DE1766433B1 - Spannungsabstimmbarer Oszillator - Google Patents

Description

eines rechteckigen Hohlraumresonators oder Gehäuses 11 angeordnet ist. Die Abstimmübertragungsleitung 10 erstreckt sich zwischen der Vorder- und der Hinterwand des Hohlraumresonators 11, und zwar in der Mitte zwischen Boden- und Deckplatte (F i g. 2) und in der Mitte zwischen den Seitenwänden (Fig. 1). Diese symmetrische Anordnung erlaubt die Anregung der Grundfrequenz im Gegentakt beim

Oszillators 9 dargestellt. Dieser enthält eine Ableitung und die Dioden bilden einen in Resonanz sich 25 stimmübertragungsleitung 10, welche entlang einer befindenden Schaltkreis für einen Oszillator mit Tran- Achse eines Übertragungsleitungssystems innerhalb sistoren derart, daß durch das Anlegen einer variablen
Vorspannung an die Dioden die Schwingungsfrequenz
des Oszillators sich ändert. Durch die Erfindung soll
ein verbesserter Betrieb eines derartigen spannungs- 30
abstimmbaren Oszillators erreicht werden.

Bei einem spannungsabstimmbaren Oszillator der
eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß zwei in gleicher Weise gegensinnig in Reihe geschaltete Paare von Scheinwider- 35 Betrieb im Resonator 11. Die Gegentaktkonfigurastandselementen ihrerseits in Reihe geschaltet sind, tion erwirkt, daß der Klirrfaktor in der Ausgangsdaß diese Reihenschaltung symmetrisch zur Masse welle reduziert ist. Die Abstimmleitung 10 enthält liegt und daß die erste Steuerspannung zwischen eine induktive metallische Zentralbuchse 12 und Masse und den Verbindungsleitungen zwischen den induktive metallische Endbuchsen 13 und 14. Zwi-Scheinwiderstandselementen eines jeden Paares und 40 sehen der Zentralbuchse 12 und der Buchse 13 ist die zweite Steuerspannung zwischen Masse und der ein erstes Paar von aneinanderliegenden kapazitäts-Verbindungsleitung zwischen den Paaren angelegt ist.

Beim erfindungsgemäßen Oszillator ist eine symmetrisch innerhalb eines Hohlraumresonators angeordnete Übertragungsleitung der Resonanzbelastung unterworfen. Es herrscht dabei eine überhöhte Ausgangsleistung bei der Grundfrequenz. Dies wird durch ein Verstärkerpaar, welches die Übertragungsleitung im Gegentakt betreibt, erreicht.

Der erfindungsgemäße sparinungsabstimmbare Oszillator kann zur Frequenzablenkung über einen breiten Bereich abgestimmt werden und zur Phasenfestlegung und automatischen Frequenzkontrolle über einen schmalen Bereich abgestimmt werden.

Dies wird durch einen abgestimmten Schaltkreis erreicht, welcher zwei Paare von kapazitätsvariablen Dioden enthält, wobei für den weiten Abstimmbereich alle vier Dioden veränderlich sind und für den schmalen Abstimmbereich nur zwei Dioden veränderlich sind.

Weiterhin kann der erfindungsgemäße Oszillator im Gegentakt betrieben werden, wodurch Klirrfaktoren in den Ausgangswellen vermieden werden.

Beim erfindungsgemäßen Oszillator sind jeweils

60 veränderlichen Dioden 15 und 16 untergebracht. Zwischen der Zentralbuchse 12 und der Buchse 14 ist ein zweites Paar von aneinanderliegenden kapazitätsvariablen Dioden 17 und 18 untergebracht. Die beiden inneren Dioden 16 und 17 jedes Paares liegen ebenfalls aneinander. Diese Anordnung der Dioden hält die Symmetrie der Leitung 10 aufrecht und sichert das Vorherrschen der Anregung bei der Grundfrequenz des Resonators 11.

