DE1541668A1

DE1541668A1 - Circuit arrangement for generating harmonics from a fundamental frequency by means of a step recovery diode with suppression of undesired harmonics of neighboring harmonics

Info

Publication number: DE1541668A1
Application number: DE19661541668
Authority: DE
Inventors: Tautenhahn Dipl-Ing Helmut; Pelster Dipl-Ing Klaus
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-09-17
Filing date: 1966-09-17
Publication date: 1969-09-25
Also published as: DE1541668B2

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Oberwellen aus einer Grundfrequenz mittels einer Step-Recovery-Diode mit UnterdrUekung unerwünschter, der Nutzharmonischen benachbarter # Oberwellen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Oberwellen aus einer Grundfrequenz mittels einer Step-Recovery-Diode mit Unterdrückung unerwünschter, der Nutzharmonischen benachbarter Oberwellen.Circuit arrangement for generating harmonics from a fundamental frequency by means of a step recovery diode with suppression of undesired, useful harmonics Adjacent # harmonics The invention relates to a circuit arrangement for generating of harmonics from a fundamental frequency by means of a step recovery diode with suppression undesirable harmonics of neighboring harmonics.

Die Erzeugung sehr hoher Frequenzen ist seit Erschliessung des GHz-Bereiches zur Übertragung von modulierten Signalen ein Aufgabenbereich geworden, der aufgrund der entstandenen Schwierigkeiten zu vielerlei Lösungswegen geführt hat. Das Hauptproblem dabei ist vor allem die Konstanthaltung und Genauigkeit der Frequenz. Wird doch bei einer Frequenz von beispielsweise 8 GHz eine Genauigkeit von + 100 kHz gefordert. Diese Forderung ist nur unter Anwendung von Quarzen erfüllbar, die aber wiederum nur bis etwa 100 MHz herstellbar sind. Es ist daher naheliegend, eine Vervielfachung von 100 MHz bis in den GHz-Bereich vorzunehmen. Die Vervielfachung mit Röhren ist ein bisher oft be-i schrittener Lösungsweg, der auch seinerseits zu guten Ergebnissen geführt hat.Since the GHz range was opened up for the transmission of modulated signals, the generation of very high frequencies has become a task which, due to the difficulties that have arisen, has led to a variety of possible solutions. The main problem is keeping the frequency constant and accurate. An accuracy of + 100 kHz is required at a frequency of 8 GHz, for example. This requirement can only be met by using crystals, which in turn can only be produced up to about 100 MHz. It is therefore obvious to multiply from 100 MHz into the GHz range. The multiplication with tubes is a date often loading i schrittener approach which has in turn led to good results.

Das immer weitere Vordringen des Halbleiters in den Bereich hoher Frequenzen, liess den Wunsch laut werden, Oszillatoren zu entwickeln, die mit Halbleitern ausgerüstet sind. Zn den meisten Fällen bedient man-sich heute zweier Verfahren, einmal der stufenweisen Vervielfachung mit Varaktor-Dioden und zum anderen der Vervielfachung in einer Stufe mit Step-Recovery-Dioden. Man geht also hierbei von einer Grundfrequenz von beispielsweise 500 MHz aus und erzeugt mittels dieser Diode z.B. die fünfzehnte Oberwelle, in diesem Falle also 7,5 GHz. Diese für diesen Zweck speziell gezüchtete Diode hat die Eigenschaft bei der Ansteuerung mit einem sinusförmigen Strom (Grundfrequenz f0), im negativen Bereich bei einer bestimmten Spannung plötzlich ganz steil auf den Nullwert abzufallen. Es entsteht dabei eine Stromspitze, die eine Vielzahl von Oberwellen enthält. Ordnet man nun diese Diode einem Schwingungskreis an, dessen Eigenresonanz z.B. bei der fünfzehnten Oberwelle (f15) liegt, so wird man die fünfzehnte Oberwelle ableiten und nutzbar machen können. In der Fig. 1 ist ein Diagramm dargestellt, das den Stromverlauf einer Step-Recovery-Diode wiedergibt.The increasing penetration of semiconductors into the range of high frequencies gave rise to the desire to develop oscillators equipped with semiconductors. In most cases, two methods are used today, one step-by-step multiplication with varactor diodes and the other multiplication in one step with step recovery diodes. A basic frequency of 500 MHz, for example, is assumed and the fifteenth harmonic, for example, 7.5 GHz in this case, is generated by means of this diode. This diode, specially grown for this purpose, has the property, when driven with a sinusoidal current (fundamental frequency f0), of suddenly falling sharply to the zero value in the negative range at a certain voltage. This creates a current peak that contains a large number of harmonics. If you now arrange this diode in an oscillating circuit, the natural resonance of which is, for example, the fifteenth harmonic (f15), you will be able to derive the fifteenth harmonic and make it usable. A diagram is shown in FIG. 1 which reproduces the current profile of a step recovery diode.

