DE1908818A1

DE1908818A1 - Circuit for locking a tunable oscillator

Info

Publication number: DE1908818A1
Application number: DE19691908818
Authority: DE
Inventors: Rainer Schindler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1970-09-03
Also published as: NL154631B; BE746304A; GB1291364A; YU40070A; NL7001877A; FR2033365B1; BR7016888D0; LU60378A1; AT313972B; YU33467B; FR2033365A1; CH514954A; DE1908818B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Einrastung eines abstimmbaren Oszillators auf die Oberwellen eines Quarzoszillators, wobei einer Mischstufe außer der Oszillatorfrequenz das Ober.wellenspektrum des Quarzoszillators zugeführt wird und die Ausgangsspannung der Mischstufo über einen Tiefpaß die Nachstimmeinrichtung des abstimmbaren Oszillators speist.The invention relates to a circuit for locking a tunable oscillator to the harmonics of a crystal oscillator, with a mixer stage, in addition to the oscillator frequency, the harmonic wave spectrum of the crystal oscillator is supplied and the output voltage of the mixer via a low-pass filter to the retuning device of the tunable oscillator.

Mit zunehmender Dichte des Funkverkehrs tritt immer dringender die Forderung auf, Funksender und Funkempfänger mit einer absoluten Frequenzeichung zu versehen. Dazu hat man u.a. die Einrastung eines durchstimmbaren Oszillators auf die Oberwelle eines Quarzgenerators vorgeschlagen. With the increasing density of radio traffic, the need for radio transmitters and radio receivers becomes more and more urgent to be provided with an absolute frequency mark. For this you have, among other things, the locking of a tunable oscillator proposed to the harmonic of a quartz generator.

Für die Einrastung auf die Harmonischen einer Quarzgrundfrequenz hat man bei einem bekannten Verfahren die Phasenvergloichsmethode in Verbindung mit einer Nachstimmvorrichtung angewandt. Eine dafür bekannte Schaltung sieht vor, daß einer normalerweise gesperrten Mischstufe sowohl die Frequenz des einzurastenden Oszillators als auch die Oberwellen der Quarzgrundfrequcnz inform von Impulsen solcher Größe zugeleitet werden, daß die Miachatufe kurzzeitig geöffnet wird.In a known method, the phase comparison method is used for locking onto the harmonics of a basic crystal frequency used in conjunction with a retuning device. A circuit known for this sees before that a normally locked mixer both the frequency of the oscillator to be locked as also the harmonics of the basic quartz frequency are fed in in the form of pulses of such magnitude that the miachatuf is opened briefly.

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Weiterhin ist eine Schaltung bekannt geworden, bei der der Mischstufe außer der Oszillatorfrequenz das ganze. ' Oberwellenspektrum der zu stabilisierenden Schwingung zugeführt wird und die gleichgerichtete Ausgangsspannung über einen Tiefpaß die Nachstimmeinrichtung speist, Biese Schaltung nutzt den Gleichspannungsanteil im Ausgang der Mischstufe aus, um damit nach erfolgter Siebung eine Frequenznachregelung durchzuführen.Furthermore, a circuit has become known in which the mixer, except for the oscillator frequency, the whole thing. ' The harmonic spectrum of the oscillation to be stabilized is supplied and the rectified output voltage Feeds the retuning device via a low-pass filter, Biese The circuit uses the DC voltage component in the output of the Mixing stage off, so that after sieving has taken place, a Perform frequency readjustment.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde ^ eine einfache lösung anzugeben, mit der die stufenweise Ab-' ,Stimmung eines vollelektronischen HF_rQszillatorsmit ; Frequenznachregelung nach dem impulssynehronisierten Frequenzrasterprinzip rückwirkungsfrei auf den Nach- ' regelvorgang über längere leitungen rein gleichstrommäßig erfolgen kann.The invention is based on the object ^ a simple solution to indicate the stepwise waste 'mood of a fully electronic HF _r Qszillatorsmit; Frequency readjustment according to the pulse-synchronized frequency grid principle can be carried out in a purely direct-current manner over longer lines without affecting the readjustment process.

