DE1252761B

DE1252761B -

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Publication number: DE1252761B
Application number: DES81779A
Authority: DE
Priority date: 1962-09-28
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1967-10-26
Also published as: SE315017B; DK140239B; US3290618A; NL298376A; DK140239C; NL145998B; GB1025979A; FI40551B

Description

Deutsche Kl.: 21 a4 -14/01

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1252 761

Aktenzeichen: S 81779IX d/21 a4

^ 252 761 Anmeldetag: 28.September 196^,.

Auslegetag: 26. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf -einen in der Frequenz modulierbaren freischwingenden Oszillator, Insbesondere für die KichtrunKtectiniK, "mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kondensator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinje_d_ej einer ^Kapazitätsdiode entspricht und vorzugsweise durch zwei SegenliInnig ^-IF^Reihe geschaltete"^äpäzitats^ dioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wTrc£ bei dem weTterKin elfle^io Ohmsche Belastung, vorzugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear verläuft.

Zur Erzeugung frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen ist es bekannt, parallel zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis eines freischwingenden Oszillators eine im Takt der Modulation veränderbare Kapazität parallel zu schalten. Als derartige Kapazität werden häufig Diodenschaltungen, in letzter Zeit auch Schaltungen mit Varactordioden, angewendet. Die üblichen Diodenschaltungen arbeiten entweder mit einer Art Widerstandssteuerung der Diode, die in Reihe mit einer festen Kapazität liegt. Dadurch wird ein mehr oder weniger großer Anteil an Kapazität zusätzlich in den Resonanzkreis mit einbezogen. Der hierbei erzielbare Wirkungsgrad ist jedoch relativ gering, und außerdem wird auf diese Weise die Güte des Resonanzkreises unerwünscht vermindert. Ein anderes bekanntes Verfahren wendet Dioden in der Weise an, daß sie nach Art einer Stromflußwinkelsteuerung eine mit ihnen in Reihe liegende Kapazität an den Parallelresonanzkreis anschalten. Diese Schaltung arbeitet relativ linear, ermöglicht aber nur einen relativ kleinen Frequenzhub, bezogen auf die Mittenfrequenz des Oszillators. Zur Erzeugung einer elektromagnetischen Welle, die mit einem relativ großen Frequenzhub winkelmoduliert ist, sind daher relativ komplizierte Schaltungen erforderlich, die mehrfache Frequenzumsetzungen anwenden. Unter Winkelmodulation wird hierbei jeg-' liehe Modulation einer elektromagnetischen Welle in der Frequenz oder Phase verstanden.

Schaltungen mit zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis eines freischwingenden Oszillators parallelgeschalteten Kapazitätsdioden sind an sich bekannt, beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1113 479, die französische Patentschrift 1252 513 und die britische Patentschrift 754 156. Diesen bekannten Frequenzmodulationsschaltungen ist indes zu eigen, daß die Änderung der Schwingfrequenz in In der Frequenz modulierbarer freischwingender Oszillator

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Hans Leysieffer, Walchstadt

Abhängigkeit von der Modulationsspannungsamplitude nur in einem sehr kleinen Bereich einer Frequenzänderung hinreichend linear ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen winkelmodulierten Oszillator mit relativ geringem Aufwand in einem weiten Bereich linear frequenzmodulierbar in Abhängigkeit von einer Modulationsspannung zu gestalten.

Ausgehend von einem in der Frequenz modulierbaren, freischwingenden Oszillator, insbesondere für die Richtfunktechnik, mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kondensator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinie der einer Kapazitätsdiode entspricht und vorzugsweise durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wird, bei dem weiterhin eine Ohmsche Belastung, vorzugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear verläuft, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß dem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis ein Zweipol parallel geschaltet ist, der im Arbeitsfrequenzbereich kapazitiv ist und dessen Kapazitätswert mit zunehmender Frequenz derart abnimmt, daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear ist.

Vorzugsweise ist der Oszillator so ausgebildet, daß der Zweipol aus einem Serienresonanzkreis besteht, mit dem in Reihe ein Ohmscher Belastungswiderstand liegt, und daß die Serienresonanzfrequenz des Serienresonanzkreises oberhalb der höchsten Frequenz des Arbeitsbereiches und die Kreisgüte unter Einbeziehung des Ohmschen Belastungswiderstandes derart niedrig gewählt ist, daß die Modulationskennlinie im

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Arbeitsbereich linear verläuft. Mit Vorteil wird dabei der Serienresonanzkreis untersetzt an den Parallelresonanzkreis des Oszillators angeschaltet. Das bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Streuinduktivität der Spule des Parallelresonanzkreises wenigstens teilweise als Induktivität des Reihenresonanzkreises zu verwenden.