Bei einer z.8. 15-fachen Vervielfachung liegen die Nachbarharmonischen, also die vierzehnte und die sechzehnte Oberwelle, so nahe bei der gewünschten fünfzehnten Oberwelle, dass sie durch den Resonanzkreis, der auf der fünfzehnten Oberwelle abgestimmt ist, nicht ausreichend unterdrückt werden. Eine störende Frequenz kann man nun bekanntlich durch die Anordnung eines Sperrkreises unterdrücken.At a z.8. The neighboring harmonics are 15 times multiplied, so the fourteenth and sixteenth harmonics, so close to the desired fifteenth Harmonic that they are tuned through the resonance circuit that is on the fifteenth harmonic is not sufficiently suppressed. A disturbing frequency can now be known suppress by the arrangement of a trap circuit.

Erfindungsgemäss wird deshalb vorgeschlagen, dass der Step-Recovery-Diode ein als Sperrkreis wirkender Parallelkreis in Serie gegen Bezugspotential geschaltet ist. Diese Schaltungsanordnung kann man dadurch verwirklichen, dass die zweite Halterung mit einer tulpenartigen Fassung in mindestens einem eine Induktivität darstellenden Quersteg gehalten ist, dass mindestens eine, vorzugsweise zwei, eine Kapazität darstellende, um vorzugsweise y0 o gegen den Steg versetzte und gegen die tulpenartige Fassung in ihrem Abstand veränderbare Schraube angeordnet ist, wobei der Querschnitt des Steges und die Schraube gegen die tulpenartige Fassung bildende Kapazität so bemessen sind, dass die Resonanz des aus Induktivität und Kapazität gebildeten Schwingungskreises so einstellbar ist, dass die störende Oberwelle absorbiert wird.According to the invention it is therefore proposed that the step recovery diode a parallel circuit acting as a blocking circuit connected in series against reference potential is. This circuit arrangement can be realized by that the second holder with a tulip-like socket in at least one one Cross web representing inductance is held that at least one, preferably two, representing a capacitance, preferably offset by y0 o against the web and arranged against the tulip-like socket in their distance changeable screw is, with the cross section of the web and the screw against the tulip-like socket forming capacitance are dimensioned so that the resonance of the inductance and The oscillating circuit formed capacitance is adjustable so that the disturbing harmonic is absorbed.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. In der Fig. 1 ist das Diagramm einer Step-Recovery-Diode dargestellt. Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines Vervielfachers mit einer Step-Recovery-Diode. Die Anordnung einer Step-Recovery-Diode in einem Hohlleiter ist teilweise im Schnitt gezeichnet in der Fig. 3 wiederf».egeben.- Die einen Parallelkreis darstellende Halterung mit tulpenartiger Fassung zeigt Fig.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In Fig. 1 shows the diagram of a step recovery diode. Fig. 2 shows the basic circuit diagram a multiplier with a step recovery diode. The arrangement of a step recovery diode in a waveguide is partially drawn in section in FIG. 3. The holder showing a parallel circle with a tulip-like socket is shown in FIG.

