DE2424200A1

DE2424200A1 - Mikrowellen-wobbelsender

Info

Publication number: DE2424200A1
Application number: DE2424200A
Authority: DE
Inventors: Hiromu J Kuno
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-06-04
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1974-12-19
Also published as: US3842292A; GB1425439A; FR2232135B1; JPS6042643B2; FR2232135A1; JPS5023551A

Description

Anmelder in: ■'- . Stuttgart, den 14. Mai 1974 Hughes Aircraft Company P 2890 S/kg

Gentinela Avenue and

Teale Street

Culver'City, Calif_o, VoSt.A.

Mikrowellen-Wobbelsender

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellen-Wobbels end er mit einem ein Mikrowellensignal veränderbarer Frequenz liefernden Wobbelgenerator, einen an den Ausgang des Wobbeigenerators angeschlossenen Modulator, der eine veränderbare Dämpfung des vom Wobbelgenerator gelieferten Hikrowellensignals bewirkt, einen an den Ausgang des Modulators angeschlossenen Detektor, der eine für die Leistung des Ausgangssignals des Modulators charakteristische Spannung liefert, und einer ■Vergleichsstufe, die ein von der Differenz zwischen der Spannung des Ausgangssignals des Modulators und einer einstellbaren Bezugsspannung abhängiges Fehlersignal liefert»

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Mikrowellen-Wobbelgeneratoren land zugeordnete Bauteile zur Verarbeitung von Mikrowellen-Signalen, die erforderlich, sind, um ein Ausgangssignal gleichbleibender Leistung zu erzeugen, sind in der Technik bekannt. Ein typischer Mikrowellen-Wobbelsender» der eine gleichbleibende Ausgangsleistung liefert, umfaßt einen Wobbelgenerator, beispielsweise einen mit ΙΜΡΑ5Ί?-Dioden bestückten, spannungsgesteuerten Oszillator, der von dem Ausgangssignal eines Sägezahngenerators über einen bestimmten Frequenzbereich durchgestimmt wird. Die augenblickliche Frequenz des Wobbeigenerators hängt von der Höhe dee Steuergleichstromes ab, der die ΙΜΡΑΤΊί-Dioden des G-eneratojjs durchfließt, und dieser Steuergleichstrom ist wiederum von der augenblicklichen Amplitude der von dem Sägezahngenerator erzeugten Spannung abhängig. So kann die periodische Sägezahnspannung dazu benutzt werden, die Frequenz des Wobbeigenerators mit verschiedenen Geschwindigkeiten durchzustimmen, je nachdem, welche Form bzw. Steigung die Sägezahnspannung aufweist» Dieses Durchstimmen wird während jedes einzelnen Anstieges der Sägezahnspannung am Ausgang des Sägezahngenerators wiederholt.

Diese Art von Wobbelgenerator mit den zugeordneten Bauteilen zur Signalverarbeitung wird in verschiedenen Arten elektronischer Prüfeinrichtungen benötigt» Solch eine Einrichtung kann beispielsweise als Lokaloszillator variabler Frequenz für einen Mischer benutzt werden, dem als Eingangssignal ein Mikrowellensignal zugeführt wird.

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Das Zwischenfrequenzsignal am Ausgang des Mischers wird "bei einer solchen Anordnung über einen gewählten Frequenzbereich gewobbelt, der unmittelbar .den Frequenzänderungen des Lokaloszillators entspricht» Statt dessen kann eine solche Mikrowellen-Prüfeinrichtung beispielsweise dazu benutzt werden, verschiedenen Arten von Filtern Eingangssignale zuzuführen, um deren Frequenzverhalten zu messen. Demgemäß ist die Nützlichkeit solcher Wobbelgeneratoren und der ihnen zugeordneten Modulatoren und Steuerschaltungen offenkundig«

Wobbeigeneratoren der beschriebenen Art werden, wie bereits angegeben, gewöhnlich mit zugeordneten Einrichtungen verwendet, wie beispielsweise einer Modulator- und Stabilisierungsstufe, die an den Wobbelgenerator unter Verwendung einer üblichen Ferrit-Richtungsleitung angekoppelt sein kann. Diese Modulatorund Stabilisierungsstufe, die im folgenden nur noch kurz als "Modulator" bezeichnet werden wird, wird sowohl dazu benutzt, das Iviikrowellen-Ausgangssignal des Wobbeigenerators entweder mit einem analogen oder digitalen Modulationssignal zu modulieren als auch eine geeignete Verstärkungsregelschleife anzuschließen, um das Ausgangssignal der Anordnung auf einem gewählten Pegel konstant zu halten oder zu stabilisieren· Diese Stabilisierung ist erforderlich, weil der Leistungspegel am Ausgang des Wobbeigenerators frequenzabhängig ist, so daß eine Art automatischer Verstärkungsregelung in einer geschlossenen Schleife benötigt wird, die entweder einen Teil des Wobbeigenerators, des Modulators

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oder "beider Einrichtungen einschließt. Der Modulator ist gewöhnlich über einen Richtkoppler an den Ausgang des Ilikrowellen-Wobbelsenders angeschlossen. Bei typischen Anordnungen ist an diesen Richtkoppler ein Diodendetektor angekoppelt, dem ein Teil der Ausgangsleistung des V/obbelgenerators zugeführt wird und der eine Rückkopplung sspannung zur Pegelregelung liefert, die in der oben erwähnten "Verstärkungsregelschleife bearbeitet wird_e

Bei einem dem Erfinder bekannten Mikrowellen-Wobbelsender besteht der dem V/obbelgenerator zur automatischen Verstärkungsregelung zugeordnete Modulator aus einem PIN-Diodenmodulator,.der über eine Richtungsleitung mit dem Ausgang des Wobbeigenerators verbunden ist. Die Rückkopplungsschleife für die automatische "Verstärkungsregelung enthält bei dieser Anordnung einen Diodendetektor, der an einen Richtkoppler angeschlossen isti der wiederum, wie oben erwähnt, sich an den Ausgang des PIIT-Diodenmodulators anschließt. Die Rückkopplungsschleife enthält ferner eine Art Spannungsvergleicher, der zwischen den Ausgang des Diodendetektors und einen Eingang des PIH-Diodenmodulators geschaltet ist, um dem Diodenmodulator eine ITehlerspannung zuzuführen, die den Änderungen des Mikrowellen-Signalpegels am Ausgang des Richtungskopplers proportional ist. Ein typischer Vergleicher enthält einen Differenz-Operationsverstärker, von dessen Eingängen der eine über ein Koaxialkabel mit dem Diodendetektor und der andere über ein anderes Koaxialkabel mit einem eine Bezugsspannung liefernden Potentiometer verbunden ist» Das Potentiometer wird dazu benutzt,

