DE69430836T2 - Gegentaktphasenmodulator für den Mikrowellenbereich - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Gegentakt- bzw. Symmetrierphasermiodulator, der im Mikrowellenband (1 bis 100 GHz) zum Einsatz kommt.
• Die US-A-4355289 betrifft einen Phasenverschiebungs- und Amplitudenmodulator. Die Modulationsschaltung verfügt über einen Übertrager, zwei mit dem Übertrager verbundene Dioden und eine Vorspannungsschaltung zum Anlegen von Vorspannungen an den beiden Dioden.
• Herkömmlich hat ein Phasenmodulator für ein Mikrowellenband von 1 bis 100 GHz eine Schaltungskonfiguration wie z. B. in Fig. 4. In dieser Darstellung ist ein Modulationssignalanschluß 19 durch Verbinden von Dioden 20 und 20' mit einer 3- dB-Zweigleitungsgabelschaltung 21 gebildet, die mit einem Eingangsanschluß 22 und einem Ausgangsanschluß 23 versehen ist. In diesem Phasenmodulator tritt ein vom Eingangsanschluß 22 eingegebenes Mikrowellensignal in die 3-dB-Zweigleitungsgabelschaltung 21 ein, um durch die Dioden 20 und 20' moduliert zu werden. Gewöhnlich kommen Schottky-Dioden für die Dioden 20 und 20' zum Einsatz. Ein solcher herkömmlicher Phasenmodulator ist in der JP-A-57-155865 (veröffentlicht am 27. September 1982) offenbart.
• Fig. 5 ist eine Darstellung der Modulationskurve des Phasenmodulators von Fig. 4 für die Beziehung zwischen der Modulationsspannung Vm und Ausgangs signal Spannung Vout. Kommt dieser Phasenmodulator im Bereich kleiner Werte für die Modulationsspannung Vm zum Einsatz, so arbeitet er als linearer Modulator gemäß der Modulationskurve.
• Beim herkömmlichen Phasenmodulator von Fig. 4 besteht daher ein Nachteil darin, daß ein Signalverlust erheblich wird, da er in dem Bereich verwendet werden muß, in dem die Modulationsspannung klein ist. Außerdem hat wegen der Verwendung von Schottky-Dioden für die Dioden in der Schaltung die maximale Eingangsleistung für den Modulator einen geringen Wert von +10 dBm, und seine Ausgangsleistung erreicht die Größenordnung von -5 dBm. Folglich muß die Anzahl von Verstärkungsstufen erhöht werden, um eine gewünschte Ausgangsleistung zu erhalten. Allerdings führt eine solche Erhöhung der Anzahl von Verstärkungsstufen zu einer komplizierten Schaltungskonfiguration und hohen Kosten. Ferner ist problematisch, daß der Ausgangsleistungspegel zu niedrig und es schwierig ist, eine Schaltungsimpedanz insgesamt auf einem konstanten Wert zu halten. Die JP-A-57-155865 zeigt außerdem eine weitere Schaltungskonfiguration, die einen Eingangsanschluß 24, einen Ausgangsanschluß 25, einen koplanaren Wandler 26, eine Schlitzleitung 27, Gleichstrom-Abschneidekondensatoren 28, PIN-Dioden 29 und 29', einen Modulationssignal- und Festvorspannungs-Eingangsanschluß 30 sowie einen Festvorspannungs-Eingangsanschluß 31 aufweist. In dieser Schaltung gemäß Fig. 6 empfängt eine PIN-Diode 29 ein Modulationssignal und eine Festvorspannung, und die andere Diode 29' empfängt eine Festvorspannung.
• Gemäß der Schaltungskonfiguration von Fig. 6 läßt sich ein hoher Ausgangsleistungspegel durch Anwendung der PIN- Dioden erhalten. Allerdings ist die Modulationslinearität nicht so vorteilhaft, da jeweilige Kennwerte der PIN-Dioden im Betrieb variieren. Ferner ist ein Träger-Rausch-Verhältnis einer Modulationsausgabe infolge von Impedanzänderung der PIN-Dioden gering.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Phasenmodulator für ein Mikrowellenband mit einer erwünschten Modulationslinearität bereitzustellen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Phasenmodulator bereitzustellen, der die Impedanz auf einem konstanten Wert halten kann.
• Erfindungsgemäß wird ein Phasenmodulator für ein Mikrowellenband bereitgestellt, der aufweist: ein Symmetrierübertragerteil, zwei Dioden, die mit dem Symmetrierübertragerteil verbunden sind, und eine Vorspannungsschaltung, die Vorspannungen an den beiden Dioden so anlegt, daß die Summen der jeweiligen Spannungen konstant sind.
