DE3246295A1

DE3246295A1 - Frequenzmodulierbarer oszillator

Info

Publication number: DE3246295A1
Application number: DE19823246295
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8190 Wolfratshausen Heise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE3246295C2

Description

Frequenzmodulierbarer Oszillator
Die Erfindung bezieht sich auf einen frequenzmodulierbaren Oszillator, dessen Rückkopplung zwischen der dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode und der Verstärkerelementanordnung vorgenommen ist und dessen Ausgang von der über eine niederohmige Impedanz mit Bezugspotential verbundenen Ausgangselektrode der Verstärkerelementanordnung gebildet ist, bei dem ferner die Kapazität des Oszillatorschwingkreises teilweise von einer vom Modulationssignal ansteuerbaren Kapazitätsdiode gebildet ist, deren Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimum der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist und bei dem an den Oszillatorschwingkreis ein den Linearitätsbereich der Steilheitskennlinie vergrößernder Serienresonanzkreis angekoppelt ist.
Bei der Realisierung von in der Frequenz modulierbaren Oszillatoren wird oftmals, beispielsweise im UHF-Bereich, eine relativ große Bandbreite konstanter Steilheit der Steilheitskennlinie der für die Frequenzvariation vorgesehenen Kapazitätsdiode gefordert. Diese Forderung wird damit begründet, daß der modulierbare Oszillator im vorgegebenen Bereich auf beliebige Frequenzen einrasten können soll, ohne daß dabei eine wesentliche Änderung des Hubs der Frequenzmodulation auftritt.
Bei einer Kapazitätsdiode ändert sich die Kapazität in Abhängigkeit der Vorspannung in nIchtlinearer Weise. Die Steilheitskennlinie einer solchen Kapazitätsdiode weist deshalb auch keine größeren linearen Bereiche auf. Um hier zum gewünschten Ergebnis zu kommen, ist es beispielsweise durch die DE-PS 20 60 647 bekannt, die Schwingkreisinduktivität des Oszillators aus der Serienschaltung der Kapazität der Kapazitätsdiode mit einer weiteren Kapazität zu verwirklichen und die Bemessung unter Berücksichtigung des Arbeitspunktes der Kapazitätsdiode so vorzunehmen, daß der Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimum der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist. Der auf diese Weise erreichte lineare Steilheitsbereich kann noch dadurch verbessert werden, daß, wie die DE-OS 26 08 189 zeigt, an den Oszillatorschwingkreis ein in geeigneter Weise.,bemessener Serienresonanzkreis über einen Abgriff der Schwingkreisinduktivität angekoppelt wird.
Wie sich zeigt, sind d#erartige Oszillatorschaltungen praktisch nur bis Freque#nzen in der Größenordnung von 300 MHz geeignet, weil bei höheren Frequenzen bis 1000 MHz die die Schwingkreisinduktivität darstellende Spule von ihren Abmessungen und ihrer Windungszahl her so klein bemessen sein muß, daß ein definierter Abgriff praktisch nicht mehr möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem frequenzmodulierbaren Oszillator der eingangs genannten Art eine weitere Lösung anzugeben, die sich auch für den Einsatz im Frequenzbereich oberhalb 300 MHz eignet und ebenfalls mit einem sehr geringen technischen Aufwand auskommt.
Diese Aufgabe wird für einen solchen frequenzmodulierbaren Oszillator durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Wie umfangreiche, der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen ergeben haben, läßt sich bei einem elektronisch gekoppelten, mittels einer Kapazitätsdiode in seiner Frequenz modulierbaren Oszillator die Linearisierung der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode auch bei Arbeitsfrequenzen oberhalb 300 MHz nach den in den Literaturstellen angegebenen Prinzipien dann verwirklichen, wenn durch geeignete Bemessung und Unterteilung der für die Scherung der Kapazität der Kapazitätsdiode wirksamen Kapazität von einer definierten Ankopplung des Serienresonanzkreises über einen kapazitiven Spannungsteiler Gebrauch gemacht wird.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 das Grundschema des in der Oszillatorschaltung verwendeten Oszillatorschwingkreises, Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines frequenzmodulierbaren Oszillators mit dem Frequenzbereich zwischen 600 und 1000 MHz, Fig. 3 eine erste Variante der Schaltung nach Fig. 2, Fig. 4 eine zweite Variante der Schaltung nach Fig. 2, Fig. 5 ein erstes Diagramm der Steilheitsänderung über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 2, Fig. 6 ein zweites Diagramm der Steilheitsänderung über der Frequenz für eine Oszillatorschaltungnach Fig. 2, Fig. 7 ein drittes Diagramm der S#teilheitsänderung über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 2, Fig. 8 ein Diagramm der Steilheitsänderungen über der Frequenz für eine Oszillatorschaltung nach Fig. 3.