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den Ansprechschwellenwert des Differenz-Operationsverstärkers zu verändern"»

Ein Nachteil dieser bekannten Technik der automatischen Verstärkungsregelung besteht darin, daß die beiden Koaxialkabel, die mit den beiden Eingängen des Differenz-Operationsverstärkers verbunden sind, Verzögerungen bei der Erzeugung des Fehlersignals hervorrufen und dadurch für die Leistungspegel des Signals, das den Modulator durchläuft, eine feste Kopplung der Verstärkungsregelschleife verhindern. Weiterhin kann ein schnelles Ansteigen der Leistung des Mikrowellensignals am ausgang des Richtkopplers weitere.. Verzögerungen im Rückkopplungs signal hervorrufen und dadurch entweder ein überschwingen oder Oszillationen oder beides in der Differenzverstärkerstufe hervorrufen. Diese-haben wiederum ein tJb er schwingen ■ oder eine !Instabilität in der Rückkopplungs schleife und in der Ausgangsleistung zur Folge» Außer diesen Schwierigkeiten bestehen bei den bekannten Rückkopplungs systemen zur Pegelsteuerung das Problem, daß sie .keine einfachen Mittel enthalten, welche die notwendigen Einstellungen zur Kompensation von Veränderungen in der Detektorempfindlichkeit und im Leistungsbereich des Oszillators gestatten·

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgäbe zugrunde, die Steuereinrichtungen eines Mikrowellen-Wobbelsenders.der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß er die behandelten Nachteile nicht mehr aufweist, die oben beschriebenen Vorteile aber beibehält*

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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Modulator eine die Dämpfung bewirkende Steuerwicklung aufweist, der von dem Vergleicher ein den Fehlersignal proportionaler Steuerstrom zugeführt wird ο

Die Anwendung eines solchen Modulators mit einer Steuerwicklung gewährleistet eine schnelle und wirksame Regelung der Ausgangsleistung und ermöglicht die Anwendung verbesserter Techniken zum Vergleich und Festklemmen des Rückkopplungssignales, wodurch SignaLverzögerungen in der Rückkopplungsschleife auf ein Minimum reduziert werden. Außerdem gestattet die Verstäricungsregelschleife eine Sichtanzeige des Leistungspegels des Mikrowellensignals, das den Modulator durchläuft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch eine nach Äahl äußere oder automatische Modulation des Mikrowellensignales möglich. Diese Llodulation kann entweder digitaler >ode,r analoger Natur sein. Die Regelschaltungen erlauben ferner eine Frequenzmarkierung, welche die Frequenz oder Frequenzen der Signale anzeigt, · welche durch den Modulator übertragen werden« Zusätzlich können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Anordnungen vorgesehen werden, welche Austastsignale' erzeugen, die wiederum zur Erzeugung eines Grundliniensignals während des Rücksprunges des Sägezahngeneratora dienen, der den Wobbelgenerator steuert. V/eitere, speziellere und neue Merkmale dieser Steuer- und Regelschaltung des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Wobbelsenders werden unten im einzelnen beschriebene

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Demgemäß wird durch die Erfindung eine neue und verbesserte Steuer- und Regelschaltung für einen Wobbelgenerator und den ihia zugeordneten, zur Leistungsstäbilisierung dienenden liodulator geschaffen, bei der die in der geschlossenen Rückkopplungsschleife verarbeiteten Signale nur eine minimale Verzögerung erfahren. Ueiterhin kann die Steuer- und Regelschaltung eine Vielzahl getrennter Steuer-, Regel- und Anzeigefunktionen erfüllen, obwohl sie von einer nur relativ, kleinen Anzahl elektronischer Bauteile Gebrauch macht. Dabei wird auch noch eine besonders große Zuverlässigkeit und Lebensdauer erreicht,.

Ein wesentliches Uerkmal der Erfindung ist die neue Regelschleife für den Leistungspegel, bei der in Abhängigkeit von dem Pegel eines in der Steuerschleife erzeugten "Fehlersignales der Strom verändert wird, der die Steuerwicklung.des liodulators durchfließt. Das_ Reduzieren der Signalverzögerungen auf ein Minimum in der Regelschleife, erfolgt mittels einer neuen Klemmschaltung, die ein übers chwingen und wilde Sch\/ingungen in der Regelschleife verhindern«. Ein weiteres Merkmal ist das Vorhandensein einer Leistungspegel-Anzeigeeinrichtuiig, die unmittelbar mit der Regolschleife verbunden ist und auf die in der Regelschleife geführten Signale^ anspricht, um eine Sichtdarstellung des Leistungspegels zu liefern.

Ein weiteres Kerkijial ist eine Modulations steuerung, die auch mit dem liodulator verbunden ist, und zwar in einer

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solchen Welse, daß nur eine einzige Steuerwicklung benötigt wird,, Diese Liodulationssteuerung arbeitet entweder mit automatischer Modulation oder mit Fremdmodulation, um den Modulator mit den gewünschten Frequenzen zu betreiben.

Weiterhin kann eine Frequenzmarkensteuerung vorgesehen sein, die Frequenzmarkierung impulse erzeugt und sie der Modulationssteuerschaltung zuführt»

Endlich kann ein Signal zur Darstellung der Grundlinie während der Rücksprungzeit der Sägezahnspannung erzeugt werden, die den Wobbelgenerator steuert. Während der liücksprungzeit des Wobbeigenerators ist es erwünscht, durch Erzeugen dieses Grundliniensignals im Modulator die maximal mögliche Signaldämpfung zu bewirken· Dies erfolgt durch Ansteuern eines Endes der Steuervicklung des Modulators während des Sägezahn-Hücksprunges.

