DE2637360C3

DE2637360C3 - Transistoroszillator für höhere Frequenzen

Info

Publication number: DE2637360C3
Application number: DE2637360A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Fischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2637360B2; DE2637360A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistoroszillator für höhere Frequenzen, insbesondere im G Hz-Bereich, mit einem frequenzbestimmenden Koaxialresonator und einem an diesen angekoppelten Transistor in Kollektorschaltung mit unmittelbar geerdetem Kollektor und Auskopplung der H F-Energie vom Emitter.

Oszillatoren dieser Art, auch emittergekoppelte Oszillatoren genannt, sind beispielsweise durch die Literaturstelle »Frequenz«2l, (1967), 6, Seiten 193 bis bekannt. Sie werden häufig benötigt für die Trägerversorgung von Richtfunksystemen, ζ. B. in einem Frequenzgebiet um 2 GHz. Von solchen Oszillatoren wird neben einem großen Abstimmbereich und der Möglichkeit zur Phasenregelung gefordert, daß sie bei hoher Ausgangsleistung ein sehr geringes Phasenrauschen haben. Als frequenzbestimmenden Resonanzkreis kann ein solcher Oszillator einen Leitungskreis, /. B. einen Koaxialleitungsresonator verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die auch bei diesem relativ hohen Frequenzbereich bei hoher Ausgangsleistung ein minimales Phasenrauschen zeigt und in ihrem Aulbiiii verhältnismäßig einfach ist,

I )it.se Aufgabe wird bei einem Transistoroszillator für hiihi-rc Frequenzen, insbesondere im GHz-Bereich, mit einem frequenzbestimmenden Koaxialresonator und einem an diesen angekoppelten Transistor in Kollektorschaltung mit unmittelbar geerdetem Kollektor und Auskopplung der HF-Energie vom Emitter dadurch gelöst, daß die Auskopplung der HF-Energie über ein abwärtstransformierendes Netzwerk erfolgt, daß der Koaxialresonator kapazitiv an einem Basisanschluß und Masse liegt und daß ein zweiter Basisanschluß des Transistors sowie dessen Emitteranschluß je über eine etwa A/4 (A = mittlere Betriebswellenlänge) lange, in • ihrer Länge veränderbar ausgeführte Leitung an die Vorspannungsquelle gelegt sind.

Durch die GB-PS 4 69 961 ist bereits ein Oszillator für höhere Frequenzen bekannt, bei dem ein Koaxialresonator über die Parallelschaltung einer Kapazität und

ίο eines Widerstandes an das Gitter der Schwingröhre angekoppelt ist und bei dem die Auskopplung der Hochfrequenzenergie über einen Übertrager erfolgt

Ferner ist durch die DE-OS 2441 194 bekannt, die Versorgungsspannung in dem Emitteranschluß des

Η Schwingtransistors über eine abgleichbare, etwa A/4 lange Leitung zuzuführen.

Vorteilhafie Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Gesamtschaltbild des Transistoroszillators, F i g. 2 eine Draufsicht auf die praktische Ausführung eines solchen Transistoroszillators,

2ϊ F i g. 3 ein Klemmstück zur Verbindung des Kollektors des Transistors mit einem gemeinsamen Masseblock und

F i g. 4 und 5 Ausführungen der A/4 lange Leitungen. Die F i g. 1 zeigt das Gesamtersatzschaltbild des

so Oszillators einschließlich eines Basisspannungsteilers. Die Basis des Hochfrequenztransistors Ti ist dabei über eine Trimmkapazität C1 an den frequenzbestimmenden Resonanzkreis des Oszillators angekoppelt Dieser Resonanzkreis ist im Ersatzschaltbild zwar als

J5 LC-Kreis mit den Kapazitäten Cl und C3 angedeutet, in Wirklichkeit jedoch ein Koaxialresonator, an den fuQpunktseitig eine Kapazitätsdiode Din bekannter Art zur Nachstimmung des Oszillators angekoppelt ist Die Zuführung der Regelspanncng Un erfolgt über den Widerstand R 5, dem ein Durchführungskondensator vorgeschaltet ist Die Kapazität 6 dient zum zusätzlichen Nachtrimmendes Kapazitätsvariationsbereichs.

Die erforderliche kapazitive Admittanz zwischen Emitter und Kollektor wird durch Kapazitäten C4 und C5 verwirklicht. Da der Innenwiderstand des Oszillators zwischen der geerdeten Kollektorelektrode und der Emitterelektrode relativ groß ist, wird zunächst über eine Transformationsleitung zwischen den Punkten A-A'und ß-ß'und eine zweite Transformationsleitung

