DE2334570B1

DE2334570B1 - Abstimmbare Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnung fuer einen Fernsehempfaenger

Info

Publication number: DE2334570B1
Application number: DE2334570A
Authority: DE
Inventors: Lammert Bruntink; M Zwijsen Wilhelmus Antonius J; Klaus Dr Rer Nat Loehn; Georg Dipl-Ing Luetteke; Groenewegen Paulus Petru Maria; Gerd Dr-Ing Schiefer; Rooij Karel Petrus Van; Dr Rer Nat Weinerth Han Viktor
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1973-07-07
Filing date: 1973-07-07
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3939429A; BE817332A; BR7405565A; ATA558474A; FR2236326B1; IT1014463B; AT346402B; ES428017A1; FR2236326A1; AU7098874A; JPS5071215A; NL7408981A; GB1476138A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine abstimmbare Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnung für einen zum Empfang von Fernsehsignalen im VHF- und/oder UHF-Bereich geeigneten Fernsehempfänger, wie näher im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben.

Derartige bekannte abstimmbare Hochfrequenz-

Eingangsschaltungsanordnungen werden auch als Tuner bezeichnet und bestehen im wesentlichen aus einem sogenannten Hochfrequenzkreis bzw. einer Hochfrequenz-Verstärkerstufe und einer Mischstufe.

Ein Ausführungsbeispiel ist der zur Zeit auf dem Markt erhältliche, in die Geräte der Anmelderin eingebaute Kanalwähler, der dort noch aus zwei getrennten Einheiten besteht, und zwar ist der eine Kanalwähler zum Empfang der Fernsehsignale im UHF-Bereich und der andere zum Empfang der Fernsehsignale im VHF-Bereich geeignet. Beide Kanalwähler bestehen im wesentlichen aus einer Eingangsstufe, die in diesem genannten Ausführungsbeispiel schmalbandig ausgelegt ist. Es sind aber auch Ausführungsbeispiele bekanntgeworden, bei denen vor dieser Eingangsstufe noch eine weitere transistorisierte Stufe mit einem sogenannten aperiodischen Vorverstärker geschaltet ist. Wie in der Rundfunkempfänger-Technik üblich und von dort her übernommen, sind auch die Kanalwähler bzw. Tuner der Fernsehempfänger mit im wesentlichen zwei Schwingkreisen ausgerüstet, die diskrete Elemente aufweisen und von denen jeweils mindestens eines in seiner Größe veränderbar sein muß. Während bei älteren Anmeldungen Drehkondensatoren verwendet wurden, um das frequenzbestimmende C in den Hochfrequenzkreisen zu verändern, wurde später einmal die Induktivität durch verschiebbare Kerne verändert. In neuerer Zeit sind jedoch wiederum die Kapazitätswerte diejenigen, die als frequenzbestimmende Glie- der im Schwingkreis verändert werden, weil nämlich sogenannte Kapazitätsabstimmdioden in recht einfacher Weise in die Hochfrequenzkreise eingebaut werden können und lediglich eine Spannungsveränderung die Kapazität derartiger Dioden, die im Sperrbereich betrieben werden, verändert. Auf diese Weise ist es recht einfach möglich, den betreffenden Schwingkreis abzustimmen. Ein Nachteil dieser herkömmlichen Anordnung ist jedoch der, daß der sogenannte Hochfrequenzschwingkreis und der sögenannte Oszillatorkreis gleichermaßen und gleichzeitig abgestimmt werden müssen, womit sich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Abstimmkurven ergeben, d. h., in Abhängigkeit von der sogenannten Abstimmspannung müssen sich die Kapazitäten der eingesetzten Kapazitätsabstimmdioden im Hochfrequenzkreis und im Oszillatorkreis im Verhältnis zueinander gleichmäßig ändern, sonst ergeben sich Gleichlauf unterschiede und damit unerwünschte Modulationsprodukte in der Mischstufe.

Ein weiterer Nachteil derartig aufgebauter Kanalwähler ergibt sich daraus, daß die einzelnen Elemente in diskreten Bauelementen ausgeführt sind, d. h., die Transistoren, die Widerstände, die Spulen und die Kondensatoren sowie die Abstimmdioden sind jeweils als diskrete Bauelemente in der Fertigung einzeln zu schalten, wobei die Schaltkapazitäten selbstverständlich berücksichtigt werden, aber weil geringe Lageänderungen eines eingesetzten Bauelementes hier sehr große Unterschiede ergeben, und zwar z. B. in der sogenannten Schaltkapazität, wäre es wünschenswert, auch hier zu anderen Herstellungsverfahren überzugehen.

