DE2822917C2 - Oszillator für kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator für kurze elektromagnetische Wellen mit einem aktiven Element und einem an dieses angekoppelten Leitungsresonator.

Bei mit Frequenzumsetzung arbeitenden Nachrichtenübertragungssystemen, wie Richtfunksysteme und Satellitensysteme, werden mitunter Trägerfrequenzen benötigt, die sich in ihrem Frequenzverhältnis wie 1 :2 verhalten. Nur beispielsweise sollen in diesem Zusammenhang Satellitennachrichtenübertragungssysteme erwähnt werden, bei denen jedem Sprachkanal ein eigener Träger zugeordnet wird (SCPC) und bei denen für die zweite Frequenzumsetzung im Abwärtsumsetzer eine doppelt so hohe Lokaloszillatorfrequenz wie für die erste Frequenzumsetzung im Aufwärtsumsetzer benötigt wird.

Durch die DE-OS 19 01 455 ist ein mit Frequenzumsetzung arbeitendes Nachrichtenübertragungssystem bekannt bei dem die benötigten Umsetzfrequenzen von 2 und 4 GHz von einem gemeinsamen Grundgenerator dadurch gewonnen werden, daß dem Ausgang des Grundoszillators ein Leistungsteiler nachgeschaltet ist, dessen erster Ausgang mit dem Umsetzer für die 2 GHz Trägerfrequenzschwingung und dessen zweiter Ausgang über einen Frequenzvervielfacher mit dem Umsetzer für die 4 GHz Schwingung verbunden ist Dieser

ίο Aufwand ist als erheblich zu bezeichnen, wenn, wie das bei einem SCPC-System der Fall ist, eine große Zahl solcher kombinierter Trägeroszillatoren erforderlich ist Zwar besteht auch die Möglichkeit einen Oberwellenoszillator zu verwenden, bei dem Grund- und Oberwelien ausgangsseitig voneinander getrennt werden. Der technische Aufwand der hier durch die Bandfilter gegeben ist ist jedoch auch erheblich.

Aus der Literaturstelle »Elektronics Letters« Band 11, Nr. 13, Seiten 283 und 284, Juni 197G, ist es bekannt, eine von einer pulsförmigen Grundschwingung erzeugte pulsförmige Oberwellenschwingung mit einem Trapati-Oszillator zu erzeugen, der eine zeitverzögert getriggerte Trapatt-Diode enthält Die Trapatt-Diode gibt bei Anlegung einer Gleichspannung eine charakteristische Schwingung ab, die aus einer Grundwelle und einem erheblichen Oberwellenanteil besteht. Die Frequenzen von Grundwellen und Oberwellen liegen dabei für die einzelne Diode fest angeschlossene Leitungen wirken deshalb nicht als frequenzbestimmende Elemen-

Aus der DE-OS 19 64 248 ist ein Frequenzvervielfacher für sehr kurze elektromagnetische Wellen unter Verwendung einer linearen Reaktanz, insbesondere einer Kapazitätsdiode, bekannt. Dieser Frequenzvervielfächer kann dabei in Streifenleitungstechnik, insbesondere in Kammerleitungstechnik aufgebaut sein. Der Kapazitätsdiode sind ausgangsseitig wenigstens zwei Fiiterkreise zur Auskopplung vorbestimmter Harmonischer der in der Frequenz zu vervielfachenden Schwingung angeschaltet wobei wenigster*·., einer der gegeneinander entkoppelten Filterkreise über eine einstellbare Impedanz unmittelbar an die Kapazitätsdiode angekoppelt ist. An der einstellbaren Impedanz liegt also das gesamte erzeugte Frequenzgemisch, während die beiden einzelnen Frequenzen über die voneinander entkoppelten Filterkreise ausgekoppelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gemeinsame Erzeugung zweier Trägerschwingungen, deren Frequenzverhältnis sich wie 1 :2 verhält, mit einem Minimum an technischem Aufwand zu realisieren.