Weitere Einzelheiten ,und Ausgestaltungen- der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des "in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merlanale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Mikrowellen-Wobbelsenders "nach der Erfindung,

Fig. 2a bis 2e Diagramme der Spannung und der Leistung von an verschiedenen Stellen des Wobbeisenders nach Fig. 1 auftretenden Signalen,

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Fig. 3a bis 3d Diagramme der Spannungen weiterer Signale, welche die periodischen Beziehungen zwischen, den Dämpfungs- und Anzeigesignalen einerseits und dem Austastsignal andererseits wiedergeben,

Figo 4- das Schaltbild der Pegelsteuerung und Pegelanzeige steuerung des Wobbeisenders nach Fig. 1,

Fig.-5 ein Diagramm der Dämpfung der Liikrowellenleistung im Modulator als Funktion des der Steuerspule des Iiodulators zugeführten Steuerstromes-,

Fig. 6 ein Schaltbild der Hodulationssteuerung des Wobbeisenders nach Fig. 1 und

Fig. 7 ein Schaltbild der Frequenzmarkensteuerung des Wobbeisenders nach Fig. 1_O

Der in Figo A dargestellte Mikrowellen-Wobbelsender umfaßt einen \/obbelgenerator 12, der in üblicher Weise von einem Sägezahngenerator 14- gesteuert wird und dessen Ausgangs— signal sich in der Frequenz gemäß der augenblicklichen Amplitude der vom Sägezahngenerator 14 gelieferten Sägezahnspannung ändert. Die Frequenz des Ausgangssignales " liegt im Hikrowellenbereich, der den Bereich der Milliineterwellen einschließen kann» Der Wobbelgenerator kann beispielsweise eine Festkörper-IUPAOT-Diode enthalten, die in einem Hohlraumresonator angeordnet und mit einem

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veränderbaren !Steuerstrom beaufschlagt ist. Eine geeignete Montage- und Abstiianeinriclitung für einen DIPATT-Diodenoszillator ist in der US-Patentanmeldung Ser.lToo 331 4-16 beschrieben. Danach ist die IMPATT-Diode so beaufschlagt, daß sie Signale im Millimetenvellenbereich erzeugt, deren Frequenz eine direkte Punktion des sie durchfließenden Steuerstromes ist. Dieser Steuerstrom ist wiederum unmittelbar der augenblicklichen Amplitude der vom Sägezahngenerator 14- gelieferten Sägezahnspannung proportional ο Das vorliegende Beispiel wird bezüglich· der Erzeugung, Leistungsregelung und' Modulation von Millimeterwellen beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung, nicht auf Hillimeterwellen beschränkt ist und in Verbindung mit vielen Arten"von Mikrowellenoszillatoren verwendet werden kann.

Das Aus gangs signal des Wobbelgenerators wird über eine

Richtungsleitung 16 einem Modulator 18 zugeführt, die eine einzige Steuerwickluug für Modulations- und Regelungszwecke enthält;,,(siehe Pig» 5)« Diese Steuerwicklung, .die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist in üblicher Weise koaxial zu einem ebenfalls nicht dargestellten Hohlleiterelement des Modulatrs 18 angeordnet, das von den Millimeterwellen durchlaufen wird. Das durch den die Steuerspule durchfließenden Strom erzeugte Hagnetfeld bewirkt eine einstellbare Dämpfung der Millimeterwellen. Die Steuerwicklung wird auch dazu benutzt, eine steuerbare Modulation dieser liillimeterwellen zu bewirken, die den Eingang eines üblichen liichtkopplers 20 zugeführt werden»

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Ein Detektor 22,-:/.beispielsweise ein Diodendetektor, ist, wie dargestellt, mit dem Hichtkoppler 20 verbunden und liefert.auf eine Leitung 24 eine Ausgangs-S]XHUiUtIg, die dem Eingang einer Pe gel steuerung 26 zugeführt wird.-Diese Pegelsteuerung bildet zusammen mit einer Pegelanzeigesteuerung 28, einer Modulationssteuerung 3.0 und einer Prequenznarkensteuerung 32 die vollständige Kegel- und Steuerschaltung des Mikrowellen-Wobbelsenders, welche unmittelbar die äLnzige Steuerwicklung des Modulators 18 beaufschlagt. Das Ausgangssignal der Pegelsteuerung 26 wird über eine Leitung 3^ der. erwähnten Steuerwicklung in dem Modulator 18 zugeführt. Dieses gleiche Ausgangssignal wird auf einer Leitung 36 den Eingang der Pegelanzeigesteuerung 28 zugeführt, die mit einem Pegelanzeiger 38 verbunden ist, der beispielsweise von einer lichtemittierenden Diode LED gebildet werden kann. Die Schaltbilder der Pegelsteuerung '26 und der Pegelanzeigesteuerung 28 sind in Pig. 4 dargestellt. Die Pegelanzeigesteuerung ist weiterhin unmittelbar mit einem Austastsignalgenerator 40 verbunden, dessen Punktion spater beschrieben wird. Der Abtastsignalgenerator 40 erzeugt rechteckige Ausgangsimpulse (siehe Pig. 2b) die von der Jiücksprungspannung des Sägezahngenerators 14 ausgelöst v/erden und daher mit diesem synchronisiert sind»

Die Liodulationssteuerung 30 ist wahlweise entweder mit dem Ausgang 40 eines Pestfreouenzgenerators 42 oder einem Eingang 4⁴I- verbunden, an den das Signal für eine

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Fremdmodulation angelegt werden kann. Der Festfrequenzgenerator 42 erzeugt ein Signal von 1 kHz» Die Modulations steuerung 30 ist ferner über eine Leitung 46 mit einem Ausgang der Frequenziaarkensteuerung 32 verbunden, der über eine Leitung 48 die von dem Sägezahngenerator 14 erzeugte Sägezahnspannung zugeführt wird. Die Ausgänge 33 iind 35 der Modulations steuerung 30 bzw. der Frequenziaarkensteuerung 32 sind über die Leitung 34 unmittelbar mit der Steuerwiclilung des Modulators 18 verbunden.