Ein Transistorverstärker 21 (F i g. 1) ist außerhalb der Vorderseite des Resonators 11 befestigt. Ein zweiter Transistorverstärker 22 ist ebenfalls an der Außenseite der Rückseite des Resonators 11 befestigt. Die Abstimmleitung 10 sieht für die Verstärker 21 und 22 eine abgestimmte Belastung vor, wobei die beiden Verstärker im Gegentakt betrieben werden und Schwingungen mit einer Hochfrequenz angelegt sind, welche durch die Blindwiderstände der Leitung 10 festgelegt sind. Das Anlegen von Abstimmspannungen an die Dioden 15, 16, 17 und 18 ändert deren kapazitiven Blindwiderstand. Dadurch wird der Blindwiderstand der Übertragungsleitung geändert und damit die Schwingungsfrequenz. Ein geeignetes

zwei in gleicher Weise gegensinnig in Reihe geschal- 65 Isoliermaterial, ζ. Β. Polyäthylenterephtalat, welches tete Paare von Dioden ihrerseits in Reihe geschaltet. unter dem Handelsnamen Mylar bekannt ist, umhüllt

die Gehäuse der Transistoren 21 und 22, wodurch sich Kollektor-Nebenschluß-Kapazitäten 23 und 23'

Dadurch wird beim spannungsabstimmbaren Oszillator gemäß der Erfindung erreicht, daß die Frequenz

(F i g. 2 und 3) zur geerdeten Hohlraumresonatorwand ergeben.

In der F i g. 2 ist ein querliegender kurzgeschlossener Bandleitungsschleifenkoppler 30 gezeigt. Dieser besteht beispielsweise aus einer an der Innenseite verkupferten Epoxidharzplatte, welche einen isolierten Leiterstreifen 30' darstellt und ist auf der Bodenplatte des Resonators direkt unterhalb der Zentralbuchse 12 der Abstimmleitung 10 befestigt. Ein koaxiales Hochspannungsausgangsverbindungsstück 31 ist an der Bodenfläche des Resonators 11 angebracht, wobei der Außenleiter des koaxialen Verbindungsstückes 31 mit der Resonatorwand kontaktiert ist und der Innenleiter des koaxialen Verbindungsstückes 31 mit der Innenseite des Bandleitungskopplers 30 über dessen einem Ende kontaktiert ist. Das entgegengesetzte Ende des Bandleitungskopplers 30 ist mit dem Resonator 11 durch die leitende Verbindung 32 kurzgeschlossen. Der Koppler 30 dient zur Aufrechterhaltung der hochfrequenten Ausgangsenergie, und durch Einstellung seiner Geometrie kann eine einfache Einstellung des hochfrequenten Ausgangsniveaus erreicht werden.

Die F i g. 1 zeigt, wie die Schaltungselemente des Oszillators innerhalb des Hohlraumresonators 11 physikalisch angeordnet sind. Die F i g. 3 ist ein schematisches Schaltbild, welches zum Verständnis des Betriebes des Oszillators der F i g. 1 dienen soll. Der Hohlraumresonator 11 ist geerdet.

Mit den Verbindungsteilen zwischen den Diodenpaaren 15, 16 und 17, 18 sind Hochfrequenzschutzdrosseln 40 und 40' und Ausgleichswiderstände 41 und 41' in Reihe geschaltet. Die Ausgleichswiderstände liegen an einem gemeinsamen Gleichstromeingang 42, welcher durch einen Hochfrequenzquerkondensator 43 nach außen führt. Während des Betriebes ist eine Spannungsquelle zur Abstimmung in einem breiten Bereich an den Eingang 42 gelegt. Die Werte der Ausgleichswiderstände 41 und 41' sind so eingestellt, daß die Charakteristiken der assoziierten Diodenpaare einander angepaßt sind. Dadurch wird beim Anlegen einer Abstimmspannung an den Eingang 42 ein symmetrischer Effekt an jedem Diodenpaar hervorgerufen. Dämpfungswiderstände 44 und 44' sind parallel zu den Schutzdrosseln 40 und 40' geschaltet, wodurch unechte Schwingungsweisen verhindert werden.

