DE2047145A1

DE2047145A1 - Einrichtung zur Anschaltung mehrerer Frequenzvervielfacherstufen an einen gemeinsamen Generator für die Grundfrequenz

Info

Publication number: DE2047145A1
Application number: DE19702047145
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8190 Wolfratshausen Heise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1970-09-24
Publication date: 1972-03-30
Also published as: BE772987A; NL7113110A; GB1357145A; US3711784A; CH529475A; NL156282B; AT313975B; FR2108440A5; AU3384771A; SE361991B; DE2047145B2; DE2047145C3; JPS5038544B1; CA931230A

Description

Einrichtung zur Anschaltung mehrerer Frequenzvervielfacherstufen an einen gemeinsamen Generator für die Grundfre q uenz .

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anschaltung mehrerer Prequenzvervielfacherstufen mit unterschiedlicher Ausgangsfrequenz, von denen jeweils nur eine in Betrieb ist, an einen gemeinsamen Generator für die Grundfrequenz.

Für die Erzeugung von Sende- und Empfängeroszillatorfrequ'enzen für breite Frequenzbänder und in Stufen schaltbare Frequenzen ist es zweckmäßig, Frequenzvervielfacher zu verwenden, die sich z.B. mittels Halbleiterdioden einfach aufbauen lassen. Es besteht an sich die Möglichkeit, verschiedene Generatoren für die Grundfrequenz vorzusehen; einfacher ist jedoch der Weg, an einen gemeinsamen Oszillator für diese Vervielfacherstufen mit unterschiedlicher Vervielfachungszahl je nach der benötigten Ausgangsfrequenz anzuschalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für diesen Fall eine Einrichtung anzugeben, die einfach schaltbar ist und dabei dennoch hohe Anforderungen in bezug auf Nebenwellen und unerwünschte Frequenzen erfüllt.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Anschaltung mehrerer Frequenzvervielfacherstufen mit unterschiedlicher Ausgangsfrequenz, von denen jeweils nur

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eine in Betrieb ist, an einen gemeinsamen Generator für die Grundfrequenz, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die einzelnen Vervielfacher eingangsseitig über Schaltdioden an den Generator und/oder eine diesem nachgeschaltete Trennverstärkerstufe und ausgangsseitig über je ein Bandpaßfilter für die zu gewinnende Oberwelle an eine gemeinsame Ausgangsleitung angeschaltet sind, und daß über die Schaltdioden im Durchschaltefall zugleich der Versorgungsstrom für den Generator und/oder die Trenn- W verstärkerstufe zugeführt ist.

Vorteilhaft wird gleichzeitig mit dem Durchschaltekriterium für die in Betrieb zu setzende Vervielfacherstufe ein Spannungskriterium auf sämtliche anderen zu sperrenden Vervielfacherstufen gegeben, das im Sinne einer Verstimmung und Dämpfung der zugehörigen Vervielfacherkreise wirksam ist.

Vorteilhaft werden die einzelnen Vervielfacherstufen mit Halbleiterdioden, insbesondere step-recovery-Dioden ausgerüstet, an die im Ruhezustand entweder eine hohe Sperrspannung oder ein Vorstrom in Durchlaßrichtung ™ angelegt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn sämtlichen Vervielfachern über Widerstände eine Sperrspannung zugeführt ist, die für die jeweils anzuschaltende Vervielfacherstufe kurzgeschlossen wird.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Schaltdioden in den Längszweig so eingeschaltet sind, daß die Vor-

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spannung für die jeweils nicht "benutzten Vervielfacherstufen gleichzeitig im Sinne einer Sperrung dieser Dioden wirksam ist.

Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich dann, wenn die Sperrspannung für die Vervielfacherstufen über einen gemeinsamen Widerstand einerseits über ein HP-Entkopplungsglied, vorzugsweise eine Drossel, an die Schaltdiode angelegt ist und andererseits über den die automatische Vorspannung für die Vervielfacher- g diode mitbestimmenden Arbeitswiderstand an der Verviel- " facherdiode liegt, und wenn für den Arbeitszustand der betreffenden Vervielfacherstufe die am Verbindungspunkt des gemeinsamen Widerstandes mit dem Arbeitswiderstand liegende Spannung kurzgeschlossen wird.

Ein weiteres vorteilhaftes Aisführungsbeispiel besteht " · darin, daß der Arbeitswiderstand getrennt vorgesehen ist und gleichstrommäßig parallel zu ihm eine Transistortrennstufe vorgesehen ist, die emitterseitig aus dem gemeinsamen Widerstand gespeist ist und so dimensioniert ist, daß sie im nichtdurchgeschalteten Zustand gegenüber dem Arbeitswiderstand einen hoch- J

ohmigen Kreis darstellt, während sie in durchgeschaltetem Zustand einen genügend hohen Durchlaßstrom für die Vervielfacherdiode liefert.

Zu einer noch höhere Anforderungen an die Entkopplung der einzelnen Stufen erfüllenden Einrichtung gelangt man dann, wenn nach der Schaltdiode ein Sperrkreis für die in der zugehörigen Vervielfacherstufe zu ge*

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winnende Oberwelle vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt es, aus einer einzelnen Grundfrequenz durch die stufenweise Anschaltung jeweils eines Vervielfachers höhere Ausgangsfrequenz eine große Anzahl beispielsweise dekadisch abgestufter Frequenzen zu erhalten. Durch die Anwendung der vorstehend geschilderten Entkopplungen sind dabei Nebenwellen, die von jeweils nicht benutzten Vervielfacherstufen stammen, weitgehend unterdrückt .

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung, bei dem die G-rundwellenfrequenz fo über einen Zwischenverstärker V auf eine Reihe von eingangs parallel' geschalteten Schaltdioden SD1 bis SD2.. auf einzelne Vervielfacherzweige A, B usw. gelangt. E^nfachheitshalber sind in den betreffenden Figuren nur je zwei Vervielfacherstufen gezeichnet; durch die gestrichelten Linien ist jedoch angedeutet, daß viele solche Stufen parallel geschaltet sein können. Die Vervielfacherzweige bestehen i.w. aus je einem Entkopplungskondensator C1, C2, einem Tiefpaß TP1, TP2 für die Gruhdfrequenz, dem eigentlichen Vervielfacher V1, V2 - hier mit einer Halbleiterdiode ausgestattet - auf jeweils einen Bandpaß BP1, BP2, der auf die gewünschte Oberwelle abgestimmt ist. Die Bandpässe liegen ausgangsseitig über ein Weichennetzwerk W an einer ge meinsamen Ausgangsklemme, die also alle erzeugten

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Vielfachen der Grundfrequenz fο abzugehen vermag. Die Gleichspannungszuführung für die Schaltdioden erfolgt über die Drosseln Dr1, Dr2.

Wie aus Pig. 2 hervorgeht, wird jeweils eine der Dioden in Durchlaßrichtung beansprucht und führt dann gleichzeitig den Versorgungsstrom für die vorhergehende Iransistorverstärkerstufe V oder den Grundfrequenzoszillä;or selber. Dadurch wird der sonst nötige Diodenschaltstrom nicht in einem zusätzlichen Widerstand verbraucht, sondern dient zur Speisung "

des Liefernetzwerkes für die Grundfrequenz.