In dem Diagramm der Fig. 1 ist der Stromverlauf durch die Step-Recovery-Diode dargestellt. Die Diode wird von. einem Wechselstrom der Wellenlänge X0 durchflossen. Dabei steigt der Strom vim Wert Null ausgehend an, verläuft sinusförmig, geht durch Null in den negativen Bereich und reisst vor Erreichen des negativen Minimums plötzlich ab. Die sich aus diesem Vorgang ergebende Spitze enthält jede Menge Oberwellen, die sich an einem Spektrographen nachweisen lassen. Aus dieser Unzahl von Oberwellen kann man jetzt irgendeine beliebige Oberwelle heraussieben und diese nutzbar machen, Man kann auch durch eine geeignete Anordnung gewünschte Oberwellen besonders stark ausbilden und mittels Siebmittel aussieben.-Das.Prinzipschaltbild eines- solchen Vervielfachers ist in Fig. 2 aufgezeigt. An die Ausgangsklemmen eines Generators G ist ein Tiefpass, bestehend aus zwei in Serie geschalteten Induktivitäten L1 und L2, von deren gemeinsamer Klemme ein Kondensator 01 gegen Bezugspotential liegt, geschaltet. An der Ausgangsklemme dieses Tiefpasses, der durch die zweite Klemme der Induktivität L2 gebildet wird, ist eine Verklatschungskapazität C2 gegen Bezugspotential gelegt. Parallel zu dem Kondensator C2 liegt eine Step-Recovery-Diode D in Serie mit einem Parallelkreis, der aus der Induktivität L3 und der Kapazität C3 gebildet wird, wobei der Strom gegen Bezugspotential fliesst. Die Anode dieser Step-Recovery-Diode D ist mit einem Filter verbunden, dessen Ausgang an einen Verbraucher V geschaltet ist.The diagram in FIG. 1 shows the current profile through the step recovery diode. The diode is from. an alternating current of wavelength X0 flowed through it. The current v increases starting from zero, runs sinusoidally, goes through zero into the negative range and suddenly breaks off before reaching the negative minimum. The peak resulting from this process contains a lot of harmonics that can be detected on a spectrograph. From this myriad of harmonics, any harmonic can be screened out and made usable. Desired harmonics can also be made particularly strong through a suitable arrangement and screened out using screening means. A low-pass filter consisting of two series-connected inductors L1 and L2, of whose common terminal a capacitor 01 is connected to reference potential, is connected to the output terminals of a generator G. At the output terminal of this low-pass filter, which is formed by the second terminal of the inductance L2, a flap capacitance C2 is placed against reference potential. In parallel with the capacitor C2, there is a step recovery diode D in series with a parallel circuit which is formed from the inductance L3 and the capacitance C3, the current flowing against reference potential. The anode of this step recovery diode D is connected to a filter, the output of which is connected to a consumer V.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Die in dem Generator G erzeugte. Grundfrequenz f0 wird in dem Transformationsglied, das hier alc Tiefpass dargestellt ist und aus den Induktivitäten L1 und L2_ und. der Kapazität Cl besteht,, auf den die Step-Recovery--Diode D darstellenden Wellenwiderstand transformiert. Damit wird die Anpassung der Step-Reoovery-Diode D an den Generator G erreicht. An der Step-Recovery-Diode D entstehen, aufgrund ihrer tigenschaften, Oberwellen, von denen durch geeignete Siebmittel beispielsweise die fünfzehnte Harmonische herausgesiebt wird.-Dies geschieht in dem an die Step-Recovery-Diode D angeschlossenen Filter F. Die ausgesiebte Energie wird dann dem Verbraucher V zugeführt. Die Kapazität 02, die fÜr die . vervielfachten Frequenzen einen Kurzschluss darstellt, wirkt als Verklatschung und verhindert den Rücklauf von Oberwellen in den Generator.The operation of this arrangement is as follows: The one in the generator G generated. Fundamental frequency f0 is in the transformation element, here alc the low pass is shown and from the inductances L1 and L2_ and. the capacity Cl exists, transformed to the wave impedance representing the step recovery diode D. The step recovery diode D is matched to the generator G in this way. At the step recovery diode D arise, due to their characteristics, Harmonics, of which the fifteenth harmonic, for example, through suitable screening means is screened out.-This is done in the one connected to the step recovery diode D. Filter F. The sifted-out energy is then fed to the consumer V. The capacity 02 that for the. multiplied frequencies represents a short circuit acts as a Flap and prevents harmonics from flowing back into the generator.

