DE2557134C3 - Transistoroszillator für den Mikrowellenbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aut einen Transistoroszillator für den Mikrowellenbereich nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solcher 1 lansistoroszillator ist in Clapp-Schaltung aufgebaut, bei der es sich um eine kapazitive Dreipunktschaltung handelt mit einer in Serie zur Kreisinduktivität angeordneten Kapazität, mit einem in die Kollektorgleichstromrückführung des Transistors eingeschalteten frequenzselektiv wirksamen Dämpfungsnetzwerk. Eine derartige Oszillatorschaltung ist im wesentlichen durch die DE-PS 17 66 734 bekannt

Von den in der Mikrowellentechnik gebräuchlichen Oszillatorschaltungen bietet der Clapp-Oszillator die besten Möglichkeiten für eine breitbandige Frequenzdurchstimmung, da die Kreisinduktivität durch den Blindwiderstand der Kapazität kompensiert werden kann. Die höchste Schwingfrequenz ergibt sich aus dem Wert der Kollektor-Basiskapazität und der kleinsten Kreisinduktivität Das Rückkopplungsnetzwerk besteht aus einem kapazitiven Spannungsteiler zwischen Kollektor und Emitter sowie Emitter und Basis, für den bei höheren Frequenzen die parasitäre Kollektor-Emitter' und Emitter-Basis-Kapazität ausgenutzt werden kann. Der Einfluß parasitärer Elemente, die üblicherweise bei Mikrowellenoszillatoren vorhanden sind, beeinträchtigt das Breitbandverhalten und verursacht das Auftreten von Frequenzspringen.

Durch die Zeitschrift »Electronics«, Oktober 1966, Vol. 39, Heft 20, Seiten 102,103 ist eine Oszillatorschaltung bekannt, die in der Kollektorgleichstromrückführung des Transistors ein frequenzselektives Netzwerk aufweist Dabei ist der Kollektoranschluß über eine Spule und einen ohmschen Widerstand an die Versorgungsspannungsquelle angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Spule mit dem ohmschen Widerstand ist über einen Kondensator mit Masse verbunden.

Aus der Zeitschrift »Femmelde-Praxis«, Band 52/1975, Nr. 1, Seiten 23 bis 45 (Fig. 19) ist es bekannt, frequenzselektiv wirksame Netzwerke in Streifenleitungstechnik zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluß parasitärer Elemente bei Mikrowellenoszillatoren zu beseitigen und damit das Breitbandverhalten zu verbessern sowie ein mögliches Frequenzspringen des Oszillators außerhalb des Nutzbandes zu unterdrücken.

Der Aufbau eines solchen Transistoroszillators soll

dabei insbesondere in Streifenleitungstechnik erfolgen mit wenig Bauelementen und mit möglichst geringem

Prüffeldaufwand. Diese Aufgabe wird bei einem Transistoroszillator

der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gelöst durch den Aufbau in Streifenleitungstechnik mit einem Dämpfungsnetzwerk aus der Serienschaltung eines Λ/4-langen Leitungsstückes und eines Dämpfungswiderstandes, einem dem Dämpfungswiderstand parallelgeschalteten, einseitig nach Masse kurzgeschlossenen Leitungsstück, und einem weiteren, an den Verbindungspunkt des ersten Leitungsstückes mit der Parallelschaltung angeschalteten, am anderen Ende leerlaufenden λ/4-langen Leilungsstück sowie mit einer HF-Verdrosselung durch je zwei Λ/4-lange Leitungsstücke, von denen das eine Leitungsstück mit einem an die VersorgungsspannuAgsquelle angeschlossenen ohmschen Widerstand in Serie liegt und das andere Leitungsstück an den Verbindungspunkt des ersten Leitungsstückes mit dem Widerstand angeschaltet ist, oder je ein Λ/4-Ianges, mit dem ohmschen Widerstand in Serie geschaltetes Leitungsstück, dessen am Verbindungspunkt liegendes Ende über einen Blockkondensator kurzgeschlossen ist

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Gleichstromzufübrung für die Varaktoren des Oszillators,