.Die Pegelsteuerung 26 vergleicht die auf der Leitung 24 zugeführte Ausgangsspannung des Detektors 22 mit einer veränderbaren Bezugsspannung und erzeugt auf der Leitung 34 in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Fehlersignal. Allgemein ist diese Vergleichstechnik, die beispielsweise von einem Differenzverstärker Gebrauch macht, nicht neu, jedoch wird die spezielle Schaltungsanordnung, die für die Verwirklichung dieser Technik angewendet wird, als neu betrachtete,.,

Das von der Pegelsteuerung 26 erzeugte Fehlersignal wird auch dazu benutzt, die Stromleitung in der Pegelanzeigesteuerung 28 zu steuern und auf diese Weise im Pegelanzeiger 38 eine Sichtanzeige der Leistung der Millimeterwelle zu erzeugen, deren Pegel von dem Modulator 18 konstant gehalten wird. Es besteht keine direkte Wechselwirkung zwischen den Signale, die einerseits in der Modulations st euerung 30 und andererseits in der Rückkopplungsschleife 24, 26, 34 verarbeitet werden, jedoch sind die

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hodülationssteuerung 30 und die Pegelsteuerung 26 in einzigartiger Weise so ausgebildet, daß sie gleichzeitig die einzige 'Steuerwicklung des fciodulators beaufschlagen können» Die Frequenzraarkensteuerung 32 wirkt über die Verbindung 46 mit der Liodulationssteuerung 30 zusammen und beaufschlagt den laodulator 18 in solcher Weise, daß eine Basislinie und eine Frequenzanzeige bei der Sichtdarstellung des gewobbelten Millimeterwellensignales erzeugt wird« Der genaue Aufbau und die Funktion der gesamten Regel- und Steuerschaltung, die in Fig. 1 dargestellt ist, wird verständlich, wenn nachstehend die einzelnen Schaltbilder 4 bis 7 behandelt werden. Diese' Schaltbilder v/erden hinsichtlich ihrer Funktion unter Bezugnahme auf die Diagramme nach den Fig. 2 und 3 beschriebene Daher werden zunächst die Beziehungen zwischen den Kurven der Diagramme nach den Big«, 2 und 3 kurz behandelt,' während ein vollständiges Verständnis dieser Beziehungen bei der folgenden detaillierten Beschreibung der Schaltbilder nach den Fig» 4 bis 7 erreicht werden wird.

In Fig. 2 zeigt Figo 2a die periodische Sägezahnspannung am Ausgang des Sägezahngenerators 14, Diese Sägezahnspannung hat, wie bekannt, einen ansteigenden Seil 50 und einen abfallender oder Iiücksprungteil 52. Die Austastsignale nach 3?ig. 2b werden periodisch während des Rücksprungteiles 52 der Sägezahnspannung erzeugt und dazu benutzt, sowohl die Pegelanzeigesteuerung 28 zu betreiben als auch während jedes Hücksprungteiles der Sägezahnspannung die (Grundlinie für die Darstellung auf eineii Bildschirm zu erzeugen;

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Das periodische Pulssignal nach Figo 2c ist das üignal am ausgang 5« der Frequenzmarkensteuorung 32, das die Modulationssteuerung 30 in noch zu beschreibender Weise so beaufschlagt, daß eine -Frequenzanzeige der Liilli— meterwellensignale gewonnen wird«

Die Kurve nach Fig. 2d ist das leistungsgeregelte Lillimeterv/ellensignal, das den Liodulator 18 durchläuft. Die V—förmigen Frequenzmarkierung in dieser Kurve werden von dem in Fig„ 2c dargestellten Impulssug erzeugte Endlich zeigt Fig_o 2e die Charakteristik der Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Frequenz des Likrowellen-v/obbelsenders nach Fig. 1, v„^rie sie auf den Bildschirm eines Oszillographen oder dergleichen erscheint. Die in Fig. 2e dargestellte Grundlinie ist von den Austastiupulsen nach Fig_o 2b erzeugt, die einem Ende der oteuerwickluiig des Modulators 18 während Jedes Rücksprunges des Sägesahngenerators 14- zugeführt v/erden.

Die Kurven nach den.F:jLgo 3^a und 3b entsprechen unmittelbar den oben beschriebenen Kurven nach den Fig. 2d und 2b. Die Fig, 3c und 3d veranschaulichen die Funktionen der Pegelregelung und der Pegelanzeige der Pegelsteuerung bzw,, der Pegelanzeigesteuerung 28. Die in den Fig. 2 und dargestellten Kurven v/erden anschließend mehr im einzelnen erläutert.

Fig_o 4- zeigt das Schaltbild der Pegelsteuerung 26 und der Pegelanzeigesteuerung 28, die beide zu dem anhand Fig. 1 erläuterten Uobbelsender gehören. Die Pegelsteuerung 26 schließt die Rückkopplungsschleife für

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das Detektorsignal zwischen den Ausgang 24· des Detektors 22 und der Steuerwicklung 70 des Iiodulators 18. Die oteuerwiclclung 70 weist einen Mittelabgriff 72 auf, der mit einer positiven Speisespannung E1 verbunden ist. Die variable Dämpfung, die mit dieser Steuerwi.cklung erreicht wird, wird später anhand Fig_o 5 erläuterte

Das ausgangssignal des Detektors 22 wird unmittelbar einem Eingang 24- eines Differenz-Operationsverstärkers zugeführtβ Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Detektor 22 eine Siliziumdiode, die zu einem nicht dargestellten Lastwiderstand in Serie geschaltet ist, an dem eine wechselnde Detektorspannung gebildet wird» Der andere Eingang 78 des Operationsverstärkers 76 ist über einen Widerstand 80 mit Masse und außerdem über einen Vorwiderstand 82 mit einer negativen Speisespannung -E2 verbundene ' '

