DE2121385A1

DE2121385A1 - Transceiver for the decimeter wave range

Info

Publication number: DE2121385A1
Application number: DE19712121385
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 8023 Pullach; Garbrecht Kurt Dr.-Ing. 8021 Neuried; Schedelbeck Werner Dipl.-Phys.; Schröder Helmut Dipl.-Ing.; 8000 München Euler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE2121385B2; DE2121385C3

Description

Sende-Empfangsgerät für den Dezimeterwellenbereich Bei Filtern und Resonanzkreisen im Mikrowellenbereich werden häufig Elemente benutzt, bei denen die Eigenschaften der ferromagnetischen Resonanz ausgenutzt werden. Hierfür ist ein Ferrit-Einkristall aus Yttrium-Eisengranat (nachfolgend wird die Abkürzung YIG verwendet) bekannt geworden, das den Vorteil hat, daß es unter dem Einfluß eines veränderbaren magnetischen Feldes, z.B. Transceiver for the decimeter wave range With filters and Resonance circuits in the microwave range are often used elements in which the properties of ferromagnetic resonance can be exploited. For this is a ferrite single crystal made from yttrium iron garnet (hereinafter the abbreviation YIG used) has become known, which has the advantage that it is under the influence of a variable magnetic field, e.g.

eines Elektromagneten, seine Resonanzfrequenz in weiten Bereichen verändert. Diese Elemente haben jedoch den Nachteil relativ geringer Hochfrequenzbelastbarkeit, was besonders bei YIG-Bandpässen, weniger aber bei YIG-Sperrkreisen zur Wirkung kommt. of an electromagnet, its resonance frequency in a wide range changes. However, these elements have the disadvantage of relatively low high-frequency power handling, which is particularly effective with YIG bandpass filters, but less so with YIG trap circuits comes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende-Empfängerschaltung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der unter Verwendung von YIG-Filtern ein großer Durch stimmbereich erzielbar ist, ohne Inkaufnahme des Nachteiles, nur sehr geringe Sendeleistung anwenden zu können.The invention is based on the object of a transceiver circuit of the type mentioned at the beginning, when using YIG filters large tuning range can be achieved without accepting the disadvantage, only very much to be able to use low transmission power.

Diese Aufgabe wird bei einem Sende-Empfangsgerät für den Dezimeterwellenbereich, bei dem Sender und Empfänger über einen größeren Frequenzbereich kontinuierlich abstimmbar sind und über eine insbesondere als Zirkulator ausgebildete Weiche an einer gemeinsamen Antenne liegen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Weiche aus betrachtet, jeweils zunächst eine Bandsperre für die Frequenz des jeweils anderen Weichenzweiges vorgesehen ist und an diese Band sperre sich insbesondere nur im Empfängerzweig ein Bandpaß anschließt, der auf die entsprechende Frequenz, insbesondere die Empfangsfrequenz, abgestimmt ist und daß die Filter als Yttrium-Eisen-Granat-Filter ausgebildet sind, die durch Änderung des Magnetfeldes vorzugsweise über mehr als eine Oktave simultan im Sender- und Empfängerzweig abgestimmt werden.This task is performed with a transceiver for the decimeter wave range, at the transmitter and receiver continuously over a larger frequency range are tunable and via a switch designed in particular as a circulator a common antenna, according to the invention achieved in that of the switch From a perspective, first one bandstop filter for the frequency of the other Switch branch is provided and this band in particular locks himself on only in the receiver branch is a bandpass filter connected to the corresponding frequency, in particular the reception frequency is tuned and that the filter as a yttrium-iron-garnet filter are formed, which by changing the magnetic field preferably over more than one octave can be tuned simultaneously in the transmitter and receiver branches.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn durch eine Auswerteschaltung die-Sende- und Empfangsfrequenz jeweils derart eingestellt wird, daß die Abstimmfrequenzen des Empfängerzweiges und des Senaerzweiges der Schaltung sich nicht mehr als auf 20 bis 40 MHz einander annähern, um die Filter, die auf die Empfangsfrequenz abgestimmt sind, vor der hohen Sendeleistung zu schützen.Furthermore, it is advantageous if the transmission and reception frequency is each set such that the tuning frequencies of the receiver branch and the sensor branch of the circuit are no more than on 20 to 40 MHz approximate each other to the filters that are tuned to the receiving frequency are to be protected from the high transmission power.

