DE1291798B

DE1291798B - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen zweier Wechselspannungen verschiedener Frequenzen im UKW- und Mikrowellengebiet durch Vervielfachung und UEberlagerung

Info

Publication number: DE1291798B
Application number: DES95905A
Authority: DE
Inventors: Luzzatto Giorgio
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1964-03-24
Filing date: 1965-03-11
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NL6502329A; US3378769A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine und Oberwellenerzeugung mittels ein und desselben Vorrichtung zur Erzeugung zweier Wechselspan- nichtlinearen Elementes vorzunehmen, nämlich mit nungen verschiedener Frequenz, bei dem eine erste Hilfe einer nichtlinearen Induktivität. Für höhere Spannung in ihrer Frequenz vervielfacht und mit Frequenzen, insbesondere Frequenzen im UHF- und einer zweiten Spannung, deren Frequenz gleich der 5 VHF-Bereich ist diese bekannte Schaltungsanordgewünschten Differenzfrequenz der zu erzeugenden nung wegen der in der Praxis unvermeidlichen Streu-Spannungen ist, gemischt wird. kapazitäten der Wicklungen der Induktivität nicht

Bei Breitband-Richtfunkanlageh arbeitet man zur brauchbar.

Zeit sowohl empfangsseitig als auch senderseitig fast Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, Verausschließlich mit Frequenzumsetzung durch Über- io fahren und Vorrichtungen der eingangs genannten lagerung. Die Oszillatoren für die Erzeugung der Art anzugeben, die sich für hohe Frequenzen im Uberlagerungsfrequenz müssen dabei häufig Signale UKW- und Mikrowellengebiet eignen, einen im Versehr unterschiedlichen Leistungspegels (z. B. in der gleich zum Stand der Technik geringen Schaltungs-Größenordnung von 20 db) und konstanter Frequenz- aufwand erfordern und mit hohem Wirkungsgrad differenz liefern. Bei manchen Anwendungsgebieten, 15 arbeiten.

z. B. Anlagen, die mit Frequenzdiversity arbeiten, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung da-

muß die Differenz der von solchen Schaltungsanord- durch gelöst, daß Mischung und Frequenzvervielnungen erzeugten Wechselspannungen sehr konstant fachung in ein und derselben als nichtlineare Kapagehalten werden. zität betriebenen Diode erfolgen.

Für die sowohl einen Empfänger als auch einen 20 Bei der Erfindung werden also der Misch- und Sender enthaltenen Relaisstationen von Breitband- Vervielfachungsvorgang in einer einzigen Stufe zu-Richtfunkanlagen ist derzeit folgende Anordnung sammengefaßt. Da die Mischung und Frequenzverüblich: Der Oszillator ist stabilisiert und liefert eine vielfachung dabei an der nichtlinearen Kennlinie verhältnismäßig hohe Ausgangsleistung, z. B. 0,3 bis einer Kapazitätsdiode erfolgt, treten keine ohmschen 0,5 Watt, er besteht häufig aus einem Quarzoszilla- 25 Verluste auf, die wie bei den bekannten Schaltungen tor mit nachgeschalteter Frequenzvervielfacherkette. eine unerwünschte Dämpfung verursachen würden. Außerdem ist ein zweiter Festfrequenz-Quarzoszilla- Auf diese Weise lassen sich sonst erforderliche Vertor vorhanden, der eine Spannung liefert, dessen Fre- stärkerstufen einsparen. Der Gesamtaufbau der Frequenz gleich der Differenz der gewünschten Wechsel- quenzvervielf acher- und Mischstufe wird somit erspannungen ist. In einer besonderen Mischstufe wird 30 heblich vereinfacht, so daß auch die Herstellungsein Teil der vom Leistungsgenerator erzeugten Wech- kosten geringer werden.

