DK167722B1 - Kredsloeb til baandomskiftning af en spaendingsstyret oscillator - Google Patents

Description

DK 167722 Bl i

Den foreliggende opfindelse angår en spændingsstyret oscillator (VCO) og mere specielt et kredsløb til båndomskiftning af en VCO, samtidig med at styreliniefølsomheden holdes i det væsentlige konstant.

5

Spændingsstyrede oscillatorer med en udgangsfrekvens, der er variabel over et eller andet forudbestemt område i overensstemmelse med en indgangsstyrespænding, er velkendte elementer i kommunikationsudstyr, såsom radio- og fjernsynsapparater. Det er også velkendt, at 10 ved båndomskiftning af en VCO, der anvender faste kondensatorer (dvs. ved bevægelse fra et første til et andet forudbestemt frekvensbånd), ændres følsomheden af VCO's tankkreds, idet følsomheden står i relation til variationen i udgangsfrekvens med varierende indgangsstyrespænding. I almindelighed og bortset fra et eller andet 15 kredsløb til at kompensere for virkningen er frekvensvariationen i det høje frekvensbånd forskellig fra (større eller mindre) frekvensvariationen i det lave frekvensbånd under forudsætning af den samme ændring i indgangsstyrespænding og afhængigt af, hvor kapaci-tansen tilføjes i resonanskredsløbet.

20

For at kompensere for denne virkning af varierende følsomhed indbefatter den kendte teknik kredsløb, hvor induktanser omskiftes for at opretholde konstante følsomheder ved ændring af frekvensområder, eller komplekse VCO udførelser, der anvender multi pelvaraktorer 25 eller -omskiftere, benyttes. Eksempler på det foregående er omhandlet i US patentskrift nr. 3.813.615, US patentskrift nr. 3.825.858 og US patentskrift nr. 3.866.138.

Selv om de foregående patentskrifter primært indebærer omskiftning 30 af induktanser, er der en række grunde til, at omskiftning af kondensatorer er mere ønskelig. En årsag er, at udtags- eller fler-dobbelthedsspoler er vanskelige at tilpasse fint til nøjagtig frekvensomskiftning. Opretholdelse af god tankkvalitetsfaktor Q i forhold til skarpheden af resonansfrekvensspidsen kan også være 35 vanskeligere ved induktansomskiftning, og flerdobbelte spoler optager nødvendigvis plads i denne miniaturiseringstid for elektroniske kredsløb. Simple kondensatorændringer vil imidlertid enten kræve mere komplekse VCO udformninger, eller de ændrer VCO følsomheden drastisk. Følgelig er der blevet anvendt komplekse VCO udførelser, 2 DK 167722 B1 men de kræver flerdobbelte elektroniske omskiftere, som igen anvender flerdobbelte komponenter, der kan være kostbare, pladskrævende og/eller upålidelige.

5 Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe et oscillatortankkredsløb til båndomskiftning af en VCO, samtidig med at styreliniefølsomheden holdes i det væsentlige konstant.

Det er et yderligere formål med den foreliggende opfindelse at 10 anvende kondensatoromskiftning i et oscillatortankkredsløb til båndomskiftning af en VCO.

Det er yderligere opfindelsens formål at udføre båndomskiftning, samtidig med at styreliniefølsomheden opretholdes, med anvendelse af 15 færre dele, specielt omskiftere, end hidtil.

I henhold til den foreliggende opfindelse opnås dette ved hjælp af et oscillatortankkredsløb til båndomskiftning af en spændingsstyret oscillator, samtidig med at styreliniefølsomheden holdes i det 20 væsentlige konstant, hvilket kredsløb har en styrelinieindgang og en udgangsterminal samt indbefatter en varaktor, der er koblet til styrelinieindgangen ved en første ende og til udgangsterminalen ved en anden ende, og hvor en første kondensator er forbundet mellem styrelinieindgangen og jordpotential, og en afstemningsinduktans er 25 forbundet mellem udgangsterminalen og jord, hvor kredsløbet er ejendommeligt ved en anden kondensator, der har en til styrelinie indgangen koblet første ende og en anden ende, en tredie kondensator, der har en første ende og en til udgangsterminalen koblet anden ende, og et omskiftningsorgan, der er koblet til den anden ende af 30 den anden kondensator og til den første ende af den tredie kondensator, hvilket omskiftningsorgan har en første og anden omskiftningstilstand, og når det er i den første omskiftningstilstand serieforbinder det den anden og tredie kondensator i parallel med varaktoren, medens det i sin anden omskiftningstilstand kobler den 35 anden ende af den anden kondensator og den første ende af den tredie kondensator til jordpotential. Den kapacitive anordning bestående af de to kondensatorer omskiftes ved forbindelsespunktet af disse, hvorved den kapacitive anordning shuntes over den spændingsvariable kondensator (varaktor) i højfrekvensbånd-driftstilstanden. Ved 3 DK 167722 B1 lavfrekvensbånd-drift bliver den kapacitive anordning skiftet til jord, idet de to kondensatorer samtidigt lægger sig på modsatte sider af varaktoren. I denne lukkede stilling vokser den samlede kapacitans af det afstemte kredsløb og sænker således den afstemte 5 frekvens af kredsløbet. Da den omskiftede kapacitans, dvs. kapaci-tansen, som ændrer den afstemte frekvens af kredsløbet, anbringes på begge sider af varaktoren, opretholder denne sin følsomhed.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til 10 tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk diagram over et kendt spændings styret oscillatorkredsløb, fig. 2 en skematisk afbildning af et typisk oscillatortank- 15 kredsløb, fig. 3A og 3B grafiske afbildninger af følsomheden i tilknytning til henholdsvis det lave og det høje frekvensbånd for oscillatortankkredsløbet i fig. 2, fig. 4 et skematisk diagram over et kendt oscillatortank- 20 kredsløb udformet til konstant følsomhed mellem høj- og lavfrekvensbånd og fig. 5 en skematisk afbildning af oscillatortankkredsløbet ifølge den foreliggende opfindelse.

25 Der henvises nu til tegningen, hvor ens henvisningsbetegnelser svarer til ens elementer overalt, og der henvises først til fig. 1, hvor der er vist en velkendt spændingsstyret oscillator (VCO) 10 med et udgangsfrekvenssignal 12, som er variabelt over et eller andet område i overensstemmelse med en indgangsstyrespænding 14. En 30 omskifter 16 anvendes til at skifte fra et frekvensbånd til et andet. Når der er tale om en tovejsradio, kan dette repræsentere omskiftning mellem den øvre og nedre halvdel af eksempelvis båndet 150 til 174 MHz, når omskifteren 16 sluttes.

35 Det er velkendt, at ved båndomskiftning af en VCO ved anvendelse af en kondensator ændrer følsomheden af kredsløbet sig også. Ved det typiske oscillatortankkredsløb i fig. 2 omfattende en spændingsvariabel kondensator (varaktor) D, en kondensator Cl og en tankspole L drevet af en styrespænding over en selvinduktion 17 og forbundet med 4 DK 167722 B1 et oscillatorkredsløb vokser følsomheden ved det højere frekvensbånd sammenlignet med det lavere frekvensbånd, når kondensatoren C2 _ omskiftes ved hjælp af omskifteren SI. Dette er vist skematisk i

D

fig. 3A og 3B, som viser ændringen i frekvens ved ændring af styrespændingen ved henholdsvis det lave og det høje frekvensbånd. Samme ændringer i styrespænding frembringer væsentligt større frekvensændring AF2 ved det højere frekvensbånd. Dette har den ulempe, at enkeltsidebåndsstøj vokser ved den højere frekvens. For at reducere støjniveauet ved den højere frekvens vil det være ønskeligt at reducere AF2 for at nærme den til støjniveauet i det lavere bånd, nemlig AF1, hvilket kan ske ved at reducere styrespændingsændringen til ca. halvdelen af, hvad den er i fig. 3B. Dette reducerer natur-1C ligvis også AFl til ca. halvdelen af det ønskede frekvensområde.

