FR2494929A1 - Voltage controlled UHF transistor oscillator - has octave range output using varicap diode and resonant line in base circuit with impedance shunt across diode removing parasitic resonance - Google Patents
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Abstract
Description
OSCILLATEUR HYPERFREQUENCE A TRANSISTOR, ACCORDABLE PAR TENSI -#
La présente invention concerne un oscillateur hyperfréquence
à transistor (oscillant en bande L et sur une partie de la bande S)
dont la fréquence est variable de manière continue en fonction d'une
tension continue polarisant à l'envers au moins une dinde à capacité
variable.TRANSISTOR MICROWAVE OSCILLATOR, TUNABLE BY TENSI - #
The present invention relates to a microwave oscillator
transistor (oscillating in L-band and part of S-band)
whose frequency is continuously variable depending on a
DC voltage reverse biasing at least one capacity turkey
variable.
Par l'expression "hyperfréquence" on doit comprendre ici,
notamment, la partie supérieure (de 1 à 3 GHz) de la bande des
ultra-hautes fréquences (U.H.F. - de 300MHz à 3 GHz ou
3 000 MHz), c'est-à-dire la bande des ondes décimé triques (dont la longueur d'onde est, par exemple, comprise entre 10 et 30 centimètres), appelées respectivement bandes S et L, qui permet l'utilisation, sans encombrement excessif, de lignes de quart-d'onde (h/4) comme éléments résonnants d'accord.By the expression "microwave" we must understand here,
in particular, the upper part (from 1 to 3 GHz) of the band of
ultra-high frequencies (UHF - from 300MHz to 3 GHz or
3000 MHz), that is to say the decimated wave band (whose wavelength is, for example, between 10 and 30 centimeters), called respectively S and L bands, which allows the use , without excessive bulk, of quarter-wave lines (h / 4) as resonant tuning elements.
Des oscillateurs U.H.F. à transistors et à lignes de quartd'onde ont été décrit dans le recueil de notes d'application intitulé "RF POWER TRANSISTOR APPLICATION NOTES" de la société américaine RCA, Solid State Division, notamment la note d'application n0 AN-6084 de HODOWANEC aux pages 451-457, intitulée "HIGH-POWER TRANSISTOR MJCROWAVE OSCILLATORS", datant de mai 1973, ou aux pages 409 à 412 de l'ouvrage français de
CARRASCO et LAURET intitulé "COURS FONDAMENTAL DE
TELEVISION", publié aux "EDITIONS RADIO" en 1976.UHF oscillators with transistors and quarter-wave lines have been described in the collection of application notes entitled "RF POWER TRANSISTOR APPLICATION NOTES" from the American company RCA, Solid State Division, in particular application note n0 AN- 6084 by HODOWANEC on pages 451-457, entitled "HIGH-POWER TRANSISTOR MJCROWAVE OSCILLATORS", dating from May 1973, or on pages 409 to 412 of the French work of
CARRASCO and LAURET entitled "FUNDAMENTAL COURSE OF
TELEVISION ", published in" EDITIONS RADIO "in 1976.
