DE2041470A1

DE2041470A1 - UEberlagerungseinrichtung fuer sehr kurze elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE2041470A1
Application number: DE19702041470
Authority: DE
Inventors: Egmont Gabler; Wolfgang Dipl-Ing Ulmet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-08-20
Filing date: 1970-08-20
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1357187A; NL7111540A; DE2041470B2; YU213171A; DE2041470C3; AU3259471A; JPS526564B1; IT940441B; AT308825B; SE376341B; BE771603A; NL150974B; FR2103395B1; YU34951B; AU466208B2; FR2103395A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 2 O AüG. 1970 Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

Überlagerungseinrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlagerungseinrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer Mischstufe, der eine Überlagerungsschwingung zugeführt wird, die ein Oszillator liefert, zu dessen Ausgangsschwingung die Überlagerungsschwingung eine Harmonische ist.

Überlagerungseinrichtungen dieser Art werden beispielsweise in Richtfunksystemen im Empfänger and ggf. auch im Sendezweig verwendet. Sie sind beispielsweise in der Zeitschrift "IiIEZ" 1968, S. 40 bis 45 und 1965, S. 316 bis 321 beschrieben. Pur derartige Überlagerungseinrichtungen ist es wichtig, daß sie geringes Rauschen aufweisen bei hinreichend hoher Prequenzfconstanz der Überlagerungsschwingung. Zudem ist es wünschenswert, daß sie rollständig in Halbleitertechnik ausgeführt sind. Zur Realisierung dieser Forderungen sind bisher zwei Entwicklungsrichtungen bekannt geworden. Bei der einen Entwicklungsrichtung wird von einem mittels eines Schwingquarzes auf einer Grundfrequenz frequenzstabilisierten Grundoszillator ausgegangen, dessen Ausgangsschwingung mittels eines nachgeschalteten Prequenzvervielfachers auf die geforderte, in einem harmonischen Verhältnis zur Grund-

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schwingung stehende Ollerlagerungsschwingung gebracht wird. Diese Harmonische dient als Bezugsschwingung für einen freischwingenden Oszillator, der mittels einer Frequenznachregeleinrichtung auf die Bezugsschwingung nachgeregelt wird und der hinreichend Schwingungsenergie abgibt. Bei der anderen Entwicklungsrichtung arbeitet der quarzstabilisierte Grundoszillator ebenfalls auf einer relativ niedrigen Frequenz und seine Ausgangsschwingung wird in der Frequenz vervielfacht, jedoch nicht auf die Frequenz, die tatsächlich später benötigt wird, sondern auf einen ganzzahligen Bruchteil derselben. Diese frequenzvervielfachte Schwingung des Grundoszillators dient zur Frequenz- und Phasenregelung eines auf dieser Frequenz freischwingenden Oszillators, dessen Ausgangsenergie mittels passiver Frequenzvervielfacher dann auf die geforderte Frequenz gebracht wird. In beiden Fällen sind einen nicht unerheblichen Aufwand verursachende Frequenzvervielfacher nötig und die Oszillatoren müssen für eine relativ hohe Leistung ausgelegt werden, obwohl meiet nur eine geringe Leistung benötigt wird. Teilweise müssen auch Verstärker zwischen einzelne Stufen eingefügt werden, um eine ausreichend hohe Ansteuerung der Frequenzvervielfacher sicherzustellen. Der noch möglich erscheinende Weg der unmittelbaren Erzeugung der Schwingungen mit der geforderten Ausgangsfrequenz scheitert meist daran, daß Transistoren mit entsprechender Belastbarkeit in dem Frequenzgebiet der Mikrowellen nicht oder nur unzureichend zur Verfügung stehen. Auch bereitet die Frequenzstabilisierung bei diesen hohen

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Frequenzen relativ große Schwierigkeiten, wenn der Aufwand nicht zu hoch getrieben werden soll.