Ausgehend von einer Schaltung zur Einrastung eines afc- ~ stimmbaren Oszillators auf die Oberwellen eines Quarzoszillators, wobei einer Mischstufe außer der Oszillatorfrequenz das Oberwellenspektrum des Quarzoszillators zugeführt wird und die Ausgangsspannung der Mischstufe über einen Tiefpaß die Nachstirameinrichtung des abstimmbaren Oszillators speist, wird diese Aufgabe mittels einer Nachstimmeinrichtung gelöst, die aus einem Regelspannungsteiler, an dem eine stufenförmig einstellbare Gleichspannung sowie die Ausgangsspannung der Mischstufe (Frequenznachregolspannung) anliegen und wenigstens einem im Kreis des abstimmbaren/Oszillators liegenden nichtlinearen Element, insbesondere eine Kapazitätsdiode, besteht, dem (der) die einstellbare Gleichspannung und die dieser überlagerte Erequenznachregelspannung zugeführt werden. Der Regelspannungsteiler, der aus konstanten Widerständen besteht und dessen einer Widerstand der Ausgangsiinpedanz Starting from a circuit for engaging an afc- ~ tunable oscillator to the harmonics of a crystal oscillator, with a mixer in addition to the oscillator frequency the harmonic spectrum of the crystal oscillator is fed and the output voltage of the mixer feeds the Nachstirameinrichtung the tunable oscillator via a low-pass filter, this task becomes solved by means of a retuning device, which consists of a control voltage divider, on which a stepped adjustable DC voltage as well as the output voltage the mixer stage (frequency adjustment voltage) and at least one non-linear element in the circle of the tunable / oscillator, in particular a capacitance diode, to which (the) the adjustable DC voltage and the sequence voltage overlaid on it are fed. The control voltage divider, which consists of constant resistors and one of which is the resistance of the output impedance

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des die Frequenznachregelspannung erzeugenden Transistors parallel liegt und dessen einer Teileraljgrif f an den Schwingkreis geführt ist, wird hierbei je nach der eingestellten Frequenzstufe durch den Transistor in dem .Sinn.verändert, daß für alle Frequenzstufen ein gleicher Haltebereich der Synchronisierung erreicht wird.of the transistor generating the frequency readjustment voltage is parallel and one of its part aljgrif f to the Oscillating circuit is guided, depending on the set Frequency step through the transistor in that .Sinn.changed that for all frequency levels an identical The synchronization holding range is reached.

Die einstellbare Gleichspannung des Regelspannungsteilers ist mittels eines weiteren Spannungsteilers in dem Frequenzraster des abstimmbaren Oszillators entsprechenden Stufen einstellbar, wobei die Einstellung der Gleichspannung am Regelspannungsteiler in vorteilhafter Weise . über wechselstrommäßig von Regelspannungsteiler getrennte Leitungen erfolgt. Es ist hierbei sehr vorteilhaft, daß die funktionell zusammen an der Kapazitätsdiode wirkenden Vorgänge der Stufenabstimmung und der Frequenznach-.regelung elektrisch so weit entkoppelt sind, daß die Frequenzstufenwahl· im Sinne einer echten FeriiDedienbarkeit über eine Gleichstroinleitung erfolgen kann.The adjustable DC voltage of the control voltage divider is by means of a further voltage divider in the frequency grid of the tunable oscillator corresponding Steps adjustable, the setting of the DC voltage at the control voltage divider in an advantageous manner. via AC voltage divider separated from the control voltage divider Lines takes place. It is very advantageous that which functionally act together on the capacitance diode Step coordination and frequency readjustment processes are electrically decoupled to such an extent that the frequency stage selection · in the sense of real operability can be done via a DC line.

Durch eine niederohmige Ausführung des Spannungsteilers für die Frequenzwahl gegenüber dem Regolspannuncotoilcr wird erreicht, daß die Spannung am Regclspannungsteiler ' nicht rückwirkend durch den Regelvorgang beeinflußt wird.With a low-resistance design of the voltage divider for the frequency selection compared to the Regolspannuncotoilcr it is achieved that the voltage at the control voltage divider is not influenced retrospectively by the control process will.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment.