Der erste Eingang 7A- ^st weiterhin über .einen strombegrenzenden Widerstand 84- mit dem Abgriff 86 eines zur Pegelsteuerung dienenden Potentiometers 88 verbundene Weiterhin ist zwischen das Potentiometer 88 und die negative Speisespannung -E2 ein Widerstand 90 geschaltet, der zur Einstellung der Detektoreiapfindlichkeit dient und einen verschiebbaren Abgriff 92 aufweist_β Der Operationsverstärker 76 ist so vorgespannt, daß er schaltet, wenn die vom Detektor 22 gelieferte Eingangsspannung, die an dem negativ vorgespannten Eingang 7^- erscheint, das Massepotential überschreitetο In der beschriebenen Anordnung

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e3?lcuibt es die Kombination des Potentiometers 88 und des veränderbaren Y.'iderstandes 90, die dem Verstärkereingang 74- zugeführte Bezugs spannung in einen großen Bereich, der Eingangsleistung zu ändern und in einem großen Bereich, der Detektorenpfindlichkeit zu arbeiten,, Weiterhin erlaubt es die Kombination der "beiden Widerstände 80 und 82, die an den Eingang ?8 angelegte Bezugsspannung "bezüglich "Einschaltspannungen" oder durch die Diode im Detektor 22. "bedingte Spannungsverschie-"bungen zu kompensieren,, Mit anderen V/ort en wird der Spannungsabfall am Widerstand 80 dem Spannungsabfall am Diodendetektor gleichgemacht, der "bei Siliziumdioden einen typischen Wert von 0,6 "bis 0,7 V hat. Auf diese Weise kann der Operationsverstärker 76 so eingestellt werden, daß er schaltet, wenn die festgestellte Ausgangsleistung den sehr geringen Schwellenwert am negativen Eingang 78 des Operationsverstärkers überschreitet«, ^!

Wie aus dem Schaltbild nach tfig. 4- ersichtlich, ist eine einzigartige Klemnanordnung mit einem npn-Klemmtransistor QI vorgesehen, der zwischen den Ausgang 94· und den einen Eingang 78 des Operationsverstärkers 76 geschaltet ist. Der Klemmtransistor Q1 leitet einen kleinen Rückkopplungsstrom, wenn die Ausgangs spannung des Operationsverstärkers 76 unter der Bezugsspannung am Eingang 78 liegt. Auf diese Weise hält der Elemmtransistor Q1 die Aungangsspannung des Operationsverstärkers 76 auf einem Wert, der um den Spannungsabfall

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an der Basis-Emitter-Strecke des Klemratransistors QI unter der Bezugs spannung aia Eingang 78 liegt und verhindert, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers zu stark negativ wird» Dieses Festklemmen gewährleistet, daß die Rückkopplungssignale durch den Operationsverstärker 76 keine ungebührlichen Verzögerungen erfahren, wenn im Operationsverstärker 76!sich stark ändernde Detektorspannungen zugeführt werden«

Der Klemmtransistor Q1 hat außerdem eine sehr nützliche Schaltfunktion in dem Steuersignalweg zur Pegelanzeigesteuerung. Zu diesem Zweck spricht der Klemiatransistor Q1 auf die vom Detektor gelieferten Eingangsspannungen des Operationsverstärkers 76 an, um den Stromfluß zur Leuchtdiode 96 zu steuern, wie es später erläutert werden wird»

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 76 wird vom Ausgang ?A über ein EG-Glied, das einen Kondensator 98 und einen Widersfcaad 100 umfaßt, dem Eingang einer zwei Transistoren Q2 und Q3 umfassenden Darlington-Schaltung zugeführte Der Kondensator 98 bildet eine kleine Impedanz im Signalweg der Pegelsteuerung für sich schnell ändernde Detektorspannungen und verhindert auf diese Weise ein überschwingen und Oszillationen in der zum Operationsverstärker 76 gehörenden Schaltungsanordnung. Die Baais des Eingangstransistors Q2 der Darlington-Schaltung ist weiter über eine Kieme 102 mit einem Ausgang der Modulations steuerung 30 verbunden· Der Grund für diese Verbindung wird bei der Beschreibung der Modulationssteuerung 30 anhand Fig. 6 später erläutert,

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Die !Transistoren Q2 und ^3 der Darlingtonschaltung sind in üblicher T/eise unmittelbar in Kaskade geschaltet und außerdem mit geeigneten Vorwiderständen 104 und 106 versehen. Der Kollektor des zweiten !Transistors Q3 ist über einen festen Widerstand 108 und über einen zur Einstellung der Kückkopplungsverstärkung veränderbaren Widerstand 110 mit einem Ende 112 der Steuer-"wicklung 70 des Modulators verbundene Auf diese Weise wird das Dehlersignal am Ausgang 94- des Operationsverstärkers 76 ausreichend verstärkt, um den Kollektorstrom des !Transistors Q3 zu steuern, und es ist -dieser Kollektorstrom, der seinerseits die Stärke des Steuerstromes bestimmt, der die Steuerwicklung 70 durchfließt· Demgemäß wird die Dämpfung, die die Steuerwicklung 70 bewirkt, in geschlossener Schleife in Übereinstimmung mit der Größe des Fehlersignals am Ausgang des Operationsverstärkers 76 variiert„

Das untere Ende 112 der Steuerwicklung 70 ist außerdem über einen auf maximale Isolierung einstellbaren Widerstand 114 und über einen weiteren, festen Yfiderstand 116 mit einem Gegentakt-Ausgang 118 der Modulationssteuerung verbundene Das andere Ende 120 der Steuerwicklung 70 ist über einen auf minimale Einfügungsverluste einstellbaren Widerstand 122 und einen weiteren, festen Widerstand 124 mit dem zweiten Gegentakt-iaisgang 126 der Modulationssteuerung 130 verbunden. Die Gegentakt-Ausgänge 118 und 126 der Hodulationssteuerung 30 liefern eine Gegentakt— Modulationsspannung für die Steuerwicklung 70 und es erlaubt die "Verwendung und der Anschluß der Steuerwicklung 70, wie sie in Fig. 4 dargestellt wird, daß eine

