DE3244674C2 - Schaltung für die Erzeugung von gegenseitig um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzsignalen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Quelle von gegenseitig um 90 ° phasenverschobenen Signalen, welche eine elektronische Schaltung bildet, die an entsprechenden Ausgängen eine Quelle von zwei Signalen mit gleicher Frequenz und gleichen Amplituden sowie einem konstanten Wert der gegenseitigen, im weiten Frequenzbereich angenähert 90 ° betragenden Phasenverschiebung bildet. Die erfindungsgemäße Schaltung enthält in einer der Übertragungsleitungen des Eingangssignals einen breitbandigen Phasenschieber (4) in Form einer mit dem Eingangssignal gesteuerten und mit einer Blindlast (6) verbundenen Stromquelle (5), deren Ausgang einem ersten Breitbandverstärker (8) mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung zugeführt ist. Das Signal am Ausgang (2) dieser Leitung ist gegenüber dem Signal am Ausgang (3) der zweiten einen zweiten Breitbandverstärker (9) enthaltenden Leitung um 90 ° phasenverschoben. Zwecks Unabhängigkeit der Amplitudenveränderungen am Eingangssignal sind die Breitbandverstärker (8, 9) in beiden Leitungen mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung ausgestattet. Die Breitbandverstärker mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung (8, 9) enthalten je einen regelbaren Verstärker (10, 13) in Form von Differentialverstärkern mit Stromquelle. Die erfindungsgemäße Schaltung für die Erzeugung von um 90 ° phasenverschobenen Spannungssignalen findet ihre hauptsächliche Verwendung bei ausgeglichenen Mi schern in Superheterodynempfängern mit ............................

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die Erzeugung von zwei gegenseitig um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzsignalen, die zwei parallele am Eingang verbundene Übertragungsleitungen enthält, und die mindestens einen breitbandigen Verstärker für das Eingangssignal aufweist.

Aus der Literaturstelle »Proceedings of the IRE«, Vol.42, April 1954, Seiten 671 bis 676 ist ein Netzwerk bekannt, mit dessen Hilfe eine Breitband-90°-Phasendifferenz erzielt wird. Hierbei werden sogenannte All-Pässe in jeder Übertragungsleitung verwendet. Diese All-Pässe bestehen aus /?C-Gliedern. Bei diesen Netzwerken handelt es sich demnach um einen sowohl in der einen Übertragungsleitung als auch in der anderen Übertragungsleitung befindlichen Phasenschieber für einen breitbandigen Frequenzbereich.

Aus der Literaturstelle »I EEE Transactions on Circuit Theory«, May 1969, Seiten 189 bis 196, sind sogenannte All-Paß-Netzwerke als Mehrpol-Netzwerke für die Phasenverschiebung von Signalen um 90" über mehrere Oktaven bekannt Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit über einen weiten Frequenzbereich sind entsprechend viele mehrpolige Netzwerke erforderlich, c"^;e die

ίο Komplexität der Schaltung erhöhen. Demnach weist jede Übertragungsleitung einen entsprechenden Mehrpol auf. Solche Phasenschieber von 90° werden daher auch bei hohen Frequenzen und bei langen Leitungen oder Wellenleitern verwendet.

Des weiteren ist aus der Literaturstelle »Electronic Design 18« September 1970, Seiten 62 bis 65 ein Phasenschieber von 90° in Form von mehrpoligen Nicht-Minimum-Phasen-/?C-Schaltungen bekannt Hierbei werden integrierte Operationsverstärker verwendet,

und zwar in jeder Übertragungsleitung. Außerdem finden diese Phasenschieber ihren Einsatz in ein SeitenbandmoduIations-Schaltungen.

Das Entwerfen dieser Schaltungen ist recht kompliziert, da man präzise ausgewählte /?C-Elemente benötigt Dadurch sind diese Elemente zur Realisierung in Form von monolitischen integrierten Schaltungen nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung für die Erzeugung von gegenseitig um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzsignalen mit verhältnismäßig einfacher Ausbildung zu -Schaffen, die das Erhalten am Ausgang von zwei um 90° phasenverschobenen Signalen mit gleicher Amplitude über weite Bereiche der Eingangssignalfrequenz gewährleistet und sich darüber hinaus zur Realisierung in Form einer integrierten Schaltung eignet

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß die Schaltung insbesondere zur Verwendung in Superheierodyn-Empfängern bestimmt ist, welche eine ausgeglichene Frequenzwandlungs-Schaltung mit Spiegelfrequenzunterdrückung enthält. In vorteilhafter Weise erfolgt im breitbandigen Phasenschieber eine Drehung des Eingangsfrequenzspektrums um 90°, wobei in dem anschließenden Breitbandverstärker die Amplituden, die zuvor frequenzabhängig verändert worden waren, wieder auf einen konstanten Wert geregelt werden. Auf diese Weise erhält man am Ausgang der gesamten Schaltung ein um 90° gedrehtes Frequenzspektrum mit konstanter Amplitude.

