DE2439531A1

DE2439531A1 - Rauscharmer hf-signalgenerator

Info

Publication number: DE2439531A1
Application number: DE2439531A
Authority: DE
Inventors: Harry W Claypool; John L Nugent
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-17
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3832653A; ES429381A1; CA1002127A; IL45140A0; JPS5051247A; GB1453538A; FR2241916A1; IL45140A; FR2241916B1

Description

Düsseldorf, 16. Aug. 1974

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Rauscharmer HF-Signalgenerator

Die Erfindung betrifft HF-Signalgeneratoren, insbesondere rausch* arme HF-Signalgeneratoren hoher Leistung.

Typische rauscharme HF-Signalgeneratoren nach dem Stand der Technik arbeiteten mit einem rauscharmen Oszillator niedriger Leistung, an den sich ein oder mehrere Schmalband-Verstärkerkreise anschließen. Zusätzlich wurden Frequenzvervielfacherschaltungen verwendete um ein Arbeiten des Oszillatorkreises bei niedriger Frequenz zu ermöglichen. Schaltungen mit einem solchen Aufbau sind zwar in der Lage_f verhältnismäßig rauscharme Signale zu erzeugen ₉ lassen sich jedoch nicht ohne weiteres einsetzen, wenn die Frequenz des Signalgenerators sich häufig ändert, da die Schmalband-Frequenzvervielfacher und die Verstärkungskreise bei Änderung der Frequenz eine Nachstellung erfordern.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines rauscharmen Oszillators ₉ der über einen Bereich von Frequenzen hinweg arbeitet.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein rauscharmer HF-Signalgenerator erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen rauscharmen Oszillatorkreis mit einem mit seiner Basis über eine frequenzbestimmende Schaltung und mit seinem Emitter über eine HF-Impedanz an eine gemeinsame Masseleitung angeschlossenen Transistor; einer zwischen den Emitter des Transistors und die frequenzbestimmende Schaltung geschalteten Rückkopplungsschaltung; und einer von dem Emitter zu der Basis des Transistors geführten Niederfrequenz-Rückkopp lungs sch alt ung zur Verringerung des Niederfrequenzrauschens des Oszillatorkreises; sowie durch einen mit dem Ausgang des Oszillatorkreises verbundenen rauscharmen Verstärkerkreis .

Das Ausgangssignal des Oszillators wird durch einen rauscharmen Verstärker verstärkt, um das rauscharme HF-Ausgangss.ignal hoher Leistung zu erzeugen. Der Oszillatorkreis enthält eine Gegenkopplungsschleife zur Verringerung des Niederfrequenzrauschens des grundlegenden Oszillatorkreises. Das Ausgangesignal des Oszillators ist unmittelbar mit einem Verstärker gekoppelt, der einen Eingang mit niedriger Eingangs impedanz hat. Die Eirgangsimpedanz des Verstärkers ist für alle Phasenwinkel des Signals im wesentlichen konstant. Die Bandbreite der Oszillator- und Verstärkerkreise gestattet es, die Frequenz im wesentlichen ohne Nachstellung der Kreise zu ändern. Das gewährleistet, daß die Zusammenfassung aus Oszillator- und Verstärkerkreis@B ein Signal mit niedrigem Rauschanteil erzeugt, wobei über einen abgemessenen Frequenzbereich gearbeitet werden kann. Der Oszillator vjsist auch eine Mehrzahl Kristalle und eine Wellenschaltung auf _f fiber die das zu verwendende Kristall gewählt werden kann, um die Oszillatorfrequenz zu bestimmen. Das Kristall-Umschalten kann entweder örtlich, d, h, am Oszillator selbst, oder auch an entfernter Stelle durchgeführt werden, je nach dem speziellen Schaltungsaufbau,

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels; in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert, deren -einzige¹ Figur schematisch ein Schaltbild der bevorzugten Aus-

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führungsform der Erfindung wiedergibt.

