DE2057633C3 - Frequenzgenerator zur Erzeugung einer unverzerrten amplitudenmodulierten VHF-Trägerfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzgenerator zur Erzeugung einer unverzerrten, amplitudengeregelten VHF-Trägerfrequenz, die verzerrungsfrei durch ein Modulationssignal amplitudenmoduliert ist mit einem Modulationselement mit nicht-linearer Charakteristik und einer Modulations- und Amplitudenregelschleife, welche einen Amplitudenvergleicher aufweist, auf dessen Eingänge durch zwei identische Gleichrichterund Siebnetzwerke erzeugte Signale aufgegeben werden, wobei die Netzwerke das Ausgangssignal des Generators bzw. ein anderes amplitudenmoduliertes Signal aufnehmen. Der Trägerfrequenzgenerator soll innerhalb eines breiten Frequenzbandes, etwa von 100 bis 500 MHz, arbeiten.

Im allgemeinen liefern Frequenzgeneratoren zur Erzeugung einer unverzerrten und amplitudengeregeiten Trägerfrequenz, die verzerrungsfrei amplitudenmoduliert ist, eine Ausgangsspannung von weniger als V_C[f. Diese Spannung genügt für die Meßzwecke, für die man solche Generatoren einsetzt. Dabei ist die Erzeugung einer höheren Amplitude auch unerwünscht, weil ein Verstärker für derart hohe Frequenzen, insbesondere ein Breitbandverstärker, erheblichen Aufwand erfordert.

Diese niedrige Ausgangsspannung führt aber andererseits auch zu erheblichen Schwierigkeiten, wenn die Trägerfrequenz klirrarm moduliert sein soil und die Ausgangsspannung geregelt wird. Notwendigerweise muß ja in der Regelschleife von dem Ausgang des Generators zum Regeleingang ein Gleichrichter liegen.

der bei solchen niedrigen Spannungen nur ein verzerrtes Ausgangssignal liefert Wenn nun am Referenzeingang der Regelschleife ein Modulationssignal liegt ergibt sich am Ausgang des Generators ein s komplementär verzerrtes Modulationssignal. Hinzu kommt eine weitere Schwierigkeit Definitionsgemäß muß der Generator ein Modulationselement enthalten, dessen Steuereingang mit dem Modulations- und dem Regelsignal beaufschlagt wird. Verwendet man als

ίο Modulationselement einen Transistor, so ergeben sich durch dessen Kennlinienkrümmung Oberwellen der Trägerfrequenz, die mittels dem Generator nachgeschalteter Filter ausgesiebt werden müssen. Verwendet man als Modulationselement dagegen eine PIN-Diode,

is so ergeben sich zwar unverzerrte Trägerfrequenzwellen, die Modulationsumhüllende aber wird stark verzerrt weil der Kennlinienverlauf der PIN-Diode für lineare Modulation deckbar ungeeignet ist (PIN-Dioden sind handelsübliche Halbleiterbauelemente mit einer positiv, einer Intrinsic- und einer negativ leitenden Schicht). Sie haben die Eigenschaft für Frequenzen oberhalb etwa 1 MHz als Ohmsche Widerstände zu wirken, wobei das dynamische Strom-Spannungs-Verhalten abhängig ist von einem Steuerstrom. Dieser Steuerstrom ist im vorliegenden Fall das Modulationssignal. Es ist nun bekannt in den Rückkopplungspfad der Regelschleife eines solchen Generators ein Gleichrichternetzwerk zu schalten, dessen nicht-lineares Verhalten durch ein zusätzliches Kompensationswerk in Form einer Diodenmatrix mehr oder weniger linearisiert wird. Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Anordnung ein Klirrfaktor der Modulation in der Größenordnung von 5% das beste Ergebnis ist.

Durch die US-Patentschrift 34 86 128 ist zwar bereits ein Frequenzgenerator der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, bei dem eine verhältnismäßig hohe Amplitude erzeugt werden kann, jedoch erfordert der dort beschriebene Verstärker erheblichen Aufwand, wenn der Klirrfaktor hinreichend klein gehalten werden soll.

Durch die DE-AS 10 10 589 ist eine Senderschaltung mit Amplitudenmodulation bekannt geworden, bei der zwei getrennt modulierte Leistungsanteile mit im wesentlichen untereinander gleicher Phasenlage der Trägerschwingung und einander entsprechenden Phasen der Modulationsschwingungen einem gemeinsamen Ausgangskreis zugeführt und in diesem additiv zusammengefaßt werden. Dabei handelt es sich aber nicht um einen Frequenzgenerator der eingangs genannten Gattung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Klirrfaktor in der Größenordnung von 1 % liegt was hier als »verzerrungsfrei« bezeichnet werden soll. Dabei wird in Rechnung gestellt, daß sowohl durch das Gleichrichternetzwerk als auch durch das Modulationselement Verzerrungen der Modulation eingeführt werden, die ausgeglichen werden müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Frequenz des anderen Signales (Hilfsfrequenz) um ein Vielfaches kleiner ist als die Trägerfrequenz; und daß das andere Signal amplitudengeregelt und verzerrungsfrei amplitudenmoduliert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

b5 Erfindung ist es vorgesehen, daß das andere Signal (Hilfsfrequenz) durch einen Hilfsfrequenzgenerator mit bekannter Modulations- und Regelschleife erzeugt wird, wobei die Amplitude des auf die Schleife aufgegebenen.

