DE2328601C3

DE2328601C3 - Frequency modulation circuit

Info

Publication number: DE2328601C3
Application number: DE19732328601
Authority: DE
Inventors: Hidemitsu Dipl.-Ing Kawasaki; Oya Toshio DipL-Ing Inagi Tokio; Ashida Hideo DipL-Ing Yokohama; Mita Fumio Kawasaki; Komizo (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd, Kawasaki, Kanagawa (Japan)
Priority date: 1972-06-05
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1978-01-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung zur Erzeugung frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Festkörper-Schwingelements und einer Kapazitätsdiode mit schräger Obergangsfläche oder abruptem Obergang (»inclined-« bzw. »step-junction-Typ«), der die Modulationsspannung zugeführt wird, die in einen die Schwingfrequenz beeinflussenden Resonanzkreis mit einbezogen istThe invention relates to an electrical circuit for generating frequency-modulated electromagnetic waves using a solid-state oscillating element and a capacitance diode inclined transition surface or abrupt transition ("inclined" or "step-junction type"), to which the modulation voltage is fed, which in a die Oscillation frequency influencing resonance circuit is included

Es ist allgemein üblich, einen Festkörperoszillator (eigentlicher Oszillator) und einen Resonanzkreis, der eine variable Kapazitätsdiode enthält, miteinander zu koppeln, um die Schwingfrequenz zu variieren. Das geschieht hierbei durch Veränderung der Betriebsvorspannung V der erwähnten veränderbaren Kapazitätsdiode. Bei Anwendung einer Kapazitätsvariation der erwähnten Diode CV, die proportional zu KV-" ist, wird eine gute Linearität der Frequenzmodulation durch die bekannten Frequenzmodulatoren erreicht, wenn der Koeffizient der Kapazitätsvariation η gleich 2, also n=2 ist.It is common practice to couple a solid-state oscillator (actual oscillator) and a resonance circuit, which contains a variable capacitance diode, to one another in order to vary the oscillation frequency. This is done here by changing the operating bias voltage V of the aforementioned variable capacitance diode. When using a capacitance variation of the diode CV mentioned, which is proportional to KV- " , a good linearity of the frequency modulation is achieved by the known frequency modulators if the coefficient of the capacitance variation η is equal to 2, that is to say n = 2 .

Bei den für Mikrowellen-Anwendungen üblicherweise verfügbaren veränderbaren Kapazitätsdioden (vom »inclined-« oder vom »step-junction«-Typ) liegt jedoch der Kapazitätsvariationskoeffizient η im wesentlichenIn the variable capacitance diodes (of the “inclined” or “step-junction” type) usually available for microwave applications, however, the coefficient of variation in capacitance η is essentially

zwischen y und y-, wodurch die Änderung derbetween y and y-, thereby changing the

Schwingfrequenz in Abhängigkeit vom Vorspannungspegel asymmetrisch wird, das heißt es ergibt sich eine asymmetrische Modulationsempfindlichkeit. Um eine wenigstens angenähert lineare Frequenzmodulation bei herkömmlichen Frequenzmodulatoren zu erhalten, wird im allgemeinen der die veränderbare Kapazitätsdiode enthaltende Resonanzkreis fest mit dem eigentlichen Oszillator gekoppelt Dabei ist eine solche Frequenzdifferenz zwischen den Resonanzfrequenzen gewählt, daß die Schaltung einen zusammengesetzten Resonanzkreis bildet und diese Schaltung in einem gewissen Bereich die Schwingfrequenz nichtlinear verändert in bezug auf die Änderung im Resonanzkreis, der die veränderbare Kapazitätsdiode enthält, und zwar im Sinne einer Verbesserung der Linearität der in Rede stehenden Frequenzmodulationsschaltung. Jedoch ist bei der üblichen, aus dem Aufsatz »Frequency Modulator Using Solid Device Oszillator and Varactor« von Tomoyoshi Yamashita. Masataka Okubo, (erschienen in FujitsuOscillation frequency becomes asymmetrical as a function of the bias level, that is, it results in a asymmetrical modulation sensitivity. To at least approximately linear frequency modulation To obtain conventional frequency modulators, the variable capacitance diode is generally used containing resonance circuit fixedly coupled to the actual oscillator. In this case, such a frequency difference between the resonance frequencies is selected that the circuit forms a composite resonance circuit and this circuit in a certain range the oscillation frequency changes non-linearly with respect to the change in the resonance circuit, which is the changeable Contains capacitance diode, in the sense of improving the linearity of the question Frequency modulation circuit. However, with the usual, from the essay »Frequency Modulator Using Solid Device Oscillator and Varactor «by Tomoyoshi Yamashita. Masataka Okubo, (published in Fujitsu Scientific and Technical Journal) VoL 7, No. 3 (15. September 1971) bekannten Ausführung die besagte veränderbare Kapazitätsdiodenschaltung relativ fest mit dem eigentlichen Oszillator gekoppelt, wodurch S gewisse Nachteile für die Schaltung unvermeidbar werden, wie eine verminderte Ausgangsleistung infolge der Verluste in der veränderbaren Kapazitätsdiode, beträchtlich schwierige Einstellung und komplizierte Schaltungsbemessung.Scientific and Technical Journal) VoL 7, No. 3 (September 15, 1971) known execution said variable capacitance diode circuit coupled relatively firmly to the actual oscillator, whereby S certain disadvantages for the circuit become unavoidable, such as a reduced output power as a result of the losses in the variable capacitance diode, considerably difficult setup and complex Circuit dimensioning.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einenίο The invention is based on the object of a

