DE4111919A1 - Verfahren und anordnung zur herstellung von niederfrequenten signalen durch frequenzteilung - Google Patents
Verfahren und anordnung zur herstellung von niederfrequenten signalen durch frequenzteilungInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B21/00—Generation of oscillations by combining unmodulated signals of different frequencies
- H03B21/01—Generation of oscillations by combining unmodulated signals of different frequencies by beating unmodulated signals of different frequencies
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D9/00—Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen nach
den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 7 und 9.
Die Erfindung wird verwendet zur analogen Frequenzteilung
zum Zweck der Frequenzstabilisierung sowie zur Frequenz
zählung.
Für eine PLL(phase-locked-loop)-Frequenzstabilisierung
wird beispielsweise ein Frequenzteiler benötigt. Im
mm-Wellenbereich, d. h. für Frequenzen zwischen 30 bis
300 GHz kommen nur analoge Verfahren in Betracht. Bekannte
Verfahren zur Frequenzstabilisierung leiten z. B. aus einem
mm-Wellensignal die halbe Frequenz ab, indem auf einen
Frequenzmischer die Oszillatorfrequenz fosz/2 gegeben und
ein aus einem Rückkopplungskreis mit verstärkendem Element
gewonnenes Signal der Frequenz fosz/2 gegeben wird. Findet
sich am Ausgang des Frequenzmischers ein Filter auf die
Frequenz fosz/2, so funktioniert die Anordnung als Fre
quenzteiler im Verhältnis 2 : 1. Bei kommerziell interessan
ten Frequenzen wie 60, 80 oder 94 GHz liegt die halbe Si
gnalfrequenz bei 30, 40 oder 47 GHz für die ein verstär
kendes Element benötigt wird. Derartige Verstärker sind
nur unter hohem Kostenaufwand verfügbar.
Weiterhin bekannt ist eine Frequenzteilung durch n, wobei
die Rückkopplungsschleife und der Mischer doppelt genutzt
werden (IEEE Transaction on Microwave Theory and Techni
ques, Vol. MTT 34, No. 4, S. 436, 1986). Diese Anordnung
benötigt jedoch einen sehr breitbandigen Verstärker, der
bis relativ dicht an die Signalfrequenz heran ausreichend
verstärken muß.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein gattungsgemäßes Ver
fahren anzugeben, das technisch einfach zu realisieren
ist, kostengünstig und für die Massenfertigung geeignet
ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil
der Patentansprüche 1, 7 und 9 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß im Rückkopplungskreis
lediglich niederfrequente Signale verstärkt werden müssen.
Das Verfahren und die Anordnung werden im folgenden anhand
von Ausführungsbeispielen erläutert unter Bezugnahme auf
schematische Zeichnungen.
In Fig. 1 bis 4 sind die Schaltungsanordnungen zur Fre
quenzteilung gemäß der Erfindung dargestellt.
In Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eine beispielhafte
Oberwellenmischeranordnung.
In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird in
einem Rückkopplungskreis 1 ein niederfrequentes Signal der
Frequenz fs verstärkt und verdoppelt. Die verdoppelte Fre
quenz 2fs wird anschließend nochmals verstärkt und mit ei
nem hochfrequenten Signal der Frequenz fosz eines
mm-Wellen-Oszillators 5 auf einen Oberwellenmischer 4a ge
geben. Als Verstärker 3a und 3b werden beispielsweise
GaAs-MMIC-Verstärker verwendet. Die Verdopplung der Zwi
schenfrequenz erfolgt z. B. mit einem Diodenverdoppler 2.
Zwischen dem Verdoppler 2 und dem zweiten Verstärker 3b
kann ein Filter auf die verdoppelte Frequenz 2fs eingebaut
sein.
Im Oberwellenmischer wird die n-te harmonische Oberschwin
gung der verdoppelten Frequenz 2fs mit der mm-Wellen-Os
zillatorfrequenz fosz derart gemischt, daß als Zwischen
frequenz die Frequenz fs erzeugt wird. Die Fre
quenzmischung erfolgt z. B. gemäß des in Fig. 5 dargestell
ten Blockdiagramms einer bekannten integrierten
Oberwellenmischerschaltung, die im Tagungsband der MIOP
′87, Wiesbaden Mai 1987, Bd. 1, Beitrag 4A bis 4 be
schrieben ist. Der Oberwellenmischer hat den Vorteil, daß
eine einfache Filterung zwischen der im Rückkopplungskreis
erzeugten Frequenz und der Zwischenfrequenz erfolgt.