licht-modulierten Signales um ein Vielfaches größer st als die mittlere Amplitude des Generatorausgangssignals; und daß zwischen dem Ausgang des Hilfsfrequenzgenerators und dem der Hilfsfrequenz zugeordneten Gäeichrichter- und Siebnetzwerk ein Amplitudendämpfungsglied vorgesehen ist

Vorzugsweise ist das Modulationselement mit nichtlinearer Charakteristik eine PIN-Diode oder ein äquivalentes Element

Beim erfindungsgemäßen Frequenzgenerator, bei dem die Bezugsspannung der Regelschleife also am Ausgang eines zweiten, mit dem ersten identisch aufgebauten Gleichrichternetzwerkes abgegriffen wird, an dessen Eingang eine unverzerrt modulierte und amplitudengeregelte Hilfsfrequenz liegt, ergibt sich folgende Wirkungsweise:

In der Regelschleife liegt ein Amplitudenvergleicher mit einem Detektor, der den Ist-Wert der Amplitude am Generatorausgang in seiner durch das Gleichrichternetzwerk verzerrten Form mit der Bezugsspannungsamplitude vergleicht und die Modulation des Generators mittels eines der Differenz beider Signale proportionalen Steuerstromes so nachstellt, daß die beiden zu vergleichenden Signale in jedem Augenblick gleiche Amplitude aufweisen. Da beide Gleichrichternetzwerke die ihnen zugeführten Signale in identischer Weise verzerren, das Hilfsfrequenzsignal erfindungsgemäß amplitudengeregelt und verzerrungsfrei amplitudenmoduliert ist und so das Eingangssignal am zweiten Netzwerk bezüglich seiner Modulationsumhüllenden den gewünschten Verlauf hat, werden alle Verzerrungen der Modulation sowohl durch die ungünstige Kennlinie der als Modulationselement bevorzugt verwendeten PIN-Diode als auch durch die Nicht-Linearität des Rückkopplungs-Gleichrichternetzwerkes ausgeregelt. Da es unerheblich ist, welche Hilfsfrequenz dem zweiten Gleichrichternetzwerk zugeführt wird, solange sie nur um mindestens drei Größenordnungen über der Modulationsfrequenz liegt, und die Hilfsfrequenz nicht konstant zu sein braucht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Frequenz des anderen Signales (Hilfsfrequenz) um ein Vielfaches kleiner als die Trägerfrequenz zu wählen. Dies erlaubt die Verwendung eines schmalbandigen Generators zur Erzeugung der Kilfsfrequenz. Diese Voraussetzungen ermöglichen es, eine Hilfsfrequenz mit geringem Aufwand zu erzeugen, deren Amplitude um mindestens eine Größenordnung über der der Trägerfrequenz liegt. Eine derart hohe Amplitude in der Größenordnung von lOVeff oder mehr läßt sich naturgemäß mit sehr geringen Verzerrungen gleichrichten und modulieren, wofür man an sich bekannte Schaltungen einsetzen wird.

Der Aufwand für die Erzeugung der Hilfsfrequenz in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Weise ist im Verhältnis zu den erzielten Verbesserungen sehr gering, da ein Generator für die Modulationsfrequenz ohnehin vorgesehen sein muß.

Die Erfindung soll nachstehend anhand des in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Frequenz generators erläutert werden.

Der Generator 10 erzeugt eine Trägerfrequenz zwischen 100 und 500 MHz; die Amplitude seines Ausgangssignals liegt im Mittel bei 0,4 V_eff und kann an den Enden des Frequenzbereichs auf 0,2 V_err absinken. Die Ausgangsamplitude wird mithin auf einen Wert von 0,2 V_c[f geregelt. Zu diesem Zweck und auch für die Amplitudenmodulation der Trägerfrequenz ist ein Modulator 12 vorgesehen, der eine oder mehrere PIN-Dioden umfaßt Diese bilden mit der (nicht dargestellten) Belastung am Ausgang einen Spannungsteiler, und über dem dynamischen Widerstand der PIN-Dioden fällt umso mehr Spannung ab, je höher ein sie durchfließender Steuerstrom ist Dieser Steuerstrom ist das Regelsignal, das am Ausgang eines Differenzverstärkers 16 erscheint Dem einen Eingang 16' des Verstärkers 16 wird die Trägerfrequenz am Ausgang