Die schematische Darste;llufl--g des Oszillatorschwingkreises nach Fig. 1 weist die im emeinen abstimmbare Induktivität L auf, die am einen Anschluß über die Kapazitätsdiode CB und am anderen Anschluß über die Fußpunktskapazität Co mit Bezugspotential verbunden ist. Die Spannungszuführung für die Festlegung des Arbeitspunktes der Kapazitätsdiode sowie die Zuführung der Modulationsspannung ist in Fig. 1 weggelassen. Der 0s-zillatorschwingkreis wird in seinen drei Elementen en.tsprechend dem gewünschten Durchstimmbereich so dimensioniert, daß seine Mittenfrequenz in die Mitte des linearen Steilheitabereiches der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode zu liegen kommt.
Durch Ankopplunq eines Serienresonanzkreises an diesen Oszillatorschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz im Bereich der oberen oder unteren Grenze des linearen Steilheitsbereiche.s der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode liegt, kann, wie bereits einleitend erwähnt worden ist, der lineare Bereich der Steilheitskennlinie erweitert werden.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines ausgeführten Oszillators, bei dem der Kapazitätsdiode CD des Oszillatorschwingkreises die einstellbare Kapazität Cp parallelgeschaltet ist. Die Vorspannung Uv für die Kapazitätsdiode CD wird dieser über den Vorwiderstand Rv und die Schwingkreisinduktivität L zugeführt. Der gemeinsame Verbindungspunkt des Vorwiderstandes Rv und der Schwingkreisinduktivität L ist mit dem Eingang des kapazitiven Netzwerkes CN verbunden, das ausgangsseitig mit der Steuerelektrode des Transistors Tr verbunden ist.
Die dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Stromkreis dieser Verstärkerelementanordnung gemeinsame Elektrode ist über den Widerstand Re mit Bezugspotential verbunden. Weiterhin ist an dieser den Emitter darstellenden Elektrode des Transistors Tr der Serienresonanzkreis, bestehend aus dem Widerstand Rs der Induktivität Ls und der Kapazität Cs, gegen Bezugspotential angeschaltet. Die dem ausgangsseitigen Stromkreis der Verstärkerelementanordnung zugehörige Elektrode, nämlich der Kollektor des Transistors Tr, ist über den Kollektorwiderstand Rk auf Bezugspotential gelegt und weist darüber hinaus den Ausgang a auf, an den der Lastwiderstand RL des ausgangsseitigen Stromkreises angeschaltet ist.
Das kapazitive Netzwerk CN besteht zwischen Eingang und Ausgang aus dem Koppel kondensator Ck, dem auf seiten der Basis des Transistors Tr der kapazitive Spannungsteiler, bestehend aus den Kondensatoren Ci und C2, gegen Bezugspotential angeschaltet ist. Der Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers ist zusätzlich mit dem Emitter des Transistors Tr verbunden. Das kapazitive Netzwerk CN stellt die in Fig. 1 angegebene wirksame Fußpunktskapazität Co dar. Diese Art ihrer Realisierung durch das kapazitive Netzwerk CN ermöglicht es, den Serienresonanzkreis definiert im Sinne der Optimierung des linearen Bereiches der Steilheitskennlinie der im Oszillatorschwingkreis wirksamen Kapazitätsdiode CD an den Os#zill-ator-schwingkreiE anzukoppeln.
Durch die der Kapazitä-ts-diode CD parallelgeschaltete einstellbare- Kapazität Cp wird der lineare Bereich der Steilheitskennlinie der in der Oszillatorschwingkreisschaltung wirksamen Kapazitätsdiode im oberen Frequenzbereich und durch den Serienresonanzkreis im unteren Frequenz-b-ereic-h erweitert.
Für eine Auslegung dieser frequenzmodulierbaren Oszillatorschaltung nach Fig. 2 für den Bereich um 800 MHz ergeben sich für die Schaltelemente die in der folgenden Tabelle angeführten Werte.
Cp = 0,5 pF CD = 2-4 pF L = 20 nH Ck = 15 pF C1 = 20 pF C2 = 20 pF Rs = 10 cd Ls = 30 nH Cs = 2pF Rv = 10 k-5L Rk = 50 wL Re = 500# Tr = B#FQ 74 RL = 50# Bei der Variante der Oszillatorschaltung nach Fig. 2 in der Fig. 3 ist das kapazitive Netzwerk CN dahingehend abgeändert, daß dem Koppelkondensator Ck auf seiten des Oszillatorschwingkreises die Kapazität C3 gegen Bezugspotential angeschaltet ist und außerdem die Kapazität C1 des kapa-zitiven Spannungsteilers nunmehr ausschließlich durch die innere Kapazität der Basis-Emitterstrecke des Transistors Tr gebildet wird.
