gemacht wird, sich eine Rückwirkung des Ausgangskreises auf den Eingangskreis des Frequenzumsetzers nicht verhindern läßt. Dem Nachweis dieses Sachverhalts dienen die folgenden Erläuterungen.The invention is based on the knowledge that in the case of a frequency multiplier, in the case of the frequency multiplier either only a non-linear reactance or only a non-linear resistance is used do not prevent the output circuit from affecting the input circuit of the frequency converter leaves. The following explanations serve to prove this fact.

In der Fig. 1 a ist ein einen Frequenzvervielfacher darstellender Vierpol mit einer nichtlinearen Reaktanz angegeben, dessen Eingangsklemmen 1 die in ihrer Frequenz zu vervielfachende Grundschwingung züge- . führt und an dessen Ausgangsklemmen 2 die gewünschte Harmonische der Grundschwingung mit der Frequenz nf abgenommen werden kann. Soll ein solcher Frequenzvervielfacher einen auf den Eingangskreis rückwirkungsfreien Ausgangskreis aufweisen, so ist es erforderlich, daß beispielsweise die diesen Vierpol beschreibende LeitwertmatrixIn FIG. 1 a, a quadrupole representing a frequency multiplier is indicated with a non-linear reactance, the input terminals 1 of which draw the fundamental oscillation to be multiplied in its frequency. leads and at the output terminals 2 the desired harmonic of the fundamental oscillation with the frequency nf can be picked up. If such a frequency multiplier is to have an output circuit that does not have any reaction to the input circuit, it is necessary, for example, that the conductance matrix describing this quadrupole is used

Wenn vorausgesetzt wird, daßIf it is assumed that

-J<ut - J <ut

(y„ = y_n: Entwickelter (Fourier-Koeffizient)(y "= y_ n : developed (Fourier coefficient)

ι =ι =

JnJn == >n Yu
Jn Y22
> n Yu
Jn Y22
>i ~> i ~

wenn ferner V1 = V1 ist, wobei V1 die Spannung der Grundfrequenz und F1* die hierzu konjugiert komplexe Spannung ist, wenn außerdem die Darstellungif, furthermore, V 1 = V 1 , where V 1 is the voltage of the fundamental frequency and F 1 * is the conjugate complex voltage, if, in addition, the representation

für den Strom der η-ten Harmonischen aus der Formel (I)' gefunden wird, so ergibt sichis found for the current of the η-th harmonic from the formula (I) ', then results

Vk. (2) V k . (2)

Φκ ist der Phasenwinkel der höheren Harmonischen mit der Ordnungszahl k. Φ κ is the phase angle of the higher harmonic with ordinal number k.

Wenn hierbei die an die nichtlineare Kapazität anzulegende Spannung als nur die Spannung V1 für die Grundfrequenz und die Spannung Vn für die n-te Harmonische angesehen wird, werden der Strom Z1 für die Grundfrequenz und der Strom/„ für die n-te Harmonische durch die folgende Formel ausgedrückt, wenn Vk so bemessen wird, daß der maximale Wirkungsgrad der Umwandlung erreicht wird und die Darstellung der Matrize durchgeführt wird:If the voltage to be applied to the nonlinear capacitance is regarded as only the voltage V 1 for the fundamental frequency and the voltage V n for the nth harmonic, the current Z 1 for the fundamental frequency and the current / for the nth Harmonics expressed by the following formula when V k is dimensioned in such a way that the maximum conversion efficiency is achieved and the representation of the matrix is carried out:

1515th

2020th

Vo — V2Vo - V2

Vn-I —Vn-I -

— Y2n)- Y2n)

V1 V 1

(3)(3)

Bei der Frequenzvervielfachung durch den nichtlinearen Widerstand genügt es, wenn Rücksicht darauf genommen wird, CN in Fig. 1 durch den nichtlinearen Widerstand zu ersetzen. Aus der Rechnung der Umwandlungsadmittanzmatrix ergibt sich:When the frequency is multiplied by the non-linear resistor, it is sufficient if consideration is given to replacing CN in FIG. 1 with the non-linear resistor. The calculation of the conversion admittance matrix results in:

3030th

σπ_! —αη σ π _! —Α η

σ002η σ 0 - 02η

■(4)■ (4)

3535

Diese Gleichung gibt den Vervielfachungsprozeß des nichtlinearen Widerstandes an. Sie leitet sich wie folgt ab. Die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom für den nichtlinearen Widerstand wird so erhalten:This equation gives the process of multiplying the nonlinear resistance. She derives how follows. The relationship between the voltage and the current for the nonlinear resistor becomes like this receive:

4040

4545

Diese Gleichung kann in der gleichen Weise wie bei der Kapazität [Formel (I)] folgendermaßen erweitert werden:This equation can be expanded as follows in the same way as for the capacitance [Formula (I)] will:

di
di
-

Hieran kann für den Fall
G(V1) = G0 ·
This can be in case
G (V 1 ) = G 0

dGdG

-V2 -V 2

5555

ση·βσ η β

jni.itjni.it

η ist hierin der entwickelte Fourier-Koeffizient) und unter Einsetzen der bei Gleichung (1) definierten Größen ^1, v2 und i die folgende Beziehung gewonnen werden: η is the developed Fourier coefficient here) and by inserting the quantities ^ 1 , v 2 and i defined in equation (1), the following relationship can be obtained:

Jn = — G0 [>„ _ ι - ση + J V1 J n = - G 0 [>"_ ι - σ η + J V 1

60 Wenn nur V1 und Vn vorhanden sein können und der Phasenwinkel <t>k = -^- gewählt wird, um den60 If only V 1 and V n can be present and the phase angle <t> k = - ^ - is chosen around the

maximalen Gewinn für die Frequenzumsetzung zu erhalten, so bekommt die Matrix die oben bei (4) angegebene Form.To get maximum gain for the frequency conversion, the matrix gets the one given above at (4) Shape.