ίο des Modulators über ein erstes Gleichrichternetzwerk 18 zugeführt; dieses umfaßt eine Diode und ein Siebnetzwerk, das die gleichgerichtete Trägerfrequenz an Masse legt, den Gleichspannungsanteii mit der überlagerten Modulationsumhüllenden aber an den Eingang 16'legt

Der andere Eingang 16" des Verstärkers liegt am Ausgang eines zweiten Gleichrichternetzwerkes 20, das mit dem ersten identisch aufgebaut ist. Der so gebildete Regelkreis arbeitet in bekannter Weise so, daß die Ausgangsspannung des Modulators 12 der »Führungsgröße« am Eingang des zweiten Gleichrichternetzwerkes 20 folgt, und zwar nur bezüglich des Gleichspannungsanteils und der Hüllkurve, während die jeweiligen Trägerfrequenzen unterschiedlich sein dürfen. Man muß also dafür sorgen, daß am Eingang des zweiten Gleichrichternetzwerkes eine Hilfsfrequenz anliegt, die unverzerrt moduliert und bezüglich ihrer Amplitude so geregelt ist, wie man die Regelung am Ausgang des Modulators haben möchte. Zu diesem Zweck ist ein Hilfsfrequenzgenerator 22 vorgesehen, der auf einer Frequenz von beispielsweise 20 MHz schwingt. Gegebenenfalls kann man diese Frequenz auch an irgendeiner Stelle eines Gerätes abgreifen, für das der Trägerfrequenzgenerator als Bauteil vorgesehen ist, beispielsweise eines Frequenzsynthesegerätes.

Dem Hilfsfrequenzgenerator ist ein Modulator 24 nachgeschaltet, der die Festfrequenz von 20 MHz, deren unmodulierte Amplitude etwa bei 6 V_Cff liegt, mit einer Modulationsspannung moduliert. Diese Modulation kann weitgehend verzerrungsfrei erfolgen, da die Trägeramplitude hoch genug ist. Die Modulationsspannung wird am Führungsgrößeneingang eines Differenzverstärkers 26 eingespeist, der in der Regelschleife des Modulators 24 liegt; in dieser ist ein normales Gleichrichter- und Siebnetzwerk 28 vorgesehen, das eine Amplitudenregelung anhand eines Sollwertes für die Trägerfrequenzausgangsamplitude ermöglicht. Der Sollwert ist einfach eine Gleichspannung, die dem Gleichspannungsanteil der gleichgerichteten Hilfsfrequenz entgegengeschaltet ist.

Am Ausgang des Modulators 24 steht mithin eine verzerrungsfrei modulierte und amplitudengeregelte Hilfsfrequenz, die gegebenenfalls stark oberwellenhaltig ist und auch sein darf, da der Hochrrequenzanteil ohnehin an Masse geführt wird. Dieses Signal, das noch eine verhältnismäßig hohe Amplitude aufweist, wird nun mittels eines Dämpfungsgliedes, beispielsweise eines kapazitiven Spannungsteilers 30, auf den gewünschten Effektivwert herabgesetzt; neue Verzerrungen werden dadurch nicht eingeführt. Der Ausgang des Spannungsteilers 30 liegt am Eingang des zweiten Gleichrichternetzwerkes 20.

Mit dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ergeben sich folgende Werte für die

f>5 Trägerfrequenz:

Frequenz 100... 500 MHz mit einem Klirrfaktor von 1% bei einem Modulationsgrad von 80% und einer Ausgangsspannung von 0,2 V_err.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Frequenzgenerator zur Erzeugung einer unverzerrten, amplitudengeregelten VHF-Trägerfrequenz, die verzerrungsfrei durch ein Modulationssignal amplitudenmoduliert ist mit einem Modulationselement mit nicht-linearer Charakteristik und einer Modulations- und Amplitudenregelschleife, welche einen Amplitudenvergleicher aufweist, auf dessen Eingänge durch zwei identische Gleichrichter- und Siebnetzwerke erzeugte Signale aufgegeben werden, wobei die Netzwerke das Ausgangssignal des Generators bzw. ein anderes amplitudenmoduliertes Signal aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des anderen Signals (Hilfsfrequenz) um ein Vielfaches kleiner ist als die Trägerfrequenz; und daß das andere Signal amplitudengeregelt und verzerrungsfrei amplitudenmoduliert ist

2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das andere Signal (Hilfsfrequenz) durch einen Hilfsfrequenzgenerator (22—28) mit bekannter Modulations- und Regelschleife erzeugt wird, wobei die Amplitude des auf die Schleife aufgegebenen, nicht-modulierten Signales um ein Vielfaches größer ist als die mittlere Amplitude des Generatorausganges; und daß zwischen dem Ausgang des Hilfsfrequenzgenerators und dem der Hilfsfrequenz zugeordneten Gleichrichter- und Siebnetzwerk (20) ein Amplitudendämpfungsglied (30) vorgesehen ist.

3. Frequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Modulationselement mit nicht-linearer Charakteristik (12) eine PIN-Diode oder ein äquivalentes Element ist.