In Fig. 2 ist der Verstärker V als Transistorstufe ausgebildet, an deren Emitterleitung die Versorgungsspannung ÜB - hier z.B. -24 V - anliegt. Über die Leitung L1 gelangt normalerweise eine der Sperrung der einzelnen Stufen dienende negative Spannung in etwa der Höhe von UB über jeweils die Widerstände R1, R2 und die Drosseln Dr1, Dr2 an die Dioden SD1, SD2. Nur wenn der mit a, b usw. bezeichnete Punkt bei jedem Vervielfacher durch den getrennt gezeichneten Schalter S links im Schaltbild mit dem Nullpunkt der Schal- M tung verbunden ist, gelangt an die jeweilige Schaltdiode, hier z.B. SD1, eine Spannung, die diese in den Durchlaßzustand versetzt und gleichzeitig den Versorgungsstrom über ein Entkopplungsnetzwerk für den Transistor ΤΠ liefert. Da der Spannungsabfall an den Schaltdioden vernachlässigbar klein ist, steht dann an sämtlichen anderen Stufen, also beispielsweise der Stufe B bei der Diode SD2, am Zusammenschaltpunkt der Grundfrequenzeingänge gleichstrom-

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mäßig das Erdpotential und die Sperrspannung über die Leitung L1 (z.B. -23 V) sperrt alle übrigen Schaltdioden.

Um eine bessere Entkopplung zwischen den einzelnen Stufen zu schaffen, ist es jedoch zweckmäßig, auch an die Vervielfacherdioden D1, D2 selbst eine Spannung anzulegen, die diese entweder in den völlig gesperrten oder völlig leitenden Zustand versetzt, wenn die betreffende Stufe außer Betrieb gesetzt werden soll

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Pail, daß die Diode in einen Arbeitspunkt versetzt wird, der weit über ihrer normalerweise durch Selbstgleichrichtung im Arbeitszustand herrschenden Sperrspannung liegt. Hierzu ist der Arbeitswiderstand R11, R12 der Stufen an den Verbindungspunkt der Drosseln Dr1 mit den zugehörigen Widerständen R1, R2 gelegt. Im Betriebszustand der Vervielfacherstufe, wie im Zweig A dargestellt, ist dieser Punkt geerdet und demnach kann sieh über die für Gleichstrom durchlässigen Tiefpaßglieder LT1, LT11, GT1, CT11 an den Kondensatoren C1, C2 und den ausgangsseitigen Blockkondensatoren eine automatische Vorspannung der Diode D1 aufbauen. Hier im Beispiel beträgt diese Spannung etwa -HV. Im ausgeschalteten Zustand der Vervielfacherzweige B, C, D.. liegt dagegen über die Arbeitswiderstände R11, R12 die hohe Sperrspannung der Leitung L1 (ca. -23 V im Beispiel) in Sperrichtung an den Vervielfacherdioden. Dies hat den Vorteil, daß die zugehörigen Netzwerke durch die kleinere Kapazität der Diode bedingt verstimmt werden.

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Dadurch wird eine weitere Verbesserung gegen Nebenwellen erzielt, die sonst wie folgt entstehen könnten. Da in jeder Diode auch im gesperrten Zustand über die Restkapazitäten der Schaltdioden alle möglichen Oberwellen erzeugt werden, könnte die in Betrieb befindliche Stufe über die gemeinsame Speiseleitung für die Grundfrequenz an sämtlichen anderen Stufen solche Oberwellen liefern, auf die diese Stufen abgestimmt sind. Dadurch wurden viele Stufen, insbesondere diejenigen, die unmittelbar frequenzbenachbart der arbeitenden Stufe sind, störende Nebenwellen im Ein- oder Vielfachen des Grundfrequenzabstandes liefern. HF-Reste der Grundwelle, die an nicht benutzte Stufen gelangen, könnten ferner dort Oberwellen erzeugen, die der der arbeitenden Stufe gleich sind. Solche Anteile wurden eine Art Phasenrauschen auf der gewünschten Arbeitsfrequenz erzeugen, da diese Produkte ja mit anderen Phasen und Amplituden an den Ausgang der arbeitenden Stufen gelangen. Bereits durch die geschilderten Schaltungsmaßnahmen gemäß Fig. 2 läßt sich eine Entkopplung von ca. 70 dB für die Nebenwellen unter den einzelnen Stufen erzielen. Maßgeblich für die Entkopplung ist dabei, wie bereits erwähnt, die Kreisverstimmung der nicht benutzten Stufen, die im Ausführungsbeispiel etwa 2,5 $> betrug. Ist z.B. die Stufe A in Betrieb und erzeugt aus einer Grundfrequenz von fo = 50 MHz die 15· Oberwelle von 750 MHz, so entsteht an der arbeitenden Diode auch die Frequenz 650 MHz (= 13. Oberwelle). Diese könnte beispielsweise auf dem erwähnten Rückwärtsweg auf den Zweig B gelangen, dessen gewünschte Ausgangsfrequenz eben 650 MHz betragen soll. Da die Diode D2