Ausgehend von einem Oszillator der einleitend genannten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung daJurch gelöst daß zur gleichzeitigen Erzeugung und Abgabe einer Grundschwingung und einer dazu harmonischen Schwingung erster Ordnung der Leitungsresonator (LR) das frequenzbestimmende Element des Oszillators darstellt und in seiner Erstreckung wenigstens einen Spannungsknoten der Grundwelle aufweist, daß längs des Leitungsresonators durch ihre örtliche Lage gegenseitig weitgehend entkoppelte Anschlüsse für die Auskopplung der beiden abzugebenden Schwingungen vorhanden sind und daß der Anschluß für die Auskopplung der harmonischen Schwingung erster Ordnung am Ort eines Spannungsknotens der Grundschwingung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für die gleichzeitige Erzeugung einer Grundschwingung und ihrer ersten Harmonischen auf Leistungsteiler und/

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oder aufwendige Filtermittel verzichtet werden kann, wenn für die Erzeugung der Schwingungen von einem einzigen Leitungsresonator Gebrauch gemacht wird, der von einer nichtlinearen Anordnung in seiner Grund- und ersten Oberwelle angeregt wird und die Auskopplung der gewünschten Wellen an hierfür geeigneten Stellen der Leitung vorgenommen wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die nichtlineare Anregungsschaltung als aktives Element einen Transistor in Kollektorschaltung auf, i« dessen Emitterkreis ein Kondensator liegt, der im Basiskreis des Transistors zu einer Impedanz mit negativem Realteil und kapazitivem Blmdanteil transformiert wird und daß an die Basis des Transistors eine Induktivität angeschaltet ist, die durch den Leitungsresonator gebildet ist und zusammen mit dem transformierten Biindanteil den Schwingkreis für die Anregungsschaltung bildet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2,4 und 5 angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Oszillators,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel in Streifenleitungstechnik nach F i g. 1.

F i g. 1 zeigt einen Leitungsresonator LR mit einer halben Wellenlänge Ag der zu erzeugenden Grundwelle. Der Leitungsresonator LR ist an die nichtlineare Anregungsschaltung /4Sangeschaltet, die längs des Leitungsresonators die gewünschte Grundwelle G Wund die gewünschte Oberwelle OWanregt. Der an seinem linken Ende leerlaufende Leitungsresonator LR ergibt somit für die Spannungsverteilung der Grundwelle GW an seinen Enden einen Spannungsbauch und in der Mitte einen Spannungsknoten. Die gleichzeitig erzeugte, die erste Harmonische darstellende Oberwelle OW, hat am Ort des Spannungsknotens der Grundwelle GWeinen Spannungsbauch. Somit ist es zweckmäßig, die Oberwelle OW über den Ausgang A 1 am Ort des Spannungsknotens'der Grundwelle CW auszukoppeln. Die Grundwelle GW ihrerseits wird zweckmäßig an einem Spannungsknoten der Oberwelle OW am Ausgang A 0 ausgekoppelt. Da die Grundwelle in der Regel viel stärker ist als die Oberwellen, ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Grundwelle in einem Spannungsknoten der Oberwelle OW ausgekoppelt wird. Die Entkopplung gegen diese Oberwelle und auch Oberwellen höherer Ordnung ist also schon durch das Amplitudenverhält.nis weitgehend gewährleistet.

Das Ausführungsbeispiel in Streifenleitungstechnik nach F i g. 2 zeigt die Leitungs- und Bauteilestruktur auf einem Substrat, beispielsweise glasfaserverstärktes PTFE, das auf seiner Unterseite mit einer Massekaschierung versehen ist. Die nichtlineare Anregungsschaltung AS weist als aktives Element den Transistor Tr in Kollektorschaltung auf, dessen Emitter über den Kondensator Ce mit Bezugspotential verbunden ist. Die Zufuhr der negativen Betriebsspannung Ub zum Emitteranschluß führt über den Widerstand R und die Tiefpaßkombination aus dem Querkondensator CX und der Längsinduktivität D 1. In gleicher Weise erhält die Basis des Transistors ihre negative Betriebsgleichspannung Ub über das Potentiometer fund die Tiefpaßkombination aus dem Querkondensator C2 und der Längsinduktivität D 2. Mittels des Potentiometers P kann der Arbeitspunkt des Transistors Tr eingestellt werden.

