DE69001278T2 - Phasenschieber. - Google Patents

Phasenschieber.

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DE69001278T2 DE90201386T DE69001278T DE69001278T2 DE 69001278 T2 DE69001278 T2 DE 69001278T2 DE 90201386 T DE90201386 T DE 90201386T DE 69001278 T DE69001278 T DE 69001278T DE 69001278 T2 DE69001278 T2 DE 69001278T2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/18Networks for phase shifting
    • H03H7/21Networks for phase shifting providing two or more phase shifted output signals, e.g. n-phase output

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Phasenschieber mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme zum Empfangen von zwei gegenphasigen Signalen und mit einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme zum Liefern von zwei gegen die Eingangssignale phasenverschobenen Signalen sowie mit einer ersten Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität, die zwischen den Eingangsklemmen geschaltet sind, wobei in der ersten Reihenschaltung der Widerstand mit der ersten Eingangsklemme verbunden und der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Kapazität an die erste Ausgangsklemme angeschlossen ist, und mit einer zweiten Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität, die zwischen den Eingangsklemmen geschaltet sind, wobei in der zweiten Reihenschaltung der Widerstand mit der zweiten Eingangsklemme verbunden und der Verbindungspunkt des Widerstands und der Kapazität an die zweite Ausgangsklemme angeschlossen ist.
  • Die Anwendungsbereiche einer derartigen Schaltung sind in der Elektronik zahlreich: es lassen sich die Einseitenband-Rundfunk-Sender/Empfänger, die Vierstufen- oder Vielfachvierstufen-Phasenmodulatoren und die Suchantennen erwähnen.
  • Eine derartige Schaltung ist aus der Patentschrift US-3544886 bekannt. In diesem Patent ist beschrieben, daß die Eingangsimpedanz der dem Phasenschieber folgenden Stufen wichtig sein kann, und der Schieber dieser Patentschrift enthält dazu einen angeglichenen Verstärker, der das Ausgangssignal wieder aufnimmt. Außerdem enthält der Schieber dieser Patentschrift keine Ausgangsklemmen, über die die Eingangssignale dem Ausgang zugeleitet werden. Diese Signale könnten nichtsdestoweniger an den Bezugspunkten a und b in der Zeichnung dieser Patentschrift zur Verfügung stehen, aber dasselbe Problem taucht diesbezüglich hinsichtlich der Eingangsimpedanz der nachgeschalteten Stufen auf. Wenn die Eingangsimpedanz der nachgeschalteten Stufen auf gleichartige Weise beide sog. Ausgangssignale ändert, ändert sie außerdem auf andere Weise die Phase und die Amplitude der sog. Eingangssignale.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenschieber zu schaffen, bei dem weder die Amplituden noch die betreffenden Phasen aller ausgehenden Signale durch die Impedanz der folgenden Stufen geändert werden, vorausgesetzt diese Stufen haben alle die gleiche Impedanz.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe enthält der erfindungsgemäße Schieber einen ersten Parallelkreis aus einem Widerstand und einer Kapazität in Parallelschaltung, wobei dieser Parallelkreis zwischen der ersten Eingangsklemme und einer dritten Ausgangsklemme angeschlossen ist, und einen zweiten Parallelkreis aus einem Widerder zweiten Eingangsklemme und einer vierten Ausgangsklemme angeschlossen ist.
  • So enthält der Schieber Ausgangsklemmen, deren Phasen und betreffende Amplituden in bezug auf die phasenverschobenen Ausgangssignale sich nicht geändert haben, sogar nicht wenn die Impedanzen der folgenden Stufen bescheiden sind, weil alle Phasen also um denselben Betrag geändert werden, und dasselbe gilt für die Amplituden.