• Im einzelnen verfügt ein Phasenmodulator der Erfindung für ein Mikrowellenband über ein Symmetrierübertragerteil, zwei Dioden, die mit dem Symmetrierübertragerteil verbunden sind, eine erste Überlagerungsanlegeeinrichtung, die eine Vorspannung und ein Modulationssignal an einer der beiden Dioden anlegt, und eine zweite Überlagerungsanlegeeinrichtung, die die Vorspannung und ein phasenumgekehrtes Modulationssignal an der anderen der beiden Dioden anlegt, wobei das Vorspannungssignal so ausgewählt ist, daß der Eingangs- oder Ausgangsimpedanz ein stabiler Zustand verliehen ist, wenn das Modulationssignal gleich null ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2(a) zeigt die Beziehung zwischen einer Eingangsspannung und einem Verhältnis von Ausgangs Spannung/Eingangsspannung vor der Modulation;
• Fig. 2(b) zeigt die Beziehung zwischen einer Eingangsspannung und einem Verhältnis von Ausgangsspannung/Eingangsspannung während der erfindungsgemäßen Modulation;
• Fig. 2(c) zeigt eine Impedanzkurve vor der Modulation;
• Fig. 2(d) zeigt eine Impedanzkurve während der Modulation;
• Fig. 3 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 4 ist ein Schaltbild eines herkömmlichen Phasenmodulators für ein Mikrowellenband;
• Fig. 5 zeigt eine Modulationskurve gemäß dem herkömmlichen Phasenmodulator von Fig. 4; und
• Fig. 6 ist ein Schaltbild eines weiteren herkömmlichen Phasenmodulators.
Beschreibung der Ausführungsformen
• Gemäß Fig. 1 verfügt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenmodulators für ein Mikrowellenband über eine Phasenmodulatorschaltung 17 mit einem handelsüblichen Symmetrierglied (passive verteilte Konstantenschaltung) 1 als Symmetrierübertragerteil sowie eine Vorspannungsschaltung 18, die mit der Phasenmodulatorschaltung 17 verbunden ist.
• Neben dem handelsüblichen Symmetrierglied 1 hat die Phasenmodulatorschaltung 17 zwei PIN-Dioden 2 und 3, die mit dem Symmetrierglied 1 so verbunden sind, daß sie in diesem Fall die gleiche Polarität zueinander haben. Diese PIN-Dioden 2 und 3 sind mit einem Ausgangsanschluß O verbunden.
• Die Vorspannungsschaltung 18 hat einen Operationsverstärker 4, dessen Ausgangsanschluß mit der PIN-Diode 2 verbunden ist, einen Operationsverstärker 9, dessen Ausgangsanschluß mit der PIN-Diode 3 verbunden ist, einen Rückkopplungswiderstand 5, der zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4 verbunden ist, einen Rückkopplungswiderstand 10, der zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 verbunden ist, einen Signaleingangsanschluß B. B, der mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4 über einen Eingangswiderstand 6 und mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 über einen Eingangswiderstand 13 verbunden ist, einen Massewiderstand 8, der den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4 mit der Masse verbindet, einen Massewiderstand 11, der den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 mit der Masse verbindet, und eine Spannungsanlegeschaltung 100, die mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 4 über einen Eingangswiderstand 7 und mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 über einen Eingangswiderstand 12 verbunden ist.
• Die Spannungsanlegeschaltung 100 ist dadurch gebildet, daß ein mit einem Spannungsanlegeanschluß Vcc verbundener Widerstand 16, eine mit der Masse verbundene PIN-Diode 14 und ein zwischen ihnen angeordneter Stellwiderstand 15 in Reihe geschaltet sind. Im übrigen sind die Eingangswiderstände 7 und 12 zwischen der PIN-Diode 14 und dem Stellwiderstand 15 verbunden. Hierbei haben die PIN-Dioden 2, 3 und 14 eine Kennlinie für die Ausgangs spannungspegel, die höher als die einer Schottky-Diode ist.