Un oscillateur hyperfréquence de ce type peut être utilisé, par exemple, comme oscillateur local accordable de manière continue pour un mélangeur unique destiné à transposer un signal hautefréquence qu'il reçoit, soit vers le bas, c'est-à-dire dans une bande centrée autour d'une fréquence intermédiaire de quelques dizaines ou centaines de mégahertz, de la manière d'un récepteur de signaux radar primaire ou secondaire ou comme second oscillateur local pour un second mélangeur utilisé dans un récepteur destiné à recevoir directement des signaux de télévision diffusés par un satellite génstationnaire, dans une bande allant de 11,7 à 12,3 GHz (cornme décrit dans de nombreux articles, tels que ceux de FREEMAN aux pages 234 à 23b de la revue britannique "THE RADIO AND
ELECTRONIC ENGINEER", Vol. 47, n0. 5 du mois de mai 1977; de
DOUVILLE dans la revue américaine "IEEE TRANSACTIONS ON
MICROWAVE THEORY AND TECHNIQ#JES", Vol. MTT-25, n . 12, du mois de décembre 1977 ; de KONISHI aux pages 720 à 725 du Vol.#MTT-26, n . 10 de la revue précédentes du mois d'octobre 1978 de HAWKER aux pages 27 à 35 de la revue britannique "IBA
TECHNICAL REVIEW" n . 11, du mois de juillet 1978 ; et de
HALAYKO et HUCK aux pages 112 à 119 de la revue américaine "IEEE TRANSACTIONS ON CABALE TELEVISION", Vol.CATV-3, n . 3 du mois de juillet 1978, par exemple), où un premier mélangeur transposeur vers le bas alimenté par un premier oscillateur local à fréquence fixe, sert à transposer les porteuses modulées en fréquence, de la bande des 12GHz vers une première bande de fréquences intermédiaires située sensiblement dans la bande L (de 0,9 à 1,4 GHz environ), par exemple (voir également demande de brevet français nn EN 80 09387 déposée le 25 avril 1980 par la société "THOMSON-BRANDT").A microwave oscillator of this type can be used, for example, as a continuously tunable local oscillator for a single mixer intended to transpose a high-frequency signal which it receives, either downwards, i.e. in a band centered around an intermediate frequency of a few tens or hundreds of megahertz, in the manner of a primary or secondary radar signal receiver or as a second local oscillator for a second mixer used in a receiver intended to directly receive broadcast television signals by a stationary satellite, in a band going from 11.7 to 12.3 GHz (as described in numerous articles, such as those of FREEMAN on pages 234 to 23b of the British review "THE RADIO AND
ELECTRONIC ENGINEER ", Vol. 47, no. 5 of May 1977;
DOUVILLE in the American magazine "IEEE TRANSACTIONS ON
MICROWAVE THEORY AND TECHNIQ # JES ", Vol. MTT-25, n. 12, of December 1977; from KONISHI on pages 720 to 725 of Vol. # MTT-26, n. 10 of the previous review of month October 1978 by HAWKER on pages 27 to 35 of the British journal "IBA
TECHNICAL REVIEW "n. 11, from July 1978; and from
HALAYKO and HUCK on pages 112 to 119 of the American review "IEEE TRANSACTIONS ON CABALE TELEVISION", Vol.CATV-3, n. 3 of July 1978, for example), where a first down transposing mixer powered by a first local oscillator at fixed frequency, is used to transpose the frequency modulated carriers, from the 12 GHz band to a first intermediate frequency band located substantially in the L band (from 0.9 to 1.4 GHz approximately), for example (see also French patent application nn EN 80 09387 filed on April 25, 1980 by the company "THOMSON-BRANDT").
Une autre application avantageuse de l'oscillateur hyperfréquence suivant l'invention est son utilisation dans une tête hautefréquence ("tuner" en anglais) universelle pour récepteur de télévision permettant de recevoir des signaux dans toutes les bandes
VHF et UHF allouées à la diffusion de signaux de télévision (qui s'étendent de 41 à 940 MHz environ), sans commutation de réactances au niveau de l'oscillateur local. Ceci a été décrit dans une demande de brevet français n0 EN 80 24970 déposée le 25 novembre 1980 par le même demandeur.Cette tête H.F. est à double changement de fréquence dont le premier permet de transposer toutes les bandes VHF et UHF (et même celles de la télévision par câbles) vers le haut, sur une prem bre fréquenec intermédiaire située dans la bande L entre la fréquence maximale des bandes UHF (V) et la fréquence minimale de l'oscillateur et dont le second réalise une transposition vers le bas, dans la bande F.l. normalisée des récepteurs Je télévision classique.Another advantageous application of the microwave oscillator according to the invention is its use in a high frequency head ("tuner" in English) universal for television receiver making it possible to receive signals in all the bands
VHF and UHF allocated to the broadcasting of television signals (which range from approximately 41 to 940 MHz), without switching of reactances at the level of the local oscillator. This has been described in a French patent application no. EN 80 24970 filed on November 25, 1980 by the same applicant. This HF head has a double frequency change, the first of which allows all the VHF and UHF bands (and even those of cable television) upwards, on a first intermediate frequency located in the L band between the maximum frequency of the UHF (V) bands and the minimum frequency of the oscillator and the second of which realizes a transposition downwards, in the normalized F1 band of conventional television receivers.
