DE2648767B1 - Pulsmodulierter Hochfrequenzsender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pulsmodulierten (von einem Puls getasteten) Hochfrequenzsender für hohe Impulsleistung unter Verwendung eines Transistor-Oszillators.

Bekannte pulsmodulierte Sender, z. B. für Radaranlagen, insbesondere Sekundärradargeräte, die Leistungen von einigen 100 Watt abgeben, wurden durch aufwendige Verstärkerketten realisiert, deren Endstufen über Hybride entkoppelt und dann am Eingang und am Ausgang parallelgeschaltet werden. Die Ansteuerung dieser Verstärkerketten erfolgt dabei von einem Oszillator kleiner Leistung (Skolnik: Radar Handbook, 1970, Mc Graw Hill, S. 7-44 bis 7-50).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Pulsmodulation geeignete Transistor-Senderschaltung zu schaffen, die ohne teure Verstärkerstufen auskommt und bei der die verwendeten Transistoren gegen thermische Überlastung und Fehlanpassung geschützt sind, so daß eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung, die sich auf einen Hochfrequenzsender der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in Basisschaltung ausgeführte Oszillator eine zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors angeordnete Rückkopplung aufweist, die aus der Serienschaltung einer eine halbe Wellenlänge langen Leitung sowie einer Kapazität besteht und die zusätzlich zur transistorinternen Rückkopplung wirksam ist, und daß die Tastung des Oszillators über den Emitter des Transistors von einem Pulsmodulator vorgenommen wird, dessen Endstufe als von einem Pulsgeber getastete Konstantstromquelle geschaltet ist. t>5

Die Konstantstromquelle erzwingt einen konstanten Strom durch den Transistor des Senders, unabhängig von der Kollektorspannung und der ausgekoppelten Leistung, so daß der Transistor des Oszillators gegen Wärmeüberlastung geschützt und sein Arbeitspunkt stabil gehalten wird.

Die Senderschaltung mit dem pulsmodulierten Oszillator nach der Erfindung ergibt auch eine bessere Impuslform, eine geringere Phasenmodulation und eine kleinere Stromaufnahme als die bekannten Schaltungen mit Verstärkerketten.

Aus dem DE-GM 67 53 196 ist ein abstimmbarer, in strip-line-Technik aufgebauter Transistor-Oszillator bekannt, bei dem ein eine halbe Wellenlänge langer Resonator verwendet wird. Dieser Oszillator ist aber nicht für eine Pulstastung ausgelegt

Aus der DE-OS 20 38 435 ist es bekannt, einen Transistor-Oszillator dadurch zu modulieren, daß dem Emitter des Oszillatortransistors das Modulationssignal von einem als modulierte Konstantstromquelle geschalteten Transistor zugeführt wird. Es handelt sich hierbei allerdings um eine Amplitudenmodulation der im Kollektorkreis auftretenden Rechteckwelle bzw. der hieraus ausgesiebten Grundschwingung und nicht um eine Pulsmodulation eines Sinusoszillators.

Aus »Funkschau«, 1956, Heft 23, Seite 980, ist es bekannt, einen in Basisschaltung betriebenen Oszillator mit der zwischen dem Kollektor und dem Emitter wirksamen transistorinternen Rückkopplung zu betreiben. Diese Schaltung ist nur für leistungsschwache Miniatur-FM-Sender geeignet.

Aus »Transistor-Praxis« von Richter, 1956, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, Seite 136, ist ein in Basisschaltung betriebener Transistoroszillator bekannt, bei dem zusätzlich zu der transistorinternen Rückkopplung zwischen Kollektor und Emitter noch eine externe Rückkopplungsschaltung vorhanden ist. Auch diese Schaltung ist zum Einsatz in pulsmodulierten Sendern für hohe Impulsleistung, z. B. in Radaranlagen, nicht geeignet,

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß dem Transistor noch ein weiterer Transistor oder mehrere weitere Transistoren wechselspannungsmäßig parallel geschaltet ist/sind und daß die gleichspannungsmäßige Tastung der Transistoren jeweils über deren Emitter von getrennten, jedoch vom gleichen Pulsgeber getasteten Konstantstromquellen vorgenommen wird.