Der aus der Streifenleitung bestehende Leitungsresonator LR ist an seinem einen Ende über den als Trimmer ausgeführten Koppelkondensator Ck mit der Basis des Transistors Tr verbunden. An seinem anderen Ende ist der Leitungsresonator mit dem ebenfalls als Trimmer ausgeführte Kondensator Ca abgeschlossen, der zugleich eine einstellbare Kürzung der elektrischen Länge des Leitungsresonators darstellt Die elektrische Länge des durch den Kondensator Ca elektrisch verkürzten Leitungsresonators ist etwas kürzer als eine halbe Wellenlänge Ag der zu erzeugenden Grundschwingung und ergibt zusammen mit dem Koppelkondensator Ck eine an der Basis wirksame Induktivität, die zusammen mit dem kapazitiven Blindanteil des in Form dieses Blindanteils und eines negativen Realteils in den Easiskreis transformierten Kondensators Ce den auf die Frequenz der Grundschwingung abgestimmten Schwingkreis ergibt. Die Grundwellenleistung wird zum Ausgang A 0 über den ebenfalls als Trimmer ausgebildeten Kondensator C3 ausgekoppelt. Die OberweUenleistung gelangt über den Kondensator C 4 an den Ausgang A 1. Die Frequenz der Oszillatoranordnung sowie die maximale Unterdrückung der Grundwellener^rgie am Ort der Auskopplung der harmonischen Schwingung erster Ordnung, also am Ort des Ausgangs A f, werden durch wechselseitiges Einstellen der beiden Kondensatoren Ca und Ck abgeglichen. Durch die Veränderung der kapazitiven Ankopplung über den Kondensator Ck läßt sich nämlich elektrisch die Auskoppelstelle für die Oberwelle längs des Leitungsresonators verschieben. Ferner läßt sich über die Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors auch die Leistung der ersten Oberwelle einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Oszillator für kurze elektromagnetische Wellen mit einem aktiven Element und einem an dieses angekoppelten Leitungsresonator, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Erzeugung und Abgabe einer Grundschwingung und einer dazu harmonischen Schwingung erster Ordnung der Leitungsresonator (LR) das fre.quenzbestimmende Element des Oszillators darstellt und in seiner Erstreckung wenigstens einen Spannungsknoten der Grundwelle (GW) aufweist, daß längs des Leitungsresonators (LR) durch ihre örtliche Lage gegenseitig weitgehend entkoppelte Anschlüsse (AO , Al) für die Auskopplung der beiden abzugebenden Schwingungen vorhanden sind und daß der Anschluß (A 1) für die Auskopplung der harmonischen Schwingung erster Ordnung (OW) am Ort eines Spannungsknotens der Grundschwingung (GW) vorgesehen ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsresonator (LR) in seiner elektrischen Länge einstellbar ist

3. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element aus einem Transistor (TR) in Kollektorschaltung besteht, in dessen Emitterkreis ein Kondensator (Ce) liegt, der in den Basiskreis des Transistors eine Impedanz mit negativem Realteil und kapazitivem Blindanteil transformiert, und daß an die Basis des Transistors eine Indukvitität angeschaltet ist, die durch d-n Leitungsresonator (LR) gebildet ist und zusammen mit dem transformierten kapazitiven Blindanteil den Schwingkreis des Oszillators bildet

4. Oszillator in Streifenle.tunfilechnik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitungsresonator (LR) bildende Leitung (I) an einem Ende über einen ersten Trimmerkondensator (Ck) an die Basis des Transistors (Tr) angeschaltet und an ihrem anderen Ende mit einem zweiten Trimmerkondensator (Ca) abgeschlossen ist, und daß die Anschlüsse (A 0, A 1) für die Auskopplung der beiden Schwingungen über gegebenenfalls einstellbare Kondensatoren (C3, C 4) vorgenommen ist.

5. Oszillator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt des Transistors (Tr) einstellbar ist.