Fig.2 den Mikrowellenteil mit Kollektorgleichstromrückführung des Oszillators,
F i g. 3 und 4 Ersatzschaltbilder des Mikrowellenteils, Fig.5 das Dämpfungsnetzwerk in der Kollektorgleichstromrückführung und
F i g. 6 das Gesamtschaltbild des Oszillators.
Einen wesentlichen Bestandteil des Aufbaus des breitbandig durchstimmbaren Transistoroszillators bildet das HF-Verdrosselungsnetzwerk, das zusammen mit der eigentlichen Hochfrequenzschaltung das Breitband-

verhalten des Oszillators bestimmt Es werden daher nachfolgend anhand von Teildarstellungen der Oszillaf orschaltung die Gleichstromzuführung für die Varaktoren bzw. die Kollektorgleichstromrückführung und das jeweilige HF-Verdrosselungsnetzwerk näher erläutert

Die Zuführung der Gleichströme an den Mikrowellenteil der Schaltung muß dabei über Netzwerke erfolgen, die das Verhalten des Mikrowellenteils des Oszillators möglichst wenig oder nur in bestimmten Eigenschaften beeinflussen. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn sich

am Mikrowellenteil die Impedanz der Zuleitung breitbandig wie eine Leitung verhält, die leerläuft

In Fig. 1 ist die Gleichstromzuführung für die Varaktoren Vl und V 2 dargestellt Sie besteht aus zwei Λ/4-langen Leitungiistücken 4 und *, wobei der eine

Anschluß des Leitungsstückes k an den Verbindungspunkt der beiden Varaktoren Vl und Vl angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt der beiden Leitungsstücke k und * ist mit K und das freie leerlaufende Ende des

Leitungsstöckes * mit A bezeichnet. An den Yerbindungspunkt K ist ein Widerstand R ν angeschlossen, der über ein Durchführungsfilter DF an die Spannungsklemme Uy ₊ angeschaltet ist Der Leerlauf am Punkt A erscheint wegen der Transformationseigenschaften der Leitung k und * am Punkt B, also am Varaktor wieder als Leerlauf. Am Kurzschlußpunkt K wird über den Widerstand Äyder Gleichstrom zugeführt Die Dimensionierung der Leitungslängen von k und * ist so ausgelegt daß die Leerlauf/Leerlauf-Transformation im ι ο Bereich der Mittenfrequenz erfüllt ist Der Widerstand Rv ist so eingebaut daß er möglichst nahe am Kurzschlußpunkt K liegt Er verhindert das Auftreten parasitärer Impedanzschleifen, die von in Resonanz befindlichen Leitungsstücken stammen, weiche zur Gleichstromquelle führen. Impedanzschleifen parasitärer Art verursachen während des Durchstimmens Frequenzsprünge innerhalb des Nutzbandes. Die Leitungsführung vom Kurzschlußpunkt K bis zum Durchführungsfilter DF erfolgt daher über einen Widerstand und ist möglichst kurz gewählt Entsprechend dem hier beschriebenen Netzwerk sind die Gleichstrosäzuführungen des Oszillators am Emitter und an der Basis des Transistors Traufgebaut

F i g. 2 zeigt den Mikrowellenteil des Oszillators mit der Kollektorgleichstromrückführung. Der Kollektor des Transistors Tr und die Anode des Varaktors Vl liegen dabei gleichspannungsmäßig an Masse. Die Rückführung des Kollektorstromes des Transistors Tr und des Sperrstromes des Varaktors Vl erfolgt im einfachsten Fall über ein nach Masse kurzgeschlossenes λ/4-langes Leitungsstück h- Bei Betrachtung des zugehörigen Wechselstromersatzschaltbildes gemäß F i g. 3 zeigt es sich, daß für kleine Varaktorkapazitäten ein Mikrowellenschwingkreis bei tiefen Frequenzen angeregt werden kann, dessen Kreiselemente sich aus der Kollektor-Basis-Kapazität Ccb, der Basis-Massekapazität Cbm und einer von der Kollektorgleichstromrückführung hervorgerufenen Ersatzinduktivität Le zusammensetzen. Mit Rn. ist der transformierte Lastwiderstand bezeichnet Während der elektronischen Durchstimmung des Oszillators zu höheren Frequenzen verkleinert sich die Kapazität Ci/ständig, so daß sich immer mehr die Ersatzschaltung nach F i g. 4 für tiefe Frequenzen ergibt die nämlich lediglich noch die Kapazität Cbm zwischen der Bas.s und Masse und die Ersatzinduktivität Le zwischen dem Kollektor und Masse enthält Um ein mögliches Frequenzspringen des Oszillators auszuschließen, ist vorgesehen, daß der parasitäre Mikrowellenschwingkreis stark bedämpft wird. Dies erfolgt mit dem in Fig.5 angegebenen frequenzselektiv wirksamen Dämpfungsnetzwerk in der Kollektorgleichstromzuführung, das aus den λ/4-langen Leitungsstücken fj, sy, k und dem Dämpfungswiderstand ad besteht Dabei ist zu dem mit dem Kollektor des Transistors Tr verbundenen λ/4-langen Leitungsstück h der Widerstand Rd in Serie geschaltet und parallel zum Widerstand Rd liegt das einseitig nach Masse kurzgeschlossene, im Sprungfrequenzbereich λ/4-lange Leitungsstück k- Das weitere, an einem Ende leerlaufende Leitungsstück sj ist an den Verbindungspunkt des ersten Leitungsstückes h mit der Parallelschaltung aus dem Widerstand Ad und dem Leitungsstück k geführt