Bei der einer höheren Leistungsabgabe dienenden Parallelschaltung von mehreren Transistoren entfallen die bei der Verwendung der Verstärkungsketten erforderlichen Entkopplungshybride.

Die Senderschaltung nach der Erfindung ermöglicht den Aufbau kleiner und kostengünstiger Halbleitersender von mehreren 100W Ausgangsleistung, z.B. mit Leistungstransistoren, die einzeln maximal nur 250 W Hochfrequenzleistung abgeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in jeweils einer Figur dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltung eines 50 W Impulsleistung abgebenden Sekundärradarsenders für Frequenzen von 1 bis 1,1 GHz mit einem Oszillator 1 und einem Modulator 2. Der in Streifenleitungstechnik ausgeführte Oszillator 1 weist einen in Basisschaltung betriebenen HF-Leistungstransistor 3 mit einem kapazitiven emitterseitigen flächenhaften Leitungsstück 4 und zwei kollektorseitigen Leiterflächen 5 und 6 mit einer Verbindungsleitung 6a dazwischen auf, welche ein breitbandig wirksames Ausgangs-Anpassungsnetzwerk darstellen. Eine emitterseitige Kapazität 7 und eine

koilektorseitig angeordnete Kapazität 8 sind als Trimmerkondensatoren ausgebildet. Durch die Kapazität 8 kann die Anpassung optimiert werden. Das breitbandige Anpassungsnetzwerk transformiert den gewünschten komplexen Lastwiderstand des Transistors 3 auf den genormten Leitungswiderstand am Ausgang 9. Der frequenzbestimmende Resonanzkreis des Oszillators 1 wird durch die interne Induktivität der Emitterzuleitung des Transistors 3 und die Kapazität des Trimmerkondensators 7 gebildet, der an Masse geschaltet ist und eine Abstimmung innerhalb des Frequenzbereichs von 1 GHz bis 1,1 GHz gestattet. Die Rückkopplung des Oszillators zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 3 geschieht intern im Transistor 3 und zusätzlich über eine etwa eine halbe Wellenlänge lange Leitung 10 und eine Kapazität 11 in Serie dazu. Die Signalentnahme für die Antenne oder eventuell für eine Verstärkerstufe erfolgt über einen Kondensator 12 am Ausgang 9. Der Kondensator 12 trennt die Betriebsspannung vom Ausgang 9. Die Betriebsgleichspannungszuführung für den Transistor 3 wird über eine Hochfrequenzdrossel 13 und einen Durchführungskondensator 14 vorgenommen. Ein als schaltfester Elektrolytkondensator ausgebildeter Kondensator 30 liefert den notwendigen Pulsstrom für den Sender.

Der Oszillator 1 wird über den Emitter des Transistors 3 vom Modulator 2 mittels einer durch einen Durchführungskondensator 15 geführten Tastleitung 16 getastet In diese Tastleitung 16 ist noch eine jo Hochfrequenzdrossel 17 eingeschaltet. Um den Transistor 3 des Oszillators 1 gegen thermische Überlastung zu schützen und seinen Arbeitspunkt stabil zu halten, ist die mit einem Transistor 18 beschaltete Endstufe des Modulators 2 als getastete Konstantstromquelle ausgeführt Zugeführt wird die impulsförmige Modulatoreingangsspannung einem Modulatorvorstufentransistor 19 über eine aus einem Basisvorwiderstand 20 und einem Kondensator 21 bestehende Parallelschaltung. Der Eingang für die Modulatoreingangsspannung ist mit 22 bezeichnet. Am Kollektor des Vorstufentransistors 19 liegt über einen Widerstand 23 eine Zenerdiode 24, an der bei Durchschaltung des Transistors 19 im Fall des Vorliegens eines Impulses am Eingang 22 die konstante Zenerspannung abfällt Der somit eine pulsgesteuerte Konstantspannungsquelle darstellenden Zenerdiode 24 ist ein einstellbarer Spannungsteiler 25 parallelgeschaltet, dessen Abgriff mit der Basis des Modulator-Endstufentransistors 18 verbunden ist Bei Tastung des Modulators 2 am Eingang 22 wird somit auch der am Emitter mit einem Widerstand 26 und am Kollektor mit einem Widerstand 27 beschaltete Transistor 18 durchgesteuert. Ein konstanter Stromfluß im Kollektor des Transistors 18, der im wesentlichen unabhängig von der Kollektorspannung und der Rückkopplung am Transistör 3 sowie auch unabhängig von der am Ausgang 9 ausgekoppelten Leistung ist, wird durch den Emitterwiderstand 26 des Transistors 18 bei einer konstanten Ansteuerung seiner Basis erzwungen. Mit 28, 29 sind zwei Kondensatoren im Modulator 2, mit 31 ein Widerstand zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 19 und mit t/die Betriebsspannung für die beiden Transistoren 18 und 19 bezeichnet. Mit dem Spannungsteiler 25 kann der benötigte Konstantstrom in der Tastleitung 16 eingestellt werden. *>5