Mit der Zentralbuchse 12 ist eine Hochspannungsschutzdrossel 45, welche an den Eingang 46 angeschlossen ist, in Reihe geschaltet. Der Eingang 46 ist durch einen Hochspannungsquerkondensator 47 nach außen geführt. Während des Betriebes ist eine Spannungsquelle für eine Abstimmung in einem schmalen Bereich an den Eingang 46 gelegt. Ein Dämpfungswiderstand 48 ist zur Schutzdrossel 45 parallel geschaltet, wodurch unechte Schwingungsweisen verhindert werden.

In Reihe mit dem Emitter eines jeden Transistors 21 und 22 sind eine Hochfrequenzschutzdrossel 49 bzw. 49' und ein Widerstand 51 bzw. 51' geschaltet. Die Widerstände sind an die Gleichstromeingänge 52 und 52' angeschlossen, welche durch die Hochfrequenzkondensatoren 53 und 53' in das Äußere des Hohlraumresonators 11 führen. Eine negative Vorspannung (—V) für die Transistoren 21 und 22 ist an die Anschlüsse 52 und 52' gelegt. Eine positive Vorspannung (+V) für die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 ist an die Gleichstromeingänge 55 und 55' gelegt. Diese führen durch die Hochfrequenzquerkondensatoren 56 und 56' in das Äußere des Hohlraumresonators 11. Die Werte der Widerstände 51 und 51' regeln den Gleichstrom zu den Transistören 21 und 22. Befinden sich die Widerstände 51 und 51' innerhalb des Hohlraumresonators 11, dann wird die Zuführung durch die Kapazitäten 53 und 53' nicht zu einem Teil des Hochfrequenzschaltkreises und es sind deshalb Relaxationsschwingungen eliminiert.

Zwischen die Buchsen 13 und 14 der Abstimmleitung 10 und dem geerdeten Hohlraumresonator 11 sind Hochfrequenzschutzdrosseln 57 und 57' geschaltet. Dämpfungswiderstände 58 und 58', welche parallel zu den Schutzdrosseln 57 und 57' geschaltet sind, liegen neben diesen. Der Dämpfungswiderstand 58 reduziert unechte Schwingungsmoden. Ohne diesen Dämpfungswiderstand zeigen sich unechte Schwingungsmoden. Der Dämpfungswiderstand 58

ao berichtigt Schaltungsverluste und paßt überschüssige Transistorverstärkung der besten Wellenform an und verhindert eine Mehrfachwirkung.

In dem rechtwinkeligen Hohlraumresonator 11 sind die Hochfrequenzschutzdrosseln 40, 40', 45, 49, 49', 57 und 57' in der Niederfeldregion angeordnet, so daß die Kopplung der Scheinwiderstände und ein gekoppelter Energieverlust minimalisiert sind.