Ceci signifie que l'oscillateur local doit permettre une variation continue de sa fréquence sur une octave environ, c'est-à-dire approximativement de 1,2 à 2,2 GHz sans aucun trou ou affaiblissement notable des oscillations dans cette gamme et cela au moyen d'une tension continue, dite d'accord, pour constituer un oscillateur hyperfréquence commandable par une tension de façon à pouvoir commander son accord à l'aide d'un synthétiseur de tension ou de fréquence et/ou d'une boucle de commande automatique de fréquence (appelée "automatic frequency control" ou "automatic fine tuning" en anglais). This means that the local oscillator must allow a continuous variation of its frequency over an octave, that is to say approximately from 1.2 to 2.2 GHz without any hole or notable weakening of the oscillations in this range and that by means of a DC voltage, called a chord, to constitute a microwave oscillator controllable by a voltage so as to be able to control its chord using a voltage or frequency synthesizer and / or a loop automatic frequency control (called "automatic frequency control" or "automatic fine tuning" in English).
Dans la Note d'Application RCA précitée, on a montré un oscillateur hyperfréquence à transistor du type dit de "Colpitts" dont la gamme d'accord s'étend sur 300 MHz, de 1,1 à 1,4 GHz environ. Il est également connu de faire varier l'accord d'une ligne de quart-d'onde (; /4) par la variation d'une capacité de réglage réunissant l'une des extrémités de cette ligne à la masse. Cette capacité de réglage peut, de manière évidente, être remplacée par une diode à capacité variable polarisée à l'envers.Si le rapport
LC/C de la variation 6 C de la capacité entre ses valeurs maximale et minimale à sa valeur moyenne C, où , C = C max -
C min et C = (C max + C min#12, est insuffisant pour que le rapport
~F/F puisse être égal à 0,6 environ (où 1~ F = F - F
max min = 1 0Hz et F = max + Fmin)/2 = 1,7 GHz environ). Par conséquent, pour obtenir un oscillateur hyperfréquence à commande par tension et à grande pente ( F/. V de 80 MHz/V environ), il faut mettre en série avec la ligne de quart d'onde, deux diodes à capacité variable, de manière à diviser par deux la variation C et pali quatre la valeur moyenne C (c'est-à-dire de multiplier le rapport X C/1: par deux).In the aforementioned RCA Application Note, a transistor microwave oscillator of the so-called "Colpitts" type has been shown, the tuning range of which extends over 300 MHz, from about 1.1 to 1.4 GHz. It is also known to vary the tuning of a quarter-wave line (; / 4) by the variation of an adjustment capacity joining one of the ends of this line to ground. This adjustment capacity can obviously be replaced by a variable capacity diode polarized upside down.
LC / C of the variation 6 C of the capacity between its maximum and minimum values to its average value C, where, C = C max -
C min and C = (C max + C min # 12, is insufficient for the ratio
~ F / F can be equal to about 0.6 (where 1 ~ F = F - F
max min = 1 0Hz and F = max + Fmin) / 2 = 1.7 GHz approximately). Consequently, to obtain a voltage-controlled and large-slope microwave oscillator (F /. V of 80 MHz / V approximately), two diodes with variable capacitance must be connected in series with the quarter-wave line. so as to divide by two the variation C and pali four the mean value C (that is to say to multiply the ratio XC / 1: by two).
De toute façon, l'utilisation de diodes à capacité variable en série avec une ligne de quart-d'onde dans cette partie inférieure de 1 à 3 GHz de la bande d'hyperfréquences implique la formation de circuits résonnants série qui constituent alors des trappes ou des filtres à bande d'arrêt (dits "band-stop filters1, en anglais) ou de réjection parasites pour #certaines fréquences dans cette bande, provoquant l'arrêt de l'oscillation sur une ou plusieures parties du spectre désiré. In any case, the use of variable capacitance diodes in series with a quarter-wave line in this lower part of 1 to 3 GHz of the microwave band involves the formation of series resonant circuits which then constitute hatches or stop band filters (so-called "band-stop filters1" or parasitic rejection for # certain frequencies in this band, causing the oscillation to stop on one or more parts of the desired spectrum.
La présente invention permet également de re nédier à cet inconvénient et de réaliser un oscillatsur hyperfréquence de fréquence variable de manière continue à l'aide d'une tension d'accord, tout en utilisant des composants du type "grand public" au moindre prix, sans éléments bobinés de précision et sans éléments de commutation. The present invention also makes it possible to overcome this drawback and to realize a microwave oscillation on a variable frequency continuously using a tuning voltage, while using components of the "general public" type at the lowest price, without precision wound elements and without switching elements.