Zum Anschwingen bzw. Hochlaufen des Rückkopplungskreises
wird am Eingang des Verstärkers für die Zwischenfrequenz
fs ein genügend starkes Signal und/oder eine extrem hohe
Schleifenverstärkung benötigt. Dies kann im Betrieb des
Frequenzteilers zu unerwünschten Eigenschwingungen des
Rückkopplungskreises führen. Deshalb ist es zweckmäßig,
einen Hilfsoszillator 6 gemäß Fig. 1 in den Rückkopplungs
kreis einzukoppeln, der mittels Injektionssynchronisation
auf die zweifache Zwischenfrequenz gezwungen wird. Der
Hilfsoszillator bewirkt lediglich ein Anschwingen des
Rückkopplungskreises.
Eine weitere Möglichkeit zum Anschwingen des Rückkopp
lungskreises wird dadurch erreicht, daß anstelle des
Hilfsoszillators eine Rauschquelle 7 an den Rückkopplungs
kreis angeschlossen wird (Fig. 2). Wird im Rückkopplungs
kreis die gewünschte Zwischenfrequenz erzielt, so wird
über einen Schalter die Rauschquelle automatisch abge
trennt.
Mit dem erfindungsgemäßen analogen Frequenzteiler sind
hohe Teilerverhältnisse möglich. Beispielsweise läßt sich
eine mm-Wellenfrequenz fosz = 85 GHz im Verhältnis 85 : 5
teilen. Dabei wird im Rückkopplungskreis ein Signal der
Frequenz fs = 5 GHz verstärkt und verdoppelt. Auf den
Oberwellenmischer werden dann die mm-Wellenfrequenz
fosz = 85 GHz und das Signal aus dem Rückkopplungskreis
der Frequenz 2·fs = 10 GHz gegeben. Im Oberwellenmischer
wird die mm-Wellenfrequenz fosz mit der 8ten-Oberwelle des
Signals aus dem Rückkopplungskreis gemischt, so daß als
Ausgangsprodukt des Mischers eine Zwischenfrequenz von
5 GHz erzeugt wird. Dieses niederfrequente Signal der Fre
quenz fs = 5 GHz kann dem Rückkopplungskreis erneut zuge
führt oder ausgekoppelt werden.
Da z. B. für eine Frequenzstabilisierung mit einer quarz
stabilisierten Schwingung Frequenzen im Bereich
100-200 MHz notwendig sind, muß die geteilte Frequenz fs
weiter verringert werden. Dies geschieht z. B. mit digita
len Bausteinen, die heute bereits eine Taktfrequenz von
einigen GHz erreichen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können der Oberwellen
mischer und der mm-Wellen-Oszillator auf einem Halbleiter
substrat angeordnet werden bei Verwendung von kompatiblen
Bauelementen für Mischer und Oszillator, z. B. Impatt-Di
oden und Schottky-Dioden.
Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel an
gegebenen Bauelemente der Teileranordnung beschränkt. Als
Oberwellenmischer können auch andere Mischeranordnungen
verwendet werden, oder für die Frequenzverdopplung kann
auch die Oberwellenerzeugung eines übersteuerten Verstär
kers verwendet werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird in
einem Rückkopplungskreis 1 ein hochfrequentes Signal da
durch erzeugt, daß ein niederfrequentes Signal fs einen
Verstärker 2 passiert und durch einen Vervielfacher 3
n-fach auf die Frequenz n·fs = fosz-fs erhöht wird, wo
bei fosz die Frequenz des mm-Wellen-Oszillators 5 ist.
Am Ausgang des Vervielfachers kann ein Filter auf der Fre
quenz fosz-fs eingebaut sein. Das hochfrequente Signal
der Frequenz aus dem Rückkopplungskreis wird anschließend
mit dem hochfrequenten Signal der Frequenz fosz des mm-
Wellen-Oszillators auf den Frequenzmischer 4b gegeben. Am
Ausgang des Frequenzmischers 4b ist ein Frequenzfilter für
die Frequenz fs eingebaut, so daß aus dem Eingangssignal
des Frequenzmischers (dem Millimeterwellensignal des Os
zillators) der Frequenz fosz ein z. B. K-Bank liegendes
niederfrequenteres Signal der Frequenz fs abgeleitet wird.
Dieses niederfrequentere Signal kann dann durch weitere
Frequenzteilung mit kommerziell verfügbaren integrierten
Schaltungen in den Frequenzbereich unterhalb 1 GHz umge
setzt werden und mit einem quarzstabilisierten Signal
verglichen werden, so daß der mm-Wellen-Oszillator damit
nachgeregelt werden kann.