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einzige Steuerwicklung in geeigneter Weise sowohl auf die von der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 erzeugten Rückkopplungs-Behlersignale als auch auf die Gegentakt-Modulationsspannungen anspricht, die von der Modulationssteuerung nach Fig. 6 geliefert werden„

In der ebenfalls in Fig_o 4 dargestellten Pegelanzeigesteuerung 28 wird von dem Klemmtransistor Q1 der Pegelsteuerung 26 der leitende Zustand eines Transistors Q4 derart gesteuert, daß dieser Transistor leitet, wenn der Transistor Q1 gesperrt ist, und umgekehrt« Demnach ist, wenn der Klemmtransis^tor Q1 während eines Regelvorganges die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 76 hält, der Transistor Q4 gesperrt, um am Eingang einer Logik 141 einen geeigneten Signalzustand zu schaffen, der ein Einschalten eines Ausgangstransistors Q5 bewirkto Wenn der Transistor Q5 eingeschaltet, also leitend ist, ist auch die Leuchtdiode 96 eingeschaltet, um anzuzeigen, daß entweder 1. die Ausgangsleistung während eines Teils des Wobbeizyklus bei .automatischem Wobbeibetrieb ungeregelt ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, oder 2. bei manuellem Dauerstrichbetrieb die Ausgangsleistung am Richtkoppler 20 unter dem Schwellenwert liegt« Der Transistor Q4 ist mit einer üblichen Anordnung zur Zuführung von Vorspannungen versehen, welche die Widerstände 130, 32 und 134 umfaßt und so ausgebildet ist, daß der Transistor Q4 gesperrt bleibt, wenn der Klemmtransistor Q1 leitend ist. Der Kollektor des Transistors Q4 ist unmittelbar mit einem Eingang 136 der Logik 141 verbunden. Die Logik 141 weist weitere Eingänge 138 und 140 für Austastsignale und ein Steuersignal für manuellen Betrieb auf, die ebenfalls zur Steuerung der Logik' dienen·

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Bei Verwendung einer positiven Logik zeigt ein Signal mit hohem Pegel am Ausgang 142 der Logik 141, das erforderlich ist, um den Tramsistor (;5 einzuschalten, an, daß sich die Leistung des Llilliiaeteruellensignals, das den liodulator 18 durchläuft, unterhalb des Schwellenwertes befindet. Dieser Zustand tritt ein, wenn bei ranuellem Dauerstrichbetrieb an der Klemrne 36 ein niedriges Logiksignal eintritt (Transistor Q4 gesperrt). Bei diesen Zustand ist an der Klemme 140 ein Signal mit hohem Pegel vorhanden« Bei manuellen ü-btastbetrieb oder Dauerstrichbetrieb, während dem der Klemme 140 Zeitsignale zugeführt werden, stellt die Pegelanzeigesteuerung 28 das-Pegelsignal nur bei einer bestimmten Arbeitsfrequenz fest. Venn die Leistung des killimeterwellensignals den Schwellenwert bei diesem manuellen Dauerstrichbetrieb überschreitet, wird der transistor Q5 gesperrt.

Bei automatischem Wobbeibetrieb bleibt das Signal für manuellen Dauerstrichbetrieb am Eingang.140 auf dem niedrigen Pegel und es stellt die Pegelanzeigesteuerung 28 das Pegelsignal fest, das von de, Klemmtranaiator Q1 erzeugt wird, und schaltet den Transistor Q5 ein, wenn die Pegel- und Austastsignale 71 bzw. 69 (l'ig. 3) in der richtigen Folge erscheinen. Der Transistor Q5 wird eingeschaltet, wenn ein Pegelsignal 71 zwischen aufeinanderfolgenden Aufjtastsignalen 69 fehlt, wodurch angezeigt wird, daß das Millimeterwellen-Ausgangssignal über den gesamten Uobbelbereich vollständig konstant gehalten wird, wie es die Kurve 65 zeigt.

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Demnach, hat die Pegelanzeigesteuerung 28 die Eigenschaft, zwei,Arten der Pegelanzeige zu liefern» Die als Pegel— anzeiger dienende Leuchtdiode 96 wird an der Vorder— _: flanke des Impulses 75 eingeschaltet, wenn bei automatischem Wbbbelbetrieb in irgend einem Seil 63 des Viofofcelber eiche s die Ausgangsleistung schwankt. Bei manueller Frequenzänderung wird die Leuchtdiode 96 abgeschaltet,, um die Lei stungs rege lung nur bei einer speziellen Srequenz anzuzeigen.

Das Diagramm nach E¹Ig, 5 zeigt die Charakteristik der Dämpfung in db der Steuerwicklung 70 in Abhängigkeit von der Differenz I» - Ig der sie durchfließenden Steuerströme. Diese Kurve verläuft von einem Punkt 144-, in dem I* - In eine minimale Dämpfung bewirkt, zu einem Punkt 146, in dem I-, - I-g eine maximale Dämpfung bewirkt. Demnach ist die Dämpfung des Modulators 18 eine unmittelbare Funktion des -die Steuerwicklung 70 durchfließenden, resultierenden Stromesο Die Summe I^ - Ig wird einerseits in analoger Weise duroh d_ie in Fig. 4 dargestellte Regelschleife und andererseits periodisch durch die in Fig. dargestellte Modulationssteuerung bestimmt. Die Modulations steuerung liefert die (xegentakt-Modulationsspannungen an die Eingangsklemmen 118 und 126, die unmittelbar mit den entgegengesetzten Enden 112 und 120 der Steuerwicklung 70 verbunden ist, wie. es vorstehend beschrieben wurde.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Modulationssteuerung 30 ist ein Eingang 149 für ein Austastsignal mit einem Ende eines zur Strombegrenzung dienenden Widerstandes 150