Wie die Formel (3) erkennen läßt, können nicht gleichzeitigAs can be seen from formula (3), you cannot do this at the same time

3O > Un-J 3 O > U n -J

it = - χ Lit = - χ L

-ι —7π+ι) = 0 und y ω C0 (>",,_ χ —7«+ι) τ^ O-ι -7π + ι) = 0 and y ω C 0 (>",, _ χ -7" + ι) τ ^ O

entsprechend der Bedingung Y12 = O und Y21 φ O erfüllt werden. Demnach ist auch bei einem solchen Frequenzvervielfacher eine Entkopplung des Ausgangskreises vom Eingangskreis nicht möglich.according to the condition Y 12 = O and Y 21 φ O are met. Accordingly, even with such a frequency multiplier, it is not possible to decouple the output circuit from the input circuit.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, bei der der Vierpol aus einer nichtlinearen Reaktanz, einem nichtlinearen Widerstand und einer Phasenverzögerungsleitung bzw. einem ihr äquivalenten Element besteht, ist die Phasenverzögerungsleitung entweder in Reihe oder parallel zu .der Vereinigung aus nichtlinearer Reaktanz und nichtlinearem Widerstand geschaltet. Hierbei ist die Phasenverzögerungsleitung im Sinne einer rückwirkungsfreien Übertragung des Vierpols für eine eine geeignete gegenseitige Phase zwischen der Spannung an der nichtlinearen Reaktanz und an dem nichtlinearen Widerstand festlegende äquivalente elektrische Länge bemessen.In a first preferred embodiment of the invention, in which the quadrupole from a nonlinear reactance, a nonlinear resistance and a phase delay line, respectively its equivalent element, the phase delay line is either in series or in parallel switched to .the union of nonlinear reactance and nonlinear resistance. Here is the Phase delay line in the sense of a reaction-free transmission of the quadrupole for one equivalent electrical defining suitable mutual phase between the voltage across the nonlinear reactance and across the nonlinear resistance Measured length.

Bei verschiedenen Anwendungsfällen kann die Phasenverzögerungsleitung zweckmäßig durch einen Reihenresonanzkreis realisiert sein, der der Vereinigung aus nichtlinearer Reaktanz und nichtlinearem Widerstand parallel geschaltet und für eine Harmonische (Zwischenharmonische) der Frequenz / der Grundschwingung bemessen ist, die unterhalb der die gewünschte Frequenzvervielfachung aufweisenden Harmonischen mit der Frequenz nf liegt.In various applications, the phase delay line can expediently be implemented by a series resonance circuit that is connected in parallel to the combination of nonlinear reactance and nonlinear resistance and is dimensioned for a harmonic (interharmonics) of the frequency / fundamental that is below the harmonic with the frequency having the desired frequency multiplication nf lies.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der Vierpol eine einzige nichtlineare Kapazität auf, die dadurch zugleich als nichtlineare Reaktanz und als nichtlinearer Widerstand wirksam ist, daß sie durch die sie steuernde Grundschwingung nicht ausschließlich im Sperrbereich, sondern darüber hinaus auch geringfügig in den Durchlaßbereich ausgesteuert wird. Bei dieser bevorzugten zweiten Ausführungsform kann der Kapazitätsdiode eine bestimmte Kapazität oder ein bestimmter Widerstand mit entsprechendem Wert parallel geschaltet oder der Kapazitätsdiode eine bestimmte Kapazität mit entsprechendem Wert in Reihe geschaltet sein.In a second preferred embodiment of the subject matter of the invention, the quadrupole has a single one nonlinear capacitance, which thereby simultaneously acts as a nonlinear reactance and as a nonlinear resistance What is effective is that, through the fundamental oscillation that controls it, it is not exclusively in the stop range, but is also slightly controlled in the pass band. At this In the preferred second embodiment, the varactor diode can have a specific capacitance or a specific one Resistance with the corresponding value connected in parallel or the capacitance diode a specific one Capacitance with the corresponding value must be connected in series.