Das an einem Ende leerlaufende Leitungsstück sj und das parallelgeschaltete, einseitig nach Masse kurzgeschlossene Leitungsstück k bilden im Bereich der halben Mittenfrequenz, d. h. des Sprungfrequenzbereiches, eine Parallelresonanz. Dies hat zur FoIf*, daß der in Serie zum Leitungsstück h liegende Widerstand Rd den parasitären Mikrowellenschwingkreis (vgl. F i g. 5) stark bedämpft und daher ein mögliches Frequenzspringen des Oszillators außerhalb des Nutzbandes verhindert

F i g. 6 zeigt das Gesamtschaltbild des Oszillators, für das drei Netzwerke charakteristisch sind, nämlich der Mikrowellenteil mit seinen frequenzbestimmenden Elementen, sowie das HF-Verdrosselungsnetzwerk und das frequenzselektiv wirksame Dämpfungsnetzwerk in der Kollektorgleichstromrückführung des Transistors, die vorstehend bereits erläutert wurden. Der Mikrowellenteil des Oszillators besteht aus dem Mikrowellentransistor Tr, den Varaktoren Kl und V 2 und den Leitungsstücken I\, k und h. Das zugehörige Wechselstromersatzschaltbild, weiches die frequenzbestimmenden Elemente enthält ist in F i g. 3 dargestellt und wurde vorstehend bereits näher beschrieben. Das Leitungsstück Z₁ bildet dabei eine zusätzliche Kapazität Cbm; es ist mit seinem einen Ende mit der Basis des Mikrowellentransistors Trverbunden. An den Kollektor des Mikrowellentransistors Tr sind die beiden in Serie geschalteten, gegensinnig gepolten Varaktordioden Vl, V2 angeschlossen, an die sich im Längszweig das Leitungsstück h und im Querzweig das die Schwinginduktivität Ls bildende Leitungsstück ύ anschließt Die Varaktordioden Vl und Vl können auch durch andere kapazitive Elemente ersetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Transistoroszillator for den Mikrowellenbereich in Clapp-Schaltung, mit einem in die Kollektorgleichstromrückführung des Transistors eingeschalteten frequenzselektiv wirksamen Dämpfungsnetzwerk, gekennzeichnet durch den Aufbau in Streifenleitungstechnik mit einem Dämpfungsnetzwerk aus der Serienschaltung eines λ/4-Iangen Leitungsstückes (h) und eines Dämpfungswiderstandes (Rd), einem dem Dämpfungswiderstand (Rd) parallelgeschalteten, einseitig nach Masse kurzgeschlossenen Leitungsstück (k), und einem weiteren, an den Verbindungspunkt des ersten Leitungsstükkes (h) mit der Parallelschaltung (Rd, k) angeschalteten, am anderen Ende leerlaufenden Λ/4-langen Leitungsstück (si) sowie mit einer HF-Verdrosselung durch je zwei Λ/4-lange Leitungsstücke (U, s*; Z₅, Ss; k, %), von denen das eine Leitungsstück (U; k; k) mit einem an die Versorgungsspannungsquelle angeschlossenen ohmschen Widerstand (Rr, Re, Rv) in Serie liegt und das andere Leitungsstück fa; S₅; *) an den Verbindungspunkt des ersten Leitungsstückes mit dem Widerstand angeschaltet ist, oder je ein λ/4-langes, mit dem ohmschen Widerstand (Rr, Rr Rv) in Serie geschaltetes Leitungsstück (U; k; h), dessen am Verbindungspunkt liegendes Ende über einen Blockkondensator kurzgeschlossen ist