Bei der vorgeschlagenen Oszillatorschaltung handelt es sich um ein Phasenregelsystem mit direkter Mischung der Quarzharmonisehen mit dem zu synchronisierenden Oszillator, wobei die Regelgröße der Mischstufe als variable Wechselspannung entnommen und nach Gleichrichtung undThe proposed oscillator circuit is is a phase control system with direct mixing of the Seeing quartz harmonics with the oscillator to be synchronized, where the controlled variable is taken from the mixer stage as a variable AC voltage and after rectification and

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Siebung dem elektronisch in Stufen abgestimmten Oszillator als zusätzliche Steuerspann'ung zugeführt wird. Zur , Erhöhung der Einfangsicherheit an den -Synchronstellen ist ein Wobbeloszillator vorgesehen. Die Gesamtschaltung gliedert sich in drei Teile: Den zu rastenden Oszillator (Ts5),. die Pulserzeugung (Tsi) und den Zwischenfrequenz- und Grleichrichtcrteil (Regelspannungserzeugung - Ts4). Sieving is fed to the oscillator, which is electronically tuned in stages, as additional control voltage. To the , A wobble oscillator is provided to increase the safety of catching at the synchronization points. The overall circuit is divided into three parts: The one to be locked Oscillator (Ts5) ,. the pulse generation (Tsi) and the Intermediate frequency and green rectifier part (control voltage generation - Ts4).

Der.Rasteroszillator ist von 29-38 MHz in zehn 1 MHz-Stufen umschaltbar und wird in jeder Stufe automatisch synchronisiert. Sowohl die Abstimmung als auch die Nach—: regelung erfolgt über die beiden parallelges~ehälteten Kapazitätsdioden Gr1 und Gr2. Diese müssen bei ca." 400 kHz Haltebereich in gerastotem Zustand und dem angegebenen Frequenzbereich eine Kapazitätsvariation von mindestens () = 1,8:1 aufweisen. Der Oszillatortransistor Ts5 arbeitet in Basisschaltung und ist über einen dreiteili-, gen kapazitiven Teiler an den Schwingkreis angekoppelte Um einen einwandfreien Betrieb der Dioden zu gewährleisten, is.t es erforderlich, daß die an den Kapazitätsdioden liegende HF-Spannung stets kleiner ist als die kleinste vorkommende Regelgleichspannung. Dies wird durch die gewählte Oszillatorschaltung, d.h. Basis- --■'. schaltung des Oszillatortransistors Ts5, erreicht. Die Spannung am Kollektor des Transistors Ts5 wird so- · wohl über eine Trennsiufe mit dem Transistor Ts6 der Mischstufe mit dem Transistor Ts2 zugeführt als auch an den Oszillatorverstärker mit den Transistoren Ts9 · und Ts 10 angelegt, der auf die gewünschte Ausgangsspan'-nung verstärkt. Die Schwankung der Ausgangsspannung über den gesamten Abstimmbereich beträgt ca. 1 dB. .The raster oscillator can be switched from 29-38 MHz in ten 1 MHz steps and is automatically synchronized in each step. Both the coordination and the readjustment take place via the two capacitance diodes Gr1 and Gr2 held in parallel. These must have a capacity variation of at least () = 1.8: 1 at a holding range of approx. "400 kHz in the rested state and the specified frequency range. The oscillator transistor Ts5 works in a basic circuit and is coupled to the resonant circuit via a three-part capacitive divider to ensure proper operation of the diode, it is.t necessary that the lying to the capacitance diodes RF voltage is always smaller than the smallest occurring usually DC This is the chosen oscillator circuit, ie base -. ■ 'circuit of. The voltage at the collector of the transistor Ts5 is fed to the mixer with the transistor Ts2 via an isolating stage with the transistor Ts6 and is applied to the oscillator amplifier with the transistors Ts9 and Ts 10, which is applied to the desired The output voltage fluctuates over the entire tuning range by approx dB. .

Im Pulserzeugungsteil mit dem Transistor Ts1 und dem/ Pulstrafo PTr werden aus einer rechteckförrnigen Bezugs-In the pulse generation part with the transistor Ts1 and the / Pulse transformers PTr are made from a rectangular reference

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frequenz von 1 MHz schmale Impulse von ca. 2Q nsec gebildet. Von den positiv und negativ gerichteten Pulsen . . werden nur die positiven ausgenutzt. Um "bei der Mischung die größtmögliche Regelspannungsänderung zu erhalten, ist es erforderlich, das· Verhältnis von Oszillatorspannung und Impulsspannung zu optimieren. Dies erfolgt mittels eines am Pulstrafoausgang parallelgeschalteten Potentiometers R. . ' . ■frequency of 1 MHz, narrow pulses of approx. 2Q nsec are formed. From the positive and negative directed pulses. . only the positive are exploited. To "at the mix To obtain the greatest possible control voltage change, it is necessary to set the ratio of the oscillator voltage and to optimize pulse voltage. this happens by means of a connected in parallel at the pulse transformer output Potentiometer R.. '. ■

Die 1 MHz-Pulse werden der Basis, der Ausgang, des Rasteroszillators dem Emitter des Transistors Ts3 der ■ Mischstufe zugeführt, die als Hhasendetektor arbeitet. Die 1 MHz-Pulse gelangen je· nach ihrer Phasenlage zur JJThe 1 MHz pulses become the base, the output, the Raster oscillator to the emitter of transistor Ts3 of the ■ Mixing stage fed, which works as a Hhasdetektor. The 1 MHz pulses arrive at JJ depending on their phase position

Oszillatorfrequenz mehr oder vieniger stark in den Kollektorkreis und stoßen den darin eingeschalteten breitbandigen 1 MHz-Schwingkreis an·. Der erste Zwischenfre- ',. quenzübertrager Tr1 untersetzt 3:1 und führt die schon verschilffenen Pulse an die' Basis des ZF-Transistors Ts3, dessen Kollektorkreis ebenfalls breitbandig auf 1 MHz abgestimmt ist. Der Übertrager Tr2 untersetzt etwa 1,2:1 und speist in Stromsteuerung die Basisemitterstrecke des Gleichrichtertransistors Ts4. Im Kollektorkreis dieses Transistors liegt ein versteuerter Tiefpaß TP mit einer unteren Grenzfrequenz von 800 kHz; die Polfrequenz entspricht der Zwischenfrequenz von 1 MHz»Oscillator frequency more or less strong in the collector circuit and trigger the broadband 1 MHz resonant circuit that is switched on ·. The first intermediate fre- ',. frequency transformer Tr1 reduced 3: 1 and already leads schilffenen pulses to the 'base of the IF transistor Ts3, whose collector circuit is also broadband tuned to 1 MHz. The transformer Tr2 is about 1.2: 1 and feeds the base-emitter path in the current control of the rectifier transistor Ts4. In the collector circuit this transistor is a taxed low-pass filter TP with a lower limit frequency of 800 kHz; the pole frequency corresponds to the intermediate frequency of 1 MHz »

Erfindungsgemäß ist ein konstanter Regelspannungsteiler vorgesehen yiit den Widerständen R1, R2 und R3 zwischen den Punkton A, 3, G und Masse (M). Der Widerstand Rl liegt dabei zwischen den Punkten A und B und zwar parallel zu der Ausgangsimpedanz des die Frequenznachregelspannung erzeugenden Transistors Ts4. Der Punkt G ist an den Schwingkreis geführt und zwar an den Verbindungspunkt der Induktivität Iq und eines Kondensators 0-1, die parallel zu den Kapazitätsdioden GrI und Gr2 liegen.According to the invention is a constant control voltage divider provided yiit the resistors R1, R2 and R3 between the point A, 3, G and mass (M). The resistance Rl lies between points A and B and is parallel to the output impedance of the frequency readjustment voltage generating transistor Ts4. The point G is at the Resonant circuit led to the connection point the inductance Iq and a capacitor 0-1 that lie parallel to the capacitance diodes GrI and Gr2.