Weil der Impedanzwert der den Phasenschieber bildenden Last von der Frequenz abhängt, verändert sich die Signalamplitude am Ausgang des Phasenschiebers auch in Abhängigkeit von der Frequenz. Um am Ausgang ein Signal mit konstanter Amplitude zu erhalten, ist der mit dem Phasenschieber mitwirkende Breitbandverstärker mit automatischer, breitbandiger Verstärkungsregelung ausgestattet.

Gemäß weiterer Ausbildung ist der Breitbandverstärker in der zweiten Leitung identisch dem Verstärker in der Leitung mit Phasenschieber ausgebildet, was ein Unabhängigmachen der Amplitude der Ausgangssignale von der Eingangssignalamplitude gestattet.

Der breitbandige Phasenschieber kann eine Blindlast in Form eines Kondensators oder einer Induktionsspule enthalten. Im ersten Fall eilt das Spannungssignal am Ausgang dem Eingangssignal um 90° vor. Im zweiten

Fall eilt das Spannungssignal in der Phase dem Eingangssignal um 90° nach.

Der Breitbandverstärker mit automatischer Breitbandregelung der Verstärkung kann derartig ausgelegt werden, daß er ein Glied mit regelbarer Verstärkung in Form eines Differentialverstärkers mit Stromquelle enthält, wobei die Steuerelektroden des Differentialtransistorpaares den Eingang des Regelungssignals bilden. Der Differentialverstärker und die Stromquelle bilden eine Kaskadenverbindung, wobei die Stromquelle ein durch ein Eingangssignal gesteuerter Transistor und der Differentialverstärker ein Differentialtransistorpaar ist. Die Regelungsspannung aus dem Ausgangsspannungsdetektor wild den Steuerelektroden des Differentialtransistorpaares zugeführt und steuert die Übernahme des Stromquellentransistors zwischen den Transistoren des Differentialpaartj. Der Ausgang eines der Differentialpaartransistoren bildet den Ausgang des Signals mit geregelter Amplitude.

Zweckmäßig wird der Breitbandverstärker mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt. Die Auslegurg in Form eines Differentialverstärkers mit Stromquelle ist für eine solche Ausführung besonders geeignet, weil dies eines der grundsätzlichen Elemente linearer integrierter Schaltungen ist.

Die Quelle der um 90° phasenverschobenen Signale in der erfindungsgemäßen Schaltung wurde unter Verwendung einer einfachen Anordnung verwirklicht, die aus einer Stromquelle und einem Blindlasteiement in Form üines Kondensators oder einer Spule besteht und die den Betrieb in einem weiten Frequenzbereich ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Quelle von zwei um 90° phasenverschobenen Signalen;

Fig.2 ein Blockschaltbild des Breitbandverstärkerglieds mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung in Form eines Differentialverstärkers mit Stromquelle.

Am Eingang 1 wird die Eingangsspannung des Steuersignals zugeführt. Der Eingang 1 bildet eine Zuführung zu zwei parallelen Signalübertragungsleitungen mit Ausgängen 2 und 3. Die Leitung mit dem Ausgang 2 enthält den Phasenschieber 4 in Form einer Stromquelle 5, die mit einer Blindlast 6 in Form eines Kondensators 7 versehen ist, welcher am Eingang des Breitbandverstärkers mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung 8 liegt.

Die zweite Leitung mi» dem Ausgang 3 enthält nur den zweiten Breitbandverstärker 9 mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung. Der erste Breitbandverstärker 8 mit automatischer Verstärkungsregelung in der Leitung mit dem Ausgang 2 enthält den regelbaren Verstärker 10, den Detektor der Ausgangsspannungsamplitude U und den Regelspannungsverstärker 12. In ähnlicher Weise sind in der Leitung mit dem Ausgang 3 der Breitbandverstärker 9 mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung der regelbare Verstarker 13, der Detektor 14 der Ausgangsspannungsamplitude und der Regelspannungsverstärker 15 vorgesehen.

Die regelbaren Verstärker 10 und 13 sind in Form von Differentialverstärkern mit Stromquelle gemäß der in F i g. 2 dargestellier. Schaltung ausgeführt.

Der Transistor 16 mit dem Emitterwiderstand 17 bildet eine Stromquelle für das daran in Kaskade angeschlossene Differentialtransistorpaar 18 und 19. Die Ausgangselektrode eines Transistors 18 des Paares 18 und 19 ist unmittelbar dem Speisespannungspol 20 zugeführt, wobei hingegen die Ausgangselektrode 22 des anderen Transistors 19 des Paares 18, 19 diesem Pol über den Widerstand 21 zugeführt ist. Die Steuerelektrode 23 des Quellentransistors 16 bildet den Eingang des geregelten Signals. Die Ausgangselektrode 22 des zweiten Transistors 19 des Paares 18,19 bildet den Ausgang des geregelten Signals. Dagegen bilden die Steuerelektroden 24,25 der Transistoren 18,19 des Differentialpaares den Eingang der Regelspannung aus der Ausgangsspannungs-Detektorschaltung 11,14.