• In dieser Ausführungsform wirken der Modulationssignal- Eingangsanschluß B. B, die Spannungsanlegeschaltung 100, der Operationsverstärker 9 und die Eingangswiderstände 12 und 13 als Überlagerungsanordnung, die eine Vorspannung und ein Modulationssignal der Diode 3 überlagern, d. h., als erste Überlagerungsanlegeeinrichtung. Ähnlich wirken der Signaleingangsanschluß B. B, die Spannungsanlegeschaltung 100, der Operationsverstärker 4 und die Eingangswiderstände 6 und 7 als weitere Überlagerungsanordnung, die die Vorspannung und das durch Umkehren der Phase des Modulationssignals erhaltene phasenumgekehrte Modulationssignal der Diode 2 überlagern, d. h., als zweite Überlagerungsanlegeeinrichtung. Hierbei ist die durch die Spannungsanlegeschaltung 100 angelegte Vorspannung so reguliert und festgelegt, daß Eingangs- und Ausgangsimpedanzen für die Schaltung insgesamt der stabilste Zustand verliehen wird, wenn das Modulationssignal gleich null ist.
• In Fig. 1 tritt ein HF-(Hochfrequenz-)Signal, das zum Eingangsanschluß L&sub0; des handelsüblichen Symmetrierglieds 1 eingegeben wird, in die PIN-Dioden 2 und 3 ein, nachdem seine Phase durch das handelsübliche Symmetrierglied 1 umgekehrt wird. Ein Modulations-(Basisband-)Signal VBB, das in das System vom Signaleingangsanschluß B. B eintritt, wird von der Vorspannungsschaltung 18 zur Phasenmodulationsschaltung 17 geführt. Das HF-Signal, das die PIN-Dioden 2 und 3 durchlaufen hat, und das Modulationssignal VBB von der Vorspannungsschaltung 18 werden multipliziert, und das Ergebnis wird vom Ausgangsanschluß O in der Phasenmodulationsschaltung 17 ausgegeben.
• In der Spannungsanlegeschaltung 100 wird eine Bezugsspannung (Vorspannung) VREF über den Widerstand 16 und Stellwiderstand 15 aus der am Spannungsanlegeanschluß VCC angelegten Spannung abgeleitet und zu den Operationsverstärkern 4 und 9 geführt. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 4 -(VREF - VBB), und die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 9 wird -(VREF + VBB), und die Summe der Ausgangsspannungen der Vorspannungsschaltung 18 ist konstant. Dies bedeutet, daß die Summe der an den Dioden 2 und 3 ange legten Spannungen konstant wird, was heißt, daß das Produkt von Ersatzwiderstandswerten der Dioden 2 und 3 konstant ist.
• Durch Anlegen solcher Vorspannungen ist es also möglich, die Beziehung zwischen der Eingangs Spannung (Vin) und dem Verhältnis (Vout)/(Vin) zwischen der Ausgangsspannung (Vout) und der Eingangs Spannung (Vin) gemäß der Kurve in Fig. 2(a) in eine Beziehung mit einer gewünschten Proportionalitätslinie (mit einem vorgeschriebenen Anstieg) gemäß Fig. 2(b) zu ändern. Außerdem läßt sich die Impedanz Z zur Modulationszeit auch von der glockenförmigen Kurve gemäß Fig. 2(c) in eine Gerade mit einem Anstieg null (der zeigt, daß der Signalverlust extrem klein ist) gemäß Fig. 2(d) ändern, wodurch die Impedanz Z auf einem konstanten Wert gehalten werden kann.
• In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist angenommen, daß die PIN-Dioden 2 und 3 mit dem handelsüblichen Symmetrierglied 1 so verbunden sind, daß sie die gleiche Polarität zueinander haben. Allerdings läßt sich ein ähnlicher Effekt wie zuvor beschrieben erhalten, wenn diese PIN-Dioden 2 und 3 mit dem handelsüblichen Symmetrierglied so verbunden sind, daß sie zueinander entgegengesetzte Polaritäten haben, und die Polaritäten der Operationsverstärker 4 und 9 so gestaltet sind, daß sie an die Polaritäten der PIN-Dioden 2 und 3 angepaßt sind. In Fig. 3 ist ein Schaltbild dieser Ausführungsform gezeigt.
• Wie zuvor beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß durch Verwendung der PIN-Dioden in der Phasenmodulationsschaltung und der Vorspannungsschaltung, die die an den beiden Dioden angelegte Spannungssumme konstant hält, ein Phasenmodulator mit kleinem Signalverlust, konstanter Impedanz und erwünschter geradliniger Modulationskurve mit einer einfachen Schaltungskonfiguration erhalten. Indem man die Impedanz der PIN- Diodenanordnung auf einem Optimalwert hält, läßt sich erfindungsgemäß ferner eine schädliche Beeinflussung, d. h. Beeinträchtigung des Träger-Rausch-Verhältnisses in der Modulationsausgabe, infolge von Lastschwankung eines lokalen Frequenzschwingungsteils verhindern.