Der· Erfindung liegt die Aufgabe 'zugrunde,, eine "Überlagerungseinrichtung der einleitend geschilderten Art mit., einem Überlagerungsoszillator zu versehen, der seinerseits hohe Frequenzstabilität sicherstellt und andererseits einen wesentlich geringeren Aufwand als die einleitend erwähnten Lö— sungsmöglichkeiten erfordert.

Diese Aufgabe wird bei einer Überlagerungseinrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer Mischst ife, der eine Überlagerungs'schvringung zugeführt wird, die ein Oszillator liefert, zu dessen Ausgangsschwingung die Überlägerungsschwingung eine Harmonische ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der freischwingende Oszillator ein in derart stark übersteuertem Sustand betriebener freischwingender Oszillator ist, daß bei der geforderten Harmonischen nennenswert mehr Schwingungsenergie vorliegt als in der Mischstufe erforderlich ist, daß zwischen den freischwingenden Oszillator und die Mischstufe ein die Harmonische als Mutζschwingung aussiebendes FiI-tex und ein der Einstellung des geforderten Pegels der Überlagerungssefewingung dienendes Dämpfungsglied eingefügt sind, und daß der freischwingende Oszillator mit einer Frequenznaehregeleinriehtung versehen ist, die auf der 'Grundfrequenz. des freischwingenden Oszillators arbeitet.

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Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß Oszillatoren bei hoher Aussteuerung Oberwellenleistungen in einem solchen Ausmaß erzeugen können, daß diese als Nutzleistung verwendet werden können, und daß sich diese Oszillatoren gerade dann als extrem frequenzstabile Oszillatoren betreiben lassen, wenn sie eine auf ihrer G-rundschwingung arbeitende Frequenznachregeleinrichtung haben. Liefert beispielsweise ein Oszillator bei 700 MHz an einen stark angekoppelten Verbraucher

) eine Grundwellenleistung von etwa 500 Milliwatt und wird er entsprechend hoch übersteuert betrieben, so ist die Klirrdätnpfung beispielsweise bei der dritten Harmonischen noch sehr klein und beträgt etwa 13 dB, d.h. bei 2100 MHz steht eine Hochfrequenzleistung von etwa 25 Milliwatt zur Verfügung, die durch entsprechend starke Ankopplung des Verbrauchers auch entnehmbar ist und deren Frequenzstabilität ausschließlich durch die Frequenzstabilität der Grundschwingung bestimmt ist. Bei noch stärkerer Ankopplung des Verbrauchers liefert ein solcher Oszillator beispielsweise bei der 6. Harmonischen, das sind in diesem Fall 4200 MHz, ebenfalls noch hinreichend

™ Mikrowellenenergie. Während man bisher bei hochfrequenzstabilen Oszillatoren bemüht war, die Oberwellenleistung so gering wie möglich zu halten, wird bei der Erfindung eine hohe Oberwellenleistung gerade angestrebt. Man erhält auf diese Weise Mikrowellenenergiequellen, die sich in einfacher Weiee aufbauen lassen und bei denen die bisher erforderliche Vervielfacherkette mit ihrem hohen Aufwand

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und den ggf. benötigten Zusatzverstärkern entfällt. Außerdem ist die gesamte in der Oszillatoreinrichtung in Wärme umgesetzt Energie nennenswert geringer als bei den bisher beschriebenen Lösungswegen. Diesem Sachverhalt kommt deshalb besondere Bedeutung zu, weil die geometrische Größe derartiger Mikrowellenerzeuger sehr klein ist und deraBufolge die Wärmeprobleme mit dem erfindungsgemäßen beschriebenen Weg besser beherrschbar sind. Durch den Fortfall der Vervielfacherketten wird auch das bei diesen auftretende, dem Oszillatorrauschen hinzuzuaddierende Rauschen vermieden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Oszillator als Kollektorgrundsohaltung bzw. Anodenbasisschaltung ausgebildet und der Emitter bzw. Kathodenkreis dient als Ausgang, an den ein Hochpaß zur Unterdrückung der Grundschwingung und ein nachgeschalteter Bandpaß zur Aussiebung der als Nutzschwingung geforderten Harmonischen angeschaltet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht besonders einfach die Anschaltung der Frequenznachregeleinrichtung in der Weise, daß an den Ausgang des Oszillators ein Tiefpaß parallel zum Hochpaß angeschaltet ist, daß die Grenzfrequenz des Tiefpasses zwischen der Grundschwingung und der ersten Harmonischen liegend gewählt ist, und daß an den Tiefpaßausgang die Trequenznaehregeleinrichtung des Oszillators angeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Oszillators hat ferner den Vorteil, daß ohne großen Aufwand eine zusätzliche Winkelmodulation (Phasen- bzw. Frequenzino--