Suivant#l'invention, un oscillateur hyperfréquence comportant un transistor hyperfréquence dont la fréquence de transition est supérieure à et, de préférence, au moins égale au double de la fréquence d'oscillation maximale désirée et dont l'une des électrodes est couplée à l'une des extrémités d'un premier tronçon de ligne de matériau conducteur présentant une inductance série et une capacité parallèle par unité de longueur qui déterminent son impédance caractéristique, l'autre extrémité du premier tronçon de ligne étant couplée, par au moins une diode à capacité variable en fonction de sa tension de polarisation inverse entre des valeurs maximale et minimale, à la masse, la longueur de ce premier tronçon de ligne étant calculée de manière à former avec la capacité minimale de la diode un circuit résonnant à une fréquence au moins égale à la fréquence d'oscillation maximale désirée, caractérisé en ce que l'autre extrémité.du premier tronçon de ligne est reliée, en outre, à la masse au moyen d'un sec#ond tronçon de ligne d'impédance caractéristique notablement supérieure à celle du premier,-connecté en parallèle avec la ou les diodes à capacité variable, afin de transférer les fréquences de résonance série parasites formant trappe, en dehors de la gamme des fréquences d'oscillation désirées de l'oscillateur. According to # the invention, a microwave oscillator comprising a microwave transistor whose transition frequency is greater than and, preferably, at least equal to twice the maximum desired oscillation frequency and one of the electrodes of which is coupled to the one of the ends of a first line section of conductive material having a series inductance and a parallel capacitance per unit of length which determine its characteristic impedance, the other end of the first line section being coupled, by at least one diode to variable capacity as a function of its reverse bias voltage between maximum and minimum values, to ground, the length of this first section of line being calculated so as to form with the minimum capacity of the diode a circuit resonant at a frequency at least equal to the desired maximum oscillation frequency, characterized in that the other end of the first line section is furthermore connected to ground at by means of a sec # ond section of characteristic impedance line notably greater than that of the first, -connected in parallel with the diode (s) with variable capacitance, in order to transfer the parasitic series resonance frequencies forming a trap, outside the range of desired oscillation frequencies of the oscillator.
L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages apparaîtront de la description ci-après des dessins annexés s'y rapportant, donnés à titre d'exemple nonlimitatif, sur lesquels
- les figures l-a et 1-b représentent très schématiquement deux exemples de réalisation classiques d'un oscillateur hyperfréquence, notamment suivant la Note d'Application RCA précitée, dont le second est à fréquence comrnandable par tension, du fait du remplacement du condensateur d'accord par une diode à capacité variable
- la figure 2 est un schéma illustrant une modification par rapport à la figure 1-b, qui permet d'augmenter la pente F/ V de l'oscillateur hyperfréquence pour étendre sa gamme de variation de fréquence F en augmentant le rapport C/C par la mise en série de deux diodes à capacité variable
- la figure 3 représente le schéma équivalent d'une diode à capacité variable pour illustrer le défaut des circuits des figures 1-b et 2 ; et
- la figure 4 est le schéma de principe d'un mode de réalisation de l'oscillateur hyperfréquence dont la fréquence est commandable par une tension de manière continue sur environ une octave (de 1,2 à 2,3 GHz), suivant l'invention.The invention will be better understood and other of its characteristics and advantages will appear from the following description of the accompanying drawings relating thereto, given by way of nonlimiting example, in which
- Figures la and 1-b show very schematically two classic embodiments of a microwave oscillator, in particular according to the RCA Application Note mentioned above, the second of which is at frequency controllable by voltage, due to the replacement of the capacitor tuning by a variable capacity diode
- figure 2 is a diagram illustrating a modification compared to figure 1-b, which makes it possible to increase the slope F / V of the microwave oscillator to extend its range of variation of frequency F by increasing the ratio C / C by connecting two variable capacity diodes in series
- Figure 3 shows the equivalent diagram of a variable capacity diode to illustrate the fault of the circuits of Figures 1-b and 2; and
- Figure 4 is the block diagram of an embodiment of the microwave oscillator whose frequency is controllable by a voltage continuously over about an octave (from 1.2 to 2.3 GHz), according to invention.