Um die Erläuterung übersichtlich zu halten, ist der HF-Signal-Generator nach der Erfindung in zwei funktioneile Anteile unterteilt worden. Grundsätzlich weist der HF-Signalgenerator einen Oszillatorkreis 10 sowie einen damit gekoppelten rauscharmen Verstärkerkreis 11 auf.

Der rauscharme Oszillatorkreis 10 enthält einen Transistor 12, und seine Frequenz wird durch Kristalle^ 13 - 15 sowie die Einstellung von Schaltern 20 - 22 bestimmt.

Jeder Kristall 13-15 ist in Reihe mit einem Kondensator 23, bzw. 25 geschaltet, über den die Frequenz des Oszillators feinabgestimmt werden kann. Die Streukapazität der Schalter 20 muß verhältnismäßig niedrig sein, so daß die durch die nicht in Betrieb befindlichen Kristalle hervorgerufene Belastung der Schaltung den Q-Wert der Schaltung nicht nennenswert herabsetzt. Für Oszillatoren, die in der Nachbarschaft von 100 I¹IHz arbeiten, wurde gefunden, daß die Streukapazität der Schalter weniger als 1 pF betragen sollte.

Die gemeinsamen Anschlüsse der Kristalle 13 - 15 sind mit der Basis des Transistors 12 über einen Koppelkondensator 26' verbunden. Für den Vorspannungsstrom zum Transistor 12 und einem Transistor 44 des rauscharmen Verstärkerkreises 11 sorgt ein Widerstandsnetzwerk mit drei Widerständen 26, 27 und 28, die in Reihe zwischen die positive Potentialleitung 27' sowie die negative Potentialleitung 30 geschaltet sind.

Ein Spannungsteilernetzwerk mit zwei Kondensatoren 35, 36 ist zwischen die gemeinsame Verbindung der Kristalle 13 - 15 und die Masseleitung 37 der Schaltung gelegt, über einen Koppelkondensator 38 ist der Emitter des Transistors 12 auf den Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren rückgekoppelt. Der Koppelkondensator 38 und eine Induktivität 39 bilden einen Reihenresonanz-

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kreis zwischen dem Emitter des Transistors 12 und der Masseleitung 37, die im Bereich der dritten Oberwelle der Kristalle resonant ist und diese Oszillationsart unterdrückt.

Der Emitter des Transistors 12 ist mit der negativen Potentialleitung 30 über eine Reihenschaltung aus einer Lastinduktivität 40 und einem Vorspannungswiderstand 41 verbunden. Der Vorspannungswiderstand 41 liefert in Verbindung mit dem an der Basis des Transistors 12 liegenden Spannungsteilernetzwerk die Gleichstromvorspannung der Transistoren 12 und 44. Dem Vorspannungswiderstand 41 ist ein Hochfrequenz-Umgehungskondensator 42 parallelgeschaltet. Die Verbindung der Lastinduktivität 40 und des Vorspannungswiderstands 41 bildet einen Rückkopplungspunkt für einen Niederfrequenz-Rückkopplungskreis mit einer Reihenschaltung aus einem Kondensator 43 und einer Induktivität 44', so daß dadurch das niederfrequente Rauschen des Oszillators 10 herabgesetzt wird.

Der Kollektor des Oszillator-Transistors 12 ist unmittelbar mit dem Emitter des Verstärker-Transistors 44 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 44 ist mit der positiven Potentialleitung 27' über eine Parallelschaltung mit einer Induktivität 45 und einem Kondensator 46 verbunden, die verhältnismäßig breitbandig eingestellt ist, um in der Mitte des Frequenzbandes resonant zu sein. Die Basis des Transistors 44 ist über einen Kondensator 47 an Masse geführt und liegt etwa auf Wechselspannungs-Massepotential, so daß der Verstärkerkreis als Massebasisverstärker arbeitet.

Die Eingangsimpedanz des Verstärkerkreises 11 ist verhältnismäßig niedrig und für alle Phasenwinkel des von dem Oszillatorkreis 10 erzeugten HF-Signals im wesentlichen konstant, so daß das Phasenrauschen des HF-Ausgangssignals erheblich verringert wird.