Die Aufgabe besteht also darin, einen Kanalwähler bzw. Tuner oder ganz allgemein eine abstimmbare Hochfrequenz - Eingangsschaltungsanordnung für eine abstimmbare Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnung für einen Fernsehempfänger zu schaffen, der sich in besonderem Maße für eine Massenfertigung eignet. Zur Lösung dieser Aufgabe ständern dem Fachmann die Erfahrungen aus der gesamten Hochfrequenz-Technik zur Verfügung, insbesondere die Maßnahmen, die teilweise in der Meßgeräte-Technik angewandt wurden als auch Maßnahmen aus dem Bereich der sogenannten integrierten Schaltungstechnik. Es war aber schwierig, eine Lösung anzugeben, die einerseits an die Erfordernisse in den Kanalwählern eines Fernsehempfängers angepaßt ist, weiterhin bezüglich der Fertigung nicht neue Schwierigkeiten schafft, sondern wirklich eine Vereinfachung darstellt und weiterhin auch noch ein Bauteil schafft, das sich auch fernsteuern und in der Weise abstimmen läßt, wie es im Augenblick bei den Fernsehempfängern üblich ist, d. h. zum Beispiel einfache Anwendung der sogenannten Speichertechnik mit Abruf der eingestellten Sender usw.

Ausgegangen wird also von abstimmbaren Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnungen für einen zum Empfang von Fernsehsignalen im VHF- und/ oder UHF-Bereich geeigneten Fernsehempfänger, der z. B. einen in allen Bereichen gemeinsam verstärkenden Vorverstärker aufweisen kann und der einen abstimmbaren Oszillatorschwingkreis aufweist. Am Eingang dieses sogenannten Kanalwählers sind also sämtliche Fernsehsignale — herkommend von der Antenne — vorhanden, und am Ausgang muß die geforderte Zwischenfrequenz erscheinen, die dann in herkömmlicher Weise in Zwischenfrequenzstufen weiter verstärkt wird. Letzteres ist aber nicht Gegenstand dieser Erfindung.

Die obengenannte Aufgabe wird bei einer abstimmbaren Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnung für einen Fernsehempfänger nach der Erfindung durch Maßnahmen gelöst, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben sind.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung muß jedes Bauteil in diesen neuen Fernsehkanalwähler besonders angepaßt sein, und jeweils ein oder mehrere Ausführungsbeispiele für die weitere Ausgestaltung der Erfindung sind in den Kennzeichen der Unteransprüche genannt.

Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die Schwierigkeiten, die bisher über die sogenannten Gleichlaufprobleme in den Kanalwählern auftreten, nicht mehr vorhanden sind, weil nur noch ein einziges Element, d. h. ein einziger Oszillator, abgestimmt werden muß. Weil aber eine Umsetzung auf zunächst eine sehr hohe Zwischenfrequenz erfolgt, können die Bauteile verhältnismäßig klein ausgeführt werden. Die gesamte sogenannte Leiterplatte für den Kanalwähler kann Größtabmessungen von etwa 2 bis 6 cm² aufweisen, und was der wesentlichste Vorteil der Anordnung ist, die einzelnen Elemente werden nicht mehr als diskrete Bauelemente ausgeführt, sondern der größte Teil der Bauelemente ist in der sogenannten IC-Technik hergestellt, d. h. also, die wichtigsten Teile eines derartigen Kanalwählers können maschinell hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild für einen Kanalwähler nach der Erfindung,

F i g. 2 eine nähere Detaillierung des Blockschaltbildes nach der Fig. 1,

5 6

Fig. 3 eine Ausführungsform für einen Hybridring klein, daß sie mit den Mitteln der Mikrowellen-IC-

nach der Erfindung mit der Verteilung seiner An- Technik verwirklicht werden können, wodurch eine

Schlüsse, Verkleinerung und Verbilligung einhergeht.

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel für einen Hybrid- Fig.2 zeigt nun die einzelnen Elemente in etwas

ring in Dünnfilm-Leitungstechnik, 5 detaillierterer Angabe, und zwar ist 1 wieder die An-

F i g. 5 den Diodenring für die Mischstufen mit den tennenzuleitung und 2 der Eingangsbreitbandverstär-

zugehörigen Beschaltungen, ker für die Frequenzen von z. B. 47 bis 960 MHz.

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für den Abstimm- Aber schon dieser Eingangsbreitbandverstärker 2 ist

oszillator, derart ausgelegt, daß von ihm nicht ein Unsymmetri-

F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen io scher — wie bisher üblich —, sondern ein symmetri-

Abstimmoszillator nach F i g. 6, scher Ausgang zur ersten Mischstufe 4 verläuft, und

Fig.8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen dieser symmetrische Ausgang ist hier in Fig.2 mit

Abstimmoszillator nach F i g. 6 mit Mikrostripleitun- 12 bezeichnet. Hier wird also die Eingangsfrequenz f_e

gen, im Gegentakt der ersten Mischstufe 4 zugeführt. Aber

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel für den Festoszilla- 15 auch die erste Mischstufe 4 verläßt das Signal nicht tor mit einem Eintaktoszillator und Mikrostriplei- unsymmetrisch, sondern symmetrisch über die Leitungen, tung 13 zu einem sogenannten ersten Hybridring, der

In F i g. 1 ist die abstimmbare Hochfrequenz-Ein- hier mit 10 bezeichnet ist. Dieser erste Hybridring 10 gangsschaltungsanordnung bzw. der Kanalwähler ist mit dem Abstimmoszillator 5, der also z. B. auf nach der Erfindung im Prinzip schematisch darge- 20 der Frequenz von 2040 bis 2953 MHz abstimmbar stellt. Es bedeuten: 1 die Antennenzuleitung, 2 ein ist, über die Leitung 14 verbunden. Die Abstimm-Eingangsbreitbandverstärker, der z. B. für den Be- Oszillatorfrequenz f_A gelangt im Gleichtakt über die reich von 47 bis 960 MHz ausgelegt ist. Leitung 14 an den ersten Hybridring 10, und auf dem

Die wesentlichen Teile dieser Erfindung sind in symmetrischen Leitungszug 13 liegt die Abstimm-Fig. 1 in dem mit 3 bezeichneten und gestrichelten 25 Oszillatorfrequenz f_A im Gegentakt und die erste Zwi-Kästchen enthalten, nämlich eine erste Mischstufe 4 schenfrequenz, also etwa bei 3000 MHz, im Gleichmit zugehörigem Abstimmoszillator 5 für die Fre- takt. Diese erste Zwischenfrequenz verläßt den ersten quenz von z.B. 2040 bis 2953 MHz. Hinter dieser Hybridring 10 über die Leitung 15 in Fig.2 im ersten Mischstufe 4 folgt dann ein Filter 6 für diese Gleichtakt und gelangt dann an ein YIG-Filter, also erste Zwischenfrequenz, die also bei etwa 3000 MHz 30 an das Filter 6 für die erste Zwischenfrequenz von liegt. Hinter dem Filter ist dann die zweite Misch- 3000 MHz. Hinter diesem YIG-Filter ist wieder eine stufe 7 eingeschaltet, die mit einem Festoszillator 8, unsymmetrische Leitung vorhanden, nämlich die Leider z. B. auf der Frequenz von 3035 MHz schwingt, tung 16; auf dieser liegt also lediglich das schmale verbunden ist, und am Ausgang der zweiten Misch- ausgesiebte erste Zwischenfrequenzband von z. B. stufe 7 folgt dann die zweite Zwischenfrequenzstufe 35 3000 ± 3 MHz und gelangt über die Leitung 16 an bzw. die bisher übliche Zwischenfrequenzstufe eines den zweiten Hybridring 11. Dieser Hybridring 11 ist Fernsehempfängers. Diese Stufe ist hier mit 9 be- über eine unsymmetrische Leitung 17 mit einem Festzeichnet, und die Zwischenfrequenz ist in bekannter frequenzoszillator 8 verbunden. Dieser Festfrequenz-Weise 35 MHz. oszillator 8 schwingt z. B. auf der Frequenz von

In der ersten Mischstufe wird also mit Hilfe des 40 3035 MHz. Die Festoszillatorfrequenz f_o gelangt über

ersten abstimmbaren Oszillators die gewünschte die unsymmetrische Leitung 17 im Gleichtakt auf den

Empfangsfrequenz durch Aufwärtsmischung auf ein Hybridring 11. Dieser erhält über die Leitung 16 die

erstes, oberhalb der Bereichsobergrenze liegendes erste Zwischenfrequenz von z. B. 3000 MHz im

Zwischenfrequenzband umgesetzt. Das anschließende Gleichtakt, und über die Leitung 18 wird schließlich

Filter für die erste Zwischenfrequenz, also das FiI- 45 symmetrisch aus dem zweiten Hybridring 11 die

ter 6, läßt nur eine gewisse Bandbreite in der Nähe Festoszillatorfrequenz f₀ im Gegentakt und die erste

der hohen ersten Zwischenfrequenz hindurch, und Zwischenfrequenz im Gleichtakt an die zweite Misch-

die zweite Mischstufe 7 in Verbindung mit dem Fest- stufe 7 gegeben. Aus dieser gelangt schließlich über

frequenz-Oszillator 8 hat dann den Sinn, die erste, die symmetrische Leitung 19 die zweite Zwischenfre-

sehr hohe Zwischenfrequenz, also die Zwischenfre- 50 quenz in der Größenordnung von 35 MHz im Gegen-

quenz im GHz-Bereich durch Abwärtsmischung auf takt auf die zweite Zwischenfrequenzstufe, die in

die unterhalb der Bereichsuntergrenze liegende zweite F i g· 1 ebenfalls mit 9 bezeichnet ist, die also in

Zwischenfrequenz umzusetzen. diesem Ausführungsbeispiel einen symmetrischen

Der Kanalwähler hat außerdem die Eigenschaft, Eingang aufweist und einen unsymmetrischen Aus-

daß keine Spiegelfrequenzen im Empfangsband auf- 55 g^ang» und dieser unsymmetrische Ausgang ist mit den

treten. Daher ist ein Betrieb ohne Eingangsselektion, bisher in den Fernsehempfängern üblichen Zwischen-

also ohne ein sogenanntes mitlaufendes Filter im frequenzstufen, und zwar den weiteren Zwischenfre-

Eingang möglich. Alle Frobleme der Gleichlauf- quenzstufen, verbunden.

Schwierigkeiten und damit die Anordnung von Ab- Die nachfolgenden Figuren zeigen nun Ausfüh-

gleich- bzw. Trimmelementen sind nicht vorhanden. 60 rungsbeispiele für die einzelnen Teile der in den

Der Durchstimmbereich der Abstimmoszillatoren Fig. 1 und 2 im wesentlichen innerhalb des strichwird relativ klein durch Einführung der hohen Zwi- lierten Kästchens 3 gezeichneten Teile der Erfindung, schenfrequenz, so daß alle Bereiche ohne Bandum- So zeigt die Fig. 3 den Hybridring. Zunächst ist schaltung mit einem einzigen Oszillator abgestimmt die Aufteilung wichtig, denn der Hybridring ist werden können, d. h., der Kanalwähler nach dieser 65 grundsätzlich so ausgelegt, daß auf den Umfang, Erfindung kann durchgehend abstimmbar sein vom also auf 360 Winkelgrad, 6/4 λ realisiert worden sind. VHF- bis in das höchste UHF-Band. (λ bezieht sich auf die Mitte des Abstimmbereichs

Alle Induktivitäten und Kapazitäten werden derart vom Oszillator 5, also etwa 2,5 GHz.) Die Anschluß-

klemmen dieses Hybridringes sind in der F i g. 2 für den ersten Hybridring 10 eingesetzt. An die Anschlußklemmen 20 und 21 ist also die erste Mischstufe 4 angeschlossen, d. h. also, der symmetrische Eingang des Hybridringes 10 bzw. der symmetrische Ausgang der ersten Mischstufe 4 an den Klemmen 20 und 21 liegt λ/2 auseinander. Zwischen diesen beiden Anschlußklemmen liegt der unsymmetrische Ausgang des ersten Hybridringes 10 mit der Klemme 22, also dies ist die Leitung 15, die zu dem Filter 6 für die erste Zwischenfrequenz verläuft. Dieser Anschluß liegt zwischen den beiden Klemmen 20 und 21 in der Mitte, also jeweils in einem Abstand von λ/4. Der Anschluß für den Abstimmoszillator an der Klemme 23, auch eine unsymmetrische Leitung, liegt um λ/Α gegen die Anschlußklemme 21 und um 3/4 λ gegen die Klemme 20 versetzt.

Diese Anordnung ist an sich bekannt (siehe z. B. Meinke-Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer 1962, Kap. E 14) als Er- ao satz eines Differentialübertragers in der Mikrowellentechnik, d. h. zur Trennung gleich- und gegenphasiger Signale.

Der Hybridring nach F i g. 3 kann nun aus einzelnen Leitungsstücken einheitlichen Wellenwiderstands as bestehen, oder jedes Leitungsstück des Hybridringes kann als TT- oder T-Glied aus konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten ausgeführt werden oder ersatzweise aus hochohmigen bzw. niederohmigen Leitungsstücken bestehen, wie in F i g. 3 angedeutet. Derartige Maßnahmen dienen der Verringerung von Oberwellenresonanzen des Hybridringes.

Eine weitere Ausführung eines derartigen Hybridringes, also eines Hybridringes 10 oder 11 nach F i g. 2 zeigt die F i g. 4. In der F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel in Mikrostriptechnik gezeigt, bei der die Versetzungen um die angegebenen Abstände, wie aus F i g. 3 ablesbar, eingehalten sind. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil des sehr kleinen und raumsparenden Aufbaus.

F i g. 5 zeigt schließlich in der Mitte einen an sich bekannten Diodenring, der hier als Mischstufe für die Mischstufe 4, also dort für die erste Mischstufe, und für die Mischstufe 7, also für die zweite Mischstufe eingesetzt wird. Der Diodenring selbst besteht grundsätzlich immer aus vier Dioden 24, 25, 26 und 27, und zwar in der Weise geschaltet wie in F i g. 5 angegeben. Das hier gezeichnete Beispiel ist ein spezielles und ein weiterentwickeltes Beispiel, nämlich hier sind in jedem Zweig hintereinander zwei Dioden geschaltet, und zwar liegt in dem Zweig der Diode 24 noch eine zweite Diode 28, in dem Zweig der Diode 25 als zweite Diode die Diode 29, im Zweig der Diode 26 die Diode 30 und im Zweig der Diode 27 noch die Diode 31. Der Diodenring ist derart ausgelegt, daß alle Mischprodukte, die nicht aus ungeradzahligen Harmonischen des Eingangssignals und der Oszillatorfrequenz entstehen, in diesen sogenannten balancierten Mischern unterdrückt werden. Derartige Mischer sind an sich bekannt und erforderlich bei fehlender Eingangsselektion. Durch die zusätzlichen Dioden 28 bis 31 und die eventuellen zusätzlichen Widerstände 42 bis 45 (F i g. 5) kann der Mischer größere Signale verarbeiten.

Dieser Diodenring weist die Anschlüsse 32, 33, 34 und 35 auf. In den linken Teil der F i g. 5 ist nun die Beschallung eines derartigen Diodenringes eingezeichnet, die für den Einsatz in der ersten Mischstufe 4 gilt. Hier sind also die Klemmen 32 und 33 über jeweils einen Tiefpaß mit dem symmetrischen Ausgang des Eingangsbreitbandverstärkers verbunden, der also an die Klemmen 36 und 37 anzuschließen wäre. Ein derartiger Tiefpaß besteht z. B. aus je einem ΤΓ-Glied mit den Kapazitäten C₁ und C₂, wobei C₁ etwa den Wert von 5 pF und C₂ den Wert von etwa 5 pF aufweist und einer Induktivität L₁, die etwa 9 nH beträgt.

Zu dem Diodenring wäre noch auszuführen, daß in jedem Zweig zwischen den beiden Dioden noch Widerstände, und zwar die mit den Bezugszeichen 42 bis 45 versehenen, eingesetzt werden können. Diese Widerstände haben z. B. Werte von 1 bis 30 Ohm und den Effekt, daß gegenüber einfachen Diodenringen größere Signale bei gleicher Kreuzmodulationsfestigkeit verarbeitet werden können. Derartige Maßnahmen sind bei Fehlen der Eingangsselektion wichtig, weil hier Nachbarsender im Mischer stärker auftreten können als der gewünschte Nutzsender. Durch die Wahl dieser Widerstände 42, 43, 44 und 45 läßt sich bei einer gegebenen Oszillatorleistung eine minimale Kreuzmodulation einstellen.

Der aus den Kondensatoren C₁, C₂ und der Induktivität L₁ bestehende Tiefpaß soll die im Gleichtakt anfallende erste Zwischenfrequenz, also die bei 3000 MHz, reflektieren und nicht zum Eingangsbreitbandverstärker frei hindurchlassen, und außerdem soll er die hohe Oszillatorspannung des Abstimmoszillators 5 ebenfalls vom Ausgang des Eingangsbreitbandverstärkers 2 fernhalten.

Für den Einsatz in der ersten Mischstufe 4 sind dann die Klemmen 34 und 35 des gezeigten Diodenringes mit den Klemmen 20 und 21, wie in Fig.2 bzw. 3 angegeben, verbunden.

Der rechte Teil der F i g. 5 zeigt nun eine beispielsweise Beschaltung für den Einsatz eines derartigen Diodenringes als zweite Mischstufe 7. Hier sind die Klemmen 32 und 33 dann mit einem Saugkreis für die erste Zwischenfrequenz, also für 3000 MHz, und einem zweiten Saugkreis für die Frequenz des Festoszillators j₀ verbunden und führen von dort aus zu dem symmetrischen Eingang der zweiten Zwischenfrequenzstufe, also der bei 35 MHz, die in den Fig. 1 und 2 mit 9 bezeichnet ist. Diese wird also an die Klemmen 38 und 39 angeschlossen.

Wenn der in F i g. 5 gezeigte Diodenring also in der zweiten Mischstufe 7 eingesetzt ist, dann gelten nur die nach rechts strichliert eingetragenen Anschlüsse bzw. Anschlußleitungen 40 und 41, und es bestehen nach links, wie in F i g. 5 gezeichnet ist, also keine Leitungsverbindungen, und die mit 20 und 21 bezeichneten Anschlüsse unten in der F i g. 5 sind also dann in Analogie zu den Anschlüssen beim ersten Hybridring 10 hier die beiden Anschlußklemmen auf der Leitung 18 für den zweiten Hybridring 11. Der Saugkreis für die erste Zwischenfrequenz, also für die Frequenz von 3000 MHz, wie im rechten Teil der F i g. 5 gezeichnet, besteht aus einem offenen Leitungsstück der elektrischen Länge 25 mm (λ/4 bei 3000 MHz). Der zweite Saugkreis für die Frequenz /₀, also für die Festoszillatorfrequenz, besteht aus einem entsprechenden offenen Leitungsstück von λ/4 bei der Oszillatorfrequenz.

Diese beiden Saugkreise haben den Effekt, daß sie das unerwünschte Austreten der genannten Frequenzen an die zweite Zwischenfrequenzstufe 9 verhindern. Außerdem können bei geeigneter Bemessung

509510/359

9 10

noch Wirkungen eintreten, die praktisch als eine Re- Last 50 und zur besseren Anpassung dieser Last wird

flexion dieser Signale zurück in den zweiten Dioden- ein interdigitaler Dünnfilmkondensator 60 eingesetzt,

mischer, also in die zweite Mischstufe 7, angesehen Die Dünnfilmdrosselspulen 61 und 62 an der Basis

werden können. der Transistoren 46 und 47 weisen eine hohe Mikro-

Die nachfolgenden F i g. 6, 7,8 und 9 beschreiben 5 wellenimpedanz auf und trennen lediglich den eigent-

nun Oszillatoren, die sowohl als Abstimmoszillato- liehen Oszillatorteil vom Stromversorgungsteil für

ren 5 als auch als Festoszillatoren 8 in der Schal- den Transistor, also von den Vorwiderständen 63, 64,

tungsanordnung nach der Erfindung einsetzbar 65 und 66 sowie 67 und 68. Die Dünnfilmspulen 69

sind. und 70, die in der Emitterzuleitung der Transistoren

Die F i g. 6 zeigt zunächst erst einmal ein Prinzip- io 46 und 47 liegen, sind derart ausgelegt, daß sie einer-

schaltbild eines abstimmbaren Mikrowellengegentakt- seits unter Zuhilfenahme ihrer parasitären Kapazität

transistor-Oszillators mit den Transistoren 46 und 47, die Kondensatoren 48 bzw. 49 nach Fig. 6 nachbil-

deren Kollektor-Emitter-Strecken zwecks Rückkopp- den und andererseits durch ihre hohe Impedanz eine

lung durch die Kondensatoren 48 und 49 überbrückt Trennfunktion wie die Basisspulen 61 und 62 erfül-

sind. Der Lastwiderstand ist mit 50 bezeichnet, und 15 len. Zwischen den Transistoren 46 bzw. 47 und den

der eigentliche Schwingkreis besteht aus den Indukti- Kapazitätsabstimmdioden 55 bzw. 56 befinden sich

vitäten bzw. Spulen51 und 52, die z.B. etwa 1OnH noch weitere Kapazitätsdioden71 bzw. 72 mit Kapa-

aufweisen können, und den abstimmbaren Kondensa- zitätswerten von etwa 30 pF, also die relativ hohe

toren 53 und 54, die z. B. von 10 bis 1,5 pF abstimm- Kapazitätswerte aufweisen und damit eine kleine

bar sind. 20 Mikrowellenimpedanz. Diese Kapazitätsdioden 71

Hierbei waren folgende Gesichtspunkte zu berück- und 72 werden von der Basisspannung der Transistosichtigen: Integrierbare Mikrowellenschaltungen be- ren 46 bzw. 47 vorgespannt und wirken als Trennstehen aus diskreten Halbleiterchips, Dünnfilmmetall- kondensatoren, um das jeweilige Transistor- und das strukturen und eventuell diskreten passiven Elemen- jeweilige Kapazitätsabstimmdiodenpotential voneinten, die zusammen auf einem verlustarmen Substrat 25 ander unabhängig zu halten.

untergebracht werden. Derartige neuartige Schal- In einem Ausführungsbeispiel sind z. B. Transistotungstechniken sollten auch hier bei diesem Oszillator ren BFW 16 angeordnet worden. Der Oszillator arbeiverwirklicht werden. Der Oszillator ist zunächst ein tete im Frequenzbereich zwischen 2 bis 3 GHz mit Oberwellenoszillator, bei dem am Ausgang nur die Ausgangsleistungen größer als 100 mW. Für die Kadurch Nichtlinearitäten entstehende erste Oberwelle, 3° pazitätsdioden 55 und 56 wurden z. B. Typen BB 105 also die zweite Harmonische, ausgekoppelt wird. Eine eingesetzt. Der große Vorteil dieser Anordnung beim UHF- und Mikrowellengebiet weitverbreitete steht darin, daß mit Hilfe kapazitiv wirkender gleich-Oszillatorschaltung sollte verbessert werden. Im stromführender Dünnfilmspulen sowie durch poten-Gegentaktoszillator nach F i g. 6 fließen die beiden tialtrennende Kapazitätsdioden ein Gegentaktmikro-Ströme in dem Zweig der Kapazität 53 und der 35 wellenoszillator entstanden ist, der vollständig in Induktivität 51 zu dem Zweig mit der Kapazität 54 integrierter Schaltungstechnik aufbaubar ist und da- und der Induktivität 52 mit 180° Phasenverschiebung. her auch äußerst geringe Abmessungen aufweist. Alle Werden diese beiden Ströme in ihre Harmonischen zusätzlichen Halbleiter, also die diskreten Bauzerlegt, so zeigt sich, daß die ungeraden Harmoni- elemente, können dabei in zwei oder auch bei besonschen jeweils gegenphasig und die geraden Harmoni- 4° derer Ausführung in einem einzigen sogenannten sehen jeweils gleichphasig sind. Wird also die BeIa- Chip zusammengefaßt werden. Die Schaltung ist so stung 50 an der gezeichneten Stelle angeschlossen, so ausbildbar, daß sie später nicht abgeglichen werden kann diese nur von den gleichphasigen geraden Har- muß und eignet sich aus diesem Grunde besonders monischen durchflossen werden, während sich die für die Massenproduktion innerhalb einer sogenannungeraden Harmonischen aufheben. Da aber die 45 ten integrierten Technik.

Amplitude der zweiten Harmonischen bzw. der ersten Die F i g. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel Oberwelle sehr viel größer als die der übrigen gera- eines Oszillators, der ebenfalls auf dem Grundprinzip den Harmonischen ist, wird bevorzugt diese Harmo- von F i g. 6 (Anmerkung: auch bei F i g. 8 handelt nische ausgekoppelt. Eine weitere Verbesserung und es sich um einen Oberwellenoszillator) basiert, und damit eine wirkliche Realisierung einer Schaltungs- 50 zwar ist hier wiederum ein zwischen 2 und 3 GHz abanordnung nach F i g. 6 zeigt die F i g. 7 in söge- stimmbarer Mikrowellenoszillator gezeigt, der sich nannter vollständiger integrierter Form. Als Abstimm- auf Grund des Gebrauchs von sogenannten gekoppelkapazität dient dabei eine durch die Abstimmspan- ten Leitungen und Kapazitätsdioden vollständig interning veränderbare Kapazitätsabstimmdiode, die in grieren läßt.

dem einen Oszillatorzweig mit 55 und in dem ande- 55 Von den schon bekannten Möglichkeiten, abstimmren mit 56 bezeichnet ist. Diese Dioden können bare Mikrowellenoszillatoren zu bauen, eignet sich auch stellvertretend für z. B. die Gegentaktschaltung an sich besonders die, bei der Schaltungen mit Halboder die Serienschaltung von zwei Einzeldioden ste- leiterchips und Streifenleitungen verwirklicht werden, hen. Die Induktivitäten 51 und 52 werden durch Die Schaltungsanordnung nach F i g. 8 macht von Dünnfilmstreifen oder -Spiralen oder durch ein Stück 60 diesen an sich bekannten Möglichkeiten Gebrauch. Streifenleitung gebildet. Die Zuführung der Dioden- Sie besteht aus einem aktiven Schaltungselement bzw. spannung an diese Kapazitätsabstimmdioden 55 und in der Gegentaktanordnung nach F i g. 8 aus zwei 56 erfolgt über einen Vorwiderstand 57 und die bei- aktiven Schaltungselementen, nämlich einem Transiden Dünnfilmdrosselspulen 58 und 59. An sich könn- storpaar, in F i g. 8 mit 73 und 74 bezeichnet. Die ten diese Drosseln 58 und 59 auch durch genügend 65 zugehörigen Versorgungswiderstände für die Gleichhohe Widerstände ersetzt werden. Zur Vermeidung stromversorgung sind mit 75, 76, 77 und 78 bezeicheiner Überbrückung der Kapazitätsabstimmdioden 55 net. Hierzu gehört auch die Streifenleitungskonfigura- und 56 über den Belastungswiderstand bzw. über die tion und eine Anzahl von Kapazitätsdioden. Die Spei-

11 12

sung erfolgt über mehrere in Streifenleitungstechnik einem negativen Widerstand, mit einem Resonator ausgeführte Tiefpaßfilter, die derart konstruiert sind, bzw. einem abstimmbaren Übertrager zu verbinden daß sie für die Oszillatorfrequenzen eine hohe Impe- und diesen schließlich entsprechend mit einer BeIadanz bilden und die beiden Emitter möglichst kapazi- stung bzw. einem Lastwiderstand zu koppeln. Alle tiv belasten. Die genannte Streifenleitungskonfigura- 5 verwendeten Elemente sind voll integrierbar oder als tion zusammen mit den Kapazitätsdioden wirkt in der Streifenleitungsstruktur zweidimensional aufzubauen, gezeigten Schaltungsanordnung wie die Induktivitäten Der Resonator bzw. der Übertrager sind in dem Aus-51 und 52 und die Kapazitäten 53 und 54 in Fi g. 6. führungsbeispiel nach F i g. 9 mit 93 bezeichnet, der Zusätzlich kann die Streifenleitungskonfiguration als zugehörige Verstärkertransistor bzw. das aktive Bau-Anpasungsübertrager für die Last, die in Fig. 8 mit io element mit 94. In der Basisleitung des Verstärker-79 bezeichnet ist, verwendet werden. Von besonderen elementes 94, also des Transistors, ist eine Λ/4-Lei-Merkmalen sind in dieser Oszillatoranordnung die zu rung 95 angeordnet, die einen völligen Kurzschluß nennen, daß mit Hilfe eines aktiven Elementes oder für eine Frequenz, und zwar die Schwingfrequenz, einer Anzahl aktiver Elemente und mit Hilfe gekop- darstellt, so daß der Resonator auf dieser Seite wirpelter Mikrowellenleitungen ein Oszillator gebaut ist, 15 kungsvoll geerdet werden kann. Weiterhin befindet der vollständig integrierbar ist und damit vorzüglich sich am Emitter des Verstärkerelementes 94 eine Λ/2-für eine Massenproduktion geeignet erscheint. Eben- Struktur 96, die für die gleiche genannte bestimmte falls, wie oben bei den anderen Figuren beschrieben, Frequenz eine hohe Impedanz darstellt und praktisch sind auch hier Kapazitätsabstimmdioden 80, 81 und eine Drossel ersetzt, die an dieser Stelle normaler-82, 83 angeordnet, die von einer Versorgungsquelle 20 weise eingesetzt werden müßte. Die Koppelstruktur 86 her über die Widerstände 84 und 85 vorgespannt 93 verhält sich wie eine Induktivität parallel an einem werden. Die hier gezeigte Gegentaktanordnung der idealen Übertrager und an einem Belastungswider-Dioden kann z. B. auch durch je eine Einzeldiode stand. Zusammen mit der Eingangskapazität des oder durch zwei oder mehrere Dioden in Serie ersetzt Transistors bildet also diese den Resonator und werden. Durch die galvanische Trennung von Basis- 25 gleichzeitig die Belastung, wobei als Belastung noch und Abstimmkreis sind Trennkapazitäten, wie die einmal ein besonderer Widerstand 97 eingezeichnet beiden Kapazitätsdioden 71 und 72 nach F i g. 7, worden ist, während die anderen Widerstände 98, 99 nicht erforderlich. und 100 als Versorgungswiderstände zur Einstellung

Die obengenannten Tiefpaßfilter sind mit 87, 88 der betreffenden Vorspannungen des Verstärkerund 89 bezeichnet. Sie führen ebenfalls zu den ent- 30 elementes 94 dienen und mit einer gemeinsamen sprechenden Gleichstromanschlüssen 90 und 91 für Speisespannungsquelle 101 verbunden sind.
die Emitterspannung der Transistoren bzw. das Tief- Die Besonderheiten des Oszillators nach F i g. 9 paßfilter 88 über die Widerstände 77 und 78, die als besteht darin, daß hier sogenannte gekoppelte Mi-Spannungsteiler wirken, an eine Stromversorgungs- krostripleitungen verwendet werden. Sie können z. B. klemme 92 für die Basisspannung des Transistors 35 auf einem sogenannten Al₂O₃-Substrat aufgebaut bzw. der Transistoren 73 und 74. werden, wodurch die Möglichkeit besteht, mittels der

F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Eintakt- bekannten Temperaturabhängigkeit dieses Werkstoffestoszillators. In diesem ist das Prinzip verwirklicht, fes die Drifteigenschaften des gesamten Oszillators zu in recht einfacher Weise ein sogenanntes Element mit beinflussen, d. h. zu verbessern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abstimmbare Hochfrequenz-Eingangsschaltungsanordnung für einen zum Empfang von Fernsehsignalen im VHF- und/oder UHF-Bereich geeigneten Fernsehempfänger, in der hinter einer

in allen Bereichen gemeinsamen verstärkenden Vor-Verstärkerstufe mit Hilfe eines abstimmbaren Oszillators in einer Mischeranordnung das Fernsehsignal mit der gewünschten Empfangsfrequenz herausgesiebt und auf die geforderte Zwischenfrequenz umgesetzt am Ausgang dieser Eingangsschaltungsanordnung verfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischer- anordnung aus zwei Mischstufen, zwei Oszillatoren und einem YIG-Filter besteht, deren erste Mischstufe mit Hilfe eines ersten abstimmbaren Oszillators die gewünschte Empfangsfrequenz durch Aufwärtsmischung auf ein erstes oberhalb der Bereichsobergrenze liegendes Zwischenfrequenzband umsetzt, deren YIG-Filter hieraus nur eine erste Zwischenfrequenz ausfiltert und deren zweite Mischstufe mit Hilfe eines zweiten Festfrequenz-Oszillators die erste Zwischenfrequenz durch Abwärtsmischung auf die unterhalb der Bereichsuntergrenze liegende zweite Zwischenfrequenz umsetzt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Mischstufen aus einer doppelt balancierten Diodenanordnung besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischstufe und der abstimmbare Oszillator über einen Hybridring mit dem Eingang des YIG-Filters und die zweite Mischstufe und der Festfrequenz-Oszillator über einen weiteren Hybridring mit dem Ausgang des YIG-Filters verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Mikrostriptechnik ausgeführten Hybridringe auf 360 Winkelgrad einen Umfang von 6/4 λ und vier Abzweigungen aufweisen, von denen zwei um λ/2 auseinaniderliegende mit der Mischstufe eine auf der halben Strecke = λ/4-Abstand zwischen diesen angeordneten mit dem YIG-Filter und eine im Abstand von λ/4 gegen den einen und 3/4 λ gegen den anderen der zuerst genannten Abzweigungen angeordnete Abzweigung mit dem abstimmbaren bzw. dem Frestfrequenz-Oszillator verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hybridring aus mäanderförmig gefalteten Leitungszügen besteht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitungsstück eines Hybridringes aus einem TT- oder T-Glied aus konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten oder aus hochohmigen und niederohmigen Leitungsstücken besteht.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischstufe (4) aus mindestens vier ringförmig angeordneten und elektrisch miteinander verbundenen Dioden besteht und der Diodenring vier Anschlußklemmen aufweist, von denen zwei sich gegenüberliegende, über jeweils einen Tiefpaß mit dem symmetrischen Ausgang des Eingangsbreitbandverstärkers und die beiden anderen mit dem ersten Hybridring verbunden sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischstufe (7) aus mindestens vier ringförmig angeordneten und elektrisch miteinander verbundenen Dioden besteht und der Diodenring vier Anschlußklemmen aufweist, von denen zwei sich gegenüberliegende, über jeweils einen Saugkreis für die erste Zwischenfrequenz und einen zweiten Saugkreis für die Festoszillatorfrequenz mit dem symmetrischen Eingang der zweiten Zwischenfrequenzstufe und die beiden anderen mit dem zweiten Hybridring verbunden sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenring aus acht Dioden besteht, von denen je zwei in Reihe gleichsinnig geschaltet zwischen je zwei Anschlußklemmen angeordnet sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zweig (zwischen zwei Anschlußklemmen) in Reihe mit den beiden Dioden Widerstände angeordnet sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abstimmbare Oszillator ein transistorisierter, auf der halben gewünschten Frequenz schwingender und mit Kapazitätsdioden abstimmbarer Gegentaktoszillator ist, dessen erste Oberwelle im Gleichtakt ausgekoppelt wird.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Emitterkreisen der Transistoren kapazitiv wirkende Spulen angeordnet sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß (an Stelle von Kondensatoren) durch das Basispotential vorgespannte Kapazitätsdioden zur galvanischen Trennung von Transistor- und Varicappotentialen in der Basiszuleitung der Transistoren angeordnet sind.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der Abstimmschaltung an die Transistoren gekoppelte Mikrostrip-Leitungen verwendet werden.

15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festoszillator ein transistorisierter Grundwellenoszillator ist, der gekoppelte Mikrostripleitungen zur Frequenzeinstellung und zur Ankopplung der Last aufweist.