Sur la figure la, on a représenté un oscillateur hyperfréquence à circuit résonnant sous la forme d'une ligne de transmission 1 dont une extrémité est connectée à la base d'un transistor hyperfréquence bipolaire 2, de type NPN, et dont l'autre extrémité est connectée à l'une des armatures d'un condensateur variable 3, du genre appelé en anglais "trimmer capacitor", dont l'autre armature est reliée à la masse 4 et dont la capacité C3 peut être réglée entre quelques dizièmes et quelques picofarads.La ligne 1 est réalisé à l'aide d'un couche conductrice allongée de largeur W prédéterminée et de la longueur L inférieure au quart de la longueur d'onde ( ^ 9/4) de la fréquence maximale d'oscillation désirée, recouvrant l'une des fanes d'une plaquette diélectrique (isolante), dont l'autre face constituant le plan de masse, est entièrement recouverte d'une couche conductrice pour former ensemble une ligne de transmission asymé trique (appelée "strip-line" ou "microstrip" dans la littérature anglo
américaine, comme, par exemple, dans l'ouvrage britannique de
HARVEY intitulé "MICROWAVE ENGINEERING" publié par
"ACADEMlC PRESS" en 1963, notamment aux pages 4U7-408 et 412
415). Les couches conductrices sont généralement réalisées en
cuivre e fixées sur le dialectrique à faible pertes, tel que des fibres
de verres imprégnées de silicone ou de polytétrafluoroéthylène ou
PTFE (commercialisé sous la rnïrqur déposée "TEFLON") dont les
constantes diélectriques sont respectivement de 4,2 et 2,7 envi
ron, par la technologie classique des circuits imprimés décrite, par
exemple, aux pages 428 à 430 de l'ouvrage de HARVEY précité.FIG. 1a shows a microwave oscillator with a resonant circuit in the form of a transmission line 1, one end of which is connected to the base of a bipolar microwave transistor 2, of NPN type, and the other end of which is connected to one of the armatures of a variable capacitor 3, of the type known in English as "trimmer capacitor", the other armature of which is connected to ground 4 and the capacity C3 of which can be adjusted between a few tenths and a few picofarads Line 1 is produced using an elongated conductive layer of predetermined width W and of length L less than a quarter of the wavelength (^ 9/4) of the maximum desired oscillation frequency, covering one of the haulms of a dielectric (insulating) plate, the other side of which constitutes the ground plane, is entirely covered with a conductive layer to together form an asymmetric transmission line (called "strip-line" or "microstrip" in the literature an glo
American, as, for example, in the British book by
HARVEY entitled "MICROWAVE ENGINEERING" published by
"ACADEMlC PRESS" in 1963, in particular on pages 4U7-408 and 412
415). The conductive layers are generally made in
copper e fixed on the dialectric with low losses, such as fibers
glasses impregnated with silicone or polytetrafluoroethylene or
PTFE (marketed under the registered trademark "TEFLON") whose
dielectric constants are 4.2 and 2.7 respectively
ron, by the conventional printed circuit technology described, by
example, on pages 428 to 430 of the aforementioned work of HARVEY.
La longueur d'onde sur la ligne # g et son impédance carac
g
téristique ZO sont, par conséquent, fonctions de la largeur W de la
ligne, de l'épaisseur T du diélectrique et de la constante di
électrique (pour les calculs exacts voir, par exemple, l'ouvrage de
HOWE intitulé "STRIPLINE CIRCUIT DESIGN" publié par ARTECH
HOUSE, INC., en 1974 et de nombreuses articles cités dans la
bibliographie de cet ouvrage et de celui de HARVEY précité).The wavelength on line # g and its charac impedance
g
ZO teristics are, therefore, functions of the width W of the
line, the thickness T of the dielectric and the constant di
electric (for exact calculations see, for example, the work of
HOWE entitled "STRIPLINE CIRCUIT DESIGN" published by ARTECH
HOUSE, INC., In 1974 and many articles cited in the
bibliography of this work and that of HARVEY cited above).