Frequenzmodulator hochlinear zu gestalten, wobei dieMake frequency modulator highly linear, with the Probleme der einleitend beschriebenen bekanntenProblems of the known in the introduction Schaltungen zumindest nennenswert vermindert sind.Circuits are at least significantly reduced. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daßAccording to the invention this is achieved in that

zur Beseitigung von nichtlinearem Modulationsverhalten zwei über eine Gabelschaltung gekoppelte Resonanzkreise vorgeseher· sind, die mit dem Festkörper-Schwingelement und der Kapazitätsdiode ein die Schwingfrequenz bestimmendes Netzwerk bilden, undTo eliminate non-linear modulation behavior, two resonance circuits coupled via a hybrid circuit are provided, which are connected to the solid-state oscillating element and the capacitance diode Form a network that determines the oscillation frequency, and die z.B. mit einem Magic-T gekoppelt sind. Diewhich are e.g. coupled with a Magic-T. the

Frequenz-Suszeptanz(-Blindleitwert)-Charakteristik des zusammengesetzten Resonators ist in dem der neuen, durch die Kopplung bestimmten Resonanzfrequenz benachbarten Frequenzbereich nichtlinear undFrequency susceptance (reactive conductance) characteristic of the composite resonator is non-linear and in the frequency range adjacent to the new resonance frequency determined by the coupling

2s die nichtlinearen Charakteristiken werden positiv zur Kompensation der nichtlinearen Veränderungen der Diodenkapazität in bezug auf die zugeführte Vorspannung verwendet, um eine lineare Frequenzmodulation im Ausgang des Modulators zu erhalten. Der erfin2s the non-linear characteristics become positive for Compensation for the non-linear changes in the diode capacitance with respect to the applied bias voltage used to produce a linear frequency modulation in the output of the modulator. The inventor dungsgemäße Frequenzmodulator ist vorteilhaft im Hinblick auf eine Verminderung der Ausgangsleistung durch die Diodenverluste, weil die veränderbare Kapazitätsdiode lose mit dem eigentlichen Oszillator gekoppelt werden kann.proper frequency modulator is advantageous in With regard to a reduction in the output power due to the diode losses, because the changeable Capacitance diode can be loosely coupled to the actual oscillator.

Die Arbeitsweise einer Frequenzmodulationsschaltung nach der Erfindung, die eine zusammengesetzte Resonanzschaltung aus zwei frequenzverschieden abgestimmten hybridgekoppelten Resonatoren und ein Festkörper-Schwingungserzeugungselement enthält soThe operation of a frequency modulation circuit according to the invention, which is a composite Resonance circuit made up of two hybrid-coupled resonators with different frequencies and a Solid-state vibration generating element contains so wie eine veränderbare, elektrisch daran angekoppelte Kapazitätsdiode um eine lineare Veränderung der Schwingfrequenz in bezug auf eine Veränderung der in Sperrichtung wirksamen Vorspannung der veränderbaren Kapazitätsdiode zu erreichen, wird noch besserlike a changeable one that is electrically coupled to it Capacitance diode to a linear change in the oscillation frequency with respect to a change in the in Achieving reverse bias of the variable capacitance diode is even better verständlich anhand der nachstehenden Beschreibung und in Verbindung mit der Zeichnung.understandable on the basis of the description below and in conjunction with the drawing.

Die Fig. la, Ib und Ic dienen der Erläuterung des Grundprinzips eines Frequenzmodulators und der äquivalenten Schaltung eines üblichen Modulators. DieThe Fig. La, Ib and Ic serve to explain the Basic principle of a frequency modulator and the equivalent circuit of a conventional modulator. the Beziehung zwischen der Schwingfrequenz und der Vorspannung eines Festkörper-Oszillators unter Verwendung einer veränderbaren Kapazitätsdiode als Modulationselement ist in der F i g. 2 gezeigt. Die F i g. 3 zeigt die Frequenzcharakteristik einer BelastungssusepRelationship between the oscillation frequency and the bias of a solid state oscillator using a variable capacitance diode as The modulation element is shown in FIG. 2 shown. The F i g. 3 shows the frequency characteristic of a stress susep tanz (Blindleitwert), die das Prinzip der Erfindung beschreibt. Die Fig.4a, 4b und 5 sind äquivalente Schaltungen einer Einrichtung nach der Erfindung zusammen mit der zugehörigen Frequenzcharakteristik. Die F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Moduladance (susceptance) representing the principle of the invention describes. Figures 4a, 4b and 5 are equivalent circuits of a device according to the invention together with the associated frequency characteristic. The F i g. 6 shows an embodiment of a module tionsschaltung nach der Erfindung. In den einzelnen Figuren ist jeweils ein Resonator durch das Bezugszeichen 3 oder 4, das Festkörper-Schwingungselement durch das Bezugszeichen 1 und die veränderbare Kapazitätsdiode durch das Bezugszeichen 6 kenntlichtion circuit according to the invention. In each of Figures is a resonator with the reference number 3 or 4, the solid-state vibration element by the reference number 1 and the variable capacitance diode by the reference number 6 gemacht. Zur F i g. 2 ist noch zu sagen, daß auf der Ordinate die Schwingfrequenz und auf der Abszisse die Vorspannung der Kapazitätsdiode in Sperrichtung aufgetragen sind.did. To the F i g. 2 it should also be said that on the ordinate the oscillation frequency and on the abscissa the Bias of the capacitance diode are applied in the reverse direction.

Die Fig. 1 zeigt eine äquivalente Schaltung, die das Prinzip eines Frequenzmodulators wiedergibt In Fig. la ist die Kreisfrequenz ωο im Resonanzfall eines Resonanzkreises mit einer Induktivität L und einer Kapazität C, der eine Kapazität Cv eines veränderbaren Kapazitätselementes zugeordnet ist, durch die Gleichung1 shows an equivalent circuit which reproduces the principle of a frequency modulator. In FIG. 1 a, the angular frequency ω o in the case of resonance of a resonance circuit with an inductance L and a capacitance C, to which a capacitance Cv of a variable capacitance element is assigned, is given by the equation

(M₀ =(M ₀ =

L (C + Cv)L (C + Cv)

beschrieben, so daß die Kreisfrequenz ωο durch Änderung der Vorspannung der erwähnten veränderbaren Kapazitätsdiode geändert werden kann, die ihrerseits den Kapazitätswert Cv ändert Die Fig. Ib zeigt die äquivalente Schaltung eines Frequenzmodulators vom Leistungstyp, der zusammengefaßt ist mit einem Festkörperschwingelement, das z. B. eine negative Konduktanz (Wirkleitwert)-G hat Demzufolge ist die Beziehung zwischen der Kapazität Cv der veränderbaren Kapazitätsdiode und der Spannung V allgemein gegeben als Cv~KV~⁷ (V bedeutet die Vorspannung in Sperrrichtung), womit eine lineare Frequenzmodulation, wie in der Kurve a in Fig.2 gezeigt, möglicht ist, wenn π der besagten Diode gleich 2 ist Der η-Wert von gewöhnlichen »inclined junction«- Dioden oder »step-junction-Dioden«, Dioden mit schräger Obergangsfläche oder Dioden mit abruptem Übergang, liegt jedoch zwischen '/2 und Vi, wodurch die Eigenschaft der Einrichtung als linearer Frequenzmodulator beeinträchtigt wird, weil die Änderung der Modulationsempfindlichkeit mit zunehmender Sperrspannung V vermindert wird, wie es die Kurve b in Fig. 2 zeigtdescribed, so that the angular frequency ωο can be changed by changing the bias of the variable capacitance diode mentioned, which in turn changes the capacitance value Cv. B. has a negative conductance -G. Accordingly, the relationship between the capacitance Cv of the variable capacitance diode and the voltage V is generally given as Cv ~ KV ~ ⁷ (V means the reverse bias), thus a linear frequency modulation, as in the curve a shown in Figure 2, is enables, if π of said diode is equal to 2. the η value of ordinary »inclined junction" - diodes or "step-junction diodes," diodes having an oblique transition surface or diode having an abrupt transition However, it lies between '/ 2 and Vi, whereby the property of the device as a linear frequency modulator is impaired because the change in the modulation sensitivity is reduced with increasing reverse voltage V , as curve b in FIG. 2 shows