selspannung mit der vom zweiten Quarzoszillator ge- Bei einer vorteilhaften Vorführung zur Durchlieferten Wechselspannung gemischt, und aus den führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Mischprodukten wird dann mittels eines Filters nach Kapazitätsdiode mit einem Resonator der letzten Wunsch die Summen- oder Differenzfrequenz der der 35 Frequenzvervielfacherstufe einer mehrstufigen Ver-Mischstufe zugeführten Spannungen herausgesiebt. vielfacherkette gekoppelt, und ihr wird gleichzeitig

Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen die Ausgangsspannung der vorletzten Stufe und die darin, daß die Frequenzdrift des Oszillators nicht in zweite Spannung, deren Frequenz der gewünschten die Sendefrequenz eingeht und daß die Frequenz- Differenzfrequenz entspricht, zugeführt. Hierbei Schwankungen innerhalb sehr enger Grenzen gehalten 40 dient die letzte Stufe der Frequenzvervielfacherkette werden, außerdem ist der Störabstand am Ausgang mit ihrer Kapazitätsdiode, für die sich insbesondere des Oszillators relativ hoch. eine Siliziumdiode eignet, gleichzeitig als Mischstufe.

Bei einer weiterhin bekannten Mischschaltung zur Diese Stufe kann in einer besonderen Ausgestal-

Erzeugung verschiedener Frequenzen durch Mischung tung eine kreuzförmige Hohlraumresonatoranordnung und Frequenzvervielfachung sind zwei Spannungs- 45 mit mindestens vier Armen aufweisen, die einen auf quellen verschiedener Frequenz in Reihe geschaltet, die Eingangsfrequenz abgestimmten Hohlraumreso- und die Summenspannung wird auf ein nichtlineares nator und einen auf ein ganzes Vielfaches der EinElement in Form einer Gleichrichterdiode gegeben. gangsfrequenz abgestimmten Hohlraumresonator hat An der gekrümmten Kennlinie dieses Gleichrichters und bei der die Kapazitätsdiode parallel zu den Rewerden in bekannter Weise Oberwellen und Misch- 50 sonatoren geschaltet ist und mit einer Elektrode an produkte der beiden ursprünglichen Spannungen er- Masse liegt und bei der ihrem nicht an Masse liegenzeugt. Die gekrümmte Kennlinie dieser Gleichrichter- den Anschluß gleichzeitig eine Spannung der Eindiode ist jedoch eine Widerstandskennlinie, und der gangsfrequenz und die zweite, der gewünschten Gleichrichter arbeitet als veränderlicher Widerstand. Differenzfrequenz entsprechende Spannung zuge-Dieser Widerstand bedingt jedoch.beträchtliche Ver- 55 führt wird. Die Hohlraumresonatoren wirken hierbei luste bei dem Vorgang der Mischung und Frequenz- als Filter für die jeweils gewünschten Frequenzen. In Vervielfachung. Diese Verluste müssen dadurch aus- weiterer Ausgestaltung kann diese Anordnung einen geglichen werden, daß man der Gleichrichterdiode zusätzlichen Resonanzhohlraum aufweisen, der auf bereits relativ große Eingangsleistungen zuführt, eine Frequenz abgestimmt ist, die gleich der Summe dabei tritt jedoch eine unerwünscht starke Er- 60 oder der Differenz der Frequenzen der der Kapaziwärmung auf, die einen zusätzlichen Kühlaufwand tätsdiode zugeführten Spannungen ist. Dieser Reerforderlich macht. Andererseits kann man die Ver- sonanzhohlraum siebt dann die zweite der gewünschluste auch durch eine entsprechende nachfolgende ten Wechselspannungen aus.

Verstärkung ausgleichen, dies ist jedoch gerade bei Zur Abnahme der beiden gewünschten Wechsel-

Anlagen, die relativ hohe Frequenzen verarbeiten, für 65 spannungen kann der Ausgangshohlraumresonator die die Erfindung insbesondere gedacht ist, mit er- der als Vervielfacher und Mischer arbeitenden Stufe heblichem Aufwand verbunden. auch zwei Ausgänge aufweisen, an die jeweils ein

Schließlich ist es grundsätzlich bekannt, Mischung Bandfilter angeschlossen ist, deren eines auf die