V) zwischen den Punkten B-B' und C-C auf einen Lastwiderstand Rl herabtransformiert Der Lastwidersland liegt meist in der Gegend von 50 Ohm, während der optimale Ausgangswiderstand des Transistoroszillators an den Punkten A-A'wesentlich höher, z. B. in der

v, Größenordnung von einigen Hundert Ohm, liegt

Durch die Transformalionsstücke wird der Lastwiderstand Ri. an den Ausgangswiderstand des Transistors Tl angepaßt und damit die Ausgangsleistung des Oszillators so weit wie möglich gesteigert

mj Die Stromzuführung zu der Basis- und der Emitterelektrode erfolgt über angenähert A/4 lange Leitungen Ll, LX wobei A die mittlere Betriebswellenlänge des Oszillators ist. Diese A/4-Leitungen sind an ihren betriebsspannungsseitigcn Enden mit den Kapazitäten

M Cl und CS hochfrequenzmäßig abgeblockt. Die Kapazitäten betragen bei einer durchschnittlichen Frequenz von 2GHz des Oszillators etwa 100 pF in einem Aiisführiingsbcispiel. Durch die A/4-Leitungen

wird der an den Kapazitäten C7 und C8 hochfrequenzmäßig vorliegende Kurzschluß annähernd in einen Leerlauf an den betreffenden Elektroden des Transistors transformiert. Die übrigen Teile, wie die Widerstände R 1 bis /?4 und der Transistor T2, dienen ^r. der Stabilisierung und Zuführung der Versorgungsspannung —24 V über den Anschluß Uß.

Wesentlich für diese Schaltung ist, daß der Oszillatortransistor 7*1 au seinem Kollektor so kurz wie möglich mit Masse verbunden ist. κι

Der Basisanschluß des Transistors ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel doppelt herausgeführt, wobei ein Anschluß auf die Kapazität Cl und der andere Anschluß auf die λ/4-Leitungen L 1 für die Basisvorspannungsversorgung gelegt ist. Wesentlich für geringstes Phasenrauschen des Oszillators ist ein Längenabgleich dieser Leitungen. Besonders wichtig hierfür ist die angenähert λ/4 lange Leitung L 1 zur Basis des Transistors Tl, durch deren Länge eine besonders leicht meßbare Minimierung des vom Oszillator erzeugten Phasenrauschens erzielt werden kann. Die Messung erfolgt dabei so, daß in einem Sprachxanal von etwa 3 kHz Brandbreite im Bereich um die Oszillatormittenfrequenz der Geräuschanteil gemessen wird. Dies erfolgt derart, daß die Oszillatorschwingung einem Mischer zugeführt wird, dem gleichzeitig eine um etwa 70MHz dagegen versetzte rauscharme Schwingung (Röhrenoszillator) zugeleitet wird. Die dem Mischer entnehmbare Zwischenfrequenz von hier etwa 70 MHz wird einem Frequenzdiskriminator zugeführt, dessen jo Ausgangsspannung einen meßbaren Wert für das Phasenrauschen des Oszillators bildet.

Die λ/4 langen Leitungen LX und L 2 sorgen außerdem dafür, daß der Oszillator in einem Abstimmbereich eine möglichst konstante Ausgangsleistung Pa J5 abgibt.

In der F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die praktische Ausführung eines solchen Transistoroszillators dargestellt. An den Basisanschluß 52 ist die λ/4-Leitung L 1 angeschlossen. Am Ende dieser Leitung, die teilweise kreisförmig um den einen Belag des Scheibenkondensators C8 herum erstreckt ist. Findet sich ein Kurzschluß K 1, der normalerweise aus einem Lötpunkt bzw. einer Lötbrücke besteht. Der Scheibenkondensator C8 ist, wie später anhand einer weiteren Figur gezeigt, in die Isolierschicht der Leiterplatte, auf der die Leitung L 1 aufgebracht ist, eingelassen. Die Isolierschicht hat an dieser Stelle eine entsprechende Durchbrechung ^;i, die durch den Kurzschluß ATl überbrückt ist. Die untere Seite des Scheibenkondensators C8 ist mit Masse verbunden, ebenso wie sich auf der unteren Seite der Isolierschicht, auf der sich die Leitung L 1 befindet, eine durchgehende Massekaschierung befindet. Die Massekaschierung ist an den hierfür erforderlichen Stellen, z. B. beim Kondensator C8 — wie später anhand der Fig.4 und 5 gezeigt — unterbrochen. Die praktisch gleiche Anordnung ist für die Leitung L 2 zum Emitter und die Kapazität Cl gegeben. Der Kurzschluß ist hierbei mit K 2 bezeichnet