  • Um zu erreichen, daß die Werte der verhältnismäßigen Phasenverschiebungen an den vier Ausgangsklemmen 0º, 180º, φ bzw. φ+180º betragen, und diese Werte oft erwünscht sind, sind die vier Widerstände des Schiebers untereinander gleich und die vier Kondensatoren sind, wenigstens mit ihrem Nennwert, untereinander gleich.
  • Jeder Widerstand ist vorteilhaft zum Ausgleichen der Abweichung vom Nennwert der Kapazität eingestellt, die ihm zugeordnet ist, um das erforderliche RC- Produkt zu erhalten.
  • Wenn die Frequenz der Signale variabel ist, sind entweder die vier Widerstände oder die vier Kapazitäten mittels eines einheitlichen Befehls zusammen regelbar. In einer vereinfachten vorteilhaften Ausführung sind entweder die beiden Widerstände oder die beiden Kapazitäten der Reihenschaltungen mittels eines einheitlichen Befehls zusammen regelbar und die Bauteile der Parallelkreise sind fest.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 einen Schaltplan des Schiebers nach dem Stand der Technik,
  • Fig. 2 einen Schaltplan des erfindungemäßen Schiebers.
  • Im besonderen Fall der Anwendung in einem Einseitenbandempfänger zum Beseitigen von Spiegelfrequenz wird ein Phasenschieber zum Erzeugen eines erforderlichen Signals der Phase φ zum Beseitigen von Spiegelfrequenz verwendet.
  • Bestimmte Konstruktionen erfordern die Verfügbarkeit von vier Signalen mit den Phasen 0º, 90º, 180º und 240º.
  • Der Phasenschieber nach Fig. 1 enthält eine Reihenschaltung R&sub1;, C&sub1; mit variabler Impedanz (durch Wertänderung von R&sub1; oder C&sub1;), die an ihren Enden mit den Eingangsklemmen 1 und 2 zugeführten gegenphasigen Signalen v, -v gespeist wird. Eine zweite Schaltung R&sub2;, C&sub2; in Kopf/Schwanz-Anordnung zur ersten ermöglicht das Erhalten der Phase φ + 180º. Ein derartiger Aufbau wird häufig zum Erzeugen eines Signals mit Konstantamplitude und mit variabler Phase φ benutzt.
  • Bei Verwendung in einem Einseitenbandmodulations-(=BLU)-Empfänger zum Beseitigen von Spiegelfrequenz ist die Amplitudengleichheit der Signale 0 und 90º genau so wichtig wie die Phasengenauigkeit zum Erhalten einer kräftigeren Beseitigung. Beispielsweise beschränkt sich die Beseitigung auf 30 dB bei 0,5 dB Amplitudenabweichung. In diesem Anwendungsbereich (Einseitenband-Sender/Empfänger) bietet die Erfindung also besondere Vorteile.
  • In einer derartigen Anwendung braucht man vier Phasen 0º und 180º, φ und φ+180º. Das differentielle Signal 0/180º wird als Phasenbezug für das differentielle Signal φ/φ+180º benutzt. Es ist in diesem Fall erwünscht, daß sämtliche Signale gleiche Amplituden besitzen. Unglücklicherweise weisen die Stufen 5, 6, 7 und 8, die nachgeschaltet sind und diese Signale an den Klemmen 3, 4, 10 und 20 abnehmen, Nichtnull-Eingangsadmittanzen Yin = Gin + jωCin auf, die die relativen Amplituden der Signale beeinflussen. Faktisch ist das Signal an den Ausgängen φ und φ + 180º (Klemmen 3 und 4) mit dem Signal 0/180º (Klemmen 10 und 20) mit einer Amplitude v durch die Beziehung
  • verbunden. Das Signal ist also an den Ausgängen φ und φ+ 180º geschwächt, da der Übertragungsmodul kleiner als 1 ist. Um diese Schwächung auf einem akzeptablen Wert (≤ 1 dB) zurückzubringen, müssen G ≥ 10 Gin und C ≥ 10 Cin betragen, wodurch die Verwendung einer Stufe mit sehr hoher Impedanz und/oder einer RC-Schaltung mit schwacher Impedanz erforderlich wird. Jedoch muß die Impedanz der RC-Schaltung vor der Ausgangsimpedanz der Stufen 9 und 11 groß sein, die die Bezugssignale v, -v (0, 180º) erzeugen, wenn eine nur geringfügige Änderung der Amplitude der Signale mit der Frequenz und/oder der Phase φ erwünscht wird. Es bleibt also nachstehender Kompromiß zu verwirklichen:
  • worin Zout die Ausgangsimpedanz der Stufen 9 und 11 und Zin die Eingangsimpedänz der Stufen 5...8 ist.