Die Schalter 20 - 22 zum Anwählen der Kristalle können einfache manuell betätigte Schalter, Relais oder sonstige Schaltvorrichtungen sein, die die erforderliche niedrige Kapazität besitzen, und können sowohl unmittelbar an Ort und Stelle als auch von ent-

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fernter Stelle aus betätigbar sein. Die Bandbreite des Systems wurde als im 100 MHz-Bereich liegend ermittelt, so daß Bandbreiten von etwa 20 % der Mittelbereichfrequenz erhalten werden können, ohne die Schaltung nachzustellen bzw. ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Leistungsausgangs- oder Rauschwerte.

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Claims

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Patentansprüche ;

1. / Rauscharmer HF-Signalgenerator, gekennzeichnet durch einen ^y rauscharmen Oszillatorkreis (10) mit einem mit seiner Basis über eine frequenzbestimmende Schaltung (13, 14, 15, 23, 24, 25,-35, 36, 38, 39) und mit seinem Emitter über eine HF-Impedanz (40) an eine gemeinsame Masseleitung (37) angeschlossenen Transistor (12); einer zwischen den Emitter des Transistors (12) und die frequenzbestimmende Schaltung geschalteten Rückkopplungsschaltung (26, 35, 38); und einer von dem Emitter zu der Basis des Transistors (12) geführten Niederfrequenz-Rückkopplungsschaltung (43, 44) zur Verringerung des Niederfrequenzrauschens des Oszillatorkreises (10); sowie durch einen mit dem Ausgang des Oszillatorkreises (10) verbundenen rauscharmen Verstärkerkreis (11).

2, HF-Signalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzbestimmende Schaltung eine Mehrzahl Kristalle (13, 14, 15) aufweist, die mit ihren einen Enden gemeinsam an der Basis des Transistors (12) und mit ihren anderen zweiten Enden über einen Schalter (20, 21, 22) zur Wahl eines der Mehrzahl Kristalle zur Bestimmung der Frequenz des HF-Signals an der Masseleitung (37) des Oszillatorkreises (10) liegen,

3. Hf-Signalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, das der rauscharme Verstftrkerkreis (11) eine Ein gang·- (26, 27, 47) und eine Ausgangs- (45, 4$) Schaltungsanordnung Mit einer Bandbreite aufweist, die mindestens 20 % der Mittelbereichsfrequenz des Generators gleich ist.

4, HF-Signalgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das der rauscharne Verstärker-Kreis einen in Basisschaltung arbeitenden Transistor (44) enthalt.

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_ 7 —

5. HF-Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederfrequenz-Rückkopplungsschaltung eine zwischen den Emitter und die Basis des Transistors (12) geschaltete Reihenschaltung aus Kondensator (43)^sund Induktivität (44) aufweist.

6. HF-Signalgenerator nach einem der Ansprüche. 2-5, gekennzeichnet durch einen jeweils mit einem der Kristalle (13, 14, 15) und seinem zugehörigen Schalter (20, 21, 22) in Reihe geschalteten veränderlichen Kondensator (23, 24, 25).

7. HF-Signalgenerator nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rauscharme Verstärkerkreis (11) mit dem rauscharmen Oszillatorkreis (10) durch unmittelbare Kopplung des Emitters des Transistors (4.4) des Verstärkerkreises (11) mit dem Kollektor des Transistors (12) des Oszillatorkreises (10) verbunden ist.

8. HF-Signalgenerator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung eine Parallelschaltung aus einem veränderlichen Kondensator (46) und einer Induktivität (45) aufweist.

9. HF-Signalgenerator nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzbestimmende Schaltung ein einen Rückkopplungspunkt für die Kopplung eines Rückkopplungssignals von dem Emitter des Oszillator-Transistors (12) zu der frequenzbestimmenden Schaltung bildendes kapazitives Spannungsteilernetzwerk (35, 36) aufweist.

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