Für die Durchstimmung über einen sehr großen Frequenz bereich ist es vorteilhaft, diesen in Einzelbereiche aufzugteilen, für die jeweils eine Weichenschaltung mit anschließendem Sender und Empfänger vorgesehen ist und zwar derart, daß von der Antenne her betrachtet, zunächst über einen Tiefpaß das frequenzniedrigste Band auf die erste Weichenschaltung (Zirkulator) geführt ist und die' weiteren Frequenzbänder jeweils über aufeinanderfolgende Hoch pässe auf einen reflexionsfreien Abschlußwiderstand am Ende der Kette geführt sind und zwischen den entsprechend gestufte Grenzfrequenzen aufweisendenHoehpässen die abzuzweigendenErequenzbänder über iefpässe auf die weiteren Zirkulatoren geführt sind.For tuning over a very large frequency range it is advantageous to divide this up into individual areas, for each one switch circuit with a subsequent transmitter and receiver is provided in such a way that of Looking at the antenna, initially the band with the lowest frequency via a low-pass filter to the first switch circuit (circulator) and the 'other frequency bands each over successive high passes to a reflection-free terminating resistor are performed at the end of the chain and between the correspondingly stepped limit frequencies having high passes, the frequency bands to be branched off via low passes to the other Circulators are guided.

Um die relativ hohe Durchgangsdämpfung mehrkreisiger YIG-Filterschaltungen am Empfängereingang des Sende- Empfangsgerätes zu erniedrigen, ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfung durch negative Widerstände oder Transistoren zwischen den einzelnen Filterkreisen weitgehend aufgehoben wird.About the relatively high transmission loss of multi-circuit YIG filter circuits at the receiver input of the To lower the receiving device it is advantageous if the attenuation is achieved by negative resistors or transistors between the individual filter circuits is largely canceled.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.

Da IG-Filter auf einfache Weise durchstimmbar sind, ist ihre Verwendung vorschlagsgemäß vorteilhaft in elektronisch abstimmbaren Sende-Empfangsanlagen, wie im Prinzip in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Figur wird die gemeinsame Antenne A des Gerätes über einen Zirkulator Z als Antennenweiche an Sender S und Empfänger E angeschaltet. Der Sender S ist dabei über einen YIG-Bandpaß FE an den Zirkulator angeschlossen und FE ist auf die Empfangsfrequenz fe abgestimmt. Der Empfänger E liegt über ein aus Bandpaß BP und Bandsperre BS bestehendes Filter am Zirkulator Z. Die beiden Filterglieder sind YIG-Filter, und zwar ist BS auf die Sendefrequenz fs abgestimmt und BP auf die Empfangsfrequenz fe.Because IG filters are easily tunable, their use is as proposed, advantageously in electronically tunable transceiver systems, as shown in principle in FIG. In this figure is the common antenna A of the device via a circulator Z as an antenna splitter to the transmitter S and receiver E switched on. The transmitter S is connected to the circulator via a YIG bandpass filter FE connected and FE is tuned to the reception frequency fe. The recipient E is connected to the circulator via a filter consisting of a bandpass filter BP and a bandstop filter BS Z. The two filter elements are YIG filters, namely BS on the transmission frequency fs tuned and BP to the reception frequency fe.

Der Sender wird über die Abstimmeinrichtung RVS zusammen mit der Bandsperre BS im Empfängerzweig simultan abgestimmt, der Empfänger über die Abstimmeinrichtung RVE zusammen mit der Bandsperre FE im Senderzweig und dem Bandpaß BP im Empfängerzweig. Vorteilhaft wird eine gemeinsame Einrichtung AE vorgesehen, die die beiden Abstimmeinheiten derart beeinflußt, daß die Abzweigung des Empfängerzweiges der Gesamtschaltung und des Senderzweiges der Gesamtschaltung sich nicht mehr als auf 20 bis 40 MHz in ihrem Abstimmbereich einander annähern können, falls der Sender in Betrieb ist. Dadurch soll vermieden werden, daß ein starker Anteil der Sendeenergie auf den Empfängerbandpaß BP gelangt und diesen, da er aus einem empfindlichen IG-Filter besteht zerstört.The transmitter is via the tuning device RVS together with the bandstop filter BS simultaneously tuned in the receiver branch, the receiver via the voting device RVE together with the bandstop filter FE in the transmitter branch and the bandpass filter BP in the receiver branch. A common device AE is advantageously provided, which the two voting units influenced in such a way that the branching of the receiver branch of the overall circuit and of the transmitter branch of the overall circuit is no more than 20 to 40 MHz in its Tuning range can approach each other if the transmitter is in operation. Through this target be avoided that a large proportion of the transmission energy on the receiver bandpass filter BP and this, since it comes from a sensitive IG filter exists destroyed.