Summen- oder Differenzfrequenz und deren anderes auf die vervielfachte Eingangsfrequenz abgestimmt ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Richtfunkrelaisstation mit einer Frequenzvervielfacher- und Mischanordnung bekannten Auf haus,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3a und 3b eine schematische Darstellung einer mit Hohlraumresonatoren aufgebauten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vervielfacher- und Mischstufe sowie das dazugehörige Ersatzschaltbild,

Fig. 4a und 4b eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung mit dem zugehörigen Ersatzschaltbild und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausgangshohlraumresonators mit zwei Ausgangsanschlüssen, denen jeweils Bandfilter nachgeschaltet sind.

Die Relaisstation nach Fig. 1 besteht aus einer Empfangsantenne A₁, einer Mischstufe M₁, einem Zwischenverstärker A, einer Modulatorstufe M₂ und einer Sendeantenne A₂. Die Mischstufe M₁ erhält ein Signal der Frequenz f_R, die Modulatorstufe M₂ erhält ein Signal f_T. Diese beiden Signale werden von dem in dem umrahmten Kasten zusammengefaßten Oszillator erzeugt.

Der Oszillator enthält einen ersten Quarzoszillator G₁, der ein Signal der Frequenz // liefert und hinter dem eine Kette von Frequenzvervielfachern m.. .n geschaltet ist, welche die Frequenz des Signals auf den Wert f_T bringen, der ein ganzes Vielfach von // ist.

Das Ausgangssignal des letzten Frequenzvervielfachers η gelangt an einen Richtungskoppler Ad, der einen Teil der zugeführten Energie an die Mischstufe M₂ und einen weiteren Teil an die Mischstufe M₃, die auch das vom Quarzoszillator G₂ gelieferte Signal f_d erhält, liefert.

Von dieser Mischstufe M₃ wird das Signal f_R abgenommen, das die Frequenz Z₇-+/,, oder f_T—f,i haben kann, die durch das Bandpaßfilter F ausgesiebt wird.

F i g. 2 stellt einen Überlagerungsgenerator gemäß der Erfindung schematisch dar, der einen Quarzoszillator G₁ aufweist, welcher ein Signal der Frequenz /-/ liefert und hinter den eine Kette von Frequenzvervielfachern m ... η geschaltet ist, welche die Frequenz des erzeugten Signals auf den Wert f_T bringen, der ein ganzes Vielfaches von // ist.

Die verwendeten Vervielfacher sind Kapazitätsdioden (Varactoren), und eine von diesen (z. B. der Vervielfacher n) erhält zusätzlich auch das Signal f_d zugeführt, das vom Quarzoszillator G₂ erzeugt wird, so daß an seinem Ausgang drei Signale mit den Frequenzen /7-, jj+ia, fr~fd erscheinen. Der Bandpaß F₁ läßt das Signal f_R durch, das einen Wert f_T+f_d oder fr~fd haben kann, während der Bandpaß F₂ das Signal der Frequenz f_T durchläßt.

F i g. 3 a zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Hohlleitertechnik, während F i g. 3 b eine entsprechende Schaltung mit diskreten Bauelementen zeigt, die das Ersatzschaltbild der Anordnung von F i g. 3 a ist. Eine Eingangsspannung der Frequenz /,· wird einem Eingang z, eines Hohlraumresonators K₁ zugeführt, der auf die Frequenz /,· abgestimmt ist. Der Ausgang des Hohlraumresonators Kl ist über eine Kapazitätsdiode V mit einem zweiten Hohlraumresonator K 2 gekoppelt, ,der auf die Frequenz nf_t abgestimmt ist. Der Kapazitätsdiode V werden über magnetische Kopplungsglieder Ll, Ll, L 3 Spannungen der Frequenz /,· und der Differenzfrequenz f_d, die an einer Eingangsklemme i₂ liegt, zugeführt.