Auch kann es vorteilhaft sein, der Kapazitätsdiode einen für eine Zwischenharmonische bemessenen Resonanzkreis parallelzuschalten, der als die Phasenverzögerungsleitung mit der äquivalenten elektrischen Länge, die die geeignete gegenseitige Phase zwischen den Spannungen an der nichtlinearen Kapazität und dem nichtlinearen Widerstand festgelegt, verwendet wird.It can also be advantageous for the capacitance diode to be dimensioned for an interharmonics To connect the resonance circuit in parallel, acting as the phase delay line with the equivalent electrical Length that is the appropriate mutual phase between the voltages across the nonlinear capacitance and the non-linear resistance is used.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten In the following, the invention will be based on the exemplary embodiments shown in the drawing will be explained in more detail. In the drawing mean

Fig. la, Ib schematische Darstellungen eines von einer nichtlinearen Kapazität Gebrauch machenden bekannten Frequenzvervielfachers,Fig. La, Ib schematic representations of one of a known frequency multiplier making use of non-linear capacitance,

F i g. 2 und 3 die schematische Darstellung eines Frequenzvervielfachers nach der Erfindung,F i g. 2 and 3 the schematic representation of a frequency multiplier according to the invention,

O/UO / U

F i g. 4 und 5 Prinzipschaltbilder zweier Ausführungsbeispiele nach der Erfindung,F i g. 4 and 5 basic circuit diagrams of two exemplary embodiments according to the invention,

F i g. 6 das Prinzipschaltbild einer weiteren Ausfuhrungsform nach der Erfindung,F i g. 6 shows the basic circuit diagram of a further embodiment according to the invention,

F i g. 7 ein Diagramm der Funktionsweise der Anordnung nach der Fig. 6,F i g. 7 shows a diagram of the mode of operation of the arrangement according to FIG. 6,

F i g. 8 und 9 Prinzipschaltbilder einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung,F i g. 8 and 9 basic circuit diagrams of a further embodiment according to the invention,

Fig. 10 ein Vergleichsdiagramm für den Wirkungsgrad der verschiedenen Ausführungsformen nach der Erfindung,Fig. 10 is a comparison diagram for the efficiency the various embodiments according to the invention,

Fig. 11 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, 11 is a circuit diagram of a further embodiment according to the invention,

Fig. 12 ein weiteres Diagramm für die Richtungsabhängigkeit der Ubertragungseigenschaften eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.12 shows a further diagram for the directional dependency of the transmission properties of a Embodiment according to the invention.

F i g. 2 zeigt einen aus der Parallelschaltung der nichtlinearen Kapazität CN und des nichtlinearen Widerstands RN Gebrauch machenden Frequenzvervielfacher, wie er der Erfindung zugrunde liegt. In dieser Figur sind der Resonanzkreis für die Grundfrequenz und die Harmonische sowie die Versorgungsquelle für die Grundfrequenz und der Verbraucher weggelassen. Aus der über die Eingangsklemmen 1 zugeführten Grundschwingung der Frequenz / wirdF i g. 2 shows a frequency multiplier which makes use of the parallel connection of the non-linear capacitance CN and the non-linear resistance RN, as is the basis of the invention. In this figure, the resonance circuit for the fundamental frequency and the harmonics as well as the supply source for the fundamental frequency and the consumer are omitted. The fundamental oscillation of the frequency / supplied via input terminals 1 becomes

ίο die «-te Harmonische der Frequenz«/ abgeleitet und an den Ausgangsklemmen 2 abgenommen. Hierbei sind F(f) und F(nf) Filter, die für die Frequenzen außer den erwünschten Frequenzen / und «/ einen Kurzschluß darstellen. Da die Admittanzmatrix die Admittanzmischung in der Formel (3) und (4) darstellt, ergibt sichίο the "th harmonic of the frequency" / derived and taken from output terminals 2. Here, F (f) and F (nf) are filters that represent a short circuit for the frequencies other than the desired frequencies / and /. Since the admittance matrix represents the mixture of admittance in the formulas (3) and (4), it follows

J1 J 1 - J2I Yl2_J 2 I Yl2_ V1 V 1
Vn V n

Q(ro — Yi) Q (ro - Yi)

jo>C0(y„_l-jo> C 0 (y "_ l -

π _π _

G0(o„ _ ! - o„' G 0 (o " _! - o"'

jnmC0(y0 - y2n) + G0(o0 - σ) jnmC 0 (y 0 - y 2n ) + G 0 (o 0 - σ )

Wenn mit Rücksicht darauf, daß bei der in F i g. 3 gezeigten ReihenschaltungIf, in view of the fact that in FIG. 3 series connection shown

i = JGdvG = C^ ist, die Impedanzmatrize, die die Spannung durch den Strom darstellt, gefunden wird, ergibt sich i = JGdv G = C ^, the impedance matrix, which represents the voltage through the current, is found, results

V1 V 1
Vn V n
== Z21 Z22 21 line 22 hH
Jn Y n

Hierbei werden Z11, Z12, Z21, Z22 als Formel (7) wie folgt errechnet:Z 11 , Z 12 , Z 21 , Z 22 are calculated as formula (7) as follows:

7 _ ι jna>C0(y0 — γ) 7 _ ι jna> C 0 (y 0 - γ )

Z111Z 111 -

Z1, =Z 1 , =

C2o(yo — y2n)(yQC 2 o (yo - y 2n ) (yQ - Πω2 - Πω 2 (On-^on + 1?(O n - ^ o n + 1 ? - Y2)- Y 2 )
I.I.
Gq(o0 — o2n)(o0 O2) - Gq (o 0 - o 2n ) (o 0 - O 2 ) - (^1-On + 1)2 (^ 1 -O n + 1 ) 2 ■ Yn + 1)■ Yn + 1 ) ΓΓ -G0(On^-G 0 (O n ^ . — ^n + 1) . - ^ n + 1 ) Cq(yo — Y2n)(YoCq (yo - Y 2n ) (Yo G0 (o0)(σ0O2) - G 0 (o 0 - ) (σ 0 - O 2 ) - GlGl Cl(Y0-Y2n)(YoCl (Y 0 -Y 2n ) (Yo - πω2 - πω 2 ja>C0(yn-1 -yes> C 0 (y n - 1 - GlGl σ" + σ " + -72)-72) '"2Co(7n-l — yn+l)2 -'" 2 Co (7n-l - y n + l) 2 - -72)-72) G0 G 0 ιι ■ η "■ η "