Bei der weiteren Variante nach Fig. 4 der Oszillatorschaltung nach Fig. 2 ist die Parallelschaltung aus der Kapazitätsdiode CD mit der einstellbaren Kapazität Cp in Serie mit der Fußpunktskapazität Co nach Fig. 1 mit Bezugspotential verbunden. Dieser Serienschaltung liegt die Schwingkreisinduktivität L gegen Bezugspotential parallel. Die Vorspannung Uv wird hier über den Widerstand Rv dem gemeinsamen Verbindungspunkt aus der Kapazitätsdiode CD und der Fußpunktskapazität Co zugegeführt. Das kapazitive Netzwerk CN stellt hier zwar ebenfalls eine kapazitive Belastung des Oszillatorschwingkreises dar, die aber sehr gering ist und in diesem Falle auch der Parallel-Serienschaltung aus der Kapazitätsdiode CD, der einstellbaren Kapazität Cp und der Fußpunktskapazität Co parallel liegt. Das kapazitive Netzwerk CN nach Fig. 4 unterscheidet sich vom kapazitiven Netzwerk CN nach Fig. 3 seinem grundsätzlichen Aufbau nach lediglich darin, daß hier die Kapazität C3 entfällt. Diese Anordnung ist insbesondere für Frequenzen bis 600 MHz geeignet.
In den Figuren 5 bis 8 sind jeweils über der Frequenz die Steilheitsänderungen der im Oszillatorschwingkreis angeordneten Kapazitätsdiode für verschiedene Mittenfrequenzen angegeben. Wie die Diagramme zeigen, ergibt sich bei der jeweiligen ungefähren Mittenfrequenz 664, 771, 891 und 907 MHz jeweils ein linearer Bereich der Änderung der Steilheit A S/s in den Grenzen zwischen + 0,25 und - 0,25 dB der, bezogen auf die jeweilige Mittenfrequenz, - 7,5 % überschreitet.
Den Diagrammen der Figuren 5,-.6 und 7 liegt ein Schaltungskonzept zugrunde, wie es in Fig. 2 angegeben ist. Die Bauelemente des Oszillatorschwingkreises wie auch des Serienresonanzkreises unterscheiden sich hiervon je nach der gewünschten Mittenfrequenz lediglich in ihren elektrischen Werten. Dem Diagramm nach Fig. 8 liegt das Schaltungskonzept nach Fig. 3 zugrunde.
4 Patentansprüche 8 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Frequenzmodulierbarer Oszillator, dessen Rückkopplung zwischen der dem eingangsseitigen und dem ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode und der Verstärkerelementanordnung vorgenommen ist und dessen Ausgang von der über eine niederohmige Impedanz mit Bezugspotential verbundenen Ausgangselektrode der Verstärkerelementanordnung gebildet ist, bei dem ferner die Kapazität des Oszillatorschwingkreises teilweise von einer vom Modulationssignal ansteuerbaren Kaazitätsdiode gebildet ist, deren Arbeitspunkt bei der Mittenfrequenz der Oszillatorschwingung wenigstens annähernd in der Mitte zwischen Maximum und Minimum der Steilheit der Steilheitskennlinie der Kapazitätsdiode festgelegt ist und bei dem an den Oszillatorschwingkreis ein den Linearitätsbereich der Steilheitskennlinie vergrößernder Serienresonanzkreis angekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Oszillatorschwingkreis (L, CD, Co) über ein kapazitives Netzwerk (CN) hinweg im eingangsseitigen Stromkreis der Verstärkerelementanordnung (Tr) angeordnet ist, das wenigstens aus einem den Oszillatorschwingkreis mit der Steuerelektrode der Verstärkerelementanordnung verbindenden Koppel kondensator (Ck) und einem diese Steuerelektrode mit Bezugspotential verbindenden kapazitiven Spannungsteiler (C1, C2) besteht und daß der Serienresonanzkreis (Rs, Ls,Cs) über einen Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers des kapazitiven Netzwerks, der mit der dem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode der Verstärkerelementanordnung verbunden ist, an den Oszillatorschwingkreis angeschaltet ist.
2. Frequenzmodulierbarer Oszillator -nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e.n n z e i c h n e t , daß die Teilkapazität -(C1) des kapazitiven Spannungsteilers (C-1, C2) des kapazitiven Netzwerks (CN), die die Steuerelektrode der Verstärkerelementanordnung (Tr) mit deren dem -eingangsaei.tigen u.nd ausgangsseitigen Stromkreis gemeinsamen Elektrode verbindet, durch die zwischen diese b#eiden Elektroden wirksame innere Kapazität der Verstärkerelementanordnung realisiert ist.
3. Frequenz-modulierbarer Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h #g e.k e -n n z e i c h -n e t , daß der Kapazitätsdiode (CD) eine vorzugsweise einstellbare Kapazität (Cp) parallel geschaltet ist und daß die Oszillatorschwingkreiskapazität im wesentlichen aus die-s.e.r Parallelschaltung in Serie -mit einer weiteren-K-apazität (Co) gebildet ist.
4. Frequenzmodulierbarer Os-zill.ator nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die die Oszillatorschwingkreiskapazität mitbestimmende weitere Kapazit.ät (Co) durch das kapazitive Netzwerk (CN) realisiert ist.