DE3246295C2

DE3246295C2 - Frequenzmodulierbarer Oszillator

Info

Publication number: DE3246295C2
Application number: DE3246295A
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8190 Wolfratshausen Heise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DE3246295A1

Abstract

Frequenzmodulierbare Oszillatoren, beispielsweise für den UHF-Bereich, müssen, wenn sie in einem größeren Frequenzbereich umschaltbar sein sollen, hinsichtlich der Linearität der Steilheit der im Oszillatorschwingkreis für dessen Steuerung wirksamen Kapazitätsdiode so bemessen sein, daß praktisch der Modulationshub unabhängig von der eingestellten Frequenz im gesamten Bereich annähernd gleich groß ist. In Abänderung der durch die DE-OS 2608189 bekannten Schaltung wird für deren Realisierung im Frequenzbereich oberhalb 300 MHz vorgeschlagen, für die Ankopplung des Serienresonanzkreises (Rs, Ls, Cs) an den Oszillatorschwingkreis bei der Schwingkreisinduktivität (L) auf einen Abgriff zu verzichten und dafür in den Schwingkreis ein kapazitives Netzwerk (CN) mit einem kapazitiven Spannungsteiler (C1, C2) einzubeziehen, über dessen Abgriff der Serienresonanzkreis ankoppelbar ist.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen frequenzmodulierbaren Oszillator, dessen Rückkopplung zwischen der dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode und der Steuerelektrode eines Transistors vorgenommen ist und dessen Ausgang von der über eine niederohmige Impedanz mit Bezugspotential verbundenen Ausgangselektrode des Transistors gebildet ist, bei dem ferner die Kapazität des Oszillatorschwingkreises teilweise von einer vom Modulationssignal ansteuerbaren Kapazitätsdiode gebildet ist, deren Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimum der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist und bei dem an den Oszillatorschwingkreis ein den Linearitätsbereich der Steilheitskennlinie vergrößernder Serienresonanzkreis angekoppelt ist.

Bei der Realisierung von in der Frequenz modulierbaren Oszillatoren wird oftmals, beispielsweise im U H Ρίο Bereich, eine relativ große Bandbreite konstanter Steilheit der Steilheitskennlinie der für die Frequenzvariation vorgesehenen Kapazitätsdiode gefordert Diese Forderung wird damit begründet daß der modulierbare Oszillator im vorgegebenen Bereich auf beliebige Frequenzen einrasten können soll, ohne daß dabei eine wesentliche Änderung des Hubs der Frequenzmodulation auftritt

Bei einer Kapazitätsdiode ändert sich die Kapazität in Abhängigkeit der Vorspannung in nichtlinearer Weise.

Die Steilheitskennlinie einer solchen Kapazitätsdiode weist deshalb auch keine größeren linearen Bereiche auf. Um hier zum gewünschten Ergebnis zu kommen, ist es beispielsweise durch die DE-PS 20 60 647 bekannt, die Schwiiigkreiskapazität des Oszillators aus der Serienschaltung der Kapazität der Kapazitätsdiode mit einer weiteren Kapazität zu verwirklichen und die Bemessung unter Berücksichtigung des Arbeitspunktes der Kapazitätsdiode so vorzunehmen, daß der Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimum der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist. Der auf diese Weise erreichte lineare Steilheitsbereich kann noch dadurch verbessert werden, daß, wie die DE-OS 26 08 189 zeigt, an den Oszillatorschwingkreis ein in geeigneter Weise bemessener Serienresonanzkreis über einen Abgriff der Schwingkreisinduktivität angekoppelt wird.