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dieses Zweiges jedoch durch die hohe Sperrspannung die zugehörigen Kreise verstimmt, so daß diese auf hier im Beispiel 670 MHz zu liegen kommen, ist die Dämpfung dieser Nebenwelle, die an sich bereits durch den Tiefpaß bei der Stufe A schon groß ist, auf etwa 70 MHz steigerbar.

Weitere Verbesserungen hinsichtlich der Entkopplung lassen sich, wie in den Figuren 3 bis 5 angegeben, erreichen.

In Fig. 3 sind die Vervielfacherdioden Dt, D2 so ge- ! schaltet, daß die Sperrspannung an den Punkten a, b diese Dioden im Ruhezustand des jeweiligen Vervielfachers in den Durchlaßzustand versetzt. Alle sonsti- _; gen Schaltungseinzelheiten sind gegenüber der Fig. 2 ι

gleich geblieben, weshalb eine nähere Bezeichnung dieser Elemente hier unterblieben ist·

Da einerseits bei einer derartigen Schaltung R11 und R1 niederohmig sein sollen, um der Diode einen möglichst großen Strom in Durchlaßrichtung aufzuprägen, andererseits jedoch die Widerstände R11, R1 usw. gleichzeitig die Arbeitswiderstände für die automatische Vorspannung bilden, ist es bisweilen erforderlich, einen ungünstigen Kompromiß zu schließen. Die Arbeitswiderstände für die automatische Vorspannungserzeugung sollen nämlich an· sich in vielen Fällen relativ hochohmig sein. Durch die Schaltung nach Fig. 4 ist %in ungünstiger Kompromiß vermieden, da hier der Arbeitewiderstand Ra getrennt vorgesehen und unmittelbar mit Masse verbunden ist. Der Kreis mit den früheren Widerständen R11, R12 usw.

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■ist hier durch die Transistoren TrH, Tr12.. und deren Kollektorarbeitswiderstand Rv1, Rv2 sowie zusätzliche HF-Drosseln Dr11, Dr12 ersetzt. Die Vorspannung zur Sperrung der Stufen liegt nunmehr an den Emittern dieser Transistoren. Ihre Basen sind jeweils über die Widerstände Rb mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden. Gelangt nun an die Punkte a, b das Erdpotential, so ist die betreffende Transistorstufe gesperrt und bildet einen sehr hohen Widerstand gegenüber Ra. Diese Stufe kann also unter den optimalen Bedingungen hinsichtlich ihres Arbeite- " Widerstandes Ra arbeiten. Im abgeschalteten Zustand der Vervielfacherstufe, wie bei 2b angenommen, ist dagegen der Entkopplungstransistor durch die Vorspan-, nung in den leitenden Zustand versetzt und prägt der Vervielfacherdiode den wünschenswerten Vorstrom auf. Der Vorstrom in Durchlaßrichtung hat nicht nur eine Verstimmung, sondern auch eine erhebliche Dämpfung der gerade nicht in Betrieb befindlichen Stufen zur Folge, wodurch eine noch weitergehende Entkopplung wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erreicht wird.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Unterdrückung λ von Nebenwellen ist in Fig. 5 als Schaltungseinzelheit dargestellt. Dort befindet sich nach der Schaltdiode SD ein Serienresonanzkreis, bestehend aus den Elementen Ls und Cs, der auf die in dieser Vervielfacherstufe gewünschte Oberwelle abgestimmt ist. Dadurch wird diese Oberwelle eingangsseitig unterdrückt, so daß von der Sammelschiene für die Grund-, frequenz SG her von der tätigen Vervielfacherstufe erzeugte unerwünschte iTebenwellen in diesem Kreis