Zur Abstimmung in einem breiten Bereich wird die Kapazität der kapazitätsvariablen Dioden 15, 16, 17 und 18 durch die Spannung, welche an dem Anschluß 42 gelegt ist und welche von —0,7 bis 65 Volt reicht, gesteuert. Um Schwingungen zu erzeugen, muß das Kollektor-Emitter-Potential der Transistoren 21 und 22 gleich oder über dem Basis-Emitter-Potential sein. Der Basis-Kollektor-Scheinwiderstand soll im Gegensinn wirken in bezug auf den Basis-Emitter-Scheinwiderstand und dem Kollektor-Emitter-Scheinwiderstand.
Während des Betriebes des Oszillators 9 liegen die Abstimmleitungssegmente 12, 13 und 14 und die kapazitätsvariablen Dioden 15, 16, 17 und 18 in Reihe (Fig. 4). Die Abstimmleitungssegmente 12, 13 und 14, welche mit den Dioden 15 bis 18 in Serie geschaltet sind, liegen parallel mit der Kapazität zwisehen den Elektroden der Basis und des Kollektors der Transistoren 21 und 22 und dem Hohlraumresonator 11. Diese Parallelschaltungsanordnung ist schon wieder unparallel mit der Serienkombination der Kapazitäten zwischen den Elektroden der Basis und Emitter und der Kollektor und Emitter der Transistoren 21 und 22. Das Leitungssegment 12 bis 14, die Dioden 15 bis 18, die Elektrodenkapazitäten Kollektor—Basis der Transistoren 21 und 22 und die Elektrodenkapazitäten Basis—Emitter und KoI-lektor—Emitter der Transistoren 21 und 22 bilden den abgestimmten Ausgangsschaltkreis (Fig. 4), welcher die erzeugende Frequenz des Oszillators 9 bestimmt.

Beim Auswählen der erzeugenden Frequenz des Oszillators wird die Kapazität der Dioden 15, 16, 17 und 18 invers zur Größe der umgekehrten angelegten Vorspannung geändert. Die Abstimmleitungssegmente 12, 13 und 14 und die Dioden 15, 16, 17 und 18 am unteren Ende des Frequenzbandes des Oszillators 9 nehmen die Charakteristiken eines induktiven Netzwerkes an. Das Anlegen einer Vorspannung an die Dioden 15, 16, 17 und 18 erzeugt einen niedrigen Widerstand und die Abstimmleitungselemente 12 bis

14, welche parallel zur Elektrodenkapazität Kollektor—Emitter liegen, sind in Resonanz mit den Elektrodenkapazitäten Basis—Emitter und Kollektor— Emitter der Transistoren 21 und 22. Der abgestimmte Ausgangsschaltkreis des Oszillators 9 am oberen Ende des Frequenzbandes nimmt ebenfalls die Charakteristiken eines induktiven Netzwerks an. Das Anlegen einer umgekehrten Vorspannung an die kapazitätsvariablen Dioden 15, 16, 17 und 18 liefert die Kapazität dieser Dioden in Serie mit den Abstimmleitungselementen 12 bis 14 und Basisleitungsinduktivitäten. Der induktive Blindwiderstand des Netzes ist dabei vermindert und bewirkt ein Anwachsen der Schwingungsfrequenz.

Über dem weiten Abstimmbereich wirken die Dioden 15, 16, 17 und 18 in drei verschiedenen Bereichen, wobei sie im Einklang sind mit der Veränderung der Abstimmspannung am Anschluß 42, z.B. über den Bereich -0,7 bis +65VoIt. Am unteren Ende des Frequenzbereiches sind die Dioden 15 bis 18 auf volle Leitungsfähigkeit vorgespannt, so daß ein sehr niedriger Widerstand sich zeigt. Die niedrigste Frequenz der Schwingung ist durch die physikalische Länge der Übertragungsleitung 10 in Verbindung mit den Leitungsinduktivitäten und den Transistorkapazitäten festgelegt. Sobald die Abstimmspannung in positiver Richtung ansteigt, gelangen die Dioden 15 bis 18 in den Bereich der Gleichrichtung bei der Zwischenfrequenz, wobei die Vorspannung zwischen der Spannung für die volle Leitungsfähigkeit und der umgekehrten Scheitelspannung der Hochfrequenzspannung durch die Dioden 15 bis 18 hindurch liegt. In diesem Bereich ändern sich der Blindwiderstand der Schaltung und damit die Schwingungsfrequenz als Funktion der Kapazität der Dioden und des Stromwechsels während der Leitungsbereiche und während des Bereiches der Gleichrichtung bei der Zwischenfrequenz des Hochfrequenzkreises. Im Bereich der Gleichrichtung der Zwischenfrequenz ändert sich der Blindwiderstand der Schaltung primär mit der Änderung des Stromdurchgangsintervalles gemittelt über den Hochfrequenzkreis und damit mit der Durchschnittshochfrequenzstromstärke. Auf diese Weise scheint sich der fest vorgegebene äußere Blindwiderstand der Schaltung zu ändern, da bei einer vorgegebenen Hochfrequenzspannung der Strom sich ändert. Wenn schließlich die positive Abstimmungsspannung auf einen Wert anwächst, bei dem die umgekehrte Vorspannung an den Dioden 15 bis 18 größer ist als der Scheitelwert der Hochfrequenzspannung durch die Dioden hindurch, dann wirken die Dioden 15 bis 18 nur noch wie variable Kondensatoren, deren Kapazität invers mit der Abstimmspannung sich ändert.