  • Dieser Kompromiß ist sehr lästig und der erfindungsgemäße Schieber ermöglicht es, die Notwendigkeit einer Ladungsstufe mit hoher Eingangsimpedanz zum Beibehalten der Gleichheit der Amplitude der Signale loszuwerden.
  • In diesem in Fig. 2 dargestellten Schieber wird ein Parallel-RC-Kreis R&sub3;, C&sub3; oder R&sub4;, C&sub4; dem vorgeschalteten Kreis in Reihenschaltung mit jedem der Wege 0º und 180º zugeschaltet, d.h. zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 immer in Verbindung mit zwei Reihenschaltungen R&sub1;, C&sub1; und R&sub2;, C&sub2; und den Ausgangsklemmen 10 und 20.
  • Der Widerstand und die Kapazität dieser Parallelkreise R&sub3;C&sub3; und R&sub4;C&sub4; haben denselben Wert wie in den reihengeschalteten Phasenschiebern R&sub1;C&sub1; und R&sub2;C&sub2;. Bezüglich des differentiellen Eingangssignals mit Amplitude v ist das Ausgangssignal 0/180º (Klemmen 10 und 20) durch folgende Gleichung gegeben:
  • und das Ausgangssignal φ/φ+180º (Klemmen 3 und 4) ist durch folgende Gleichung gegeben:
  • Die Amplitude an den vier Ausgangsklemmen 3, 4,10 und 20 ist gleich, wie auch die Frequenz, die von den RC-Kreisen eingeführte Phasenverschiebung und die Eingangsimpedanz der Ladungsstufen 5...8 sich verhalten.
  • Es ist somit ein quasi-perfekter Ausgleich verwirklicht worden, der nicht mehr zu jedem Preis die Verwendung einer Ladungsstufe mit hoher Impedanz erfordert. Der Effekt der Ladungsimpedanz ist lediglich die identische Schwächung der vier Ausgangssignale des Systems, vorausgesetzt selbstverständlich, daß die Impedanzen, wenn sie nicht erhöht sind, dagegen untereinander gleich sind, wenigstens in ihrem Nennwert. Die Beseitigungshöhe, die im Einseitenbandempfänger erreichbar ist, ist von den für alle Bauteile zulässigen Toleranzen abhängig.
  • Im besonderen Fall, in dem ein derartiger Schieber zum Erhalten einer festen Phasendrehung bei fester Frequenz verwendet werden würde, wäre er vorteilhaft in der Technologie der Hybridschaltungen verwirklicht, bei denen auf demselben Substrat integrierte Widerstände und nichtintegrierte Kondensatoren angebracht werden. Der Wert jedes Widerstands kann auf diese Weise (beispielsweise mit Hilfe eines Lasers) in Abhängigkeit von der damit gekoppelten Kapazität, eingestellt werden, wodurch so der mögliche Fehler im Nennwert der letztgenannten ausgeglichen werden kann.
  • Wenn dagegen die Frequenz sich ändert oder auch die gewünschte Phasendrehung, muß man entweder R oder C ändern können. Eine bevorzugte Methode besteht aus dem gleichzeitigen Ändern der vier Widerstände oder der vier Kapazitäten mittels eines einheitlichen Befehls, um alle RC-Produkte untereinander gleich zu halten.
