DE3508745A1 - Einstellbarer analogphasenschieber - Google Patents

Einstellbarer analogphasenschieber

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DE3508745A1
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Siegfried 8919 Utting Sedlmair
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/16Networks for phase shifting
    • H03H11/20Two-port phase shifters providing an adjustable phase shift

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

  • Einstellbarer Analogphasenschieber
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen einstellbaren Analogphasenschieber, wie er beispielsweise für einen Laufzeitoszillator in einer Phasenregelschleife (Phasedlocked-Loop) verwendet wird.
  • Im Frequenzgebiet um 100 MHz werden kontinuierlich einstellbare Phasenschieber im allgemeinen aus 900 -Kopplern mit 3 dB Koppeldämpfung und Kapazitätsdioden aufgebaut. Die 90°-Koppler sind dabei sehr platzaufwendig.
  • Ihr Aufbau aus konzentrierten Elementen mit Transformatoren und Kondensatoren macht sie für eine Miniaturisierung wenig geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Phasenschieber zu schaffen mit geringem Platzbedarf und leichter Integrierbarkeit.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Analogphasenschieber mit einer ersten Transistorstufe mit hohem Innenwiderstand, in deren Ausgangskreis Mittel zur Gleichstromtrennung eingeschaltet sind, und einem zwischen die erste und eine zweite Transistorstufe zur Entkopplung eingeschalteten Querzweig, bestehend aus einer X/8-langen Leitung vom Wellenwiderstand Z ( t=Betriebswellenlänge) und einem steuerbaren Widerstand.
  • Der Phasenschieber eignet sich sehr gut zur Integration zum Beispiel mit einem SAW-Laufzeitoszillator, einer vorgesehenen Anwendung. Dabei wird die gesamte Schaltung auf ein Substrat, beispielsweise A1203-Keramik aufge- bracht und nur das SAW-Element, die Halbleiter und Kondensatoren hybrid aufgesetzt. Alle Transistoren können dabei auf einem Array versammelt sein. Es wird damit eine starke Miniaturisierung erreicht. Ein solcher Phasenschieber ist auch monolithisch ausführbar.
  • Die modernen GaAs-Feldeffekttransistoren gestatten es auch, den Phasenschieber bis zu Frequenzen von einigen GHz zu realisieren. Damit ist er auch in Phased-Array-Antennen einsetzbar, bei denen Transistoren vorgesehen sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen von Phasenschiebern.
  • An dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sollen Aufbau und Wirkungsweise eines einstellbaren Analogphasenschiebers erläutert werden. Die Grundelemente des Phasenschiebers bestehen dabei aus einer 928-langen Leitung mit dem Wellenwiderstand Z, die mit einem reellen Widerstand R abgeschlossen ist. Wird der Wert des Widerstandes R von Null bis unendlich verändert, so wird am Eingang der A/8-Leitung ein komplexer Widerstand gemessen, der den konstanten Betrag Z aufweist und in der Phase von +900 auf -90° wandert. Wird der Eingang der Al8-Leitung mit konstantem Wechselstrom, d.h. Ri= svgespeist, so fällt an ihm eine konstante Spannung U ab, deren Phase sich mit dem Wert von R zwischen +900 und -90° einstellen läßt. Bei einer von A/8 geringfügig abweichenden Leitungslänge bleiben die Phasenwerte erhalten, während die Spannung U abhängig vom Widerstand R wird, was zu einer Schräglage führt.
  • Beim Phasenschieber nach Figur 1 wird die Stromquelle von einem Feldeffekttransistor T1 gebildet, der den gewünschten hohen Innenwiderstand aufweist und der den Eingang der Schaltungsanordnung bildet. Zur Gleichstromtrennung sind eine Drossel Dr und ein Kondensator C vorgesehen, wobei die Drossel Dr zwischen dem Drain-Anschluß des Transistors T1 und der Spannung +UD liegt und der Kondensator C zwischen dem Drain-Anschluß und dem Anschlußpunkt der im Querzweig liegenden Schaltung aus T/8-Leitung und ohmschen Widerstand R. Der Abgriff der in der Phase einstellbaren Spannung U erfolgt ebenfalls hochohmig durch den Eingang eines weiteren Feldeffekttransistors T2, dessen Ausgang den Ausgang der Schaltungsanordnung bildet. Mit UD und UG sind die Spannungen für den Drain- bzw. Gate-Anschluß der Feldeffekttransistoren bezeichnet.