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zusätzlich gedämpft werden. Ferner wird die in der eigenen Vervielfacherstufe erwünscht erzeugte Oberwelle eingangsseitig unterdrückt, so daß durch diesen Kreis eine doppelte Sperrwirkung erzielt wird.

9 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

P stent an sprüche

Einrichtung zur Anschaltung mehrerer Frequenzvervielfacher stuf en mit unterschiedlicher Ausgangsfrequenz, von denen jeweils nur eine in Betrieb ist, an einen gemeinsamen Generator für die Grundfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Vervielfacher eingangsseitig über Schaltdioden an den Generator und/oder eine diesem nachgeschaltete Trennverstärkerstufe und ausgangsseitig über je ein Bandpaßfilter für die zu gewinnende Oberwelle an eine gemeinsame Ausgangsleitimg angeschaltet sind, und daß über die Schaltdioden im Durchschaltefall zugleich der Versorgungsstrom für den Generator und/oder die Trennverstärkerstufe zugeführt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Durchsehaltekriterium für die in Betrieb zu setzende Vervielfacherstufe ein Spannungskriterium auf sämtliche anderen zu sperrenden Vervielfacherstufen gegeben wird, das im Sinne einer Verstimmung und Dämpfung der zugehörigen Vervielfacherkreise wirksam ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfacherstufen mit Halbleiterdioden, insbesondere step-reeovery-Dioden ausgerüstet sind, deren Vorspannung für die zu sperrenden Vervielfacherstufen in den Bereich hoher Sperrspannung gegenüber dem normalen Arbeitspunkt verlegt wird.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfacherstufen mit Halbleiterdioden, insbesondere step-recovery-Dioden ausgerüstet sind,, die bei den zu sperrenden Vervielfacherstufen in. Durchlaßrichtung vorgespannt werden;.,
5. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß sämtlichen Vervielfachern über Widerstände eine Sperrspannung zugeführt ist,, die für die jeweils anzuschaltende Vervielfacherstufe kurzgeschlossen wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdioden in den Längszweig so eingeschaltet sind, daß die Vorspannung für die jeweils nicht benutzten Vervielfacherstufen gleichzeitig im Sinne einer Sperrung dieser Dioden wirksam ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrspannung für die Vervielfacherstufen über einen gemeinsamen Widerstand einerseits über ein KF-Entkopplungsglied, vorzugsweise eine Drossel, an die Schaltdiode angelegt ist und andererseits über den die automatische Vorspannung für die Vervielfacherdiode mitbestimmenden Arbeitswiderstand an der Vervielfacherdiode liegt, und daß für den Arbeitszustand der betreffenden Vervielfacherstufe die am Verbindungspunkt des gemeinsamen Widerstandes mit dem Arbeitswid'erstand liegende Spannung kurzgeschlossen wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitswiderstand getrennt vorgesehen ist und

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gleichstrommäßig parallel zu ihm eine Transistortrennstufe vorgesehen ist, die emitterseitig aus dem gemeinsamen Widerstand gespeist ist und so dimensioniert ist, daß sie im nichtdurchgeschalteten Zustand gegenüber dem Arbeitswiderstand einen hohohmigen Kreis darstellt, während sie in durchgeschaltetem Zustand einen genügend hohen Durchlaßstrom für die 'Vervielfacherdiode liefert.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Schaltdiode ein Sperrkreis für die in der zugehörigen Vervielfacherstufe zu gewinnende Oberwelle vorgesehen ist.

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