Claims (7)

1. Phasenmodulafcor für ein Mikrowellenband mit:

einem Übertrager (1), der ein Trägersignal empfängt;

zwei Dioden (2, 3), die mit dem Übertrager verbunden sind und jeweils ein Modulationssignal empfangen; und

einer Vorspannungsschaltung (18) zum Anlegen von Vorspannung an den beiden Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorspannungsschaltung (18) eine Anordnung (4 bis 16) zum Konstanthalten der Summe der an den beiden Dioden angelegten Vorspannungen aufweist.

2. Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei der Übertrager ein Symmetrierübertrager (1) ist und die beiden Dioden (2, 3) mit dem Übertrager so verbunden sind, daß sie die gleiche Polarität zueinander haben, wobei der Phasenmodulator ferner aufweist: eine erste Einrichtung (9, 12, 13, 100) zum Anlegen einer der Vorspannungen und des Modulationssignals an einer der beiden Dioden und eine zweite Einrichtung (4, 6, 7, 100) zum Anlegen der anderen Vorspannung und eines aus dem Modulationssignal erzeugten phasenumgekehrten Modulationssignals an der anderen Diode.

3. Phasenmodulator nach Anspruch 1, wobei der Übertrager ein Symmetrierübertrager (1) ist und die beiden Dioden (2, 3) mit dem Übertrager so verbunden sind, daß sie entgegengesetzte Polaritäten haben, wobei der Phasenmodulator ferner aufweist: eine erste Einrichtung (9, 12, 13, 100) zum Anlegen einer der Vorspannungen und des Modulationssignals an einer der beiden Dioden und eine zweite Einrichtung (4, 6, 7, 100) zum Anlegen der anderen Vorspannung und eines aus dem Modulationssignal er zeugten phasenumgekehrten Modulationssignals an der anderen Diode.

4. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorspannungsschaltung eine Reihenschaltung aus einem Stellwiderstand (15) und einer zweiten Diode (14) aufweist.

5. Phasenmodulator nach Anspruch 4, wobei die ersten Dioden (2, 3) und die zweite Diode (14) PIN-Dioden sind.

6. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste und zweite Anlegeeinrichtung einen Operationsverstärker (4, 9) aufweisen, der die Vorspannung und das Modulationssignal empfängt.

7. Phasenmodulator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Symmetrierübertrager ein handelsübliches Symmetrierglied (1) ist.