Das im Hohlraumresonator K2 angeordnete Kopplungsglied L 3 ist gegenüber dem Hohlraum gleichstrommäßig isoliert, hochfrequenzmäßig jedoch mit diesem mittels eines Durchführungskondensators C 3 verbunden. Die Kapazitätsdiode V ist gleichstrommäßig durch einen Kondensator C 4 abgeblockt. Selbstverständlich könnte die Spannung der Differenzfrequenz f_d statt über die Klemme i₂ auch über den Eingangshohlraumresonator Kl eingespeist werden.

Die am Ausgang u des auf die Frequenz nf_t abgestimmten Hohlraumresonators Kl auftretende Spannung enthält dann die Frequenz «/,· und diejenigen Mischprodukte nfi+rf_a und nfj—rf_d dabei ist r eine positive ganze Zahl), die die Selektivität des Hohlraumresonators K zuläßt.

In F i g. 4 a ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine Elektrode der Kapazitätsdiode V mit Masse verbunden ist, während die andere Elektrode gleichzeitig von Spannungen der Frequenzen /_; und f_d beaufschlagt ist. Der Hohlraum A3 ist ein auf die Mischschwingung abgestimmter Hilfshohlraum (Zwischenkreis). Im übrigen haben die Bezugszeichen dieselbe Bedeutung wie in Fig. 3. Fig. 4b zeigt die erfindungsgemäße Schaltung mit diskreten Elementen, die das Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i g. 4 a ist.

F i g. 5 zeigt, wie die Gewinnung der gewünschten beiden Frequenzen konstruktiv dadurch vereinfacht werden kann, daß der Ausgangshohlraumresonator Kl mit zwei Ausgängen Ul, Ul versehen wird, an die zwei Bandfilter Fl bzw. Fl angeschlossen sind. Das BandfilterFl ist auf die Frequenz/,+/^ oder fi~fd ^und das Bandfilter F1 auf die Frequenzen n/_; abgestimmt, so daß an den Ausgängen U 3 bzw. U 4 Spannungen dieser beiden Frequenzen zur Verfügung stehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung zweier Wechselspannungen verschiedener Frequenzen im UKW- und Mikrowellengebiet, bei dem eine erste Spannung in ihrer Frequenz vervielfacht und mit einer zweiten Spannung, deren Frequenz gleich der gewünschten Differenzfrequenz der zu erzeugenden Spannungen ist, gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mischung und Frequenzvervielfachung in ein und derselben als nichtlineare Kapazität betriebenen Diode, insbesondere einer Kapazitätsvariationsdiode (F) erfolgen.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem die Kapazitätsdiode mit einem Resonator der Frequenzvervielfacherstufe gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvervielfacherstufe die letzte Stufe einer mehrstufigen Vervielfacherkette ist und daß an die Kapazitätsdiode (V) sowohl die Ausgangsspannung der vorletzten Stufe als auch die zweite, der gewünschten Differenzfrequenz entsprechende Spannung angekoppelt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine kreuzförmige Hohlraumresonatoranordnung mit mindestens 4 Armen, die einen

auf die Eingangsfrequenz (J₁) abgestimmten Hohlraumresonator (Kl) und einen auf ein ganzes Vielfaches (nfa) der Eingangsfrequenz abgestimmten Hohlraumresonator (K2) aufweist und bei der die Kapazitätsdiode (F) parallel zu den Resonatoren geschaltet ist und mit einer Elektrode an Masse liegt und ihrem nicht an Masse liegenden Anschluß gleichzeitig eine Spannung der Eingangsfrequenz (/j) und die zweite, der gewünschten Differenzfrequenz (f_d) entsprechende Spannung zugeführt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen weiteren Resonanzhohlraum (K 3), der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die gleich der Summe oder der Differenz der Frequenzen der der Kapazitätsdiode (F) zugeführten Spannungen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangshohlraumresonator (K2) der als Vervielfacher und Mischer arbeitenden Stufe zwei Ausgänge (U 1, U 2) aufweist, an die jeweils ein Bandfilter (Fl, F 2) angeschlossen ist, deren eines auf die Summen- oder Differenzfrequenz (n/_; + /_rf) und deren anderes auf die vervielfachte Eingangsfrequenz («/,·) abgestimmt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen