DE2041469A1

DE2041469A1 - Hochfrequenz-Signalregler

Info

Publication number: DE2041469A1
Application number: DE19702041469
Authority: DE
Inventors: Sauter Walter August
Original assignee: American Nucleonics Corp
Current assignee: Edo Communications and Countermeasures Systems Inc
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1970-08-20
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1309117A; US3550041A; CA922389A; DE2041469B2

Description

Die Torliegeiide Erfindung !betrifft ein eipanzmngso der strenge steuert es Gerät zur Amplitudenregelung eines HF-Signals mit hober Auf 19sung tiller einen weiten Bereich;., dabei erfolgt die Begelung iiarcia ein eigxiai, .

Bi· Erfindung verwendet ein Biodesanetawerk. das " ■ awei in. Serie geschaltete PIN-Siodoa mit CUeieliatroBrorepaii-nirag und Stnaereiagäagea enthält.

In υΐκοβ Ameftiliarißjigsfeeispiel werten -swüI fe «ndtr nnaiiisiiligig« iilaicleiroa-SteiaereijagäEge waä sw©l" paar· verwendet, weloei man don If-Msgeng mit Ä»e· ami- «tiiioK oincifta ffT^k-liL_;?;ci,3g βϊΐϋΐο Sie Irflndiisg kazui in dom Hiatetüruau^orä^ τβκίβΜΘΐ wcräeag. iaa'

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmenn, Dipl.-Phys. Sebastian FJerrmann

in der U. S. Patentanmeldung, Serial Vo. 799,781 rom 17. Februar 1969 mit dem Titel "Interference Cancellation System¹* dargelegt ist.

Bisher wurde die Amplitudensteuerung von HF-Signalen im 100 MHz-Bereich oder darüber hauptsächlich mittels Ferritdämpfungselementen_f variablen Kopplungeschleifen oder mechanischen Abstimmgeräte]» durchgeführt. Biests weisen jedoch nicht· lineare Dämpfungskennlinien auf. Sie sind nicht mit reinem ohmechen Widerstand behaftet und können deshalb eine unerwünschte Phasenverschiebung und Dämpfung des Signals zur Folge haben. Außerdem liefert keine» dieser Dämpfungsglieder oder Signalpegelregler eine kontrollierte lineare Dämpfung beider Polaritäten ohne irgend eine Umkehrvorrichtung.

Dämpfungeglieder aue P#etk9rpereleraenten, etwa Feldeffekttransistorenι können bei Frequenzen τοπ 100 HHz oder höher nicht verwendet werden. Als mögliches Mikrowellendämpfungselement erweist sich die PHMDiod·, da sieb der beim Durchgang tob Mikrowellenenergie auftretend« Yerluet oder die Dämpfung durch ein· positive Gleiohrtromvorepaaxrang steuern läßt. Bisher wurden «sowohl gebextechlufi- als auch Seriendämpfungeglieder verwendet.

Die vorliegend· Erfindung schafft tint Strieiaanordnung aus PH-Dioden* «11« einfseln vorgespannt und gesteuert werden, wodurch tin HF-Eiagangsalgnal tob Toller Signalhöhe über lull bis rar to11«d SlgJJalköh· d«r Polarität linear "variiert wtrd.«n kanzu

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Die Torliegend· Erfindung schafft außerdem eine Schaltung aus zwei aolchen Diodennetzwerken mit unabhängigen Steuereingangsklemmen, wodurch zwei Signale mit fester Phasenbeziehung und unabhängig gesteuerter Amplitude auβ einem gemeinsamen HF-Eingangssignal erzeugt werden.

Es folgt nun eine Besehreibung von Aueführungsbei-'spielen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Figur 1 ist ein elektrisches Schaltdiagramm der Erfindung.

Figur 2 ist ein elektrisches Scheitdiagram* einer weiteren Auefuhrungsform der Erfindung.

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Betriebscharakteristik der Schaltung aus Figur 2.

Figur 4 ist eine vergrößerte soheaatische Darstellung einer PIH-Diode, die für die Torliegende Erfindung Verwendung findet.

In Figur 1 ist ein Doppeldäapfungskreis to alt einem Transformator 11 gezeigt, der eine Primärwicklung 12 und eine mit Hittelabgriff Teraehene Sekundärwicklung 13 enthält. Der Hittelabgriff der Sekundärwicklung 13 ist geerdet· Die Enden der Sekundärwicklung stellen Bezugsspannungsklemaen dar, die zur Vereinfachung als Kleine 14 (180°) und Kleeie 15 (0°) bezeichnet werden. Die PH-Dioden 20 und 21 liegen parallel zur Sekundärwicklung mit zwischengeschalteten Gleichβtroe-. sperrkondensatoren 22 und 23 in Serie. Die Dioden 20 und 21 sind in gleicher Sichtung gepolt· Der HF-Ausgang wird an der

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gemeinsamen Klemme der Kondensatoren 22 und 23» nämlich Klemme 24, entnommen·

Di« statisch® Glelchstromvorspannung für die Dioden 20 und c. I liefern swel Quellen 25 und 26 über zugehörige Widerstände 27 und 28. Eine gemeinsame Quelle 30 liefert die Steuerspannung für die Dioden und ist mit diesen über zugehörige Widerstände 31 und 32 verbunden. Die statische (-) und

_k regelbare (») Vorspannung von den Quellen 25 und 30 liegen

an der Kathode der Diode 20 an, während die statische (+) und regelbare (-) Torspannung der Quellen 26 und 30 an der Anode der Diode 21 anliegen. Die etatischen Vorspannungsquellen 25 und 26 spannen die zugehörigen Dioden 20 und 21 normalerweise so vor, daß der Serienwiderstand beider Dioden gleich ist. Unter diesen Umständen 1st die Phasenkomponente des Ausgangseignais Hull· Da die gemeinsame Steuerspannung der Quelle 30 so variiert wird, daß eine der Dioden 20 oder 21 einen höheren HP-Strom zur Ausgangsklemne 24 liefert, steigt das Ausgangs-

W signal in Richtung derjenigen Polarität an, die die PIN-Diode mit dem höheren Stromdurchgang aufweist· Der Ausgangβsignalpegel ist proportional zur Differenz zwischen den von den PIN-Dioden 20 und 21 erhaltenen Strömen, multipliziert mit der Impedanz der Last.

Die Kondensatoren 22 und 23 und die Yorwiderstände 27» 28, 31 und 32 sorgen für die richtigen Torspannungen und Steuerströme der PIM-Dioden 20 und 21, beeinflussen jedoch nicht die Eingangeseite des Transformators 11 oder die Klemme

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.. . Beim Betrieb erzeugt die Schaltung mit d«a Transfermator 11 zwei Signale entgegengesetzter'Phase-und gleicher Amplitude aus dem ankommenden--HP-Signal,, wobei.die Heiden--' Signale durch die. zugehörigen Dioden 20 und 21 lauf tue Wenn die Dioden so vorgespannt sind, dafi-'sie beide la gleicher : Weise leiten, löschen, sich die Signale-entgegengesetzter. Phase gegenseitig'aiii, ..und-an Klemme 24 erscheint jtosia Ausgang.-Wenn die Vorspannung an den Dioden 20 raid 21 durch iie Steuer-' -vorepannungsquelle 50 gleichzeitig in-entgegengesetzter' Rioh-.■ tung.geändert wird,, ändert, sich, die Stromzufuhr zur Klemme 24® Das Ausgangssignal. an'.der Klewae 24 stellt- eine getreue ..Wieder·" gäbe..-des.'Hf-Mngangssignals--dar'und Tarliert .'nur-hinsichtlieh ..'Amplitude'und Polarität· In der'Zeichnung-"ist das Phasen·»* umkehrgerä't. 11 als einfacher Transformator dargestellt«' Mr ;. ' Hikrowe'llenfrequenzen, wie sie. bei "der. Torliegenden Srfindun-g verwendet werden» soll, jedoeh--besser-.'ein Differentialtrane--' .

■formator oder eine andere für. Mikrowellen geeignete Ausführung. eines" Sraa'sf orsutliora - verwendet werten · - ' * - . . . . ;'■ -Fi^ar 1'-zeigt-.die grundsätzliche SchaltoagaaMalegifflg Biar -Bämpfung einee HP-Signale mit minimaler ©fler V93maefeläss'ig~ -bar'.'.--kleiner-Phasenverschiebung· Die Schaltung zeichnet eich....* ■ 9MB imrch eine gleieMöriaig© Hegelung des HP-Pegels' .iaaerhall» eines Ibreittn Pegelbereioas.' mit eaaiter. -folmritltsiiBlEelro ■ ■ ■fir die Polaritätausakehr ist keine .Schaitorvorriohtung erfor- . derlieh· Die'Gli«i⁵iiiEteriiitlk der Sehaltmng ame,- I⁵IgSF ί ist in .figur *3'geseigt-und-stellt eine- sasft' gea©hw«2sg©a© ghl-ssva alt ■

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einem mittleren linearen Bereich dar, der etwa bei den Steuergleich et rom Null liegt und von etwa -2 bis +2,5 ToIt Auegangsepannung reicht und dabei eine Steigung von etwa 12,5/1 aufweist. Dieser lineare Bereich A ist der normale Betriebebereich des Signalreglere«

Ein weitere« Merkmal der Erfindung ist in der Schaltung aus Figur 2 gezeigt. Mit dieser Schaltung lassen sich aus einem einzigen HF-Eingangesignal zwei unabhängig gedämpfte HF-Ausgangssignale ableiten. Dieses Ausführungebeispiel der Erfindung eignet sich insbesondere für die in der erwähnten Patentanmeldung beschriebene Entstörungsanlage. Die Schaltung aus Figur 2 ist prinzipiell ähnlich der Schaltung aus Figur 1» wobei gleiche Elemente durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind,.. Bit Schaltung verwendet einen ähnlichen HF-Transformator 11 mit einem geerdeten Mittelabgriff an der Sekundärwlckliing 13 und einer (nicht gezeigten) Primärwicklung. Me .Enden der Sekundärwicklung sind al« Klemmen 14 und 15 bezeichnet« Zwischen den Klemmen 14 und befinden sich zwei PIH~Diod«n-Bet.Ewerke, die ähnlich dem Diodennetzwerk aus Figur 1 »lud« Das ein· letzwerk enthält die Diod# 20, Kondensator 22» Klaut 24_t Kondensator 23 und Diode 21. Das zweite Netzwerk enthält eine Diode 120, Kondensator 122, Ausgang 124_f Kondensator 123 und Diode 121. Die beiden netzwerke habes gentiasaa» it&tlsch· Voropammagsquellen 25 und 26, ähnlich Figur 1. Di· forepannung für dl· Dioden 20 und 21 wird tojq den Quellen 25 und 26 über Wider-

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stände 27 UBd 28 geliefert, während die entsprechend« forspannung für die Dioden 120 und 121 von den Quellern 25 und 26 über zugehörig© Viderstftad· 12? und'. -128 geliefert wird.

Ähnlich wie In Figur 1 ißt eiae 'variable" Yorepannung für die Dioden 20 und 21 über Quell® 30 xrad Törwlder'etäade 31 waä. 32 vorgesehen.. Eis®, zweite variable.*7orspasaung8-<|uelle- .130 liefert. die Steuervorepannimg für öle .Dioden 120 und 121 -Silber augehörige Widerstünde 131 und 132.

Wie aus einem Vergleich mit Figur 1 ersichtlich ist, wird das HF-Signal ₉ das am Transformator des Eingangsgeräts 11 anliegt, gemäß dem en Hemme 30 anliegenden Steuersignals gedämpft und erscheint an der Ausgangsklenme 24_e In ähnlicher Weise wird das gleiche am Transformator 11 anliegend® HF-Signal in dem Schal-tkreie gedämpft, der die Dioden 120 und 121 mit dem Steuersignal von Klemme 130 enthält und ein Ausgangs signal an Hemme 124 liefert· Die beiden Ausgangs sign ale' sind miteinander und mit dem HF-Eingangssignal in Phase, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich Amplitude und/oder ' Polarität, was von den betreffenden ^leieiaspananügssteuerelg» nalen abhängt.

Die Aueführungsformen aus Figur 1 maä"2 haben beide die gleiche, in Figur 3 gezeigte Betriebacharakteristik, wobei die ...Schaltung aus Figuf 2 sw.*i lanäle . schaff t, Ü* Jeder einen.. unabhängig voneinander gesteuerten Ausgang heben« Beispielsweise liefert ©la an Kieme 30 . anliegentes GleiebspaaBuage--Steuersignal, von +2 YoIt eisen Auagaag Toia 5 T_tf{ an Kleame -24,

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Gleichzeitig liefert ein an Klemme 130 anliegendes Gleichapannungssignal von -2 Volt ein HF-Signal umgekehrter Polarität mit einem Pegel von etwa -4 V_eff. Eine Änderung des einen Steuersignals beeinflußt nicht das Signal im anderen Netzwerk. Sie Kennlinie aus Figur 3 erhält man mit der Schaltung aus figur 1 und 2 bei Verwendung folgender Komponenten! Diode 20 und 21 1842-22 ünitrode Kondensator 22 und 23 510 pP ' Widerstände ü7 und 28 68 kOhm

Widerstand· 31 und 32 2 kOhm Versorgung 25 -15 V Gleichspannung

Versorgung 26 +15 V Gleichspannung Versorgung 30 -14V Gleichspannung Wicklung 13 0,15 mH

Ein wesentlicher Bestandteil der Signalregler τοπ figur 1 und 2 sind die PIN-Dioden. Ihre besondere Beschaffen heit bedingt die überlegenen Eigenschaften des HP-Signalreglers

zur Polaritätsumkehr in der Torliegenden Schaltungsanordnung.

Die PIN-Diode ist, wie schon ihr Name sagt und wie Figur 4 zeigt, eine Diode mit einem p-Bereich 40 und einem n-Bereich 42, die durch einen Intrinsic-Bereich 41 mit regelbarem Widerstand getrennt sind. Die Dioden, die durch den anliegenden Gleichspannunge-Steuerstrom geregelt werden, wirken als rariabler Widerstand in beiden Richtungen. Ihr Widerstand lieft bei rollern leitungszuitand in der Größenordnung ron 0₉1 Oh«.

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Wenn si· in Sperrichtung vorgespannt sind, können sie Signal· bis su T 200 ToIt sperren. Die Moden weisen Zeitperioden in der Größenordnung tos Mikroeekunden auf, in denen hohe HP-Signale mit minimaler Terzserrung oder Gleichrichtung durchgelassen werden. Sie KlemmenanSchlüsse 43 und 44 sind metallurgisch mit den zugehörigen p- und n-Sereiehen rerbunden· Die Diod· ist normalerweise in ein Glasgehäuse «ingeschlossen, das mit der Diodenanordnung rerschmolzen sein kann* Auch andere Strukturanordnungen einer PÜT-Dlode können in gleicher Weise rerwendetwerden, jedoch erweist sich der oben beschriebene Diodentyp, der Ton der UHITEQIIE CORPORATION of fatertown, Mass., als TM-Serie der Mikrowellendioden bezeichnet wird, als am besten geeignet.

Obwohl im vorstehenden spezielle Aueführungeformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist ersichtlich, daß Änderungen vorgenommen werden können, soweit sie in den Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

patehtahsphOchb

1y MikrowellenSignalregler» gekennzeichnet durch Singangsrorrichtungen (11) mi Erzeugen zweier antgegengeeetzte Polarität aufweisender Komponente* eines Mikrowelleneingang «signale, eine gemeinsame Ausgangeklemme (24)» zwei Dreiiohientleiter mit regelbare» liderstand (20, 2t), die so geschaltet sind, daß sie HF-Signale entgegengesetzter Polarität an die gemeinsame Ausgangsklemme liefern» statische YorspannungsYorrichtungen (25, 26), die jeden der Breischicht· leiter in einem Torgewählten Leitungszustand halten, um eine lineare Verstärkungskennlinie durch den Verstärkungenullpunkt zu schaffen, variable Vorspannungevorrichtungen (30), die mit den Sreischichtleitern rerbunden sind, um deren Leitungβ-zustand in entgegengesetzter Bichtung zu ändern, wodurch die Amplitude und Polarität des HF-Signals am Ausgang gesteuert wird« wobei diese Dreischichtleiter (20, 21) in Bperrlchtung einen genügend hohen Widerstand besitzen, um bei geeigneter Vorspannung den Durchgang ron HF-Signalen zur Ausgangsklemme verhindern zu können, «inen Widerstand, der sich umgekehrt mit dem Pegel der Vorspannung ändert, wobei die statische YorspannungsTorrichtung (25» 26) so geschaltet ist, daß sie eine bestimmte negative Vorspannung an die Kathode de· einen

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Dreischichtleiters und eine bestimmte positive Vorspannung an die Anode des anderen Breischichtleiters liefert, um eine lineare Verstärkungskennlinie durch den Verstärkungsnullpunkt zu schaffen.
2. Mikrowellensignalregier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Vorspannungsvorriehtung (30) eine Quelle für positiven, negativen oder Null-Strom ist und an beiden DreiSchichtleitern (20, 21) gleichzeitig anliegt, wodurch der Leitüngssustend der beiden Dreischichtleiter gleichzeitig in entgegengesetzter Sichtung geändert wird·
3· Mikrowellensignairegler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Gleichspannungssperrvorrichtungen (22, 23) «wischen den durch Vorspannung gesteuerten Elektroden der ersten und zweiten Dreischichtleiter (20, 21).
4. Schaltung »um Erzeugen zweier unabhängiger, ampli- | tudangesteuerter Hf-Signale aus einer einzigen HT-8ignalquell«, gekennzeichnet durch Phasenuakehrvorrichtungen (11) zum Erzeugen zweier entgegengesetzte Phase aufweisender Komponenten eines EF-Eingangssignale, ein parallel zur Phasenumkehrvorrichtung liegendes erstes letzwerk, das einen ersten Dreieohichtleiter (20) mit regelbarem Widerstand, um HI-Energie der einen Polarität zu einer Ausgangsklemme (24) zu leiten, und einen zweiten Breischicbtleiter (21) mit regelbarem

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Widerstand enthält» um HP-Energie der anderen Polarität zur ersten Ausgangsklemme (24) zu leiten; ein parallel zur Phasenumkehrrorrichtung liegendes zweites Netzwerk» das einen dritten Dreiechichtleiter (120) mit regelbarem Wideretand, um HP-Energie der einen Polarität zu einer zweiten Ausgangsklemme (124) zu leiten» und einen vierten Dreiechichtleiter (121) mit regelbarem Widerstand enthält» um HF-Energie der anderen Polarität zur zweiten Auegangsklemme (124) zu leiten;

gemeinsame Vorrichtungen (25» 26) für das erste und zweite Netzwerk zur Versorgung mit statischer Vorspannung für jeden der Dreischichtleiter, um diese Dreischichtleiter in einen vorgewählten Leitungszustand vorzuspannen, um dadurch eine lineare Verstärkungskennlinie durch den Verstärkungenullpunkt zu schaffen, und eine variable Vorspannungsvorrichtung (30) die mit den Dreischichtleitern verbunden sind, um den Leitungszustand dieser Dreischichtleiter jedes Netzwerke zu ändern» um dadurch die Amplitude und Polarität des HP-Signale an der

j* ersten und zweiten Ausgangsklemme zu steuern·
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiechichtleiter eine PIN-Diode iet.
6. Schaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die variable Vorepannungevorrichtung aus zwei unabhängigen Spannungβquellen (30, 130) besteht, durch dit di· Amplitude und Polarität des Auegangesignale an der ersten und zweites

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Ausgangskleame (24, 124) unabhängig gesteuert werden kann, um zwei Ausgangssignale zu schaffen, die hinsichtlich ihrer Phase und Frequenz mit dem H7~Eingangseignal in Beziehung stehen,jedoch untereinander und gegenüber dem Eingangβsignal eine andere Amplitude aufweisen.

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