Zum Anschwingen bzw. Hochlaufen des Rückkopplungskreises
wird am Eingang des Verstärkers für die Zwischenfrequenz
fs ein genügend starkes Signal und/oder eine extrem hohe
Schleifenverstärkung benötigt. Dies kann im Betrieb des
Frequenzteilers zu unerwünschten Eigenschwingungen des
Rückkopplungskreises führen. Deshalb ist es zweckmäßig,
einen Hilfsoszillator 6 gemäß Fig. 3 in den Rückkopplungs
kreis einzukoppeln, der mittels Injektionssynchronisation
auf die Zwischenfrequenz fs gezwungen wird. Der Hilfsos
zillator bewirkt lediglich ein Anschwingen des Rückkopp
lungskreises.
Eine weitere Möglichkeit zum Anschwingen des Rückkopp
lungskreises wird dadurch erreicht, daß anstelle des
Hilfsoszillators eine Rauschquelle 7 an den Rückkopplungs
kreis angeschlossen wird (Fig. 4). Wird im Rückkopplungs
kreis die gewünschte Zwischenfrequenz erzielt, so wird
über einen Schalter die Rauschquelle automatisch abge
trennt.
Die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Fig. 3 und Fig. 4 be
steht aus einem hochfrequenten und einem niederfrequenten
Teil. Der hochfrequente Teil enthält einen mm-Wellen-Os
zillator 5, einen Frequenzvervielfacher 3 und einen Fre
quenzmischer 4b. Diese Halbleiterbauelemente sind bei
spielsweise auf einem Halbleiterchip, z. B. einem hoch
ohmigen Silizium-Substrat angeordnet, wobei die jeweiligen
Dioden, z. B. IMPATT-Dioden, des Oszillators und des Ver
vielfachers aus der gleiche, auf dem hochohmigen Silizium
substrat aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge herge
stellt werden. Die Halbleiterschichtenfolge für die
pn-Dioden, z. B. Planar-Doped-Barrier-Dioden, des Frequenz
mischers wird auf dem gleichen hochohmigen Si-Substrat ab
geschieden. Der Oszillator, der Vervielfacher und der Mi
scher werden beispielsweise mit der SIMMWIC (Silicon mono
lithic millimeter wave integrated circuit) Technik herge
stellt. Der Mischer kann jedoch auch getrennt vom Verviel
facher- und Oszillatorchip im hochfrequenten Teil des Fre
quenzteilers angeordnet werden. Der niederfrequentere Teil
der Anordnung besteht aus einem handelsüblichen Verfahren
und Filter.
Mit dem erfindungsgemäßen mm-Wellen-Frequenzteiler kann
beispielsweise ein mm-Wellensignal der Frequenz
fosz = 80 GHz auf eine Frequenz von 10 FHz geteilt werden,
indem ein niederfrequentes Signal der Frequenz fs = 10 GHz
im Rückkopplungskreis 7fach vervielfacht wird und mit der
Oszillatorfrequenz auf den Frequenzmischer gegeben wird.
Durch ein am Ausgang des Mischers befindliches Frequenz
filter für die Frequenz 10 GHz erhält man das gewünschte
niederfrequente Signal.
Die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Fig. 3 und Fig. 4 hat
den Vorteil, daß im Rückkopplungskreis eine Vervielfacher
stufe für das niederfrequente Signal enthalten ist und da
durch ein niedrigerer Umsetzungswirkungsgrad des Frequenz
mischers erforderlich ist, als beispielsweise für Fre
quenzmischer, die im subharmonischen Bereich arbeiten.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die entsprechenden Dioden
z. B. IMPATT-Dioden, des Vervielfachers und des mm-Wellen-
Oszillators aus der gleichen Halbleiterschichtenfolge her
stellbar sind. Dadurch wird eine Kompatibilität der Halb
leiterbauelemente erreicht, die eine monolithische Inte
gration auf einem Substrat ermöglicht.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von niederfrequenten Signa
len durch Frequenzteilung eines hochfrequenten Signals der
Frequenz fosz eines mm-Wellen-Oszillators, dadurch gekenn
zeichnet,
- - daß ein Rückkopplungskreis mit einem nieder frequenten Signal einer Hilfsquelle angeschwungen wird, und
- - daß das im Rückkopplungskreis erzeugte Signal in einem Frequenzmischer mit dem hochfrequenten Si gnal des mm-Wellen-Oszillators derart gemischt und weiterverarbeitet wird, daß ein niederfrequentes Signal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Rückkopplungskreis mit einem niederfre quenten Signal eines Hilfsoszillators oder einer Rauschquelle angeschwungen wird,
- - daß in einem Rückkopplungskreis ein niederfrequen tes Signal der Frequenz fs verstärkt und verdop pelt wird,
- - daß das verstärkte niederfrequente Signal der Fre quenz 2·fs aus dem Rückkopplungskreis und ein hochfrequentes Signal eines mm-Wellenoszillators auf einen Oberwellenmischer gegeben werden, der geeignete Oberwellen des niederfrequenten Signals mit dem mm-Wellensignal derart mischt, daß als Zwischenfrequenz die Frequenz fs erzeugt wird, und
- - daß durch eine geeignete Filteranordnung des Ober wellenmischers am Ausgang des Oberwellenmischers wieder das niederfrequente Signal fs abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß Rückkopplungskreis mit einem niederfrequenten Signal eines Hilfsoszillators oder einer Rausch quelle angeschwungen wird,