Wie sich zeigt, sind derartige Oszillatorschaltungen praktisch nur bis Frequenzen in der Größenordnung von 300 MHz geeignet, weil bei höheren Frequenzen bis 1000 MHz die die Schwingkreisinduktivität darstellende Spule von ihren Abmessungen und ihrer Windungszahl her so klein bemessen sein muß, daß ein definierter Abgriff praktisch nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem in seiner Frequenz in einem relativ großen Band linear modulierbaren Oszillator der eingangs genannten Art eine weitere Lösung anzugeben, die sich auch für den Einsatz im Frequenzbereich oberhalb 300 MHz eignet und ebenfalls mit einem sehr geringen technischen Aufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird für einen solchen frequenzmodulierbaren Oszillator durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Literaturstelle DE 20 00 582 B2 ist zwar bereits ein frequenzmodulierbarer Oszillator bekannt, bei dem die Steuerelektrode des Transistors ebenfalls über einen kapazitiven Spannungsteiler mit Bezugspotential und der Abgriff des Spannungsteilers mit der dem ein- und ausgangsseitigen Stromkreis des Transistors gemeinsamen Elektrode verbunden ist. Abgesehen davon, daß hier der Oszillatorschwingkreis aus der Reihenschaltung eines Schwingquarzes, einer Induktivität und einer Kapazitätsdiode besteht und deshalb in seiner Frequenz nur in einem relativ kleinen Band moduliert werden kann, wird zur Linearisierung der Modulationskennlinie auch nicht von einer speziellen Arbcitspunkleinstellung der Kapazitätsdiode in Verbindung mit ei-

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nem vom Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers gegen Bezugspotential geschalteten Serienresonanzkreis Gebrauch gemacht, sondern vielmehr von einer die Modulationsspannung vorverzerrenden Diode.

Wie umfangreiche, der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen ergeben haben, läßt sich bei einem elektronisch gekoppelten, mittels einer Kapazitätsdiode in seiner Frequenz modulierbaren Oszillator die Linearisierung der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode auch bei Arbeitsfrequenzen oberhalb 300 MHz nach den in den Literaturstellen angegebenen Prinzipien dann verwirklichen, wenn durch geeignete Bemessung und Unterteilung der für die Scherung der Kapazität der Kapazitätsdiode wirksamen Kapazität von einer definierten Ankopplung des Serienresonanzkreises über einen kapazitiven Spannungsteiler Gebrauch gemacht wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfinuungsgemäßen Oszillatorschaltung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

Rg. 1 das Grundschema des in der Oszillatorschaltung verwendeten Oszillatorschwingkreises,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines frequenzmodulierbaren Oszillators mit dem Frequenzbereich zwischen 600 und 1000 MHz,

Fig. 3 eine erste Variante der Schaltung nach Flg. 2, Fig. 4 eine zweite Variante der Schaltung nach Fig. 2, Fig. 5 ein erstes Diagramm der Steilheitsändemng über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 2,

Fig. 6 ein zweites Diagramm der Steilheitsänderung über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 2,

Fig. 7 ein drittes Diagramm der Steilheitsänderung über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 2.

Fig. 8 ein Diagramm der Steilheitsänderungen über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 3.

Die schematische Darstellung des Oszillatorschwingkreises OS nach Fig. 1 weist die im allgemeinen abstimmbare Induktivität L auf, die am einen Anschluß über die Kapazitätsdiode CD und am anderen Anschluß über die Fußpunktskapazität Co mit Bezugspotential verbunden ist. Die Spannungszuführung für die Festlegung des Arbeitspunktes der Kapazitätsdiode sowie die Zuführung der Modulationsspannung ist in ffig. 1 weggelassen. Der Oszillatorschwingkreis OS wird in seinen drei Elementen entsprechend dem gewünschten Durchstimmbereich so dimensioniert, daß seine Mittenfrequenz in die Mitte des linearen Steilheitsbereiches der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode zu liegen kommt. Durch Ankopplung eines Serienresonanzkreises SS an diesen Oszillatorschwingkreis OS, dessen Resonanzfrequenz im Bereich der oberen oder unteren Grenze des linearen Steilheitsbereiches der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode liegt, kann, wie bereits einleitend erwähnt worden ist, der lineare Bereich der Steilheitskennlinie erweitert werden.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines ausgeführten Oszillators, bei dem der Kapazitätsdiode CD des Oszillatorschwingkreises O5 die einstellbare Kapazität Cp parallel geschaltet ist. Die Vorspannung Uv für die Kapazitätsdiode CD wird dieser über den Vorwiderstand R V und die Schwingkreisinduktivität L zugeführt. Der gemeinsame Verbindungspunkt des Vorwiderstandes RV und der Schwingkreisinduktivität L ist mit dem Eingang des kapazitiven Netzwerks CN verbunden, das ausgangsseitig mit der Steuerelektrode des Transistors Tr verbunden ist