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dulation) vorgesehen werden kann, in dem die Grundschwingung des Oszillators mittels einer Blindwiderstandssteuerung unmittelbar beeinflußt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näh^r er Läutert.

In der der Erläuterung der Erfindung dienenden Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Blockschaltbild eine erfindungsgemäße

Überlagerungeninrichmng um Fig. 2 ein Schaltbild des hierbei zur Anwendung

kommenden Oszillators.

In der Fig. 1 ist der Fall eines sogenannten Empfangsmischers in einem Richtfunkgerät dargestellt. Die Empfangsschwingungen mit der Frequenz fe gelangen über ein Bandpaßfilter BPE zu einer Richtungsgabel RG und über diese zu dem eigentlichen Überiagerungsteil bzw. Mischer M, die in an sich bekannter Weise ausgeführt ist und beispielsweise mit Halbleiterdioden bestückt ist. Vom Ausgang der Überlagerungsstufe M wird beim Ausführungsbeispiel das Zwischenfrequenzsignal ZF für die weitere Verwertung entnommen. Die Frequenz fe der Empfangsschwingung liege beispielsweise zwischen 2151 und 2256 MHz. Die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals ZF betrage beispielsweise 70 MHe. Demzufolge muß der Überlagerungsstufe M über den noch freien Anschluß der Richtungsgabel die ÜberlagerungBschwingung mit der Frequenz fü zugeführt

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werden, die der Summe oder der Differenz aus der Empfangsschwingung und der Zwischenfrequenzschwingung entspricht. Die Überlagerungsschwingung mit der Frequenz fü liefert der an den Anschluß 3 angeschaltete Oszillatorteil. Dieser Oszillatorteil besteht aus einem beispielsweise im Bereich um 700 MHz bei der Frequenz f schwingenden Grundoszillator G, der in stark übersteuertem Zustand betrieben wird. Der Oszillator ist beispielsweise ein netzfreier Transistoroszillator und gibt bei einer aufgenommenen Gleichstromleistung von beispielsweise 3 Watt eine Grundwellenleistung im Frequenzbereich um 700 MHz in der Größenordnung von 500 Milliwatt ab. Durch entsprechend starke Ankopplung des OszüLatorausgangs ist die Klirrdämp-r fung für die in diesem Fall geforderte dritte Harmonische relativ gering; sie wird in diesem Fall mit etwa 13 dB angenommen. An den Ausgang des-Grundoszillators G ist eine Weichenschaltung W angeschlossen, die aus einem Hochpaß und einem Tiefpaß besteht, die eingangsseitig parallel geschaltet sind. Die Grenzfrequenz von Hochpaß und Tiefpaß ist jeweils zwischen der Grundschwingung und der nächst höheren Harmonischen liegend gewählt. Dadurch ge- ' langen die Harmonischen und so vor allem die mit der dreifachen Frequenz (3 f_fi) zu einem Bandpaß BP, der die geforderte Harmonische, in diesem Fall die dritte, mit einer Frequenz von etwa 2100 MHz aussiebt. Bei der angenommenen Klirrdämpfung und unter Berücksichtigung der üblichen Verluste steht dann am Ausgang des Bandpasses BP bei der dritten Harmonischen eine Oberwellenleistung von etwa 25 Milli-

