DE2908852C2

DE2908852C2 - Elektronischer Oszillator mit einem drei Elektroden aufweisenden aktiven Bauteil

Info

Publication number: DE2908852C2
Application number: DE2908852A
Authority: DE
Inventors: Serge Bures sur Yvette Barvet; Yves Fontenay aux Roses Le Tron; Pierre Georges Le Mesnil St.Denis Marechal; Juan Bures sur Yvette Obregon
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1984-10-31
Also published as: FR2419609B1; FR2419609A1; GB2016232A; GB2016232B; DE2908852A1; US4270097A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Oszillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher elektronischer Oszillator ist aus der Zeitschrift »Nachrichtentechnik-Elektronik« - 27 (1977), Heft 10, Seiten 414 bis 417 bekannt. Er enthält einen bipolaren Transistor als aktives Bauteil, an dessen Emitter der erste Pol eines Abstimmkreises und an dessen Kollektor der erste Pol eines Lasikreises angeschlossen ist, während die Basis über eine Induktivität mit dem zweiten Pol des Abstimmkreises und des Lastkreises verbunden ist. Der Abstimmkreis besteht aus einem Kugelresonator aus magnetischem monokristallinem Material, nämlich einer Yttrium-Eisen-Granat-Kugel (YlG). Zur Abstimmung der Oszillatorfrequenz befindet sich der Kugelresonator in einem einstellbaren Magnetfeld. Von einem solchen elektronischen Oszillator wird eine gute spektrale Reinheit bei einem möglichst weiten Abstimmbereich angestrebt.

Bei sehr hohen Frequenzen von einigen Gigahertz, weist der bekannte Oszillator aber nur einen ,elativ eingeschränkten Abstimmbereich auf, der einem Frequenzverhältnis von höchstens etwa 13 entspricht.

Aus der DE-AS 24 41 194 ist ein elektronischer Oszillator bekannt, der als aktives Bauteil einen bipolaren Transistor enthält, bei dem sowohl im Kollektorkreis als auch im Basiskreis eine Reihenschaltung von zwei Kapazitätsdioden angeordnet ist Diese Maßnahme dient in erste Linie der elektronischen Einstellung der Anfahgsfrequenz des Abstimmbereiches. Die den beiden Reihenschaltungen von Kapazitätsdioden zugeführten Abstimmspannungen sind voneinander unabhängig.

Aus der US-PS 38 79 677 ist es ferner bekannt, bei einem elektronischen Oszillator zwei Kugelresonatoren durch ein gemeinsames Magnetfeld abzustimmen. Der eine Kugelresonator liegt im Emitterkreis des bipolaren Transistors, der andere im Kollektorkreis. Der Hi Emitterkreis liegende Kugelresonator bildet den Abstimmkreis, während der im KoUektorkreis- liegende Kugelresonator Bestandteil eines abstimmbaren Auskoppeltransformators ist Der im Auskoppelkreis liegende Kugelresonator bildet also das abstimmbare Element eines Filters, das auf dieselbe Mittenfrequenz abgestimmt ist wie der im Emitterkreis liegende Abstimmkreis. Der im Lastkreis des bekannten Oszillators vorhandene zweite Kugelresonator hat daher keinen direkten Einfluß auf die Schwingungsfrequenz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Oszillator der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der bei großer spektraler Reinheit einen weiten Abstimmbereich aufweist

Diese Aufgabe wird bei dem elektronischen Oszillator der eingangs angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Bei dem erfindunj?sgemäßen Oszillator ist auch der Koppelkreis, der die Rückkopplungsschleife bildet aus einem Kugelresonator aus magnetischem monokristallinem Material gebildet Beide Kugelresonatoren werden durch dasselbe Magnetfeld abgestimmt. Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Oszillator ist der Abstimmbereich bei hoher Spektralreinheit gegenüber dem Abstimmbereich des bekannten Oszillators um ein Mehrfaches erweitert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 und 2 vereinfachte Schaltbilder bekannter Oszillatoren, die aktive Bauteile mit je drei Anschlüssen enthalten;

F i g. 3 ein Erläuterungsdiagramm;

F i g. 4 und 5 jeweils ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Der in F i g. 1 gezeigte Oszillator enthält z. B. einen bipolaren Transistor in Basisschaltung, dessen Emitter 1 an einen Anschluß 11, dessen Kollektor 2 an einen Anschluß 21 und dessen Basis an einen Anschluß 31 angelegt ist. Der erste Anschluß ist Teil eines Eingangszweiges mit einem Abstimmungszweipol 10 (Resonanzkreis); der zweite Anschluß ist Teil eines Ausgangszweiges mit einem Lastzweipol 20 (Nutzimpedanz); der dritte Anschluß ist Teil einer Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem Eingang, mit einem Zweipol 30 (Induktanz), dessen eines Ende 32 mit dem Anschluß 31 verbunden ist und dessen anderes Ende in zwei Anschlüsse 12 und 22 auf gleichem Potential aufgezweigt ist, wobei der erstere dieser Anschlüsse mit dem freien Anschluß des Zweipols 10 und der letztere mit dem freien Anschluß des Zweipols 20 verbunden ist.