Die dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Stromkreis dieses Transistors Tr gemeinsame Elektrode ist über den Widerstand Re mit Bezugspotential verbunden. Weiterhin ist an dieser den Emitter darstellenden Elektrode des Transistors Tr der Serienresonanzkreis 55, bestehend aus dem Widerstand Äs der Induktivität Ls und der Kapazität Cs, gegen Bezugspotential angeschaltet Die dem ausgangsseitigen Stromkreis des Transistors Tr zugehörige Elektrode, nämlich dessen Kollektor, ist über den Kollektorwiderstand Rk auf Bezugspotential gelegt und weist darüber hinaus den Ausgang a auf, an den der Lastwiderstand RL des ausgangsseitigen Stromkreises angeschaltet ist

Das kapazitive Netzwerk CN besteht zwischen Eingang und Ausgang aus dem Koppelkondensator Ck, dem auf Seiten der Basis des Transistors Tr der kapazitive Spannungsteiler, bestehend aus den Kondensatoren C1 und Cl, gegen Bezugspotential angeschaltet ist Der Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers ist zusätzlich mit dem Emitter des Transistors Tr verbunden. Das kapazitive Netzwerk CN stellt die in Fig. 1 angegebene wirksame Fußpunktskapazität Co dar. Diese Art ihrer Realisierung durch das kapazitive Netzwerk CN ermöglicht es, den Serienresonanzkreis definiert im Sinne der Optimierung des linearen Bereiches der Steilheitskennlinie der im Oszillatorschwingkreis OS wirksamen Kapazitätsdiode CD an den Oszillatorschwingkreis OS anzukoppeln. Durch die der Kapazitätsdiode CD parallelgeschaltete einstellbare Kapazität Cp wird der lineare Bereich der Steilheitskennlinie der in der Oszillatorschwingkreisschaltung wirksamen Kapazitätsdiode im oberen Frequenzbereich und durch den Serienresonanzkreis 55 im unteren Frequenzbereich erweitert.

Für eine Auslegung dieser frequenzmodulierbaren Oszillatorschaltung nach Fig. 2 für den Bereich um 800 MHz ergeben sich für die Schaltelemente die in der folgenden Tabelle angeführten Werte.

Cp =	0,5 pF
CD =	2-4 pF
L =	2OnH
Ck =	15 pF
CX =	2OpF
C2 =	2OpF
Rs =	10Ω
Ls =	3OnH
Cs =	2pF
*Rv =*	lokn
Rk =	50 Ω
Re =	500 Ω
Tr =	BFQ 74
RL =	50 Ω

Bei der Variante der Oszillatorschaltung nach Fig. 2 in der Fig. 3 ist das kapazitive Netzwerk CN dahingehend abgeändert, daß dem Koppelkondensator Ck auf seiten des Oszillatorschwingkreises OS die Kapazität C3 gegen Bezugspotential angeschaltet ist und außerdem die Kapazität Cl des kapazitiven Spannungsteilers nunmehr ausschließlich durch die innere Kapazität der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7>gebildet wird.

Bei der weiteren Variante nach Fig. 4 der Oszillatorschaltung nach Fig. 2 ist die Parallelschaltung aus der Kapazitätsdiode CD mit der einstellbaren KaDazität Cn

5 6 I,

in Serie mit der Füßpunktskapazität Co nach Fig. 1 mit
Bezugspotential verbunden. Dieser Serienschaltung

liegt die Schwingkreisinduktivität L gegen Bezugspo- ?4

tential parallel. Die Vorspannung UVwird hier über den :;,!