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watt zur Verfügung. Für den Überlagerer M wird bei Verwendung üblicher Halbleiterdioden jedoch wesentlich weniger Überlagerungsuchwingungsleistung benötigt, nämlich etwa 7,5 Milliwatt, bezogen auf den Anschluß 3 der Richtungsgabel. Durch die Einfügung eines Dämpfungereglers DR1 mit einem Regelumfang von 10 bis 20 dB ist es möglich, die am Ausgang des Bandpasses BP vorhandene OberwsLlenenergie entsprechend abzuschwächen. Zugleich wird hierdurch der Vorteil erhalten, daß eine zusätzliche Entkopplung des freischwingenden Grundgenerators von dem eigentlichen Verbraucher gegeben ist. Wesentlich ist weiterhin, daß vom Tiefpaßausgang der Weichenachaltung W die dort vorhandenen etwa 500 Milliwatt Crundwellenleistung für die Frequenzregelung zur Verfugung stehen. Auch hier kann über einen Dämpfungsregler DR2 einerseits für eine ausreichende Entkopplung der Frequenzregeleinrichtung hinsichtlich einer otorenden Rückwirkung auf den Ausgang des Grundoszillators G gesorgt werden und andererseits ein genügend hoher Pegel für die Ansteuerung der Frequenznachregeleinrichtung sichergestellt werden. Die Frequenznachregeleinrichtung ist mit AFC bezeichnet und besteht beispielsweise aus einem ggf. durchstimmbaren Mikrowellenresonator hoher Güte und hoher thermischer und zeitlicher Konstanz, der in einer Diskriminatorschaltung vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang ein Gleichstromnachregelsignal abgibt, welches pur Nachsteuerung des Grundoszillatore G über die Sollfrequenz dient. Gegebenenfalls empfiehlt es sich, so wie angedeutet, die Durchstimmung der Frequen^nachregeleinrichtung AFC

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und des Grundoszillators G- mechanisch sowie elektrisch in Gleichlauf zu bringen. \

In der FigV 2 ist der eigentliche Grand o'szilla tor G in Verbindung mit der fteichenschaltung VT in einigen Details dargestellt. Schematisch ist ein Gehäuse durch stark ausgezogene Linien gezeigt* welches durch zwei Trennwände in drei Kammern unterteilt ist. Die Kammer I enthält den frequenzbestimmenden Resonanzkreis hoher Güte des Grundoszillators, die Kammer II enthält das aktive Element der Oszillatorachaltung mit den entsprechenden Schaltelementen der Betriebsstromversorgung und die Kammer III umschlieit den Hochpaß- und Tiefpaßteil der Weichenschaltang W, den Bandpaß BP und den Dämpfungsregler der Frequenznachregelsehleife. Der Resonanzkreis besteht aus einem Koaxialleitungsresonator mit dem Innenleiter Ki, der mit einer einstellbaren Dachkapazität CL zur Prequenzabstimmung versehen ist. An einem iiapedanzmäSig niederen Punkt sind an den lnnenleitei^v K^ zwei aas einer Kapazitätsdiode Dg-j bzw. Dg₂ und einem Kondensator C, bzw. C«. bestehende Serienkreise angeschlossen, bei denen am Verbindungspunkt zwischen Kapazitätsdiode und Kondensator jeweils eine an das Gehäuse geführte Induktivität Ι».* bzw. Lp angeschaltet ist. Ober die Kapazitätsdiode DgJ und den Kondensator Cj erfolgt dabei über eine geschirmte Gehäusedurchführung die Zuführung der Nachregel spannung Uaj>_g für den Oszillator. Ober die Kapazitätsdiode D_£2 "¹^ die Kapazität Cp wird ein zusätzliches Dienstgespräch DG- auf die Oszillatorschwingung aufmoduliert. Die Zuführung der Diodenvorspannung -Uy erfolgt ebenfalls über geschirmte