G\(o0 -O2n)(O0 — G2)G \ (o 0 -O 2n ) (O 0 - G 2 ) ~(on_t -Gn+1)2 ~ (o n _ t -G n + 1 ) 2

309 632/99309 632/99

ίοίο

Z22 =Z 22 =

wC0(y0—γ2)wC 0 (y 02 )

2Cl(>'„_! - γη + ι)2 - η W2CKy0 - γ)(νο — Vi) 2 Cl (>'" _! - γ η + ι) 2 - η W 2 CKy 0 - γ ) (νο - Vi)

0(ff0)(σ0- O2) -^-(αη-χ ~ cn 0 (ff 0 ) (σ 0 - O 2 ) - ^ - (α η - χ ~ c n

Wenn in der SchaltungNL1 der Fig. 4, bei der die in F i g. 2 punktiert gezeigte Schaltung JVL1 zur Erreichung der Richtungsabhängigkeit, die den Hauptinhalt der Erfindung darstellt, umgebildet ist, das ist bei der Parallelschaltung der nichtlinearen Kapazität und des nichtlinearen Widerstandes die Bedingungen für die Richtungsabhängigkeit gefunden werden, ergibt sich aus der Bedingung .Y12 = 0If in the circuit NL 1 of Fig. 4, in which the in F i g. 2 circuit JVL 1 shown in dotted lines to achieve the directional dependency, which is the main content of the invention, that is, when the non-linear capacitance and the non-linear resistance are connected in parallel, the conditions for the directional dependence are found, results from the condition .Y 12 = 0

die Beziehungthe relationship

cos(n — 1) (mi N-j-j = sin(ncos (n - 1) (mi - Njj = sin (n

zustande kommen. Deshalb muß
(1 „)N [4a + 3]
occurrence. Therefore must
(1 ") N [4a + 3]

1)ωί1) ωί

Vn-IVn-I

(8)(8th)

Wenn der in Klammern eingeschlossene Ausdruck in der Formel (8) eine positive reelle Zahl ist, muß G0CTn-J das Zeichen —j besitzen. Wenn somit C(VC), G(Vq) jeweils mitIf the expression enclosed in parentheses in formula (8) is a positive real number, G 0 CT n -J must have the character -j . Thus, if C (V C ), G (Vq) each with

Vc = νΛ + vc und V0 = V00 + vG V c = ν Λ + v c and V 0 = V 00 + v G

(v = Wechselstromkomponente) angeregt werden, wird es berücksichtig, daß die Phasenbeziehung zwischen vc und vG die Bedingungen für die Richtungsabhängigkeit erfüllt, indem die Verzögerungsleitung wie in F i g. 4 gezeigt ist, in die nichtlineare Widerstandsschaltung eingeschaltet wird.
Da hierbei
(v = alternating current component) are excited, it is taken into account that the phase relationship between v c and v G fulfills the conditions for the directional dependence, in that the delay line as in FIG. 4, the nonlinear resistance circuit is turned on.
Since here

C = Cn C = C n

= Q [y0 H- 2 yx cos ωί + 2 γ2 cos 2 cot + ] (9)= Q [y 0 H- 2 y x cos ωί + 2 γ 2 cos 2 cot + ] (9)

(α = ganze Zahl) sein, woraus die Beziehung zwischen der Vervielfachungszahl η und der die Richtungsabhängigkeit gebenden Verzögerungsleitung N ~ gefunden wird, wie dies aus der nachstehenden Tabelle 1 ersichtlich ist. Hierbei erfüllt diese Beziehung auch Y21 φ 0.(α = integer), from which the relationship between the multiplication number η and the delay line N ~ giving the directional dependency is found, as can be seen from Table 1 below. Here this relationship also fulfills Y 21 φ 0.

Dann werden, wie in JVL'2 der F i g. 5 gezeigt ist, die Bedingungen für die Richtungsabhängigkeit bei der Reihenschaltung von CN und RN gefunden, bei der die punktiert gezeigte Schaltung JVL2 der Fig. 3 so umgebildet ist, daß die den Hauptinhalt der Erfindung darstellende Richtungsabhängigkeit gegeben wird. Mit Rücksicht darauf, daß hierbei vG gegenüber vc in der Phase eigentlich um -^- voreilt, wird bei der Vervielfachung um irgendeinen beliebigen Faktor die Verzögerungsleitung ΛΓ -5- zur ErreichungThen, as in JVL ' 2 of FIG. 5, the conditions for the directional dependency found in the series connection of CN and RN, in which the circuit JVL 2 shown in dotted lines in FIG. 3 is rearranged in such a way that the directional dependency, which is the main content of the invention, is given. In view of the fact that v G actually leads v c in phase by - ^ -, the delay line ΛΓ -5- is achieved when multiplying by any arbitrary factor

der Richtungsabhängigkeit so eingeschaltet, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Hierbei gilt, wenn die Phase an der Kapazität entsprechend Formel (9) zugrunde gelegt wirdthe directional dependency switched on as in FIG. 5 is shown. This applies when the phase is on the capacity is based on formula (9)