Die bei. der Vervielfachung mit entstehenden, der Nutzfrequenz benachbarten Oberwellen, können den Wirkungsgrad der Vervielfachung erheblich herabsetzen. Nach der Erfindung kann man eine schädliche bberwelle, die besonders hervortritt, durch einen der Step-Recovery-Diode D in Serie geschalteten Sperrkreis in Form einer Parallelresonanz, bestehend aus der Induktivität L3 und der Kapazität C3, bis zur Unwirksamkeit dä'mpf'en. Die praktische Ausführung der Erfindung ist in Fig. 3 teilweise im Schnitt dargestellt, Die Step-Recovery-Diode D ist in dem Hohlleiter H in Richtung des in dem Hohlleiter verlaufenden E-Feldes angeordnet. Die Grundfrequenz f0 wird von obenher über die tulpenförmige Fassung F1, die mit der Halterung Hl. verbunden ist, der Step-Reeovery-Diode D zugeführt. Die Kapazität C2 wird durch die Halterung Hl gegen den Hohlleiter gebildet, die durch Veränderung der Zwischenlagen Z variabel ist. An der gegenüberliegenden Seite des Hohlleiters H ist die zweite Halterung H2 mit der tulpenartigen Fassung F2, die nach der Erfindung als Parallelkrein mit der Halterung verbunden ist, gezeichnet. Die beiden die Kapazität C3 bildenden Schrauben SI und S2 sind ebenfalls sichtbar.The at. The multiplication with the harmonics that arise and are adjacent to the useful frequency can considerably reduce the efficiency of the multiplication. According to the invention, a harmful transient wave, which particularly emerges, can be dampened to ineffectiveness by a blocking circuit connected in series with the step recovery diode D in the form of a parallel resonance, consisting of the inductance L3 and the capacitance C3. The practical embodiment of the invention is shown partially in section in FIG. 3. The step recovery diode D is arranged in the waveguide H in the direction of the E field running in the waveguide. The fundamental frequency f0 is fed to the step recovery diode D from above via the tulip-shaped socket F1, which is connected to the holder Hl. The capacitance C2 is formed by the holder Hl against the waveguide, which is variable by changing the intermediate layers Z. On the opposite side of the waveguide H, the second holder H2 with the tulip-like socket F2, which according to the invention is connected to the holder as a parallel link, is shown . The two screws SI and S2 forming the capacitance C3 are also visible.

In der Pig. 4 iet die zweite Halterung H2 mit der tulpenartigen Fassung P`2 in der Ansicht der Richtung A nach Pig. 3 dargestellt. Dte beiden die Induktivität L3 bildenden Stege L3 halten die tulpenartige Fassung PP- in ihrer zentrinehen Ike. Die zwei Schrauben S bilden zusammen mit der tulpenartigen Fassung F2 die Kapazität C3. In the pig. 4 iet the second holder H2 with the tulip-like socket P`2 in the view from the direction A to Pig. 3 shown. The two webs L3 forming the inductance L3 hold the tulip-like socket PP- in its centrine-close Ike. The two screws S together with the tulip-like socket F2 form the capacitance C3.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Circuit arrangement for generation of harmonics from a fundamental frequency by means of a bridge recovery diode with suppression undesirable harmonics of neighboring harmonics, characterized in that, that the step recovery diode (D) is a parallel circuit (L3, C3) is connected in series with reference potential.

2) Arrangement for realizing the circuit arrangement according to claim 1, wherein the step recovery diode executed in pearl form, the connections of which are placed on two cylindrical pins lying opposite one another in an axis, which are held in a waveguide in holders with tulip-like sockets, over which a connection pin held in a tulip-like socket is used to feed in the fundamental frequency, characterized in that the second holder H2 is held with a second tulip-like socket (F2) in at least one transverse web (L3) representing an inductance (L3), that at least one, preferably two, a capacitance (C3) representing, preferably offset by 90o against the web (L3) and against the second tulip-like socket (F2) in their spacing variable screw (S) is arranged, wherein the cross-section of the web (L3) and the the screw (S) against the second tulip-like socket (F2) forming capacitance (C3) are dimensioned so that the Resona nz of the Seiiwingun: =. skreis formed from inductance (L3) and capacitance (C3) can be set in such a way that the disturbing Obetwelle is absorbed.