  • In der Praxis kann man auch einen bedeutsamen Kompromiß durch die Wahl fester Werte für R&sub3;, C&sub3;, R&sub4;, C&sub4; nahezu entsprechend dem erforderlichen Wert in der Mitte des Frequenzbereichs oder des Änderungsbereichs für φ und durch das Ändern nur von R&sub1; und R&sub2; oder von C&sub1; und C&sub2; erhalten.
  • In der speziellen Anwendung in einem Einseitenband-Empfänger für Frequenzen in der Größenordnung von 1 bis 5 GHz sind die Stufen 5 bis 8, 9 und 11 mit MESFET-Transistoren auf einem Substrat von Gallium-Arsenid verwirklicht. Die Widerstände R1 bis R4 werden durch je einen MESFET-Transistor bei variablem Widerstand gebildet. Diese Transistoren haben alle die gleiche Abmessung und werden durch eine gemeinsame variable Gitterpolarisationsspannung zum beliebigen Ändern ihres dynamischen Widerstands gesteuert. Für die angegebenen Frequenzen können die Transistoren beispielsweise eine Gittergröße von etwa 10 um haben, und die (integrierten) Kapazitäten haben einen Wert von 0,1 pF. In den Ausgangsstufen 5 und 6 erscheint das Eingangssignal auf dem Gitter eines MESFET-Transistors.
  • In einer Anwendung mit niedrigerer Frequenz könnten auch variable Kapazitäten verwendet werden, beispielsweise in der Verwirklichung als Dioden mit änderbarer Kapazität, alle gesteuert durch eine gleiche Polarisationsspannung, wobei also die Widerstände einen festen Wert haben.

Claims (5)

1. Phasenschieber mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme zum Empfangen von zwei gegenphasigen Signalen und mit einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme zum Liefern von zwei gegen die Eingangssignale phasenverschobenen Signalen sowie mit einer ersten Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität, die zwischen den Eingangsklemmen geschaltet sind, wobei in der ersten Reihenschaltung der Widerstand mit der ersten Eingangsklemme verbunden und der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Kapazität an die erste Ausgangsklemme angeschlossen ist, und mit einer zweiten Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität, die zwischen den Eingangsklemmen geschaltet sind, wobei in der zweiten Reihenschaltung der Widerstand mit der zweiten Eingangsklemme verbunden und der Verbindungspunkt des Widerstands und der Kapazität an die zweite Ausgangsklemme angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber einen ersten Parallelkreis aus einem Widerstand und einer Kapazität in Parallelschaltung, wobei dieser Parallelkreis zwischen der ersten Eingangsklemme und einer dritten Ausgangsklemme angeschlossen ist, und einen zweiten Parallelkreis aus einem Widerstand und einer Kapazität in Parallelschaltung enthält, wobei der zweite Parallelkreis zwischen der zweiten Eingangsklemme und einer vierten Ausgangsklemme angeschlossen ist.
2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinsichtlich des Nennwerts die vier Widerstände untereinander und die vier Kondensatoren untereinander gleich sind.
3. Phasenschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Widerstand zum Ausgleichen der Abweichung vom Nennwert der ihm zugeordneten Kapazität eingestellt ist, um das erforderliche RC- Produkt zu erhalten.
4. Phasenschieber nach einem der Ansprüche 1 oder 2 in der Verwendung, wenn die Frequenz der Signale variabel ist, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die vier Widerstände oder die vier Kapazitäten mittels eines einheitlichen Befehls zusammen regelbar sind.
5. Phasenschieber nach einem der Ansprüche 1 oder 2 in der Verwendung, wenn die Frequenz der Signale variabel ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reihenschaltungen die zwei Widerstände oder die zwei Kapazitäten mittels eines einheitlichen Befehls zusammen regelbar sind und die Bauteile der Parallelkreise feste Werte haben.
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