G = Gn G = G n

G = Gn G = G n

jn(,»f-N§)jn (, »f-N§)

45 =45 =

= G0 Ct0 + 2Ct1COS^ wt —Nj = G 0 Ct 0 + 2Ct 1 COS ^ wt -Nj

+ Ia2(Iw - Nπ) + "J+ Ia 2 (Iw - Nπ) + "J

+.2Ct1COS |ωί + (1 - N)-J + .2Ct 1 COS | ωί + (1 - N) -J

(12)(12)

+ 2ct2cos {2ωί + (1 - N) π} Η+ 2ct 2 cos {2ωί + (1 - N) π} Η

(10)(10)

50 Zur Erfüllung der Bedingungen für die Richtungsabhängigkeit ergibt sich aus der Formel (7), wenn ist, muß für eine Sperrung in Rückwärtsrichtung hierin Z12 = O gesetzt wird.50 In order to fulfill the conditions for directional dependence, formula (7) shows that if is, then Z 12 = O must be set here for blocking in the reverse direction.

jGl4(i-aA (1 -M-I(^)2 (1 -fs*!)212i=i Λ -Ζ-Λ jGl4 (i- a A (1 -MI (^) 2 (1 -fs *!) 2 12i = i Λ -Ζ-Λ

C070 \n (l - ») (l - ^) - (^Y (l - C 070 \ n (l - ») (l - ^) - (^ Y (l -

L \ VoJ V VoJ \ VO J VL \ VoJ V VoJ \ VO J V

Vn-Vn-

l -l -

Wenn die in Klammern eingeschlossenen Aus- 60 Demnach gilt für die Beziehung zwischen η und N drücke der rechten Seite alle eine positive reelle Zahl
sind, weist G0CTn-! das Zeichen von j auf. Für eine
Sperrung in Rückwärtsrichtung muß (n - 1) (1 - N) — = (4a + 1) — . (15)
If the expressions enclosed in parentheses are 60 Accordingly, the relationship between η and N express the right-hand side all a positive real number
, G 0 CT n -! the sign of j . For one
Blocking in reverse direction must (n - 1) (1 - N) - = (4a + 1) -. (15)

cos(h — 1)cos (h - 1)

-N)-J- = -sin (h-1) wt (14) -N) -J- = -sin (h-1) wt (14)

6565

Wenn die Ergebnisse der Formeln (11) und (15) zusammengefaßt werden, ergibt sich die Tabelle 1.If the results of formulas (11) and (15) are summarized, results in Table 1.

Wenn auf diese Weise die Bedingungen für die RichtungsabhängigkeitIf in this way the conditions for the direction dependency

ι ο / οι ο / ο

Y12 φ O oder Z12 φ 0 und Y; Y 12 φ O or Z 12 φ 0 and Y ;

2121

= 0 oder Z21 = 0= 0 or Z 21 = 0

erfüllt werden, wird die Leistung vom Eingang nur auf den Ausgang übertragen, und die reflektierte Welle vom Ausgang zum Eingang wird vom einstellbaren Widerstand absorbiert, so daß sie auf der Eingangsseite nicht auftritt. Dadurch konnte der aus. der Halbleiterschaltung bestehende Frequenzvervielfacher,are met, the power from the input is only transferred to the output, and the reflected wave from the output to the input is absorbed by the adjustable resistor so that it does not occur on the input side. This enabled him to go out. the Semiconductor circuit existing frequency multipliers,

der bisher unstabil war, ιwhich was previously unstable, ι ΠΠ Kf)Kf) nit einem Schlag stabilisiertStabilized in one fell swoop ηη Kf)Kf) werden.will. 22 11 22 00 33 0,50.5 33 0,50.5 ParallelschaltungParallel connection 44th V3; 3V 3 ; 3 ReihenschaltungSeries connection 44th V3; 2V 3 ; 2 55 V4 V 4 55 3U 3 U 66th 11 66th 00

Aus der Tabelle ist ersichtlich, wie die nichtlineare Kapazität CN und der nichtlineare Widerstand RN zur Erreichung der Richtungsabhängigkeit kombiniert werden sollen, das ist, wie die Leitungslänge der einzuschaltenden Phasenverzögerungsleitung zur passenden Einhaltung der gegenseitigen Phase von beiden Elementen gewählt werden soll. In der Tabelle ist es gezeigt, daß bei der Reihenschaltung von CN und RN die Leitungslänge der Phasenverzögerungsleitung Null sein kann, wenn es sich um die Frequenzverdoppelung und die Frequenzversechsfachung handelt. In diesen beiden Fällen kann die Phasenbeziehung zwischen CN und RN ohne die Einschaltung der Verzögerungsleitung so gehalten werden, daß die Richtungsabhängigkeit gegeben wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Reihenschaltung die Spannung, die die nichtlineare Kapazität CN anregt, um die PhaseThe table shows how the non-linear capacitance CN and the non-linear resistance RN should be combined to achieve the directional dependency, that is, how the line length of the phase delay line to be switched on should be selected to maintain the mutual phase of both elements. In the table it is shown that when CN and RN are connected in series, the line length of the phase delay line can be zero if it is the frequency doubling and the frequency sixfold. In both of these cases, the phase relationship between CN and RN can be kept so that the directional dependency is given without switching on the delay line. This is due to the fact that in the series connection, the voltage which excites the non-linear capacitance CN , around the phase

—■ verzögert ist gegen die Spannung, die den - ■ is delayed against the voltage that the

nichtlinearen Widerstand RiV anregt.excites non-linear resistance RiV.