F i g. 2 zeigt die Schaltung eines 200 W Impulsleistung abgebenden Sekundärradarsenders ebenfalls für Frequenzen von 1 bis 1,1 GHz mit einem Oszillator 32 und einem Modulator 33. Der in Streifenleitungstechnik ausgeführte Oszillator 32 enthält zwei in Basisschaltung betriebene HF-Leistungstransistoren 34 und 35 mit einem kapazitiven emitterseitigen flächenhaften Leitungsstück 36 und zwei kollektorseitigen Leiterflächen 37 und 38 mit einer Verbindungsleitung 38a dazwischen, welche ein breitbandig wirksames Ausgangsanpassungsnetzwerk bilden. Für eine emitterseitige Kapazität 39 und eine koilektorseitig angeordnete Kapazität 40 sind Trimmerkondensatoren vorgesehen. Durch die Kapazität 40 läßt sich die Anpassung optimieren. Das breitbandige Anpassungsnetzwerk transformiert den gewünschten komplexen Lastwiderstand der Transistoren 34 und 35 auf den genormten Leitungswiderstand am Ausgang 41. Der frequenzbestimmende Resonanzkreis des Oszillators 32 wird durch die interne Induktivität der Emitterzuführungen der Transistoren 34 und 35 und die Kapazität des Trimmerkondensators 39 gebildet, der an Masse gelegt ist Der Trimmerkondensator 39 gestattet eine Abstimmung innerhalb des Frequenzbereichs von 1 GHz bis 1,1 GHz. Die Rückkopplung des Oszillators 32 zwischen den Kollektoren der Transistoren 34 und 35 einerseits und den Emittern dieser Transistoren 34 und 35 andererseits wird intern in den Transistoren 34 und 35 und darüber hinaus über eine etwa eine halbe Wellenlänge lange Leitung 42 und eine Kapazität 43 in Reihe dazu vorgenommen. Die Transistoren 34 und 35 sind eingangsseitig auf Grund der Verwendung zweier Kondensatoren 44 und 45 wechselspannungsmäßig parallel geschaltet Die Signalentnahme für die Antenne oder gegebenenfalls für eine anschließende Verstärkerstufe erfolgt über einen Kondensator 46 am Ausgang 41. Die Zuführung der Betriebsgleichspannung für die Transistoren 31 und 32, die mittels des Kondensators 46 vom Ausgang 41 getrennt ist, geschieht über eine Hochfrequenzdrossel 47 und durch einen Durchführungskondensator 48. Ein in vorteilhafter Weise als schaltfester Elektrolytkondensator ausgebildeter Kondensator 71 liefert den für den Sender erforderlichen Impulsstrom.