Der andere Basisanschluß 51 des Transistors 7*1 ω führt über einen Trimmer Cl zum Eingang eines Koaxialresonators, d. h. auf eine Anzapfung seines Innenleiters. Am massescitigen Ende dieses Innenleiters liegt die Nachstimmdiode D. Der Koaxialresonator ist in der angedeuteten Weise mittels eines Gewmdestiftes (/>

mit Rändelmutter 2 durch kapazitive Belastung abstimmbar

Der Kollektor des Transistors 71 ist über ein Klemmstück 3 auf kürzestem Wege mit dem gemeinsamen Masseblock verbunden. Dieses Klemmstück ist ausführlicher in der Fi g. 3 dargestellt. Das Klemmstück besteht im wesentlichen aus einer Schraube 3 mit Beilagscheibe 7, einem Stück zur Drehsicherung 4 und einem Klötzchen 5. Die Kollektoranschlußklemme 6 des Transistors 7*1 ist zwischen die Teile 4 und 5 eingeklemmt, so daß eine direkte Verbindung des Kollektors mit dem Masseblock 8 der gesamten Anordnung besteht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Leitungen L 1 und L 2 zeigt F i g. 4. Darin ist C8 die Kapazität, die zur Leitung L1 gehört. Dabei befindet sich unterhalb der dielektrischen Leiterplatte 9, die die gesamte Anordnung und insbesondere das Leitungsstück L 1 trägt, eine durchgehende Massekaschierung 8, hier aus einem kompakten Metallbk...« bestehend. Die dielektrische Schicht 9 ist dabei durchoor rt, so daß der Scheibenkondensator C8 in sie eingelassen werden kann. Seine obere Schicht ist über den Kurzschluß K 1 mit der Leitung L 1 verbunden. Sein unterer Belag ist direkt a'tf eine Madenschraube 10 aufgelötet, so daß der Scheibenkondensator samt dieser Madenschraube in eine entsprechende Gewindeführung im Block eingeschraubt werden kann. Zur Sicherung ist ferner eine zweite Madenschraube U vorgesehen, die von unten her nach Fixierung der Lage des Kondensators C8 gegen die Madenschraube 10 angezogen wird.

Der Leitungsabgleich mit diesen Elementen ist verhältnismäßig einfach und kann durch Umlöten der Brücke unter meßtechnischer Beobachtung der Ergebnisseauf folgende Weise geschehen: Mit der Leitung L 1 zur Basis des Transistors wird in erster Linie auf die schon besprochene Weise das Phasenra'ischen minimiert. Mit der Leitung zum Emitter wird in erster Linie auf optimale Leistungsabgabe und konstante Ausgangsleistung über den Abstimmfrequenzbereich abgeglichen.

k. der F i g. 5 ist eine weitere vorteilhafte Ausführung dieses Scheibenkondensators mit Madenschraube 10 dargestellt. Die Schraube 10 hat einen Bund 12, der über ihren Durchmesser hinausgeht und etwa den Durchmesser des Scheibenkondensators hat. Mit diesem Bund liegt sie auf dem Metallblock und ist dadurch von selbst gesichert. Der obere Belag des Scheibenkondensators soll dabei oberflächenbündig mit der Oberseite der dielektrischen Platte sein.

Von besonderem Vorteil für die Schaltung ist es, wenn beim Kollektor ein möglichst direkter Kurzschluß gegen den Metallblock stattfindet und daß, wie schon erwähnt, die Transformationslehungsstücke mit ihrem Serientrimmer C4 versehen werden, um den Wirkwiderstand des nifctierohmigen Verbrauchers an den Ausgangswiderstand des Oszillators anzupassen. Es wurde mit dieser Ausführung des Oszillators neben einem relativ großen Durchstimmbereich ein sehr geringes Phasenrauschen über den gesamten Durchstimmbereich erzielt. Mittels der Kapazitätsdiode D werden die Schwingungen des Oszillators auf eine stabile Festfrequenz synchronisiert. Die Oszillatorschwingung kann in bekannter Weise, z. B. durch Frequenzvervielfacherdioden, in einen höheren Frequenzbereich umgesetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Transistoroszillator für höhere Frequenzen, insbesondere im GHz-Bereich, mit einem frequenzbestimmenden Koaxialresonator und einem an diesen angekoppelten Transistor in Kollektorschaltung mit unmittelbar geerdetem Kollektor und Auskopplung der HF-Energie vom Emitter, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung der HF-Energie über ein abwärtstransformierendes Netzwerk erfolgt, daß der Koaxialresonator (RK) kapazitiv an einem Basisanschluß (Sl) und Masse liegt und daß ein zweiter Basisanschluß (B 2) des Transistors sowie dessen Emitteranschluß je über eine etwa A/4 (A = mittlere Betriebswellenlänge) lange, in ihrer Länge veränderbar ausgeführte Leitung (L 1, L2) an die Vorspannungsquelle gelegt sind.

2. Transistoroszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden A/4 langen Leitungen (Li, L2) zum Τεϋ als kreisbogenfönnige Streifenleitungen ausgeführt sind, die mit geringem Abstand um je einen kreisrunden Scheibenkondensator (CT, CS) angeordnet sind, der einen Kurzschluß für die höheren Frequenzen bildet, welcher als Leerlauf an die entsprechende Transistorelektrode iransformiert wird.

3. Transistoroszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisbogen zum Abgleich der etwa A/4 langen Leitungen (Li, L2) an gewünschter Stelle mit dem Belag des Scheibenkondensators (C 7, CS) durch einen Kurzschluß (K 1, K 2) in Form einer Lötbrücke verbunden ist.