In üblichen Frequenzmodulatoren wird dieses Problem durch Bildung einer zusammengesetzten Resonanzschaltung gelöst, in der der die veränderbare Kapazitätsdiode enthaltende Resonanzkreis fest mit dem eigentlichen Resonanzkreis gekoppelt ist Dabei wird die nichtlineare Änderung der Resonanzfrequenz der erwähnten zusammengesetzten Resonanzschaltung (die Schwingfrequenz) in bezug auf die Änderung der besagten Diodenresonanzfrqeuenz ausgenutzt welche eintritt wenn die Resonanzfrequenzen der besagten Resonanzkreise hinreichend eng benachbart sind. Diese Lösung kann jedoch nicht den eingangs erwähnten Nachteil der Ausgangsleistungsminderung beheben.In conventional frequency modulators, this problem is solved by forming a composite resonance circuit in which the variable The resonance circuit containing capacitance diode is firmly coupled to the actual resonance circuit becomes the non-linear change in the resonance frequency of the aforementioned composite resonance circuit (the oscillation frequency) in relation to the change in said diode resonance frequency which is used occurs when the resonance frequencies of the said resonance circles are sufficiently close together. This However, the solution cannot remedy the disadvantage of the reduction in output power mentioned at the beginning.

Die Frequenzcharakteristik der Suseptanz (Blindleitwert) eines Resonators ist in der F i g. 3 gezeigt Diese Figur dient mit der Erläuterung der Erfindung. Die gerade Linie a in der F i g. 3 zeigt die Frequenzcharakteristik eines einfachen Parallelresonanzkreises mit der Kreisfrequenz ωο, der beispielsweise eine Induktivität L und eine Kapazität C", so wie in der Fig. 'a gezeigt, enthält. Die Darstellung ist dabei für einen Bereich in der Umgebung der Kreisfrequenz ωο gewählt Im Gegensatz hierzu zeigt die Kurve b in Fig.3 ein Beispiel für die Frequenzcharakteristik der Suszeptanz (Blindleitwert) nach der Erfindung. Unter der Voraussetzung jB 1 für die Suszeptanz (Blindleitwert) einer variablen Kapazitätsdiode bei der Bezugssperrspannung VO und ΔΒ- und AB+ für das Dekrement und das !nkrement der Suszeptanz (Blindleitwert), welche hervorgerufen werden durch eine Erhöhung oder Erniedrigung Δ V der Sperrspannung ergeben die üblichen und marktgängigen veränderbaren Kapazitätsdioden, wie bereits früher erläutert, ein größeres AB+ alsdß-.dasheißtdß+ >AB-. The frequency characteristic of the suseptance (susceptance) of a resonator is shown in FIG. 3 shown. This figure serves to explain the invention. The straight line a in FIG. 3 shows the frequency characteristics of a simple parallel resonant circuit with the angular frequency ωο, which contains, for example, an inductance L and a capacitance C ″, as shown in FIG In contrast, curve b in FIG. 3 shows an example of the frequency characteristic of the susceptance (susceptance) according to the invention, assuming jB 1 for the susceptance (susceptance) of a variable capacitance diode at the reference blocking voltage VO and ΔΒ- and AB + for the decrement and the increment of the susceptance (susceptance), which are caused by an increase or decrease ΔV of the reverse voltage, result in the customary and commercially available variable capacitance diodes, as already explained earlier, a larger AB + than that -that means that + > AB-.

Wenn die Suszeptanz (Blindleitwert), jB\ bei der Spannung KO die negative Suszeptanz (Blindleitwert) in einem Punkt P der Kurve b aufhebt und die Resonanzbedingung JB= 0 erfüllt ist bei ω = ωΐ werdenIf the susceptance (susceptibility), jB \ at the voltage KO cancels the negative susceptance (susceptibility) at a point P on curve b and the resonance condition JB = 0 is fulfilled at ω = ωΐ die Suszeptanz-(Blinleitwert-) und die Resonanzbedingung in den Punkten R und Q durch die Suszeptanz-(Blindleitwert-)Variation erfüllt das heißt AB+ und AB-. In diesem Fall wird die Resonanzfrequenz verschoben durch Δω— oder Δω + , jedoch kann derthe susceptance (blind conductance) and the resonance condition in points R and Q are fulfilled by the susceptance (blind conductance) variation, that is, AB + and AB-. In this case, the resonance frequency is shifted by Δω- or Δω +, but the

ίο Betrag dieser Frequenzveränderung gleichgemacht werden, das heißt Δω— = Δω+, durch Auswählen der Frequenzcharakteristiken der Suszeptanz (Blindleitwert) in dem Bereich um QPR auf der Kurve b. Die positiven Leitkomponenten, die den Punkten QPR ίο the amount of this frequency change can be made equal, that is, Δω- = Δω +, by selecting the frequency characteristics of susceptance (susceptance) in the area around QPR on curve b. The positive key components that make up the QPR entsprechen, können für angenähert gleiche Werte bernessen werden, so daß die Nichtlinearität der Kapazität in Abhängigkeit von der Vorspannung einer veränderbaren Kapazitätsdiode vollständig kompensiert werden kann, um so eine Frequenzmodulation mitcan correspond to approximately the same values be bernessen so that the non-linearity of the capacitance as a function of the bias of a changeable varactor can be fully compensated so as to use frequency modulation hoher Linearität zu erreichen.to achieve high linearity.

Die F i g. 4 zeigt ein Beispiel einer Schaltungsausbildung, die die Frequenzcharakteristik der Suszeptanz (Blindleitwert) nach der Fig. 3 hat Ein Beispiel der entsprechenden Eingangsadmittanz (komplexer LeitThe F i g. Fig. 4 shows an example of a circuit configuration showing the frequency characteristic of susceptance (Susceptance value) according to FIG. 3 has an example of the corresponding input admittance (complex conductance wert) ist in der Fig.4b gezeigt In Fig.4a sind zwei Hohlraumresonatoren, deren Kreisresonanzfrequenz ωοι bzw. o)o2 sind und die die Gütewerte Qex 1 und Qex 2 haben entsprechend an die Enden des Η-Zweiges eines Magic-T angeschaltet und das Eingangsende desvalue) is shown in Fig.4b. In Fig.4a, two cavity resonators, whose circular resonance frequency are ωοι or o) o2 and which have the quality values Qex 1 and Qex 2 , are connected to the ends of the Η-branch of a Magic-T and the input end of the Η-Zweiges ist mit einem resistiven Abschluß abgeschlossen. Die Entfernungen l\ und h von der elektrischen Mitte des Magic-T zu den Hohlraumresonatoren sind so gewählt, daß sie angenähert die BedingungThe Η branch is terminated with a resistive closure. The distances l \ and h from the electrical center of the Magic-T to the cavity resonators are chosen so that they approximate the condition

wobei Ao die Wellenlänge ist, die sich aus (ωοι +ων)Ι2 zu angenähert ω₀ ergibtwhere Ao is the wavelength that results from (ωοι + ων) Ι2 to approximately ω ₀

Wenn o>oi größer ist als ωο2, /ι=λο/8, 12=λο/8 + λο/4 und ωοΐ — ωο2 = Δωο, dann wird die Frequenzcharakteristik der Admittanz betrachtet von der Eingangsseite des Ε-Zweiges, so wie in der F i g. b gezeigt, und zwar bei entsprechender Wahl der Güte- bzw. Q-Werte derIf o> oi is greater than ωο2, / ι = λο / 8, 12 = λο / 8 + λο / 4 and ωοΐ - ωο2 = Δωο, then the frequency characteristic of the admittance is considered from the input side of the Ε branch, as in the F i g. b, with the appropriate choice of the quality or Q values of the Hohlraumresonatoren. Die Suszeptanzen b 1 und b 2 und die Kreisfrequenzen ωο, ωπ und ω/, entsprechend denen in Fig.3 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichneten. Die Frequenzcharakteristiken der Kurve b in Fig.3 im Bereich um den Punkt B kann in einemCavity resonators. The susceptances b 1 and b 2 and the angular frequencies ωο, ωπ and ω /, corresponding to those identified in FIG. 3 with the same reference symbols. The frequency characteristics of curve b in Figure 3 in the area around point B can be in a weiten Bereich durch Wahl des Q-Wertes und der Frequenzdifferenz Δω der Hohlraumresonatoren verändert werden.wide range can be changed by choosing the Q value and the frequency difference Δω of the cavity resonators.

Wie aus den Charakteristiken, die in der Fig.4b dargestellt sind, ist diese Schaltung angepaßt angeAs from the characteristics shown in Fig. 4b are shown, this circuit is adapted schlossen für Frequenzen, die beträchtlich von der Resonanzkreisfrequenz ωο abliegen, so daß eine einzelne Oszillatorschaltung, die nur auf Frequenzen schwingt, die im Innenbandfrequenzbereich liegen, eine sehr stabile Schwingung ergibt, die frei ist von jeglichenclosed for frequencies considerably different from the Resonance frequency ωο, so that a single oscillator circuit that oscillates only at frequencies that are in the inner band frequency range, one gives a very stable vibration that is free from anything Frequenz- und Schwingungsartsprüngen, wenn diese Schaltung als Teil eines Resonators in einem Festkörperoszillator verwendet ist, zum Beispiel in einem Oszillator, der als Schwingungserzeuger eine Gunn-Diode oder eine Impatt-Diode verwendet.Frequency and vibration type jumps, if these Circuit used as part of a resonator in a solid-state oscillator, for example in a Oscillator that uses a Gunn diode or an Impatt diode as a vibration generator.

Des weiteren kann ein linearer Frequenzmodulator, dessen Frequenzmodulationsverhalten proportional zur Änderung der Vorspannung einer veränderbaren Kapazitätsdiode ist, durch derartige Wahl der Oszilla-Furthermore, a linear frequency modulator, whose frequency modulation behavior is proportional to Change of the bias voltage of a variable capacitance diode is, through such a choice of the oscillator

torschaltung erhalten werden, daß die Schwingfrequenz bei der Bezugsvorspannung VO der veränderbaren Kapazitätsdiode o)i wird.gate circuit can be obtained that the oscillation frequency at the reference bias voltage VO of the variable Capacitance diode o) i becomes.

In der äquivalenten, erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig.5 ist zum Beispiel eine Gunn-Diode oder Impatt-Diode mit I bezeichnet, eine Belastungskonduktanz (Wirkleitwert) mit 2 und Hohlraumresonatoren mitIn the equivalent circuit according to the invention according to FIG. 5, for example, a Gunn diode or Impatt diode denoted by I, a load conductance (effective conductance) with 2 and cavity resonators with

3 und 4, deren Resonanz-Kreisfrequenzen entsprechend o>oi und ü)02 sind. Die Hohlraumresonatoren 3 und 4 sind an die Enden des Η-Zweiges eines Magic-T mit dem Bezugszeichen 5 angeschaltet. Die Abstände A und I₂ der Hohlraumresonatoren vom Zentrum des Magic-T sind so gewählt, daß die Eingangsadmittanz, vom Punkt a aus gesehen, zum Beispiel der Admittanz Yin in Fig.4b entspricht.3 and 4, the resonance angular frequencies of which are o> oi and ü) 02, respectively. The cavity resonators 3 and 4 are connected to the ends of the Η-branch of a Magic-T with the reference number 5. The distances A and I _{2 of} the cavity resonators from the center of the Magic-T are chosen so that the input admittance, seen from point a , corresponds, for example, to the admittance Yin in FIG. 4b.

Das Schwingimgseiement 1 ist an einem Punkt b angeordnet, welcher entfernt ist vom Punkt a entsprechend einer elektrischen Länge Θ, so daß die Suszeptanz der Diode aufgehoben wird und die Resonanzbedingung bei der Frequenz eoi erfüllt wird. Die Schwingfrequenz kann in einfacher Weise durch Änderung der elektrischen Länge θ variiert werden und zwar mittels Ausnutzung der Kapazitätsvariation der variablen Kapazitätsdiode.The Schwingimgseiement 1 is arranged at a point b , which is removed from the point a corresponding to an electrical length Θ, so that the susceptance of the diode is canceled and the resonance condition at the frequency eoi is met. The oscillation frequency can be varied in a simple manner by changing the electrical length θ by utilizing the capacitance variation of the variable capacitance diode.

Dieses elektrische Verhalten kann durch Anordnung der veränderbaren Kapazitätsdiode an einem Punkt erreicht werden, an welchem die Admittanz-Charakteristik, so wie in der F i g. 4b gezeigt ist, verläuft. Bei einer solchen Anordnung erfordert die veränderbare Kapazitätsdiodenschaltung nur eine sehr lose Kopplung mit dem eigentlichen Oszillator.This electrical behavior can be achieved by arranging the variable capacitance diode at one point can be achieved at which the admittance characteristic, as in FIG. 4b. At a Such an arrangement requires the variable capacitance diode circuit only a very loose coupling with the actual oscillator.

Die Fig.6 zeigt eine Gesamtübersicht über eine erfindungsgemäße Einrichtung. Die Resonatoren 3 und6 shows an overall overview of a device according to the invention. The resonators 3 and

4 sind mit den Rechteckhohlleitern eines Magic-T gekoppelt, und zwar an den Enden des Η-Zweiges über die Koppelfenster 7 und 8. Die Resonatoren 3 und 4 sind mit Frequenzeinstellvorrichtungen, beispielsweise einstellbaren Abstimmbolzen, 12 und 13 versehen. Auf der E-Zweigseite des Magic-T ist die Ausgangsleitung mit einer veränderbaren Kapazitätsdiode 6 und einem Festkörper-Schwingelemenl 1 versehen. Die Ausgangsleitung führt in der eingezeichneten Pfeilrichtung zu einem Verbraucher, der nicht näher dargestellt ist. Die veränderbare Kapazitätsdiode 6 und das Festkörper-Schwingelement 1 werden über Anschlüsse 14 und 15 mit einer Betriebsgleichspannung versorgt, wobei die Hochfrequenzdrosseln in den Gleichspannuneszuführungen aus Gründen der Übersichtlichkeit in der F i g. 6 fortgelassen wurden. Bei diesem Beispiel enthält der Magic-T-Abschluß nach F i g. 4 eine Koaxialstruktur, die mit der Hohlleitungsschwingungsform durch den Innenleiter 10 einer Koaxialleitung gekoppelt ist, wobei dieser Abschluß als Widerstandsabschluß ausgebildet ist unter Verwendung eines Hochfrequenzabsorbers, zum Beispiel aus Epoyd-Eisen. Die veränderbare Kapazität ist innerhalb der Hohlleitung angeordnet und zwar an einem Ort, der relativ eng benachbart der Hohlleiterwand liegt und zwar in solcher Weise, daß die Ankopplung an die Hohlleitungsschwingung einstellbar ist, um die Modulationsempfindlichkeit oder andere Betriebsparameter einsteilen zu können.4 are coupled to the rectangular waveguides of a Magic-T, at the ends of the Η-branch above the coupling windows 7 and 8. The resonators 3 and 4 are adjustable with frequency setting devices, for example Adjusting bolts, 12 and 13 are provided. The output line is on the E-branch side of the Magic-T a variable capacitance diode 6 and a solid-state oscillating element 1 is provided. The exit line leads in the direction of the arrow to a consumer that is not shown in detail. the The variable capacitance diode 6 and the solid-state oscillating element 1 are connected via connections 14 and 15 supplied with a DC operating voltage, the high-frequency chokes in the DC voltage feeds for the sake of clarity in FIG. 6 have been omitted. In this example, the Magic-T termination according to FIG. 4 shows a coaxial structure that corresponds to the waveguide waveform through the Inner conductor 10 is coupled to a coaxial line, this termination being designed as a resistance termination using a high frequency absorber, for example made of epoxy iron. The changeable capacity is arranged inside the waveguide and at a location that is relatively closely adjacent to the waveguide wall lies in such a way that the coupling to the waveguide oscillation is adjustable is to be able to adjust the modulation sensitivity or other operating parameters.