Mit Rücksicht darauf kann auch der richtungsabhängige Frequenzvervielfacher durch nur eine Diode mit nichtlinearer Kapazität oder erforderlichenfalls durch die Zufügung eines einfachen .RC-Gliedes auf einfache Weise ausgebildet werden. In F i g. 6 ist die Ersatzschaltung für das obige Prinzip gezeigt, wobei Fig. 6a die nichtlineare Kapazitätsdiode, Fig. 6b die Ersatzschaltung dafür und F i g. 6 c die Ersatzschaltung im Falle, daß durch die Stromanregung dieser Diode die dem nichtlinearen Kapazitätsteil parallele Widerstandskomponente in die Reihenwiderstandskomponente umgewandelt ist. Hierbei ist RS die Reihenkomponente der nichtlinearen Kapazitätsdiode, X die Reaktanzkomponente, das ist die Kapazitätskomponente, und R die zu X parallele nichtlineare Widerstandskomponente.With this in mind, the direction-dependent frequency multiplier can also be designed in a simple manner using only one diode with a non-linear capacitance or, if necessary, by adding a simple .RC element. In Fig. 6 shows the equivalent circuit for the above principle, with FIG. 6a showing the non-linear capacitance diode, FIG. 6b the equivalent circuit for it and FIG. 6c the equivalent circuit in the event that the current excitation of this diode converts the resistance component parallel to the non-linear capacitance part into the series resistance component. Here RS is the series component of the non-linear capacitance diode, X the reactance component, that is the capacitance component, and R the non-linear resistance component parallel to X.

Wenn R » X ist, wird die Ersatzschaltung der nichtlinearen Kapazitätsdiode so gezeigt, wie es aus der F i g. 6 c ersichtlich ist. Dabei istWhen R » X , the equivalent circuit of the nonlinear varactor diode is shown as shown in FIG. 6 c can be seen. It is

7 -7 -

X2 - RX 2 - R

Spannung in der Durchlaßrichtung an die obige nichtlineare Kapazitätsdiode angelegt und diese angeregt wird, zeigt diese Diode zusammen mit der nichtlinearen Kapazität den nichtlinearen Widerstand und die nichtlineare Konduktanz. Dies entspricht der Reihenschaltung der nichtlinearen Kapazität und des nichtlinearen Widerstandes nach F i g. 3, so daß der richtungsabhängige Frequenzvervielfacher realisierbar ist. F i g. 7 zeigt diesen Zustand. Um einen Strom ip in der Durchlaßrichtung zu führen, steuert ohne eine besonders eingestellte Gleichvorspannung durch Vergrößerung ihrer Amplitude die anregende Spannungswelle Ve vergrößert mit einem Anteil Vp die Diode in die Durchlaßrichtung, wodurch der Strom ip fließt. Dadurch ergibt sich die Widerstandskomponente bzw. die Konduktanzkomponente als Mittelwert über die Periodendauer. Hierbei bedeutet G1 die Komponente der Hauptwelle von ip. Es genügt deshalb, wenn die nichtlineare Kapazitätsdiode und die Anregungsspannung so gewählt werden, daß diese durchschnittliche Konduktanz die Bedingung der Formel (7) Z12 = 0 erfüllt. Da aber die nichtlineare Charakteristik in diesem Falle durch die zu verwendende Diode bestimmt wird, wird damit allein die die Richtungsa'bhängigkeit erfüllende Frequenz beschränkt und nicht auf alle Frequenzen anwendbar. Dadurch, daß, wie in der F i g. 8 a und 8 b gezeigt ist, eine bestimmte Kapazität der nichtlinearen Kapazitätsdiode parallel oder· in Reihe geschaltet wird, wird das 2. Glied der Formel (7) für Z12 geändert, wodurch die Anpassung an alle Frequenzen erreicht werden kann. Auch dadurch, daß ebenfalls ein bestimmter Widerstand, wie in der F i g. 9 gezeigt ist, der nichtlinearen Kapazitätsdiode parallel geschaltet wird, kann das 2. Glied der Formel (7) für Z12 beliebig geregelt werden, wodurch Z12 = 0 über alle Frequenzen erfüllt werden kann.Forward voltage is applied to the above nonlinear capacitance diode and the latter is excited, this diode exhibits the nonlinear resistance and the nonlinear conductance together with the nonlinear capacitance. This corresponds to the series connection of the non-linear capacitance and the non-linear resistance according to FIG. 3, so that the direction-dependent frequency multiplier can be implemented. F i g. 7 shows this state. In order to conduct a current i p in the forward direction, without a specially set DC bias voltage, by increasing its amplitude, the exciting voltage wave V e increases the diode in the forward direction with a portion V p , whereby the current i p flows. This results in the resistance component or the conductance component as a mean value over the period. Here, G 1 means the component of the main wave of i p . It is therefore sufficient if the non-linear capacitance diode and the excitation voltage are chosen so that this average conductance fulfills the condition of the formula (7) Z 12 = 0. However, since the non-linear characteristic in this case is determined by the diode to be used, only the frequency that fulfills the directional dependence is limited and cannot be used for all frequencies. In that, as shown in FIG. 8 a and 8 b, a certain capacitance of the non-linear capacitance diode is connected in parallel or in series, the 2nd term of the formula (7) is changed for Z 12 , whereby the adaptation to all frequencies can be achieved. Also because a certain resistance, as shown in FIG. 9 is shown, the non-linear capacitance diode is connected in parallel, the 2nd term of the formula (7) for Z 12 can be regulated as desired, whereby Z 12 = 0 can be fulfilled over all frequencies.