Die Versorgungsschaltung des Transistors Γ ist nicht gezeigt; dieser wird in herkömmlicher Weise angeschlossen.

Für Hochfrequenz kann bekanntlich ein Ersatzschaltbild angegeben werden, wie es in F i g. 2 gezeigt ist;

dieses Ersatzschaltbild erleichtert die Untersuchung der Arbeitsweise des in F i g. 1 gezeigten Oszillators. An den Anschlüssen 11, 12 liegen eine reine Induktivität L und parallel dazu in Reihe mit dem Lastzweipol (zur Vereinfachung Widerstand R) eine Stromquelle /, die für die Hochfrequenz durch einen Kondensator C überbrückt ist. An den Anschlüssen 101,102 des Zweipols 10 liegen parallel zueinander eine Induktivität Li, eine Kapazität Ci und ein reiner Widerstand Äi, der einen hohen Wert aufweist, entsprechend einem geringen Verlustleitwert G₁(G₁ = IAR₁).

Wenn mit Yi der Scheinleitwert des Abstimmungszweipols und mit Y_c derjenige des Zweipols bezeichnet wird, der an den Anschlüssen 11 und 12 erscheint, so können folgende Definitionen angegeben werden:

G₁ + JB₁

Ge + JBe

Diese einfachen Rechnungen zeigen, daß in F i g. 2 für einen bipolaren Transistor mit dem Koeffizienten a gleich 1 gilt:

G₁ = 1/Ä,

Wenn

1
LC

gesetzt wird, worin ω die der Rechnung zugrundegelegte KreisCrequenz ist, so gilt:

B₁ = C₁ ω -

L₁ ω

B₂

-1

Die Bedingungen für die Aufrechterhaltung der Schwingung bei der Kreisfrequenz sind bekanntlich:

± + -1<0 (D

B₁ (ω) + B_e(<a) = 0. (2)

Bedingung (1) bedeutet, daß ein negativer Widerstand vorliegt, daß also G_c negativ ist, was voraussetzt, daß die Kreisfrequenz ω kleiner ist als die Kreisfrequenz Cu₀.

Die Bedingung (2) bedeutet, daß die Blindwerte B\ und Bc entgegengesetztes Vorzeichen und denselben Betrag haben.

In Fig.3 sind die Größen l/G und B (ω) auf der Ordinate in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Kreisfrequenz dargestellt, und zwar für den Zweipol 10 (1/Gi, B\) und für die aktive Schaltung (1/G_n

Dieses Diagramm zeigt, daß für einen Wtrt der Kreisfrequenz entsprechend der Abszisse OK die Ordinaten die Beziehungen (1) und (2) erfüllen bzw. daß bei Betrachtung der algebraischen Werte der Segmente gilt:

~R~W\ +ΧΉ < 0

+ TCR = 0 (4)

Bei den bekannten Schaloingsanordnungen kann die Abstimmung eines solchen Oszillators elektronisch gesteuert werden, indem z. B. als Kapazität Q eine Kapazitätsdiode verwendet wird, deren Kapazität durch eine Steuergröße an ihren Anschlüssen eingestellt wird. Die Frequenzänderung wird jedoch dadurch begrenzt, daß gleichzeitig die Bedingungen (3) und (4) erfüllt werden müssen.

Gemäß der Erfindung werden hingegen gleichzeitig ein Element des Zweipols 10, z. B. Ci und ein Element

ίο der aktiven Schaltung, nämlich die Induktivität L geändert, was durch eine Verschiebung der Kurve des Wertes 1/Ge in F i g. 3 dargestellt werden kann. Daraus ergibt sich, daß die Gesamtfrequenzänderung in wesentlich weiteren Grenzen ermöglicht wird, als wenn nur der Abstimmzweipol geändert würde.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Feldeffekttransistor verwendet wird, werden Yttriumgranat-Resonatoren jeweils im Abstimmzweipol und im Kopplungszweipol angeordnet, wobei diese beiden Resonatoren einem gemeinsamen Magnetfeld H ausgesetzt sind, das beliebig eingestellt varden kann.