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Die Spannung am Regelspannungsteiler ist variabel: sic wird entsprechend den Frequelizstufen durch einen stufenweise umschaltbaren Spannungsteiler Rg geändert. Diese Spannung ist wechselspannungsfrei und kann deshalb über Durchführungskondensatoren und längere leitungen (AD) geführt werden. Der jeweils am Regelspannungsteiler anliegende Teil der Betriebsspannung (im Beispiel -24 T) teilt sich gemäß dem Widerstandsverhältnis der Widerstände R1, R2 und R3 am Regelspannungsteiler auf. Zur Ausregelung des Regelspännungateilers benutzt man die . _Λ Abstimmkurve, bei der die Oszillatorfrequenz in Ab- . hängigkeit von der Gleichspannung an den Kapazitätsdioden dargestellt ist (vgl. Fig.2). So erhält man in diesem speziellen Fall bei Verwendung von Dioden des Typs DV62 für die höchste einstellbare Frequenz 58 MHz, eine Abstimmspannung von -13,4 V. Der Haltebereieh soll an jeder MHz-Raststelle etwa ± 400 bis ±500 kHz betragen, was bei 38 MHz einer Regelspannungsänderung von -12,7 bis -1'4,2 V entspricht, die im Schaltbild an Punkt C des Regelspannungsteilers gemessen wird. Wird der Transistor Ts4 von dem Transistor Ts2 der . Mischstufe angesteuert, so erhält der Widerstand RI ^r zwischen den Punkten A und B des Regelspannungsteilers einen Nebenschluß durch die Transistorausgangsimpedanz und die Spannung an Punkt B steigt bei Yo11aussteuerung des Transistors Ts4 auf einen Maximalwert an. Aus der maximal negativen Spannung an Punkt C und B läßt sich dann der im Schaltbild angegebene Spannungsteiler von B über C nach Masse berechnen. Bei Nichtansteuerung des Transistors Ts4 liegt die kleinste negative Spannung an Punkt G. Über diese läßt sich die Spannung an B und daraus der zwischen den Punkten A und B liegende Widerstand RI berechnen. Man erhalt" also bei jeder 1 MHs-Stufe durch Steuern des Transistors Ts4 an Punkt B des Regelspannungsteilers eine The voltage at the control voltage divider is variable: it is changed according to the frequency levels by a step-wise switchable voltage divider Rg. This voltage is free of alternating voltages and can therefore be routed via feed-through capacitors and longer cables (AD). The part of the operating voltage applied to the control voltage divider (-24 T in the example) is divided according to the resistance ratio of the resistors R1, R2 and R3 on the control voltage divider. To regulate the normal voltage divider one uses the. _Λ Tuning curve in which the oscillator frequency is in Ab-. dependence on the DC voltage at the capacitance diodes is shown (see. Fig.2). In this special case, when using diodes of the type DV62, a tuning voltage of -13.4 V is obtained for the highest frequency that can be set, 58 MHz 38 MHz corresponds to a control voltage change of -12.7 to -1'4.2 V, which is measured in the circuit diagram at point C of the control voltage divider. If the transistor Ts4 of the transistor Ts2. When the mixer is activated, the resistor RI ^r between points A and B of the control voltage divider is shunted by the transistor output impedance and the voltage at point B rises to a maximum value when the transistor Ts4 is controlled at Yo11. From the maximum negative voltage at points C and B, the voltage divider from B via C to ground specified in the circuit diagram can then be calculated. If the transistor Ts4 is not activated, the smallest negative voltage is at point G. The voltage at B and, from this, the resistance RI between points A and B can be calculated from this. So you get "at every 1 MHs stage by controlling the transistor Ts4 at point B of the control voltage divider one

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Änderung,'dieser Spannung um etwa 11$. Damit die eingestellte Spannung am Punkt A nicht rückwirkend durch den Regalvorgang "beeinflußt wird, ist der Spannungsteiler für die Frequenzwahl niederohmig gegenüber dem Regelspannungsteiler ausgeführt.Change, 'that tension by about $ 11. So that the set The voltage at point A is not retroactively influenced by the shelf operation "is the voltage divider for the frequency selection implemented with low resistance compared to the control voltage divider.