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Gehäuse- bzw. Trennwanddurchführungen. Das aktive Element der Oszillatorschaltung ist ein Transistor T, der in Kollektorgrundschaltung ausgebildet ist. Die Basis des Transistors T ist über einen einstellbaren Kondensator C₁ mit dem Innenleiter K^ des Koaxialleitungsresonators verbunden. Am Emitter ist ebenfalls ein einstellbarer Kondensator C~ angeschlossen, über den die Oszillatorschwingung ausgekoppelt wird. Die Zuführung der Transistorvorspannungen erfolgt über Ohmsehe und induktive Schaltelemente, deren Werte für das dargestellte Ausführungsbeispiel in der Fig. 2 eingetragen sind. Die dritte Kammer enthält den Hochpaß- und Tiefpaßteil der Weichenschaltung W, den Bandpaß BP und den Dämpfungsregler der Frequenznachregelschleife. Der Hochpaß besteht aus der Längsinduktivität CU und der Querinduktivität L, und ist über die Anzapfung der Querinduktivität L, mit dem Bandpaß verbunden, bestehend aus der Längskapazität Cc» den Querkapazitäten C. und C^ und ofen parallel zu den Querkapazitäten C. und Cg liegenden Induktivitäten L. und L,-- An einer Anzapfung der Induktivität L^ wird die ausgesiebte Harmonische der Frequenz 3f_ entnommen, die, wie in Fig. 1 gezeigt und vorstehend erläutert, über den Dämpfungsregler DR1 und die Richtungsgabel RG dem Mischer zugeführt wird. Der Tiefpaß sur Aussiebung der Grundschwingung besteht aus der Längsinduktivität L^ und der Querkapazität C₇. An diesen Tiefpaß schließt sich der Dämpfungsregler DR2 an, bestehend aus einer H -Schaltung der Widerstände R₁, R₂ und R,. Die gedämpfte Grundschwingung f wird danach der Frequenznachregeleinrichtung AFC zugeführt und wird, ebenso wie die

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dritte Harmonische, über geschirmte Durchführungen aus der Kammer III herausgeführt.

3 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

( 1.JÜberlagerungseinriohtung füx sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einer Mischstufe, der eine Oberlagerungsschwingung zugeführt wird, die ein Oszillator liefert, zu dessen Ausgangsschwingung die Überlagerungsschwingung eine Harmonische ist, dadurch gekennzeichnet, daß der freischwingende Oszillator ein in derart stark übersteuertem Zustand betriebener frei schwingender Oszillator ist, daß bei der geforderten Harmonischen nennenswert mehr Schwingungsenergie vorliegt als in der Mischstufe erforderlich ist, daß zwischen den freischwingenden Oszillator und die Mischetufe ein die Harmonische als Nutzschwingurig aussiebendes Filter und ein der Einstellung des geforderten Pegels der Überlagerungsschwingung dienendes Dämpfungsglied eingefügt sind, und daß der freischwingende Oszillator mit einer Frequenz nachregeleinrichtung versehen ist, die auf der (rrundfrequenz des frei schwingend en Oszillators arbeitet.
2. Überlagerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator als Kollektor-Grundschaltung bzw. Anodenbasisschaltung ausgebildet ist und dessen Emitterbzw. Kathodenkreis als Ausgang dient, und daß an den Ausgang ein Hochpaß zur unterdrückung der Grundschwingung und ein nachgeschalteter Bandpaß zur Aussiebung der als Nutzschwingung geforderten Harmonischen angeschaltet sind.

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Überlagerimgseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h g e k e η η ze i c h η et, daß an den Ausgang ein Tiefpaß parallel zum Hochpaß angeschaltet ist, daß die Grundfreqiienz des Tiefpasses zwischen der Grundschwingung und der ersten Harmonischen liegend gewählt ist, und daß an den !Piefpaßausgang die Prequenznachregeleinrichtung des Oszillators angeschaltet ist.

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