In Fig.4 ist schematisch das elektrisch: Schaltbild dieser Ausführungsform für Hochfrequenz gezeigt, wobei die Polarisation durch eine Gleichspannungsquelle an der Drainelektrode des Feldeffekttransistors nicht dargestellt ist. An der Quellen- bzw. Sourceelektrode 1 dieses Transisotors Γ ist ein Kugelresonator 41 aus Yttriumgranat angeordnet, dessen leitende Schlaufe 42 über eine Verbindung 401 mit der Sourceelektrode 1 und über eine möglichst kurze Verbindung mit Masse verbunden ist Die Länge der Verbindung 401 kann dazu verwendet werden, die Reaktanz des Resonators bei einer bestimmten Frequenz zu erhöhen oder zu erniedrigen. Die Schlaufe 52 eines weiteren Kugelresonators 51 aus Yttriumgranat ist über sine Verbindung 51 ebenfalls einstellbarer Länge mit der Steuerelektrode 3 des Transistors 7*verbunden. Dieser Transistor ist zwischen seiner Drainelektrode 2 und Masse durch eine Impedanz 20 belastet, die vorzugsweise ein ohmscher WiJerstand ist.

Ein mit einem Feldeffekttransistor, einem Yttriumgranat-Abstimmungszweipol und einer Kopplungsinduktivität von 1 · 10-⁹ Henry ausgerüsterer Oszillator hat z. B. vor Anwendung der Erfindung eine Frsquenzänderung von 7 bis 11 GHz. Bei der in F i g 4 gezeigten Ausführungsform mit einem Yttriumgranat-Resonator 50, der gleich dem erstgenannten Resonator ist, wird die Frequenzänderung ausgedehnt von 7 bis 14 GHz.

Es können auch weit größere Frequenzänderungen erhalten werden, und zwar bis zu mehreren Oktaven, wenn verschiedene Resonatoren verwendet werden und wenn für den Fall der Verwendung von Yttriumgranat-Resonatoren die Längen der Verbindungen 401 und 405 lbg iSlirnmt werden.

In dem Abstimmungszweipol und dem Kopplungszweipoi können auch Kapazitätsdioden verwendet werden, die ggf. mit Ferritresonatoren kombiniert werden.

Eine zweite, in F i g. 5 gezeigte Ausführungsform der Erfindung enthält nur einen Yttriiimgranat-Kugelrcsonator 61, der zwei leitende Halbschlaufen 62 und 63 aufweist, die in den Abstimmungszweipol und den Kopplungszv/eipol eingefügt sind, und zwar in a.naioger Weise wie bei der Schaltung nach F i g. 4. Die Ergebnisse sind vergleichbar mit denjenigen bei der ersten Ausführungsform, die Ληο-dnung ist jedoch platzsparender.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Oszillator mit einem drei Elektroden aufweisenden aktiven Bauteil (T), an dessen erste Elektrode (1) ein Abstimmkreis (40), an dessen zweite Elektrode (2) ein Lastkreis (20) und an dessen dritte Elektrode (3) ein in der Rückkopplungsschleife liegender Koppelkreis (50) jeweils mit dem ersten Pol angeschlossen ist, während die zweiten Pole des Abstimmkreises (40), des Lastkreises (20) und des Koppelkreises (50) miteinander verbunden sind, wobei der Abstimmkreis (40) aus einem Kugelresonator aus magnetischem monokristallinem Material gebildet ist, der in einem Magnetfeld (H) einstellbarer Größe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelkreis (50) aus einem Kugelresonator (51; 61) aus magnetischem monokristallinem Material gebildet ist, dessen Reaktanz durch dasselbe Magnetfeld fHJ einstellbar ist

2. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauteil (T) ein bipolarer Transistor ist

3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauteil (T) ein Feldeffekttransistor ist

4. Oszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische monokristalline Material ein Yttriumgranat ist

5. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmkreis und der Koppelkreis einen gemeinsamen Kugelresonator (61) aus magnetischem monokristallinem Material aufweisen.

6. Oszillator nach ein^m der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzcichn t, daß zur Einstellung der Reaktanz wenigstens eines Kugelresonators (41) die Länge eines Anschlußdrahtes (401) einstellbar ist, der als in Reihe mit dem Kugelresonator (41) angeordnete Induktivität wirkt