Die vorerwähnte Filterschaltung hat überhaupt den Vorteil, daß YIG-Filter mit geringer Belastbarkeit auch bei relativ hohen Sendeleistungen von beispielsweise 10 W Anwendung finden können. Der Grund ist darin zu sehen, daß die auf die Empfangsfrequenz abgestimmte Band sperre im Senderzweig der Weiche für die Sendefrequenz eine vernachlässigbar geringe Durchgangsdämpfung hat und somit nur einen sehr kleinen Bruchteil der Sendeleistung aufnimmt, In Fig. 2 sind Diagramme der ffbertragungsdämpfungen der einzelnen Filter dargestellt, aus denen dieser Zusammenhang gut erkennbar ist. In der linken Figur ist der Dämpfungsverlauf des Bandpasses BP auf der Empfängerseite dargestellt, während in der rechten Figur der Dämpfungsverlauf der Bandsperren auf der Sende- und Empfängerseite dargestellt ist. Die Werte, die in Klammern gesetzt sind, gelten für die Bandsperre auf der Empfängerseite. Der Nittenfrequenzbereich ist eine entsprechende Frequenz im Dezimeterwellenbereich, z.B. eine der bei Richtfunk gebräuchlichen Frequenzen zwischen 1 und 6 GHz.The aforementioned filter circuit has the advantage that YIG filters with low load capacity even at relatively high transmission powers of, for example 10 W can be used. The reason is to be seen in the fact that the on the receiving frequency tuned band lock in the transmitter branch of the switch for the transmission frequency a negligible has low transmission loss and thus only a very small fraction of the transmission power In Fig. 2 are diagrams of the transmission loss of the individual filters from which this connection can be clearly seen. In the left figure the attenuation curve of the bandpass filter BP is shown on the receiver side, while in the figure on the right, the attenuation curve of the bandstop filters on the transmitter and receiver side is shown. The values in brackets apply to the bandstop filter on the receiving end. The center frequency range is a corresponding frequency in the decimeter wave range, e.g. one of the frequencies used in directional radio between 1 and 6 GHz.

Tritt in der Praxis der Fall auf, daß ein sehr großer Frequenzbereich verarbeitet werden soll, so empfiehlt sich die in Fig. 3 niedergelegte Schaltung. Ein derartiger Frequenzbereich wird zweckmäßig in mehrere Teilbereiche aufgeteilt, die einzeln, wie in Fig. 2 dargestellt, über Weichenschaltungen aus Hochpässen HP und Tiefpässen TP auf mehrere Sende-Empfängerweichen Z1...Z4 geführt sind.In practice it occurs that a very large frequency range is to be processed, the circuit shown in FIG. 3 is recommended. Such a frequency range is expediently divided into several sub-ranges, which individually, as shown in Fig. 2, via switch circuits out of high passes HP and low passes TP on several transceiver switches Z1 ... Z4 are.

Von der Antenne mit dem Widerstand Zo aus betrachtet, wird zunächst der frequenzniedrigste Teilbereich um f7 über den Tiefpaß UP1 ausgekoppelt und auf die Weichenschaltung Z1 geführt. Die der Weichenschaltung Z1 nachfolgenden Teile entsprechen der Schaltung nach Fig. 1.Viewed from the antenna with the resistance Zo, first the lowest frequency sub-range is decoupled by f7 via the low-pass filter UP1 and opened the switch circuit Z1 performed. The parts following the switch circuit Z1 correspond to the circuit according to FIG. 1.

Die restlichen höherfrequenten Teilbereiche werden über den Hochpaß HP1 ausgekoppelt; der nächste frequenzhöhere Teilbereich um die Frequenz f2 wird über den Tiefpaß UP2 der Weichenschaltung Z2 zugeführt. Die restlichen Teilbereiche werden über den Hochpaß HP2 weitergeführt. Das Gleiche gilt sinngemäß für die nachfolgenden Teilbereiche um die Frequenzen f3, f4; hier sind im ganzen vier Teilbereiche angenommen. Am Ende der Kette wird zweckmäßig über einen Hochpaß HP4 der Rest ausgekoppelt und auf einen Abschlußwiderstand Zo geführt, so daß ein reflexionsfreier Abschluß für die Hochpaß-/Tiefpaßweichen gegeben ist.The remaining higher-frequency sub-areas are over the high pass HP1 coupled out; the next higher frequency subrange is around the frequency f2 fed to the switch circuit Z2 via the low-pass filter UP2. The remaining sub-areas are continued via the high pass HP2. The same applies mutatis mutandis to the following Subranges around the frequencies f3, f4; a total of four sub-areas are assumed here. At the end of the chain, the remainder is expediently decoupled via a high-pass filter HP4 and to a terminating resistor Zo, so that a reflection-free termination for the high-pass / low-pass switches is given.