lD

Dette problem er blevet erkendt ved de kendte systemer, og der er blevet udviklet kredsløb til at holde følsomheden i det væsentlige konstant over hele frekvensområdet for VCO ved at afpasse frekvens-2q området i forhold til støj for at tilvejebringe god syntetisa-torsløjfefunktion. En kendt løsning er vist i fig. 4. Det er velkendt at tilføjelse af kapacitans til tankkredsen ændrer kredsens følsomhed, og afhængigt af hvor den tilføjes, kan den enten forøge eller formindske følsomheden. Kredsløbet i fig. 4 er et kredsløb, som søger at afveje virkningerne og holde følsomheden i det væsentlige konstant over det af interesse værende frekvensområde. En kondensator C3 tilføjet i parallel med kondensatoren Cl virker i retning af at forøge følsomheden af VCO, hvorimod tilføjelse af en kapacitans C2 over induktansen L virker i retning af at formindske 30 følsomheden. Kondensatoren C3 føres ind i kredsløbet ved at slutte omskifteren S2, medens kondensatoren C2 bringes i funktion af omskifteren SI. Omskifterne SI og S2 aktiveres samtidigt (begge åbne/begge lukkede) ved omskiftning mellem henholdsvis det høje og det lave bånd. Naturligvis vil værdierne af C2 og C3 afhænge af det 25 valgte kredsløb og specielt af værdierne af kondensatoren Cl, varaktoren D og afstemningsspolen L. Det ligger inden for fagmandens kunnen at vælge de rigtige værdier. Når de samlede virkninger af kondensatorerne C2 og C3 er afbalanceret, kan frekvensområdet ændres, medens VCO's følsomhed forbliver konstant.

I kendte kondensatoromskiftede VCO kredsløb bliver DK 167722 B1 5 følsomhedsvirkningen således afbalanceret ved indkobling af både C2 og C3 ved det passende lavere frekvensbånd ved samtidig slutning af omskifterne SI og S2. Omskifterne SI og S2 er ikke simple mekaniske omskiftere, men derimod komplekse elektroniske omskiftere med flere 5 komponenter. Medens kondensatorerne og induktansen i VCO tankkredsen er relativt billige, forøger de elektroniske omskiftere prisen på systemet betydeligt. Den foreliggende opfindelse tilsigter at udføre den samme funktion med kun én omskifter og derfor betydeligt mindre kredsløbspris.

10

Der henvises nu til fig. 5, hvor der er vist et oscillatortank-kredsløb 18 i overensstemmelse med den foretrukne udførelsesform for opfindelsen, hvor placeringen af varaktoren D og kondensatoren Cl er blevet ombyttet sammenlignet med den kendte kreds i fig. 4. Dette 15 frembringer en udformning, som kan modificeres yderligere for at opnå det formål at tilføje kapacitans i parallel med afstemningsspolen L og i serie med dioden D, ligesom det sker ved den kendte udførelsesform i fig. 4, men med anvendelse af kun én omskifter. Et kapacitivt element 20, der er forbundet i parallel med varaktoren D 20 er opdelt i to dele C4 og C5, og en omskifter S3 er forbundet mellem forbindelsespunktet 24 af den delte kondensators dele C4, C5 og jord. Afstemningsspolen L er forbundet med jord ligesom tidligere, og kondensatoren Cl (der erstatter varaktoren D i det kendte kredsløb) er ligeledes jordet. Det skal bemærkes, at varaktoren D kan 25 være et hvilket som helst system af ens dioder (indbefattende multipel- eller veksel koblede varaktorer) efter konstruktørens valg.

Når omskifteren S3 er åben, er virkningen, at en eller anden lille kapacitans tilføjes i parallel med varaktoren D for derved at 30 formindske koblingen og formindske følsomheden. Denne tilføjede kapacitans har tilbøjelighed til at formindske den samlede virkning ved at variere varaktoren D's kapacitans (og således VCO's følsomhed). Dette kan der kompenseres for ved en lille forøgelse af kapa-citansen af Cl og formindskelse af induktansen af afstemningsspolen 35 L for at vende tilbage til den ønskede følsomhed. Ved korrekt valg af værdien af kondensatorerne C1,C4 og C5 kan den ønskede grad af følsomhed i det høje og lave bånd opnås.