Als vorteilhaft hat es sich weiter erwiesen, wenn der Serienresonanzkreis an eine Anzapfung der Spule des Parallelresonanzkreises angeschaltet und wenigstens ein Teil der Induktivität des Serienresonanzkreises durch die Streuinduktivität dieser Spule gebildet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist beim erfindungsgemäßen Oszillator die Untersetzung derart gewählt, daß der für die Absenkung der Kreisgüte und für die Linearisierung erforderliche Belastungswiderstandswert den Wert üblicher Kabelwellenwiderstände hat und daß die vorzugsweise durch den Verbraucher gebildete Ohmsche Belastung über ein Kabel dieses Wellenwiderstandswertes an die Untersetzung angeschaltet ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Transistoroszillator mit einem Transistor 9, der in Basisschaltung betrieben wird und in dessen Ausgang ein Parallelresonanzkreis, bestehend aus einer Induktivität 1 mit einer Parallelkapazität C_p und der Kapazität der parallelgeschalteten, gegensinnig in Reihe liegenden Varactordioden 2, 3, vorgesehen ist. Der Parallelresonanzkreis 1, 2, 3, C_p ist über eine Kopplungskapazität 8 hinreichend hohen Wertes mit dem Kollektor des Transistors verbunden, dessen Speisung mit Gleichstrom über eine Drossel 10 erfolgt. Die Betriebsspannungszuführung ist gegen das Bezugspotential über eine Kapazität 14 wechselstrommäßig entkoppelt. Da es sich um eine dem Huth-Kühn-Oszillator ähnliche Oszillatorschaltung handelt, liegt im Emitterkreis des Transistors 9 ein weiterer Parallelresonanzkreis mit einer Induktivität 11 und einer Kapazität 12. Über die Induktivität 11 wird zugleich der Emitterstrom geführt. Aus diesem Grund ist das dem Emitter abgewandte Ende des Parallelresonanzkreises über die Durchführungskapazität 13 nur wechselstrommäßig mit dem Bezugspotential des Oszillators verbunden. Lediglich die Basis des Transistors 9 liegt unmittelbar auf Bezugspotential. Zur Sicherstellung einer guten Rückkopplung ist noch eine zusätzliche einstellbare Kapazität C_t zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 9 eingefügt. Die Abstimmung der Kreise ist derart, wie es für Huth-Kiihn-Oszillatoren bekannt ist.

Die Zuführung der Modulationsspannung erfolgt zwischen den Varactordioden 2, 3 über eine der Hochfrequenzverdrosselung dienende Induktivität 4. Über diese Induktivität wird einerseits eine Vorspannung der Varactordioden 2, 3 über den Widerstand 5 und die Verblockungskapazität 15 zugeführt, während die Zuführung der Modulationsspannung über den Anschluß 6 gegen das Bezugspotential und über die Kapazität? erfolgt. Die Kapazität? ist zu diesem Zweck im Kapazitätswert so hoch bemessen, daß die Modulationsfrequenzen praktisch ungeschwächt zu den Varactordioden gelangen. Der Widerstand 5 bildet zugleich den Abschlußwiderstand für die Modulationsspannungszuleitung 6. Aus diesem Grund ist die Verblockungskapazität 15 im Wert derart hoch 761

gewählt, daß sie praktisch einen Kurzschluß auch noch für die niedrigsten vorkommenden Modulationsfrequenzen bildet.

Erfindungsgemäß ist an eine Anzapfung der Spule 1 des ausgangsseitigen Parallelresonanzkreises des Transistoroszillators der Verbraucher 16 über einen Serienresonanzkreis mit der Induktivität 18 und der Kapazität 17 angeschaltet.

Der Oszillator arbeitet beispielsweise in einem Bereich um 240 MHz. Der geforderte maximale Frequenzhub beträgt bei dieser Mittenfrequenz beispielsweise + 3 MHz. Der Serienresonanzkreis 17,18, in den beim Ausführungsbeispiel auch ein Teil der Streuinduktivität der Spule 1, die eine Art Spartransformator bildet, abstimmungsmäßig mit eingeht, ist erfindungsgemäß oberhalb der höchsten Arbeitsfrequenz, also auf eine oberhalb 243 MHz liegende Frequenz, abgestimmt. Beim Ausführungsbeispiel wurde diese Frequenz bei etwa 310 MHz gewählt. Außerdem wurde die Kreisgüte, die durch den Verbraucher 16 mitbestimmt ist, derart niedrig gewählt, daß eine praktisch lineare Modulationskennlinie innerhalb eines maximalen Frequenzhubes von ± 3 MHz erhalten wurde. Als brauchbarer Wert für die Kreisgüte hat sich unter diesen Verhältnissen eine belastete Kreisgüte von etwa 1 bis 2 erwiesen.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann man sich etwa wie folgt vorstellen. Betrachtet man die typische Modulationskennlinie eines varactorgesteuerten Einzeloszillators (F i g. 2, Kurve I), so erkennt man, daß sie dann linearer wird, wenn bei höheren Varactorvorspannungen die Schwingkreiskapazität rascher abfällt, als sie auf Grund der Eigenschaften solcher Varactordioden möglich ist. Wie aus Kurve II in F i g. 2 hervorgeht, die die Abstimmsteilheit eines mit Varactoren aufgebauten Parallelresonanzkreises in Abhängigkeit von der Vorspannung zeigt, ändert sich selbst bei relativ hohen Vorspannungen die Abstimmsteilheit mit der Vorspannung. Erfindungsgemäß läßt sich ein rascheres Abfallen der Schwingkreiskapazität dadurch erreichen, indem man eine frequenzabhängige Kapazität parallel schaltet, die bei höheren Frequenzen kleiner wird. Diese Eigenschaft besitzt z. B. ein Zweipol nach Fig. 3, dessen Serien-Resonanzfrequenz höher liegt als der Arbeitsbereich des Modulationsoszillators. Unterhalb dieser Resonanz wirkt er als Kapazität; diese Kapazität C_p ist in Fig.4, normiert auf die Serienkreiskapazität C, in Abhängigkeit von der normierten Frequenz ζ- auf-