Der Oszillator 9 der Erfindung erlaubt neben einer breiten Abstimmung auch Änderungen in einem schmalen Bereich für die Schwingungsfrequenzen, wenn der Anschluß 46 an eine Spannung gelegt wird. Diese Spannung ändert nur die Vorspannung an den inneren Dioden 16 und 17 und bewirkt dadurch eine geringere Änderung der Schwingungsfrequenz für jede Spannungsänderung bei der Abstimmspannung. Beispielsweise ändert sich beim Anlegen einer Breitbandabstimmspannung an den Anschluß 42 die Schwingungsfrequenz von 940 bis 2060MHz, wenn diese Spannung sich von —0,7 bis +65VoIt ändert. Beim Anlegen einer Schmalbandabstimmspannung an den Anschluß 46 ändert sich die Schwingungsfrequenz von 1000 MHz um 90MHz pro Volt und die Schwingungsfrequenz von 2000 MHz um 3 MHz pro Volt. Es ist typisch, daß die Schmalbandabstimmung von +0,7 bis — 65VoIt einstellbar ist. Deshalb werden beispielsweise grobe Änderungen bei der Schwingungsfrequenz durch Anlegen eines Ablenksignales an den Breitbandabstimmanschluß 42 erreicht, und ein Modulationssignal wird an den Schmalbandanschluß 46 zum Festhalten der Phasen und zur automatischen Frequenzsteuerung gelegt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Spannungsabstimmbarer Oszillator mit spannungsabhängigen Scheinwiderstandselementen zur Festlegung der Schwingungsfrequenz des Oszillators, mit einem ersten Anschlußklemmenpaar, über das eine erste elektrische Spannung an alle Scheinwiderstandselemente zur Veränderung der Schwingungsfrequenz des Oszillators in einem weiten Bereich anlegbar ist und mit einem zweiten Anschlußklemmenpaar, über das eine zweite elektrische Spannung nur an einige Scheinwiderstandselemente zur Veränderung der Schwingungsfrequenz des Oszillators in einem schmalen Bereich anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in gleicher Weise gegensinnig in Reihe geschaltete Paare von Scheinwiderstandselementen (15, 16; 17, 18) ihrerseits in Reihe geschaltet sind, daß diese Reihenschaltung symmetrisch zur Masse liegt und daß die erste Steuerspannung zwischen Masse und den Verbindungsleitungen zwischen den Scheinwiderstandselementen eines jeden Paares und die zweite Steuerspannung zwischen Masse und der Verbindungsleitung zwischen den Paaren angelegt ist.

2. Spannungsabstimmbarer Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstandselemente (15, 16, 17, 18) Dioden mit spannungsabhängiger Kapazität sind.

3. Spannungsabstimmbarer Oszillator nach An-Spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstandselemente (15, 16, 17, 18) im Zuge des Innenleiters eines Leitungskreises (10) angeordnet sind, der Bestandteil eines Hohlraumresonators (11) ist.

4. Spannungsabstimmbarer Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Enden des Innenleiters (10) die Eingangselektroden im Gegentakt arbeitender Verstärkerelemente (21, 22) angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen