DE2361928A1 - Anordnung fuer einen starr phasengeregelten mikrowellensender, insbesondere fuer richtfunkgeraete - Google Patents

Description

• Anordnung für einen starr phasengeregelten ikroc wellensender, insbesondere für Richtfunkgeräte.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für einen starr phasengeregelten Mikrowellensender, insbesondere für Richtfunkgeräte, der durch ein Signalband als Modulationssignal moduliert wird und dessen Phasenregelschleife einen Phasendetektor mit zwei Eingängen, einen von dessen Ausgangssignalen frequenzgesteuerten Oszillator, eine Nischstufe und einen weiteren Oszillator enthält.
• Solch ein starr phasengeregelter Mikrowellenoszillator ist in der GB-PS 1 069 550 beschrieben, während vorher die starre Phasenreglung bereits für andere Zwecke wie für Frequenzdemodulatoren und Nachlauffilter eingesetzt wurde. Eine starre Phasenregelschleife besteht aus einem Phasendetektor mit zwei Eingängen, mit dem die Phase von zwei Signalen verglichen wird. Eines dieser Signale ist dabei das Ausgangssignal eines durch eine Spannung oder durch einen Strom in der Frequenz gesteuerten Oszillators, wobei diese Steuerung durch das Ausgangssignal des Phasendetektors erfolgt. Wenn rie beiden Eingangssignale zueinander eine Phasendifferenz aufweisen, so tritt am Ausgang des.
• Phasendetektors ein Signal auf, das nach Filtern mittels eines Tiefpasses geeignete Einstellmittel im Oszillator betätigt und die Frequenz bis zur Phasenübereinstimmung nachstellt. Verschiedene Verfeinerungen sind für eine solche Phasenregelschleife bekannt wie z.B. Mischstufen zur Frequenzumsetzung und Vervielfacher, um gewisse Frequenzen vom Ausgangssignal des frequenzgesteuerten Oszillators abzuleiten.
• Die GB-PS 1 069 550 beschreibt Sende stufen für Vielkanal-Richtfunkverbindungen, für die die Möglichkeit des alleinigen Einsatz von Halbleitern besteht. Diese vollständig transistorisierten Geräte unterliegen dabei nicht den anderen Senderarten eigenen Beschränkungen, sei es daß diese auf dem Prinzip der Aufwärtsmischung auf hohen Leistungspegel mittels parametrischer Anordnungen oder auf einer Frequenzumsetzung bei niedrigem Pegel mit nachfolgender Leistungsverstärkung bei der Senderausgangsfrequenz beruhen. Hierbei ist bei der einen Art der Leistungsverbrauch sehr hoch, und es entstehen Filterungs- oder Abschirmschwierigkeiten. Bei der anderen Art bringen die zur Verfügung stehenden Transistorverstärker Einscbränkungen in Bezug auf die mögliche obere Frequenzgrenze, die noch verwendet werden kann, und ebenso ist ihre Leistung beschränkt. Mit Oszillatoren mit Injektionssynchronisation können die Frequenzbeschränkungen überwunden werden.
• Ein starr phasengeregelter Sender unterliegt im Prinzip nicht Einschränkungen in Bezug auf seine Ausgangsfrequenz. Dabei ist der Einsatz der Phasenregelschleife deshalb von Vorteil, weil das Steuersignal nicht von der Frequenzabweichung sondern von der Phasenabweichung abhängig ist.
• In der genannten britischen Patentschrift sind auch spannungsgesteuerte Oszillatoren in Form von mittels Kapazitätsdioden gesteuerten Transistoroszillatoren, Klystromoszillatoren, mittels Kapazitätsdioden gesteuerten Gun-Dioden-Oszillatoren und Oszillatoren mit Impakt-Dioden beschrieben. Solche Oszillatoren können dabei von Hand oder beihinreichendem Fangbereich der Anordnungen auch automatisch vorabgestimmt werden.
• Trotz aller genannten Schwierigkeiten besteht ein Bedarf an voll transistorisierten Richtfünksendern, die bei sehr hohen Frequenzen im 6 ... 7 GHz Band arbeiten und eine Bandbreite für eine# große Anzahl von Sprachkanälen z.B. mit 960 Kanälen bzw. einem Fernsehkanal mit heute erhält Ii chen Bauelementen aufgebaut werden können.
• Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, eine Anordnung für einen solchen starr phasengeregelten Mikrowellensender anzugeben. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist den Ansprüchen zu entnehmen.
• Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren dargestellten Beispielen eingehend beschrieben werden. Es zeigt dabei: Fig.l ein Blockschaltbild eines bekannten starr phasengeregelten Mikrowellensenders; Fig.2 .ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen starr phasengeregelten Mikrowellensenders, bei dem die -Mischstufe außerhalb der egelschleife liegt und der einen breitbandigen Nikrowellenphasendetektor verwendet; Fig.3 das Schaltbild eines in der Anordnung nach Fig.2 verwendeten Differenzverstärkers; Fig.4 eine Modifikation der Anordnung nach Fig.2, bei der die Mischstufe innerhalb der Phasenregelschleife liegt; Fig.5 eine Modifikation der Anordnung nach Fig.4, bei der das modulierende Signalband direkt an den Phasendetektor angelegt wird.
• Fig.l zeigt als Blockschaltbild eine bekannte Anordnung für einen starr phasengeregelten Sender, bei der die in einer Eingangsschaltung IN aufbereiteten Modulationssignale direkt den einen Eingang eines frequenzgesteuerten Oszillators VCO steuern und zwischen dessem Ausgang und anderem Eingang die Phasenregelschleife PPL mit einer Mischstufe MIX und einem Phasendetektor PD liegt. Der zweite Eingang der Mischstufe MIX erhält sein Eingangssignal von einem ersten Referenzoszillator OSC1, während dem zweiten Eingang des Phasendetektors PD das Ausgangssignal eines zweiten Referenzoszillators OSC2 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des frequenzgesteuerten Oszillators VCO wird einer Ausgangsschaltung OUT zugeführt, die die Sendeantenne speist und auch noch einen Leistungsverstärker und Vervielfacherstufen enthalten kann.
• Fig.2 zeigt nun als Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Anordnung für einen starr phasengeregelten Sender, bei der nun die Mischstufe MIX nicht mehr in der Phasenregelschleife PPL liegt und bei der als Phasendetektor PD1 eine auf der im Mikrowellenbereich liegenden Ausgangs frequenz des Senders arbeitenden symmetrische Mischstufe ist. Die Mischstufe MIX gehört hier zur Eingangsschaltung IN. Die übrigen Elemente der Fig.2 können zwei weiteren Hauptteilen zugeordnet werden und zwar einer Referenzoszillatoreinheit OSCl, von der wie in Fig.l die Mischstufe MIX gespeist wird, und der Ausgangsschaltung OUT, die sich an den frequenzgesteuerten Oszillator VCO1, der in der starren Phasenregelschleife PPL liegt, anschliePt. Die selbst schon modulierten Eingangssignale, die um 70 MHz herum liegen, werden nach Verstärkung in einem Vorverstärker AMPl dem einen Eingang der Mischstufe MIX zugeführt, an derem anderen Eingang' über einen Bandpaß BPFl ein örtlich erzeugtes Referenzsignal im 7 GHz-Bereich anliegt. Das Ausgangssignal der Nischstufe NIX, das selbst im 7 GHz-Bereich liegt, durchläuft den aandna SPP zu einem der Eingang des Phasendetektors PD1 in der Phasenregelschleife PPL. Als Eingänge des Phasendetektors PD1 dienen dabei die beiden Eingänge eines 900 3 db-Kopplers CPL, an dessen zwei Ausgängen Mikrowellendioden D1 und D2 über Anpassungs-und kapazitätsarme Koppelnetzwerke C1 und C2 liegen. Ausgehend von einem und gerichtet zum zweiten Ausgang des 3 db-Kopplers haben die beiden Dioden gleiche Durchlaßrichtung und sind durch ein Abgleichpotentiometer P miteinander verbunden, an dessem Abgriff der Regelschleifenverstärker AMP2 liegt.
• Um das erwünschte Arbeiten der Phasenregelschleife PP1 innerhalb eines großen Frequenzbandes sicherzustellen, arbeitet der Pegelschleifenverstärker AMP2 innerhalb eines Frequenzbandes von 0 bis über 150 MHz und ist als zweistufiger, direkt gekoppelt er Differenzverstärker mit einem Gegenkopplungsweg für Tiefpaß.verhalten und hoher Gleichtaktunterdrückung ausgelegt.
• Dieser Differeniverstärker ist in Fig.3 etwas ausführlicher dargestellt. Er besteht aus zwei untereinander völlig übereinstimmenden Teilen AMP21 und AMP22, von denen allein der Teil AtIP21 im Detail dargestellt ist. Das von dem Phasendetektor pl kommende Eingangssignal liegt an der Basis eines ersten NPN-Transistors T1. Der Kollektor ist über einen Widerstand R1 mit dem Grundpotential verbunden und die Basis erheilt ihre Vorspannung über einen zwischen ihr und dem Kollektor liegenden Widerstand R2 Der Kollektor ist direkt mit der Basis eines AusEangstransistors T2 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand R3 am Grundpotential liegt. Das Gegenkopplungsnetzwerk für Tiefpaßverhalten besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators C4 mit einem irstan R4 und liegt zwischen dem Kollektor von T2 und dem Emitter von T1. Dieser liegt über die Parallelschaltung eines Widerstandes R5 mit einem Kondensator C5 und über den hiermit in Reihe liegenden Widerstand R6 am negativen Versorgungspotential, wobei der Widerstand R6 beiden Teilen M4P2l und AP22 des Differenzverstärkers gemeinsam ist. Kondensator C6 legt R6 wechselstrommäßig an ase. Die beiden Eingänge des Verstärkers, von denen der Eingang des Teils AMP22 wechselstrommäßig über einen Kondensator C3 an Masse liegt, sind durch die Reihenschaltung von zwei IVTiderständen R8 und R9 miteinander verbunden. Ihr Verbindungspunkt liegt über die Reihenschaltung eines Widerstandes R10 mit einer Diode D3 am negativen Versorgungspotential. Bei dem Verstärkerteil AMP22 überbrückt ein zusätzlicher Kondensator C7 den Kollektorwiderstand, der dem Widerstand R1 im anderen Teil entspricht.
• Die Spannung am Kollektor des Transistors T2 steuert den frequenzgesteuerten Oszillator VCO1 (Fig.2). Dieser kann mit einem Transistor realisiert werden, der einen Betrieb im Bereich 1781 ... 1932 MMz zuläßt. Das Ausgangssignal dieses Oszillators liegt an einem Richtungskoppler DCP, mit Hilfe dessen ein Signal geringer Leistung abgezweigt wird, das über die Phasenregelschleife PPL zum anderen eingang der einen Teil des Phasenschiebers bildenden symmetrischen Mischstufe CPL zurückgeführt wird. In dies ei Rückführungsweg der Phasenregelschleife liegt ein Frequenzvervielfacher MTPl mit einer schnellen Recovery-Diode mit geradem Dotierungsprofil, dessen Ausgangssignal einen Ban#paßBPF3 durchläuft. IZTeiterhin befindet sich in der Schleife- -ein Phasenschieber PS. Dieser is vorgesehen, um die Phasenverhältinisse der Schleife optimieren zu können, und erlaubt eine variable Phasenverschiebung bis zu 1800. Am Ausgang des Phasenschiebers PS liegt ein einstellbares Dämpfungsglied ATT, mit Hilfe dessen die Ausgangsleistung des Frequenzvervielfachers MTPl#an die für den Eingang des Phasendetektors PD1 benötigte geringe Leistung von beispielsweise Im angepaßt werden kann.
• Diese Elemente PS und ATT vergrößern die Reflexionsdämpfung am Eingang des Phasendetektors und verbessern so sein Phasenverhalten.
• Genauso wie durch den Frequenzvervielfacher geringer Leistung MTPl das Ausgangssignal des frequenzgesteuerten Oszillators VCO1 wieder in das 7 GHz-Band umgesetzt wird, liegt im Ausgangskreis OUT, der-zwischen dem Richtungskoppler DCP und einem nicht dargestellten Antennensystem sich befindet, ein Leistungsfrequenzvervielfacher MTP2. Dieser hat den gleichen Vervilfachungsfaktor wie der Frequenzvervielfacher MTPl z.R. von 4 und setzt in das gewünschte Ausgangsfrequenzband um. Vor diesem Leistungsfrequenzvervielfacher MTP2 liegt ein Leistungsverstärker AMP3 vor dessem Eingang und nach dessem Ausgang je eine Einwegleitung ISL1 und ISL2 angeordnet ist, um unerwünschte Rückwirkungen des Frequenzvervielfachers MTP2 auf die Phasenregelschleife PPL zu vermeiden. Die Ausgangssignale des Vervielfachers MTP2 gelangen über einen Tiefpaß LP und eine weitere Einwegleitung dann zum Antennensystem.
• Der letzte -auptteil des in Fig.2 dargestellten starr phasengeregelten Senders ist die Einheit für den lokalen Oszillator OSC1. Dieser ist als hochstabiler Oszillator ausgelegt und enthält hierfür einen weiteren Kreis zur starren Phasenregelung PPL1 für einen weiteren frequenzgesteuerten Oszillator VC02, der seine Steuersignale vom Ausgang eines weiteren Phasendetektors PD2 über einen Schleifenverstärker AMP# erhält. Ebenso wie bei der Hauptphasenreslschleife PPL schwingt auch der Oszillator VC02 im 2 GHz-Bereich und diese Frequenz wird in den 7 GHz-Bereich mit Hilfe eines weiteren Frequenzvervielfachers MTP3, der um den Faktor 4 vervie#lfacht, umgesetzt.
• Die gewünschte Frequenzstabilität wird dadurch erzielt, daß ein hochstabiler Quarzoszillator OSC3 die Phasenregelschleife PPL steuert. Der Oszillator kann dabei auf einer Frequenz des 100 MHz-Bandes schwingen. Um Zwischenvervielfacher zu vermeiden zwischen dem Oszillator OSC3 und dem Phasendetektor PD2, gelangt das Ausgangssignal des Oszillators über einen Verstärker AMP5 und eine nachgeschaltete Pulsformerstufe PSP zum Eingang des Phasendetektors PD2, in dem es mit Abtastwerten des Oszillators VCO2 verglichen wird, wobei der Phasendetektor PD2 als Abtastdetektor in Stufenleitertechnik aufgebaut ist.
• Fig.4 zeigt nun eine Modifikation eines Teiles der Anordnung nach Fig.2. Da hier der Phasendetektor PD hochfrequent, also im 7 GHz-Band betrieben wird, muß auch der Referenzoszillator OSC1 ein Signal in gleicher Frequenz lage liefern. Das Signal für den anderen Eingang des Phasendetektors PD'liefert die Mischstufe MIX, an derem einen Eingang die modulierten Eingangssigna#le im 70MHz-Band der Eingangs schaltung IN und an derem anderen Eingang das Ausgangssignal des frequenzgesteuerten Oszillators VCO mit in der Phasenregelschleife PPL verminderter Leistung liegen. Da bei einem direkten Durchstoßen des Ausgangssignales des VCO durch den Phasendetektor PD eine Fehlregelung erfolgen würde, wird sein Ausgangssignal nicht direkt, sondern beispielsweise über eine Vervielfacherstelle an den Eingang des Phasendetektors PD angelegt, wodurch sich nachteiligerweise eine beträchtliche Verlängerung der Regelschleife ergibt.