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getragen. f_r bedeutet die Resonanzfrequenz des Serienkreises. Als Parameter fungiert die Güte Q des Serienkreises, definiert als das Verhältnis des kapazitiven Widerstandes von C bei der Frequenz f_r und des Ohmschen Widerstandes R.

Man erkennt, daß man mit diesem Netzwerk in bestimmten Frequenzbereichen einen fallenden Frequenzgang der Kapazität erhält. Schaltet man ein solches Netzwerk dem Schwingkreis des Modulationsoszillators parallel (F i g. 5), so kann man hiermit die gewünschte Erhöhung der Linearität erzielen. Bereiche für eine optimale Linearität sind in der F i g. 4 stark ausgezeichnet. Legt man den Zweipol an eine Anzapfung des Schwingkreises (Fig. 6), so kann man erreichen, daß für den Fall optimaler Linearisierung der Widerstand R den Wert üblicher Kabelwellenwiderstände annimmt und er somit gleich-

Claims

zeitig der Lastwiderstand des Oszillators ist. Bei Frequenzen im Ultrakurzwellenbereich entfällt in der Schaltung oft sogar die Induktivität L, weil sie durch die Streuinduktivität des Übertragers Ü gebildet werden kann, so wie dies in der F i g. 7 angedeutet ist. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung im Zusammenhang mit Modulatoren für Richtfunkstrecken, die mit Frequenzmodulation arbeiten. Bei neueren Systemen dieser Art werden zum Teil extrem breite Basisbandfrequenzbänder angeliefert, die möglichst linear in eine Frequenzmodulation der radiofrequenten Trägerschwingung umgesetzt werden sollen. Hierbei leistet die erfindungsgemäße Modulationsschaltung Besonderes, weil sie ermöglicht, ein z. B. den Informationsinhalt von 300 Telefoniekanälen enthaltendes Basisband in eine bereits relativ hoch gelegene Frequenzlage als Winkelmodulation zu bringen. Derartige Forderungen treten häufig bei Relaisstationen von Richtfunktstrecken auf, in denen ein Bündel von Kanälen zusätzlich in freigehaltene Bereiche eingeschleust werden soll. Vor allem für derartige Zwecke ist der erfindungsgemäße Oszillator gedacht. Patentansprüche:

1. In der Frequenz modulierbarer freischwingender Oszillator, insbesondere für die Richtfunktechnik, mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kondensator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinie der einer Kapazitätsdiode entspricht und vorzugsweise durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wird, bei dem weiterhin eine Ohmsche Belastung, vorzugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß dem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis (1, 2, 3, Cp) ein Zweipol parallel geschaltet ist, der im

Arbeitsfrequenzbereich kapazitiv ist und dessen Kapazitätswert mit zunehmender Frequenz derart abnimmt (F i g. 4), daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol aus einem Serienresonanzkreis (17, 18) besteht, mit dem in Reihe ein Ohmscher Belastungswiderstand (16) liegt, und daß die Serienresonanzfrequenz des Serienresonanzkreises oberhalb der höchsten Frequenz des Arbeitsbereiches und die Kreisgüte unter Einbeziehung des Ohmschen Belastungswiderstandes derart niedrig gewählt ist, daß die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear verläuft.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Serienresonanzkreis (17/18) untersetzt an den Parallelresonanzkreis (1, C_p) angeschaltet ist (F i g. 1).

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Serienresonanzkreis an eine Anzapfung (w) der Spule (1) des Parallelresonanzkreises angeschaltet und wenigstens ein Teil der Induktivität des Serienresonanzkreises durch die Streuinduktivität dieser Spule gebildet ist (Fig. 7).

5. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersetzung derart gewählt ist, daß der für die Absenkung der Kreisgüte und für die Linearisierung erforderliche Belastungswiderstandswert den Wert üblicher Kabelwellenwiderstände hat, und daß die vorzugsweise durch den Verbraucher gebildete Ohmsche Belastung (R) über ein Kabel dieses Wellenwiderstandswertes an die Untersetzung angeschaltet ist (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nrfl 119 930, ^
£-1113 479;!/
i. USA.-Patentschrift Nr. 2 440 081;

österreichische Patentschrift Nr. 248 493; ~~
britische Patentschrift Nr. 754 156;
£, französische Patentschrift Nr. 1252 513.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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