An den Ausgängen der Tiefpässe TP1 bis TP4 liegen die Zirkulatoren der einzelnen Weichenschaltungen, an die sich dann die YIG-Filter anschließen. Vorteilhaft werden zur Auftrennung im Verzweigungspunkt Zirkulatoren vorgesehen, wenngleich prinzipiell auch Gabelsohaltungen anwendbar sind. Der Vorteil der gezeigten Schaltung mit Hochpässen und Eiefpässen Legt darin, daß vom gemeinsamen Eingang aus betrachtet, für alle Frequenzbänder ein konstanter Impedanzwert Zo gegeben ist, an den die Antenne bzw. deren Zuleitung gut angepaßt werden kann.The circulators are located at the outputs of the low-pass filters TP1 to TP4 of the individual switch circuits, to which the YIG filters are then connected. Advantageous Circulators are provided for the separation in the branch point, albeit In principle, fork postures can also be used. The advantage of the circuit shown with high passes and Eiefpasses Lies in that, viewed from the common entrance, a constant impedance value Zo is given for all frequency bands to which the antenna or the supply line can be adapted well.

Der Bandpaß BP in der Empfängerzuleitung ist in Fig. 1 nur schematisch als Einkreisfilter dargestellt. In Wirklichkeit besteht dieses Filter jedoch normalerweise aus mehreren Kreisen. Da jedoch YIG-Filter eine relativ große Durchgangsdämpfung für diese gebräuchlichen Filterschaltungen haben, wird in diese vor der Mischstufe liegende Filterkette vorteilhaft nach jedem Einzelfilter ein die Dämpfung dieses Filters wenigstens nahezu wieder aufhebendeS aktives Netzwerk N eingeschaltet. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Die einzelnen Elemente des Bandpasses BP bestehen also hier aus den YIG-Resonanzkreisen R1 bis R3, die durch die aktiven Netzwerke Ni, N2 miteinander gekoppelt sind. Am Ausgang des Filters liegt die Mischstufe M, in der die Zwlæehenfrequenz gebildet wird. Die Netzwerke Ni, N2 werden zweckmäBig durch negative Widerstände, s.B. Tunneldioden oder durch Transistorvesstärkerstufen, gebildet Auch parametrische Schaltungen sind hierfür vorteilhaft.The bandpass filter BP in the receiver feed line is only schematically shown in FIG shown as a single-circuit filter. In reality, however, this filter usually exists from several circles. However, since YIG filters have a relatively large insertion loss for these common filter circuits, is put into this before the mixer stage lying filter chain advantageous after each individual filter a damping of this Filters active network N which cancels at least almost again. this is shown in FIG. The individual elements of the bandpass filter therefore exist here from the YIG resonance circles R1 to R3, which are generated by the active networks Ni, N2 are coupled to one another. The mixer M, in is located at the output of the filter which is used to generate the dual frequency. The networks Ni, N2 are expediently carried out negative resistances, see B. Tunnel diodes or transistor amplifiers Parametric circuits are also advantageous for this.

4 Patentansprüche 4 Figuren4 claims 4 figures

Claims

Claims 1. Transceiver for the decimeter wave range, at the transmitter and receiver continuously over a larger frequency range are tunable and via a switch designed in particular as a circulator a common antenna, that is, From the point of view of the crossover, first one bandstop filter for the frequency of the other switch branch is provided and this bandstop in particular only in the receiver branch is a bandpass filter connected to the corresponding frequency, in particular the reception frequency, is tuned, and that the filter as a yttrium-iron-garnet filter are formed, which by changing the magnetic field preferably over more than one octave can be tuned simultaneously in the transmitter and receiver branches.

2. Transceiver according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the transmit and receive frequency is determined by an evaluation circuit is set in such a way that the junction of the receiver branch of the circuit and the transmitter branch do not approach each other by more than 20 to 40 CET, if the transmitter is in operation.

3. Transceiver according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that for the vote over a very large frequency range this is divided into individual areas for each a switch circuit with a subsequent transmitter and recipient provided is, and that viewed from the antenna, initially the lowest frequency via a low-pass filter Band is routed to the first switch circuit (circulator) and the other frequency bands å each over successive high passes to a reflection-free terminating resistor are performed at the end of the chain and between the correspondingly stepped limit frequencies having high passes the frequency bands to be branched off via low passes to the further circulators are performed.

4. Transceiver according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the transmission loss of the bandpass filter at the receiver input by undamping using negative resistors or transistors between the individual filters is largely eliminated.

L e r s e i t e