verbunden, dessen anderes Ende an die Basis eines Transistors Q6 angeschlossen ist. Dieser Transistor .06 ist auch, mit einem Basiswiderstand .152 und über, einen Kollektorwiderstand 154- mit .einer Spannungsquelle B1 verbunden· Der Kollektor des normalerweise nichtleitenden Transistors Q6 ist unmittelbar nit dem ersten Transistor Q7 einer Barlington-Schaltung verbunden,, Die Darlingtonschaltung mit den npn—Transistoren Q7 und QS ist.über einen strombegrenzenden Widerstand 156 mit dem Transistor Q9 einer zweiten Darlington-Schaltung verbunden, welche npn-Transistoren Q9 und Q.1G umfaßt» Die oben beschriebenen-Darlington-Schaltungen werden abwechselnd in den leitenden und den nichtleitenden Zustand geschaltet, wenn der Eingangs— transistor Q6 bei Torliegen bzw,, Fehlen eines positiven Austastimpulses nach Fig. 2b, der der Basis des Transistors Q6 zugeführt wird, in den leitenden und nichtleitenden Sustand geschaltet wird» Diese Darlington-Schaltungen Q7i QS und Q9» Q10 liefern Gegentakt-Ausgangs— spannungen an die Klemmen 118 und 126, die mit den entgegengesetzten Endep. 112 und 120 der St^erxvicklung 70 verbunden sind, wie es oben beschrieben wurde. Demnach wird, wenn der Tx-ansistor Q6 leitend wird, die Basis des Transistors Q? nahezu an Massepotential gelegt, 'v/odurch die Transistoren Q7 und Q8 gesperrt werden. Wenn der Transistor QS gesperrt wird, wächst die Kollektor spannung an, wodurch die Transistoren Q9 und Q10 leitend werden, so daß bei diesem Sustand die Ausgangs— klemme 118 einen hohen Pegel annimmt, während die Ausgangsklemme 126 nahezu auf Massepotential gelegt wird« Die Spannungspegel an diesen beiden Ausgangsklemmen 118 und 120 werden umgekehrt, vienn der Eingangstransistor während des Fehlens eines Austastsignals nichtleitend wird.

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Der leitende Zustand des Eingangstransistors Q6 kann entweder durch Austastnignale an der Eingangsklemme 148 durch Anlegen eines Rechtecksignals, der von einem Festfrequenzoszillator 42 geliefert wird, oder von einer äußeren Modulationsspannung geliefert werden, die der Singangsklemme 160 zugeführt wird. Ein Schalter 162 wird dazu benutzt, entweder die Rechteckwelle des Festfrequenzgenerators 42 oder eine Fremdnodulationsspannung über "eine Sperrdiode 164 der Basis des Transistors Q6 zuzufuhreno Eine zweite Sperrdiode 166 ist zwischen den Eingang 148 für das Austastsignal und die Ausgangskleinme der Frequenzmarkensteuerung 32 vorgesehen,, Demnach steuern die Ausgangsimpulse der Frequenzmarkensteuerung 32 ebenfalls den Zustand des Transistors Q6, wie es unten beschrieben werden wird« Eine dritte Sperrdiode 168 verbindet den Kollektor des Transistors Q6 mit einer Klemme 102 an der Basis des Transistors Q3 in der Pegelsteuerung 26 nach Fig„ 4_O' Diese letztgenannte "Verbindung verhindert, daß die Transistoren Q2 und Q3 leitend sind, wenn der Transistor Q6 leitend.,wird«

Wenn beispielsweise die Transistoren Q3 und Q10 beide gleichzeitig leitend würden, wenn ein Austasten und eine Leistungsbegrenzung gleichzeitig erfolgen, so würde bei Fehlen der Diode 168 in der oben beschriebenen Verbindung der Steuerstrom für die Steuerwicklung 70 des Modulators den in Fig. 5 dargestellten Punkt maximaler Dämpfung überschreiten. Dies hätte eine unerwünschte positive Rückkopplung zur Folge, die ein I.likro\7ellen-Ausgangssignal mit ungeregelter Leistung zum Ergebnis hätte. Gemäß der

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Erfindung verhindert die Kollektorspannung des Transistors Q6 diese Möglichkeit, indem der Tranaistor Q2 ausgeschaltet wird, wenn sein Kollektor Ilassepotential anniiaiat, während die Transistoren Q6, Q9 und QIO gleichzeitig leiten., Die Transistoren Q2 und Q3 bleiben während dieser Seit gesperrt, bis der Transistor Q6 (Fig. 6) erneut in den nichtleitenden Zustand geschaltet wird.

Die in Fig. 7 schematisch dargestellte Frequenzmarkensteuerung 32 enthält einen pnp-Eingangstransistor Q11, der in der dargestellten Weise mit einem variablen Basis-Eingangswiderstand 170 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q11 ist über einen Lastwiderstand 172 mit einer Speisespannung +E3 und außerdem mit den positiven Eingang 174· eines ersten Operationsverstärkers 178 und den negativen Eingang 176 eines zweiten Operationsverstärkers 180 verbunden. Der positive Eingang 182 des zweiten Operationsverstärkers und auch der negative Eingang 184- des ersten Operationsverstärkers 178 erhalten eine veränderbare Bezugsspannung vom Abgriff eines Potentiometers 188« Das Potentiometer 188, ein variabler Widerstand 186 und ein eine Stromquelle bildender Transistor Q12 sind nach Art eines Spannungsteilers zwischen eine positive Speisespannung +EA- und Hasse geschaltet. Die Bezugsspannungen an den Eingängen 182 und 184- der Operationsverstärker können mit Hilfe der Abgriffe am Potentiometer 188 und am variablen Widerstand 186 eingestellt werden.

Die beiden Operationsverstärker 178 und 180 sind jeweils über einen Ausgangswiderstand 196 bzw. 198 und eine Ausgangsdiode 200 bzw. 202 mit der oben erwähnten Ausgangsklecirae 208 der Frequenzmarkensteuerung verbundene Diese

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Klemme 208 ist weiterhin über einen gemeinsamen Lastwider stand 204 mit einer an einer Klemme 206 anliegenden Speisespannung +E5 verbunden_o Ein Vorstromregier 212 ist zwischen den Emitter des Transistors und einen Eingang des Sägezahngenerators 14 geschaltet. Dieser Vorstromregler 212 führt dem Sägezahngenerator einen geeigneten Vorstrom zu, damit die Frequenz über den gewünschten Bereich gewobbelt wird»

Der Laststrom von der Spannungsquelle E5 fließt demnach durch den Widerstand 204 über einen der beiden parallelen Zweige 196, 200 oder 198, 202 in einen der Operationsverstärker 180 oder 178, während diese Operationsverstärker in bezug auf die Bezugsspannungen umgeschaltet werden.