Der Oszillator 32 wird über die Emitter der Transistoren 34 und 35 vom Modulator 33 mittels zweier durch jeweils einen Durchführungskondensator 49 bzw. 50 geführter Tastleitungen 51 und 52 getastet In die Tastleitungen 51 und 52 ist noch jeweils eine Hochfrequenzdrossel 53 bzw. 54 eingeschaltet. Um die Transistoren 34 und 35 des Oszillators 32 gegen thermische Überlastung zu schützen und ihre Arbeitspunkte stabil zu halten, sind die mit jeweils einem Transistor 55 bzw. 56 beschalteten Endstufen des Modulators 33 als getastete Konstantstromquellen ausgeführt. Die zwei Transistoren 34 und 35 des Oszillators 32 liegen somit wechselspannungsmäßig parallel, werden aber gleichspannungsmäßig getrennt über die beiden mit den Transistoren 55 bzw. 56 ausgestatteten Konstantstromquellen angesteuert und stabilisiert. Zugeführt wird die impulsförmige Modulatoreingangsspannung einem Modulatorvorstufentransistor 57 über eine aus einem Basisvorwiderstand 58 und einem Kondensator 59 bestehende Parallelschaltung. Der Eingang für die Modulatoreingangsspannung ist mit 60 bezeichnet. Am Kollektor des Vorstufentransistors 57 liegt über einen Widerstand 61 eine Zenerdiode 62, an der bei Durchschaltung des Transistors 57 im Fall des Vorliegens eines Impulses am Eingang 60 die konstante Zenerspannung abfällt Der somit eine pulsgesteuerte Konstantspannungsquelle darstellenden Zenerdiode 62 ist ein einstellbarer Spannungsteiler 63 parallelgeschal-

tet, dessen Abgriff mit den Basen der beiden Modulator-Endstufentransistoren 55 und 56 verbunden ist. Bei Tastung des Modulators 33 am Eingang 60 werden somit auch die am Emitter mit Widerständen 64 bzw. 65 und am Kollektor mit Widerständen 66 bzw. 67 beschalteten Transistoren 55 und 56 durchgesteuert. Ein konstanter Kollektorstrom der Transistoren 55 und 56, der unabhängig von der Kollektorspannung und der Rückkopplung an den Transistoren 34 und 35 und auch unabhängig von der am Ausgang 41 ausgekoppelten Leistung ist, wird durch die Emitterwiderstände 64 und 65 bei einer konstanten Ansteuerung der Basen dieser beiden Transistoren erzwungen. Mit dem einstellbaren Spannungsteiler 63 läßt sich der jeweils erforderliche Konstantstrom in den beiden Tastleitungen 51 und 52 gemeinsam justieren. Im Modulator 33 sind noch zwei Kondensatoren 68 und 69 sowie zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 57 ein Widerstand 70 vorgesehen. Die Betriebsgleichspannung für die drei Transistoren 55,56 und 57 ist mit i/bezeichnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Pulsmodulierter (von einem Puls getasteter) Hochfrequenzsender für hohe Impulsleistung unter Verwendung eines Transistor-Oszillators, dadurch gekennzeichnet, daß der in Basisschaltung ausgeführte Oszillator (1) eine zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors (3) angeordnete Rückkopplung aufweist, die aus der Serienschaltung einer eine halbe Wellenlänge ι ο langen Leitung (10) sowie einer Kapazität (11) besteht und die zusätzlich zur transistorinternen Rückkopplung wirksam ist, und daß die Tastung des Oszillators (1) über den Emitter des Transistors (3) von einem Pulsmodulator (2) vorgenommen wird, dessen Endstufe (18) als von einem Pulsgeber (22) getastete Konstantstromquelle geschaltet ist.

2. Hochfrequenzsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (34) noch ein weiterer Transistor (35) oder mehrere Transistoren wechselspannungsmäßig parallel geschaltet ist/sind und daß die gleichspannungsmäßige Tastung der Transistoren (34,35) jeweils über deren Emitter von getrennten, jedoch vom gleichen Pulsgeber (60) getasteten Konstantstromquellen (55, 56) vorgenommen wird.

3. Hochfrequenzsender nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung als Sekundärradarsender für Abfrage- und Antwortgeräte.

JO