Die Signalquelle arbeitet so, daß. wenn der Eingangsklemme 1 die Eingangssignalspannung mit dem Verlauf:

L/Fing. ■ cosa»r.

worin bedeuten

Usng. = Eingangssignalampiitude;

ω = mit der Eingangssignalfrequenz verbundene Winkelgeschwindigkeit — Pulsation;
t = die Zeitvariable

angeschlossen wird, man am Ausgang 2 einen Spannungsverlauf:

LJAusg. 2 = Uau_V. ■ sin ωι

erhält und am Ausgang 3 den Spannungsverlauf:

*. ■ COS Cüt

erhält, worin UAusg. die beim gleichen Wert für die beiden Leitungen mittels Breitbandverstärkern (8, 9) mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung festgestellte Ausgangsspannungsamplitude ist.

Durch die Einwirkung des Phasenschiebers 4 in der Leitung mit Ausgang 2, der aus einer mit dem Eingangssignal gesteuerten Stromquelle 5, die mit einer Blindlast in Form eines Kondensators C verbunden ist, besteht, wird die Signalspannung in dieser Leiiung uip fast 90° in Abhängigkeit von der Güte dieser Schaltung phasenverschoben. Die Phase der Signalspannung eilt dabei der Eingangsspannung vor. Die durch den Phasenschieber hauptsächlich in Abhängigkeit von der Frequenz eingeführten Änderungen der Signalamplitude sii.d durch die automatische Regelung in dem Breitbandverstärker 8 ausgeglichen. Die automatische Verstärkungsregelung erfolgt mittels des Verstärkers 10 mit geregelter Verstärkung, der in Form eines Differentialverstär- ^ers mit Stromquelle in der in Fig. 2 dargestellten Struktur ausgeführt ist. Die Regelspannung aus dem Ausgangsspannungsamplitudendetektor 11 wirkt nach Verstärkung im Verstärker 12 auf die Stromübernahme des Transistors 16 zwischen den Transistoren des Paares 18, 19, indem sie eine Änderung der Verstärkung dieser Schaltung Dewirkt. Eine derartige Schaltung der automatischen Verstärkungsregelung zeichnet sich durch hohe Wirksamkeit aus. wobei keine Phjsenverzerrungen des innerhalb eines weiten Frequenzbereichs übertragenen Signals entstehen.

Mittels der Breitbandverstärker 8, 9 mit automatischer Breitbandverstarkungsregelung in beiden Leitungen ist es möglich, die aus der Verwendung der Signalquelle entsprechenden Amplitudenverhältnisse der um

90° phasenverschobenen Signale fest/uMcllen.

Durch Verwendung einer Blindlast in Form einer Induktionsspule im Phasenschieber 4 erhält man am Ausgang der Leitung 2 eine um fast 90" phasenverschobene Spannung.

Die Signalquelle mit um 90" phasenverschoben^ Spannungen ist insbesondere für Verwendung in Superheterodynempfängern geeignet, welche eine ausgeglichene Mischerschaltung mit Spiegelfrequenzunterdrükkung enthalten.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

20

JO

35

40

50

55

60

65

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltung für die Erzeugung von zwei gegenseitig um 90° phasenverschobenen Hochfrequenzsignalen, die zwei parallele am Eingang verbundene Übertragungsleitungen enthält und die mindestens einen breitbandigen Verstärker für das Eingangssignal aufweist, dadurch gek'ennzeichnet,
daß im Zuge der einen Übertragungsleitung ein breitbandiger Phasenschieber (4) angeordnet ist, der aus einer, durch das Eingangssignal gesteuerten Stromquelle (5) besteht, die als Lastwiderstand eine Blindlast (6) aufweist,

daß der Ausgang des Phasenschiebers (4) mit dem Eingang eines Breitbandverstärkers (8) mit automatischer Verstärkungsregelung verbunden ist, dessen Ausgang an der einen Ausgangsklemme (2) angeschlossen ist und

daß im Zuge der anderen Übertragungsleitung ein zweiter Breitbandverstärker (9) angeordnet ist, dessen Eingang mit der Eingangsklemme und dessen Ausgang mit der anderen Ausgangsklemme (3) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Breitbandverstärker (9), an dessen Eingang unmittelbar das Lingangssignal liegt, ein Breitbandverstärker mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung wie der Verstärker (8) in der Leitung mit dem Phasenschieber (4) ist.

3. Schaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß aer breitbandige Phasenschieber (4) eine Blindlast (6) in Fo> m ein» , Kondensators (7) enthält.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der breitbandige Phasenschieber (4) eine Blindlast (6) in Form einer Induktionsspule enthält.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitbandverstärker (8,9) mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung je ein Glied mit regelbarer Verstärkung (10,13) enthalten in Form eines Differentialverstärkers mit Stromquelle, wobei die Steuerelektroden (24,25) des Differentialtransistorenpaars (18, 19) den Eingang des Regelsignals bilden.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitbandverstärker (8,9) mit automatischer Breitbandverstärkungsregelung eine integrierte Schaltung bilden.