Die Differenz-Operationsverstärker 178 und 180 werden von einer Sägezahnspannung, die von dem Emitterfolger Q11 geliefert wird, so gesteuert, daß sie Frequenzmarken bildende Ausgangsimpulse am Ausgang 208. erzeugen. Wenn die Sägezahnspannung an den Eingängen 174 und 176 kleiner ist als die Spannung an der Klenme 182 und größer als die Spannung an der Klemme 184, sind die Ausgangs spannungen beider Operationsverstärker hoch, um die Dioden 200 und 202 in Sperrichtung zu beaufschlagen. Infolgedessen entsteht an der Ausgangsklemme 208 eine hohe Spannung, welche die Vorderflanke eines in Fig. 2c dargestellten Frequenzmarkierungsimpulses bildet.

Wenn die augenblickliche Sägezahnspannung weiter zunimmt und dadurch die Spannung an der Klemme 182 überschritten

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wird, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 182 negativ, wodurch die Rückflanke des Frequenzciarkeninpulses gebildet wird. Diese Impulse sind als die ersten und dritten Impulse in Figo 2c dargestellt und entsprechen den V-förnigen Störungen in der Spannungskurve nach Pig. 2d»

Der Eingang 184 wird auf eine Spannung eingestellt, die geringfügig unter der Spannung an der Eingangsklemme 182 liegt, um die oben beschriebene Schaltfunktion zu bewirken. Dabei kann die Bezugsspannung an der Klemiae 184 gerindert werden, um die Breite des !frequenzmarkierungspulses zu verändern. Diese Bezugsspannung kann eingestellt werden, indem die Stellung des Abgriffes an dem variablen Widerstand 186 verändert wird. Die variablen Abgriffe an dem Potentiometer und dem Widerstand 190 werden uazu benutzt, um Schwankungen in der Frequenz des V/obbelgenerators 12 auszugleichen, so daß der Abgriff des Potentiometers 188 über einen vollen Skajenbereich verstellt werden kann, der dem vollständigen Durchatimmbereich des Wobbelgenerators 12 entspricht. Der Abgriff am Potentiometer ■ 188 kann verstellt werden, um den Wert der Sägezahnspannung zu verändern, bei der die Frequenzmarkenimpulse beginnen, während der Abgriff am Widerstand 186 die Breite der IPrequenzmarkenirrpulse bestimmt.

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Claims

Patentansprüche

n_o/Mikrowellen-Wobbelsender mit einem ein Mikrowellen- *"J signal veränderbarer Frequenz liefernden Wobbelgenerator, einen an den Ausgang des Wobbeigenerators angeschlossenen Modulator, der eine veränderbare Dämpfung des vom Wobbelgenerator gelieferten Mikrowellensignals bewirkt, einen an den Ausgang des Modulators angeschlossenen Detektor, der eine für die Leistung des Ausgangssignals des Modulators charakteristische Spannung liefert, und einer Ver— gleichsstufe, die ein von der Differenz zwischen der Spannung des Ausgangs signals des Modulators und einer einstellbaren Bezugsspannung abhängiges Fehlersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (18) eine die Dämpfung bewirkende Steuerwicklung (70) aufweist, der von der Vergleichsstufe (76) ein dem Fehleröignal proportionaler Steuerstrom zugeführt wird«,

Wobbeisender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang (9^) und einen Eingang (78)

. der Vergleichsstufe (76) ein Klemmtransi3tor (Q1) geschaltet ist, der die Ausgangsspannung der Ver— gleichsstufe (76) auf einem vorbestimmten Gleichspannungspegel hält und dadurch Signalverzögerungen verhindert und ein Überschwingen der Vergleichsstufe auf ein Minimum begrenzt sowie eine Instabilität der Regelschleife verhindert, wenn die Leistung des Ausgangssignals des Modulators (18) vorbestimmte Werte überschreitet.

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Wobbelsender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemiatransistor (Q1) über eine Pegelanzeigesteuerung (28) mit einen Pegelanzeiger (38) verbunden ist und dadurch zusätzlich den Pegelanzeiger (38) steuert, der die Leistung des den klodulator durchlaufenden Liikrowellensignals anzeigte

Wobbeisender nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation des liikrowellensignals mit der Steuerwickluiig (70) des Llodulators (18) zugleich eine Ilodulationssteuerung (30) verbunden ist, die Eingänge (4-0 und 44-) für eine Fremdmodulation und einen Festfrequenzgenerator aufweist und einen Gegentaktverstärker (Q7» Q8, Q/IO) umfaßt, der wahlweise an einen der beiden Eingänge einschaltbar ist und zwei Gegentakt-Ausgangsklemmen (118, 126) aufweist, an die die Steuerwicklung (70) angeschlossen ist_o

Wobbeisender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerwicklung (70) des iiodulators (18) eine Frequenzmarkensteuerung (32) verbunden ist, die eine Verstärkerstufe (QII) umfaßt, der eine Sägezahnspannung zugeführt wird, deren Spannung der Frequenz des Wobbeigenerators (12) proportional ist, und mit deren Ausgang eine Bezugsspannung-Schaltanordnung (178, 180) verbunden ist, die einem Anschluß (208) Impulse zuführt, deren Lage der augenblicklichen Frequenz des vom Wobbelgenerator gelieferten Mikrov/ellensignales entspricht und die zur

o/.

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Steuerung de a die Steuerwick-lung (70) durchfließenden Stromes und damit zur Anzeige der Frequenz des Hikrowellensignals dienen können,,

Y/obbelsender nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmarkensteuerung (32) ferner einen Vorstromregler (212) enthält, der zwischen den Ausgang der Verstärkerstufe (Q11) und den Sägezahngenerator (14) geschaltet ist, damit der Sägezahngenerator (14) dem V/ob"belgenerator (12) einen einstellbaren Steuerstrom zur Erzeugung des Mikrowellensignals 'variabler Frequenz zuführt.

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