• Fig.5 zeigt nun eine andere Modifikation der Anordnung nach Fig.2. Die Regelschleife PPL schlieFt einen Frequenzvervielfacher mit geringer Ausgangsleistung 5TP1 ein, der den gleichen Vervielfachungsfaktor wie der im Antennenausgangszweig liegende Leistungsfrequenzvervielfacher MTP2 hat. Ebenso wie bei der Anordnung nach Fig.4 liegt auch hier die -Iischstufe MIX innerhalb der Regelschleife. Anstatt dem im 70 )~FHz Bereich liegenden Eingangssignal liegt Ina Fingang der rlischstufe MIX jetzt ein im 7 GHz-Band liegendes Peferenzsignal, das vom örtlichen Oszillator DSC1 geliefert wird und dessen Frequenz unter Berücksichtigung des Ausgangssignales des Vervielfachers MTPl so gewählt wird, daß das Ausgangssignal der Mischstufe MIX übereinstimmt mit dem 70 NFz Fingangssignal, das jetzt am Phasendetektor PD anliegt, so daß dieser jetzt bei verhältnismäßig niederen Frequenze-n arbeitet.
• 10 Patentansprüche

Claims (10)

1. Patentansprüche 1J Anordnung für einen starr phasengeregelten Mikrowellensender, insbesondere für Richtfunkgeräte, der durch ein Signalband als Modulationssignal moduliert wird und dessen Phasenregelschleife einen Phasendetektor mit zwei Eingängen, einen von dessen Ausgangssignalen frequenzgesteuerten Oszillator, eine Mischstufe und einen weiteren Oszillator enthält, dadurch g2-kennzeichnet, daß die Iodulationssignale innerhalb der Phasenregelschleife (PPL) über den Phasendetektor (PD) an den frequenzgesteuerten Oszillator (VCO1) angelegt werden, dessen Ausgangssignal außer der Phasenregelschleife (PPL) auch dem Ausgangskreis (OUT) zugeführt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenregelschleife (PPL) einen Frequenzvervielfacher geringer -Leistung (MTPl) für die Ausgangsfrequenz des frequenzgesteuerten Oszillators (VCO1) enthält, daß ferner ein Leistungsvervielfacher (MTP2) gleichen. Vervielfachungsfaktors für den Ausgangskreis (OUT) vorgesehen ist.
3. 3. Anordnen? nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Phasendetektor (PD) Signale mit der Ausgangsfrequenz des Senders gleicher Frequenzlage angelegt werden.
4. Ancrdnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mlschstufe (MIX) außerhalb der Phasenregelschleife (PPL) liegt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daR die Phasenregelschleife (PPL) zwischen Ausgang des frequenzgesteuerten Oszillators (VCO1) und Eingang des Phasendetektors (PD) einen Phasenschieber (P) enthält.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (S) im Bereich von 0 ... 180° einstellbar ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a in der Phasenregelschleife (PPL) zwischen Ausgang des Frequenzververvielfachers geringer Leistung (NTPl) und Phasendetektor (PD) ~ ein einstellbares Dämpfungsglied eingefügt ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daS der Phasendetektor (PD) aus einer symmetrischen-Mischstufe bestehend aus einem 900 3 db Koppler (CPL), zwei kapazit#.tsarmen Koppel-und Anpassungsnetzwerken (Cl, C2) und zwei Dioden (1, 2) besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, in inder Regelschleife (PPL) zwischen Phasendetektor (PD) und frequenzgesteuerter Oszillator (VCO1) ein Verstärker (AMP2) eingefügt ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (AMP2) als zweistufiger Differenzverstärker mit Gegenkopplung durch die Reihenschaltung von Widerständen (rot) und Kondensatoren (C#) vom Kollektor des Ausgangstransistors (T2) auf den Emitter des Eingangstransistors (T1) ausgelegt ist, daß die Emitter der Eingangstransistoren dabei über Widerstands-Kondensatorkonbinationen (R5, C5) an ein Festpotential gelegt sind.