Når omskifteren S3 lukkes, er virkningen, at der tilføjes kapacitans UK lb//ZZ ΒΊ 6 direkte til jord i parallel med induktansen L, medens kondensatoren C4 kobles direkte til jord for derved at forøge koblingen i lavfrekvensbåndet. En iterativ procedure kan være påkrævet for at tilvejebringe både den korrekte frekvensbåndsændring og korrekt følsomhed 5 i begge bånd ved at variere værdierne af kondensatorerne C1,C4 og C5 og induktansen L. Når de imidlertid er bestemt, er konstruktionen fuldstændig og vil arbejde korrekt under alle omstændigheder.

Naturligvis skal værdierne af Cl,C4 og C5 vælges velovervejet med 10 hensyn til enhver bestemt anvendelse og andre kredsløbsparametre, men det er klart, at der med den foreliggende opfindelse kun behøves én omskifter (enten mekanisk eller elektronisk), hvor den kendte teknik kræver anvendelse af to, medens det samlede antal af andre komponenter forbliver det samme, omend med noget forskellige kapa-15 citeter.

Den bedste måde til udførelse af opfindelsen er blevet angivet i beskrivelsen ovenfor. Specielt er dette blevet opnået ved angivelse af det foretrukne elektriske arrangement, som hører til vellykket 20 udførelse i praksis (indbefattende fremstilling og anvendelse) af opfindelsen på den bedste måde på tidspunktet for udførelse af den foreliggende patentansøgning.

Fagmanden vil indse, at visse ændringer kan foretages på den ovenfor 25 beskrevne opfindelse uden at afvige fra den opfinderiske idé.

Eksempelvis kan diode eller varaktor D erstattes af flere dioder og tilhørende kredsløb, og omskifteren S3 kan approximeres mere simpelt af en transistoromskifter til jord i stedet for et mere kompliceret pi ndi odearrangement.

30 35

Claims (4)

7 DK 167722 B1 Patentkrav.

1. Oscillatortankkredsløb (18) til båndomskiftning af en spændingsstyret oscillator, samtidig med at styreliniefølsomheden holdes i 5 det væsentlige konstant, hvilket kredsløb (18) har en styrelinie indgang og en udgangsterminal samt indbefatter en varaktor (D), der er koblet til styrelinieindgangen ved en første ende og til udgangsterminalen ved en anden ende, og hvor en første kondensator (Cl) er forbundet mellem styrelinieindgangen og jordpotential, og en 10 afstemningsinduktans (L) er forbundet mellem udgangsterminalen og jord, kendetegnet ved en anden kondensator (C4), der har en til styrelinieindgangen koblet første ende og en anden ende, en tredie kondensator (C5), der har en første ende og en til udgangsterminalen koblet anden ende, og et omskiftningsorgan (S3), der er 15 koblet til den anden ende af den anden kondensator (C4) og til den første ende af den tredie kondensator (C5), hvilket omskiftningsor gan har en første og anden omskiftningstilstand, og når det er i den første omskiftningstilstand serieforbinder det den anden og tredie kondensator (C4,C5) i parallel med varaktoren (D), medens det i sin 20 anden omskiftningstilstand kobler den anden ende af den anden kondensator (C4) og den første ende af den tredie kondensator (C5) til jordpotential.

2. Oscillatortankkredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, 25 at omskiftningsorganet (S3) omfatter en mekanisk omskifter.

3. Oscillatortankkredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omskiftningsorganet (S3) omfatter en elektrisk omskifter.

4. Oscillatortankkredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omskiftningsorganet (S3) i den anden omskiftningstilstand forbinder den anden kondensator (C4) i parallel med den første kondensator (Cl) og den tredie kondensator (C5) i parallel med induktansen (L). 35