- - daß in einem Rückkopplungskreis durch Verstärkung und nachfolgende n-fache Vervielfachung eines nie derfrequenten Signals der Frequenz fs ein hochfre quentes Signal der Frequenz n·fs = fosz-fs er zeugt wird, und auf einen Frequenzmischer gegeben wird,
- - daß im Frequenzmischer das Eingangssignal der Fre quenz fosz des mm-Wellen-Oszillators mit dem hoch frequenten Signal der Frequenz n·fs aus dem Rückkopplungskreis gemischt wird und
- - daß am Ausgang des Frequenzmischers durch ein ge eignetes Filter das niederfrequente Signal der Frequenz fs abgeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Hilfsoszillator im Rückkopp
lungskreis eingekoppelt und durch Injektionssynchronisa
tion auf eine feste Frequenz gezwungen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis über eine
Rauschquelle angeschwungen wird, und daß die Rauschquelle
über einen Schalter automatisch abgetrennt wird, wenn im
Rückkopplungskreis ein Signal der Frequenz fs erzeugt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das niederfrequente Signal an
schließend mit digitalen Bauelementen weiter geteilt wird.
7. Schaltungsanordnung zur Herstellung von niederfrequen
ten Signalen durch Frequenzteilung gemäß dem Verfahren
nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Schaltungsanordnung einen hochfrequenten und niederfrequenten Teil besitzt,
- - daß der hochfrequente Teil den mm-Wellen-Oszilla tor und den Oberwellenmischer enthält, und
- - daß der niederfrequente Teil zumindest aus zwei Verstärkern und einem Verdoppler, sowie einem Hilfsoszillator oder eine über einen Schalter zu schaltbare Rauschquelle besteht.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der mm-Wellen-Oszillator und der Oberwellen
mischer auf einem Substrat angeordnet sind.
9. Anordnung zur Herstellung von niederfrequenten Signa
len durch Frequenzteilung gemäß dem Verfahren nach den An
sprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Anordnung aus einem hochfrequenten und ei nem niederfrequenten Teil besteht,
- - daß das hochfrequente Teil mindestens einen mm- Wellen-Oszillator, einen Frequenzmischer und einen Frequenzvervielfacher enthält, und
- - daß der niederfrequente Teil zumindest einen Ver stärker, einen Frequenzfilter, sowie einen Hilfsoszillator oder eine über einen Schalter zu schaltbare Rauschquelle enthält.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der mm-Wellen-Oszillator, der Frequenzmischer und der Frequenzvervielfacher auf einem Halblei tersubstrat angeordnet sind, und
- - daß der mm-Wellen-Oszillator und der Vervielfacher aus der gleichen Halbleiterschichtenfolge aufge baut sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914111919 DE4111919A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Verfahren und anordnung zur herstellung von niederfrequenten signalen durch frequenzteilung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19914111919 DE4111919A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Verfahren und anordnung zur herstellung von niederfrequenten signalen durch frequenzteilung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4111919A1 true DE4111919A1 (de) | 1992-10-15 |
Family
ID=6429417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914111919 Withdrawn DE4111919A1 (de) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Verfahren und anordnung zur herstellung von niederfrequenten signalen durch frequenzteilung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4111919A1 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1089021B (de) * | 1954-07-13 | 1960-09-15 | Telefunken Gmbh | Richtfunkverbindungseinrichtung fuer mobilen Einsatz |
DE3447716A1 (de) * | 1983-12-27 | 1985-07-04 | United Technologies Corp., Hartford, Conn. | Elektrisch geschaltetes mikrowellen-sende-empfangs-geraet fuer vollduplexbetrieb |
DE3908243A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-23 | Olympia Aeg | Frequenzmodulator mit pll-stabilisierung |
-
1991
- 1991-04-12 DE DE19914111919 patent/DE4111919A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1089021B (de) * | 1954-07-13 | 1960-09-15 | Telefunken Gmbh | Richtfunkverbindungseinrichtung fuer mobilen Einsatz |
DE3447716A1 (de) * | 1983-12-27 | 1985-07-04 | United Technologies Corp., Hartford, Conn. | Elektrisch geschaltetes mikrowellen-sende-empfangs-geraet fuer vollduplexbetrieb |
DE3908243A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-23 | Olympia Aeg | Frequenzmodulator mit pll-stabilisierung |
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Legal Events
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT, 7000 STUTTGART, D |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
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