Wenn in solchen Fällen die punktiert gezeigte Schaltung JVL durch NL1 oder NL2 in F i g. 2 oder 3 ersetzt wird, kann, wie ersichtlich, der richtungsabhängige Frequenzvervielfacher verwirklicht werden. Daraus, daß durch solche einfache nichtlineare Kapazitätsdioden die Frequenzverdopplung und die Frequenzversechsfachung bei der Reihenschaltung durchgeführt werden kann, zeigt sich, daß die nichtlineare Kapazität und der nichtlineare Widerstand durchIf in such cases the circuit JVL shown in dotted lines is replaced by NL 1 or NL 2 in FIG. 2 or 3 is replaced, as can be seen, the directional frequency multiplier can be implemented. From the fact that the frequency doubling and the frequency sixfold in the series connection can be carried out by such simple non-linear capacitance diodes, it is shown that the non-linear capacitance and the non-linear resistance by

die umthe around

(16) •y voneinander phasenverschobene Span-(16) • y phase shifted span

Indern für den Strom in Durchlaßrichtung der Laufwinkel passend gewählt wird, d. h., indem eine geringe nung angeregt werden.In that the running angle is chosen to be suitable for the current in the forward direction, i. i.e., by a low can be stimulated.

Wenn der Wirkungsgrad der Umwandlung in den obigen verschiedenen Ausführungsbeispielen mit demselben des üblichen Frequenzvervielfachers, der nur aus der bisherigen Kapazitätsdiode besteht und die Bedingungen für die Richtungsabhängigkeit nicht erfüllt, verglichen wird, wird das Ergebnis in der Fig. 10 erreicht.If the conversion efficiency in the above various embodiments with the same the usual frequency multiplier, which consists only of the previous capacitance diode and the Conditions for the direction dependency are not met, the result is in the Fig. 10 reached.

In der F i g. 10 ist auf der Ordinate der Umwandlungsgewinn (conversion-gain) und auf der Abszisse das Q des nichtlinearen Teils des Stromkreises im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Hierin stellt die strichpunktierte Linie die Charakteristik beim bisherigen Frequenzvervielfacher und die ausgezogene Linie dieselbe beim Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dar.In FIG. 10, the conversion gain is plotted on the ordinate and the Q of the nonlinear part of the circuit is plotted on the abscissa on a logarithmic scale. Here, the dash-dotted line represents the characteristic of the previous frequency multiplier and the solid line represents the same in the exemplary embodiment according to the invention.

Wie aus der Fig. 10 ersichtlich ist, weist der Frequenzvervielfacher nach der Erfindung einen wesentlich größeren Umwandlungsgewinn auf im Vergleich zu einem bisherigen Frequenzvervielfacher.As can be seen from FIG. 10, the frequency multiplier according to the invention a significantly larger conversion gain compared to a previous frequency multiplier.

Um den Wirkungsgrad der Umwandlung noch zuTo increase the conversion efficiency

erhöhen, ist es bei der höheren Frequenzvervielfachung üblich, eine Idlerschaltung zu verwenden. Beispielsweise wird bei der Frequenzvervielfachung die von der Belastung unabhängige Zwischenharmonische der doppelten Eingangsfrequenz verwendet und ein Reihenresonanzkreis für diese 2. Harmonische dem nichtlinearen Element parallel geschaltet, so daß, nachdem zuvor die Umwandlung in die 2. Harmonische durchgeführt ist, die Umwandlung in die 4. Harmonische durchgeführt wird.increase, with the higher frequency multiplication it is common to use an idler circuit. For example, in frequency multiplication, the load-independent interharmonics becomes of twice the input frequency and a series resonant circuit for this 2nd harmonic connected in parallel to the non-linear element, so that, after previously converting to the 2nd harmonic is carried out, the conversion to the 4th harmonic is carried out.

Dadurch, daß eine solche Idlerschaltung bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung mit vorgesehen wird, kann eine sehr vorteilhafte Schaltungskonstruktion erreicht werden. Die F i g. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem diese Idlerschaltung vorgesehen ist. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel, bei dem eine nichtlineare Kapazitätsdiode CN verwendet ist. Der aus C2 und L2 bestehende Reihenresonanzkreis stellt die Idlerschaltung dar. Die Fig. 11b und lic zeigen die Ersatzschaltung für die Fig.lla.Because such an idler circuit is also provided in the delay line according to the invention, a very advantageous circuit construction can be achieved. The F i g. 11 shows an embodiment in which this idler circuit is provided. This is an example in which a nonlinear varactor diode CN is used. The series resonant circuit consisting of C 2 and L 2 represents the idler circuit. FIGS. 11b and 11c show the equivalent circuit for FIG. 11a.