TJm ein sicheres Einrasten zu gewährleisten, ist eine Fangeinrichtung vorgesehen, da der natürliche Fangbe- , reich "bei solchen Systemen unter Berücksichtigung von Temperatur und SpannungsSchwankungen im allgemeinen nicht ausreicht. Das Wobbein erfolgt durch einen zwei- ^Ensuring that it clicks securely into place is one Interception device provided, as the natural interception, rich "in such systems, taking into account Temperature and voltage fluctuations in general not enough. The wobble is made by a two- ^

stufigen RechteckgeneratOr mit den Transistoren Ts7 . 'stepped square generator with the transistors Ts7. '

und Ts3 mit einer Frequenz von #1 Hz. Er tritt in Funktion, sobald sich auf die Regelspannung im nicht-, gerasteten Zustand des Oszillators Wechselspannungskomponenten überlagern. Diese Weohselspannungsantoile werden in dem Transistor Ts8 verstärkt und an einer Diode gleichgerichtet, so daß die Basis des Transistors Ts? geöffnet und damit der Wobbeivorgang eingeleitet wird. Der ZF-Verstärker (Transistor TsJ) wird im Rhythmus der Y/obbelfrequenz gesperrt und geöffnet, wodurch die erforderliche Regelspannungsänderung am Rasteroszillator realisiert wird. Die Steilheit der Wobbeispannung ist so .ausgelegt, daß zuverlässiges Jjand Ts3 with a frequency of # 1 Hz. He enters in Function as soon as the control voltage is not, locked state of the oscillator AC voltage components overlay. These Weohselspannungsantoile are amplified in the transistor Ts8 and at one Diode rectified so that the base of the transistor Ts? opened and thus initiated the wobble process will. The IF amplifier (transistor TsJ) is in the The rhythm of the Y / obble frequency is locked and opened, which results in the required control voltage change on the Raster oscillator is realized. The steepness of the wobble voltage is designed so that reliable Jj

Einrasten an jeder 1 MHz-Stelle gewährleistet'ist. Die Einstellung des Fangbereiches für die jeweilige Rasterstüfe erfolgt in bekannter Weise durch die Wahl der Bandbreite der ZF-Stufe; diese ist kleiner als eine .Rasterstufe. Locking is guaranteed at every 1 MHz position. The setting of the capture range for the respective grid pieces is done in a known manner by selecting the bandwidth of the IF stage; this is smaller than a grid level.

£ Figuren£ figures

6 Patentansprüche ,..·.*-6 claims, .. ·. * -

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Claims

ⁿ S ⁿ S

ί 1.J Circuit for locking a tunable oscillator -_ on the harmonics of a quartz oscillator ", with a mixer not only the oscillator frequency but also the harmonic spectrum of the quartz heater is supplied and the Output voltage of the mixer via a low-pass filter, the retuning device of the tunable oscillator " feeds, thereby ge k cn η ζ ei c h η c. t, that the retuning device consists of a control voltage divider, on which a step-adjustable DC voltage as well as the output voltage of the mixer stage. (Frequency readjustment voltage) and at least one lying in the circle of the tunable oscillator non-linear element, in particular a capacitance diode, consists of the adjustable GrleichV voltage and the frequency approximate drug voltage superimposed on this are fed. "

2. A circuit according to claim 1, since d u r c h g e k e η nz e i c h η e t'- that the adjustable (xleichspamiung of the Regol voltage divider by means of another Voltage divider in the frequency grid of the tunable Oscillator can be set to the corresponding stages, is. - "- '

3. A circuit according to claim 2, d a d .u r c h g e k e η nzeich, that the setting of the DC voltage at the control voltage divider is based on alternating current. separate lines from the control voltage divider. -

'4. Circuit according to Claim 2, d ad ure h ge k e η nz e i c h η e t that the voltage divider for the frequency selection has a low resistance compared to the control voltage divider.

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5. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that an interception device to ensure that it snaps securely into place, consisting of a two-stage square wave generator, it is provided ":

6. Circuit according to one of the preceding claims, thereby g e k e η η ζ eic h net that for tuning and frequency readjustment in the resonant circuit two capacitance diodes in parallel connection are arranged ..

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