  • Figur 2 zeigt einen einstellbaren Analogphasenschieber, der sich in folgendem von der Ausführungsform nach Fig. 1 unterscheidet: Der Widerstand R ist hierbei steuerbar ausgeführt, beispielsweise durch Realisierung mit einer PIN-Diode D1, deren Widerstand in weiten Grenzen durch den Durchlaßstrom regelbar ist. Somit ist dieser Phasenschieber elektronisch einstellbar. Ferner ist die Schaltung mit bipolaren Transistoren aufgebaut, wobei die Kollektorspannungszuführung an den Transistor T1 über eine hochohmige Transistorschaltung mit einem Transistor T3 erfolgt anstelle der Drossel.Dr beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Phase zwischen Ein- und Ausgang der Schaltungsanordnung ist jetzt abhängig vom Strom durch die PIN-Diode D1. Durch eine vorgeschaltete, in der Figur strichliert umrandete Linearisierungsschaltung LS mit Zenerdioden kann eine quasi lineare Abhängigkeit der Phase von einer Steuerspannung Ust erreicht werden.
  • Die Leitungslänge ist wegen der Kapazitäten von Transistoren und PIN-Diode kürzer als A/8 auszuführen.
  • Beim Analogphasenschieber nach Figur 2 ist zusätzlich zwischen A/8-Leitung und dem Transistorschaltungsteil ein Kompensationswiderstand RK eingeschaltet. Dieser hat folgenden Zweck: ein endlicher Widerstand am Eingang der ?</8-Leitung bewirkt, daß die Spannung nicht mehr konstant, d.h. unabhängig vom Anschlußwiderstand ist, sondern ein Minimum bei R=Z aufweist. Durch Einfügen eines geeignet bemessenen Kompensationswiderstandes wird erreicht, daß die Spannung U wieder unabhängig vom Widerstandswert R bzw. vom Widerstand der PIN-Diode wird.
  • Der Analogphasenschieber nach Figur 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 zum einen durch die Verwendung von bipolaren Transistoren anstelle von Feldeffekttransistoren und zum anderen durch die Verwendung eines Feldeffekttransistors als steuerbarer Widerstand.
  • Dieser Feldeffekttransistor T4 wird ohne Draingleichspannung betrieben. Wegen der günstigen Steuerkennlinie wird vorzugsweise ein GaAs-Feldeffekttransistor verwendet.
  • Eine Linearisierungsschaltung, wie sie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgesehen ist, kann hierbei entfallen. Dies macht die Schaltung für wesentlich höhere Steuergeschwindigkeiten geeignet durch den Wegfall der Zenerdioden, die große Kapazitäten haben.
  • 6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1. Einstellbarer Analogphasenschieber, gekennzeichnet durch eine erste Transistorstufe mit hohem Innenwiderstand, in deren Ausgangskreis Mittel zur Gleichstromtrennung eingeschaltet sind, und einen zwischen die erste und eine zweite hochohmige Transistorstufe zur Entkopplung eingeschalteten Querzweig, bestehend aus einer #/8-langen Leitung vom Wellenwiderstand Z (#= Betriebswellenlänge) und einem steuerbaren Widerstand.
  2. 2. Analogphasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand durch eine PIN-Diode realisiert ist.
  3. 3. Analogphasenschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand eine Linearisierungsschaltung mit Zenerdioden vorgeschaltet ist.
  4. 4. Analogphasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand durch einen Feldeffekttransistor realisiert ist.
  5. 5. Analogphasenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Querzweig zwischen die A/8-lange Leitung und den Transistoranschluß ein Kompensationswiderstand eingeschaltet ist.
  6. 6. Analogphasenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannungszuführung an die erste Transistorstufe über eine hochohmige Transistorstufe erfolgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6801969B2 (en) * 1999-05-25 2004-10-05 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for data dependent, dual level output driver

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2115631A (en) * 1982-03-01 1983-09-07 Raytheon Co Phase shifter

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Non-Patent Citations (2)

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Title
INUI,Osamu: Miniaturized 90 DEG Couplers by Using Lumped Elements, In: NEC Research & Development, 1981, October, No.63, S.50-53 *
INUI,Osamu: Miniaturized 90° Couplers by Using Lumped Elements, In: NEC Research & Development, 1981, October, No.63, S.50-53

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