Wenn z. B. bei der Vervierfachung die mit der 2. Harmonischen der Grundwelle in Resonanz befindliche Idlerschaltung verwendet wird, ist diese Idlerschaltung für die Grundwelle kapazitiv und für die 4. Harmonische induktiv, so daß eine Verzögerungsleitung mit der Bedingung N = -y bei der Vervierfachung im Falle der Reihenschaltung nach Tabelle 1 erfüllt werden kann. Die Idlerschaltung selbst kann nämlich auch als Verzögerungsleitung betrieben werden. Eine solche Idlerschaltung erfüllt somit nur ihrenIf z. B. is used with the quadrupling of the idler circuit in resonance with the 2nd harmonic of the fundamental wave, this idler circuit is capacitive for the fundamental wave and inductive for the 4th harmonic, so that a delay line with the condition N = -y with the quadrupling im Case of series connection according to Table 1 can be met. The idler circuit itself can namely also be operated as a delay line. Such an idler circuit therefore only fulfills theirs

/ U/ U

eigentlichen Zweck, das ist die Erhöhung des Umwanc lungsgewinns, sondern ermöglicht auch den Betrieb ai Verzögerungsleitung. Bei der Vervierfachung ist i. diesem Fall keine besondere Verzögerungsleitung e: forderlich. In der F i g. 12 ist die Änderung des Anpas sungszustandes, gesehen von der Eingangsseite bein nicht angepaßten Zustand des Ausgangskreises, ge zeigt, wobei im Ausführungsbeispiel die Eingangs frequenz zu 540 MHz die Anfangsfrequenz ziactual purpose, that is to increase the conversion profit, but also enables the operation of ai Delay line. When quadrupling, i. in this case no special delay line e: conducive. In FIG. 12 is the change in the state of adaptation seen from the input side unmatched state of the output circuit, ge shows, in the exemplary embodiment the input frequency to 540 MHz the starting frequency zi

ίο 2160 MHz gewählt sind. Die Kapazität der Diode is im Arbeitspunkt etwa 6 pF.ίο 2160 MHz are selected. The capacity of the diode is about 6 pF at the working point.

Aus der Fig. 12 ergibt sich, daß, wenn auch dit Welligkeit der Ausgangsimpedanz und damit du Ausgangsleistung Pa sich ändert, die Welligkeit de:From Fig. 12 it follows that, even if the ripple of the output impedance and thus the output power P a changes, the ripple de:

Eingangsimpedanz (Ordinatenwert) fast konstan bleibt (s. Kurve α mit Werten von 1,25 bis 1,7). Es is; also praktisch keine Kopplung zwischen Aus- unci Eingang gegeben und praktisch eine vollständige Richtungsabhängigkeit erreicht.Input impedance (ordinate value) remains almost constant (see curve α with values from 1.25 to 1.7). It is; thus there is practically no coupling between output and input and practically complete directional dependence is achieved.

Bei der Erklärung über das obige Ausführungsbeispiel besteht das Netzwerk aus der nichtlinearen Kapazität und dem nichtlinearen Widerstand.In the explanation of the above embodiment, the network is composed of the nonlinear one Capacitance and the non-linear resistance.

Auch wenn eine nichtlineare Induktivität an Stelle einer nichtlinearen Kapazität verwendet wird, d.h.Even if a non-linear inductance is used in place of a non-linear capacitance, i. E.

also, wenn ganz allgemein das Netzwerk aus einer nichtlinearen Reaktanz und einem nichtlinearen Widerstand ausgebildet wird, kann der richtungsabhängige Frequenzvervielfacher dadurch verwirklicht werden, daß eine entsprechende Phasenverzögerungsleitung so vorgesehen wird, daß die Bedingung für die Richtungsabhängigkeit, z. B. Yn = 0, erfüllt werden kann.So if, in general, the network is formed from a nonlinear reactance and a nonlinear resistance, the directional frequency multiplier can be realized in that a corresponding phase delay line is provided so that the condition for the directional dependence, e.g. B. Y n = 0, can be met.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

i 441 Patentansprüche:i 441 claims: 1. Frequenzvervielfacher unter Verwendung eines eine nichtlineare Reaktanz aufweisenden Vierpols, dem eingangsseitig die in ihrer Frequenz / um einen ganzzahligen Faktor 71 zu vervielfachende Grundschwingung zugeführt und ausgangsseitig die zur Grundschwingung harmonische Schwingung mit der Frequenz nf abgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol zur rückwirkungsfreien Übertragung außer der nichtlinearen Reaktanz (CN) einen nichtlinearen Widerstand (RN) mit wenigstens einer nichtlinearen Widerstandskomponente und gegebenenfalls eine Phasenverzögerungsleitung bzw. ein ihr äquivalentes Element umfaßt und daß der Vierpol für eine Leitwertmatrix1. Frequency multiplier using a quadrupole having a non-linear reactance, to which the input side is supplied with the fundamental oscillation to be multiplied by an integer factor of 71 and on the output side the oscillation harmonic to the fundamental oscillation with the frequency nf is removed, characterized in that the quadrupole for reaction-free Transmission besides the non-linear reactance (CN) comprises a non-linear resistance (RN) with at least one non-linear resistance component and optionally a phase delay line or an element equivalent to it and that the quadrupole for a conductance matrix
DE19641441676 1963-12-16 1964-12-16 Frequency multiplier using a quadrupole having a non-linear reactance Expired DE1441676C (en)

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