Widerstand RV dem gemeinsamen Verbindungspunkt 5 -g

aus der Kapazitätsdiode CD und der Fußpunktskapazi- ^

tat Co zugeführt. Das kapazitive Netzwerk CN stellt j$

hier zwar ebenfalls eine kapazitive Belastung des Oszil- jii~

latorschwingkreises OS dar, die aber sehr gering ist und H

in diesem Fall auch der Parallel-Serienschaltung aus der 10 K

Kapazitätsdiode CD, der einstellbaren Kapazität Cp ||

und der Fußpunktskapazität Co parallel liegt Das kapa- ||

zitive Netzwerk CN nach Fig. 4 unterscheidet sich vom W

kapazitiven Netzwerk CN nach Fig. 3 seinem grund- ff,

sätzlichen Aufbau nach lediglich darin, daß hier die Ka- 15 |*

pazität Ci entfällt Diese Anordnung ist insbesondere g

für Frequenzen bis 600 MHz geeignet ff

In den Fig. 5 bis 8 sind jeweils über der Frequenz die
Steilheitsänderungen der im Oszillatorschwingkreis OS
angeordneten Kapazitätsdiode CD für verschiedene 20
Mittenfrequenzen angegeben. Wie die Diagramme zeigen, ergibt sich bei der jeweiligen ungefähren Mittenfrequenz 664, 771,891 und 907 MHz jeweils ein linearer
Bereich der Änderung der Steilheit AS/s in den Grenzen
zwischen +0,25 und —0,25 dB, der, bezogen auf die 25
jeweilige Mittenfrequenz, ± 7,5% überschreitet

Den Diagrammen der Fig. 5, 6 und 7 liegt ein Schaltungskonzept zugrunde, wie es η Fig. 2 angegeben ist.
Die Bauelemente des Oszillatorschwingkreises OS wie
auch des Serienresonanzkreises SS unterscheiden sich 30
hiervon je nach der gewünschten Mittenfrequenz lediglich in ihren elektrischen Werten. Dem Diagramm nach
Fig. 8 liegt das Schaltungskonzept nach Fig. 3 zugrunde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

35 40 45 50 55 60 65

Claims

Patentansprüche

1. Frequenzmodulierbarer Oszillator, dessen Rückkopplung zwischen der dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode und der Steuerelektrode eines Transistors vorgenommen ist und dessen Ausgang von der über eine niederohmige Impedanz mit Bezugspotential verbundenen Ausgangselektrode des Transistors gebildet ist, bei dem ferner die Kapazität des Oszillatorschwingkreises teilweise von einer vom "Modulationssignal ansteuerbaren Kapazitätsdiode gebildet ist, deren Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimuni der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist. und bei dem an den Oszillatorschwingkreis ein den Linearitätsbereich der Steilheitskennlinie vergrößernder Serienresonanzkreis angekoppelt ist, dadurch gekennzeich net daß zwischen dem Oszillatorschwingkreis (OS) und dem Eingang des Transistors (Tr) ein kapazitives Netzwerk (CN) angeordnet ist, das wenigstens aus einem den Oszillatorschwingkreis (OS) mit der Steuerelektrode des Transistors (Tr) verbindenden Koppelkondensator (Ck) und einem diese Steuerelektrode mit Bezugspotential verbindenden kapazitiven Spannungsteiler (Cl, C2) besteht und daß der Serienresonanzkreis (SS) über einen Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers des kapazitiven Netzwerks (CN), der mit der dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode des Transistors verbunden ist, an den Oszillatorschwingkreis (OS) gegen Bezugspotential angeschaltet ist.

2. Frequenzmodulierbarer Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkapazität (Cl) des kapazitiven Spannungsteilers (C 1, C 2) des kapazitiven Netzwerks (CN), die die Steuerelektrode des Transistors (Tr) mit deren dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode verbindet, durch die zwischen diesen beiden Elektroden wirksame innere Kapazität des Transistors realisiert ist.

3. Frequenzmodulierbarer Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsdiode (CD) eine vorzugsweise einstellbare Kapazität (Cp) parallel geschaltet ist und daß die Oszillatorschwingkreiskapazität im wesentlichen aus dieser Parallelschaltung in Serie mit einer weiteren Kapazität (Co) gebildet ist.

4. Frequenzmodulierbarer Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Netzwerk (CN) Teil der Schwingkreiskapazität des Oszillatorschwingkreises (OS) ist.