Wie vorstehend detailliert beschrieben, werden erfindungsgemäß die nicht linearen Kapazitätsänderungen einer veränderbaren Kapazitätsdiode dadurch kompensiert, daß die nicht lineare Frequenzcharakteristik der Suszeptanz (Blindleitwert) zweier mittels einer Gabelschaltung gekoppelter Hohlraumresonatoren ausgenutzt wird. Daher muß nicht die Resonanzfrequenz der die veränderbare Kapazitätsdiode enthaltenden Resonanzschaltung sehr eng benachbart der eigentlichen Schwingfrequenz gewählt werden, und es kann somit eine hinreichend hohe Modulationsempfindlichkeit trotz einer verhältnismäßig losen Ankopplung bzw. Kopplung der Resonanzkreise erreicht werden. Diese Merkmale stellen einen sehr niedrigen Leistungsverlust im Modulator sicher, und die Modulationscharakteristiken können frei gewählt werden durch Einstellung der Q-Werte bzw. Gütewerte der zwei Hohlraumresonatoren und der Frequenzdifferenz der beiden Resonanzkreise. Von besonderer Bedeutung ist deshalb der lineare Frequenzmodulator nach der Erfindung in seiner Anwendung als Frequenzmodulator für Multiplex-Nachrichtenverbindungen, wie Richtfunkgeräte mit hoher Kanalzahl.As described in detail above, according to the present invention, the non-linear capacitance changes a variable capacitance diode compensated by the fact that the non-linear frequency characteristic the susceptance (susceptance) of two cavity resonators coupled by means of a hybrid circuit is exploited. Therefore, the resonance frequency of the variable capacitance diode does not have to be included Resonance circuit can be chosen very close to the actual oscillation frequency, and it can thus have a sufficiently high modulation sensitivity despite a relatively loose coupling or coupling of the resonance circuits can be achieved. These features ensure a very low power dissipation in the modulator, and the modulation characteristics can be freely selected by setting the Q values or quality values of the two Cavity resonators and the frequency difference of the two resonance circuits. Is of particular importance therefore the linear frequency modulator according to the invention in its application as a frequency modulator for multiplex communication links, such as radio relay devices with a high number of channels.

Obwohl bei den Ausführungsbeispielen als Gabelschaltung für die Ankopplung der Hohlraumresonatoren stets ein magisches T verwendet wird, kann an dessen Stelle auch eine Ringgabelschaltung oder eine andere bekannte Ausführungsform einer Gabelschaltung treten. Desgleichen müsssen die einzelnen Leitungsabschnitte und die Resonanzkreise keineswegs als Hohlleiterbauteile ausgebildet werden; vielmehr können hierfür auch andere Bauarten wie Koaxialleitungstechnik, Lecherleitungstechnik, Streifenleitungstechnik und insbesondere Microstriptechnik angewendet werden.Although in the exemplary embodiments as a hybrid circuit for coupling the cavity resonators a magic T is always used, a ring fork circuit or a step another known embodiment of a hybrid circuit. The individual must do the same Line sections and the resonance circles are in no way designed as waveguide components; much more Other types of construction such as coaxial line technology, Lecher line technology, strip line technology can also be used for this purpose and in particular microstrip technology can be used.

Hierzu 3 ßkilt ZeichnungenFor this 3 ßkilt drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Elektrische Schaltung zur Erzeugung frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen unter Verwendung eines Festkörper-Schwingelements und einer Kapazitätsdiode mit schräger Übergangsfläche oder abruptem Obergang (»inclined-« bzw. »step-junction-Typ«), der die Modulationsspannung zugeführt wird, die in einen die Schwingfrequenz beeinflussenden Resonanzkreis mit einbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von nichtlinearem Modulationsverhalten zwei über eine Gabelschaltung (5) gekoppelte Resonanzkreise (3, 4) vorgesehen sind, die mit dem Festkörper-Schwingelement (1) und der Kapazitätsdiode (6) ein die Schwingfrequenz bestimmendes Netzwerk bilden.Electrical circuit for generating frequency-modulated electromagnetic waves using a solid-state vibrating element and a capacitance diode with an inclined transition surface or an abrupt transition ("inclined" or »Step-junction type«), which is the modulation voltage which is included in a resonance circuit that influences the oscillation frequency, characterized in that two to eliminate non-linear modulation behavior Via a hybrid circuit (5) coupled resonance circuits (3, 4) are provided, which with the Solid-state oscillating element (1) and the capacitance diode (6) determine the oscillation frequency Form a network.