La longueur L de la couche allongée 1 est donc choisie
inférieure au quart de la valeur minimale de la longueur d'onde sur
la ligne g min correspondant à la fréquence la plus élevée de
l'oscillateur, pour tenir compte de la capacité minimale C3 min du
condensateur 3 qui a pour effet d'augmenter la longueur apparente
de la ligne (voir à la page 405 de l'ouvrage de CARRASCO et ai
précité), afin que le circuit se comporte en tant que circuit
résonnant parallèle. La jonction de la base du transistor 2 avec la
ligne 1 est réunie, par l'intermédiaire d'une première bobine de choc
5 dont l'impédance est trds élevée à la fréquence d'oscillation
minimale (correspondant à la capacité maximale C3 max du conden
secteur 3), au point commun 6 de deux résistances 7 et 8 connectées
en série entre le pAle pasitif 9 d'une source d'alimentation continue
(Vcc) et son pOle négatif relié à la masse 4, qui forment un diviseu:
de tension résistif. The length L of the elongated layer 1 is therefore chosen
less than a quarter of the minimum value of the wavelength on
the line g min corresponding to the highest frequency of
the oscillator, to take into account the minimum capacity C3 min of the
capacitor 3 which has the effect of increasing the apparent length
of the line (see page 405 of the CARRASCO book and ai
above), so that the circuit behaves as a circuit
resonating parallel. The junction of the base of transistor 2 with the
line 1 is joined, via a first shock coil
5 whose impedance is very high at the oscillation frequency
minimum (corresponding to the maximum capacity C3 max of the conden
sector 3), at common point 6 of two resistors 7 and 8 connected
in series between step 9 of a continuous power source
(Vcc) and its negative pole connected to ground 4, which form a divider:
resistive voltage.
L'émetteur du transistor 2 est réuni, par l'intermédiaire d'une seconde bobine de choc 10 et d'une première résistance Il (de quelques ou quelques dizaines d'ohms), à la masse 4 et son collecteur est réuni, d'une part par l'intermédiaire d'un premier condensateur de découplage 12 (de quelques nanofarads), à la masse 4 et d'autre part à travers une seconde résistance 13, au pôle positif 9 (+
Cette seconde résistance 13 permet de réduire la tension collecteur du transistor 2 par la chute de tension provoquée à ses bornes par le courant collecteur moyen.The emitter of transistor 2 is joined, via a second shock coil 10 and a first resistance Il (of a few or a few tens of ohms), to ground 4 and its collector is joined, d firstly via a first decoupling capacitor 12 (of a few nanofarads), to ground 4 and secondly through a second resistor 13, to the positive pole 9 (+
This second resistor 13 makes it possible to reduce the collector voltage of transistor 2 by the voltage drop caused at its terminals by the average collector current.
On peut voir aisément que le montage du transistor 2 constituant l'élément actif de l'oscillateur est du type à collecteur commun, qui présente l'avantage d'une impédance d'entrée élevée et d'une impédance de sortie modérée. De ce fait, les impératifs d'adaptation dans la boucle de réaction sont nettement moins contraignants que pour le montage à base commune qui constitue, par ailleurs, le montage le plus efficace pour réaliser un oscillateur hyperfréquence (contrairement au montage à émetteur commun qui est limité à des fréquences très notablement inférieures à la fréquence de transition fT du transistor UHF). Dans le circuit de la figure 1-a, la boucle de - réaction de l'oscillateur du type de "Colpitts" est formée par les capacités collecteur-base 14 et baseémetteur 15 (parasites) du transistor 2 dans son boîtier. It can easily be seen that the mounting of the transistor 2 constituting the active element of the oscillator is of the common collector type, which has the advantage of a high input impedance and a moderate output impedance. As a result, the adaptation requirements in the reaction loop are much less restrictive than for the common base assembly which, moreover, constitutes the most efficient assembly for producing a microwave oscillator (unlike the common transmitter assembly which is limited to frequencies significantly lower than the transition frequency fT of the UHF transistor). In the circuit of the figure 1-a, the loop of - reaction of the oscillator of the type of "Colpitts" is formed by the capacities collector-base 14 and baseemitter 15 (parasites) of the transistor 2 in its housing.
Sur la figure 1-b, le condensateur réglable- 3 (de la figure 1-a) a été remplacé par une diode à capacité variable 30 dont l'anode est reliée à la masse 4 et dont la cathode est reliée, d'une part, à la ligne 1 et d'autre part, à travers une résistance 16 (de plusieurs kiloshms) à une borne 17 à laquelle est appliquée la tension d'accord
VA qui la polarise à l'envers. Cette borne 17 est réunie, par l'intermédiaire d'un second condensateur de découplage 18, à la masse 4.La diode à capacité variable 30 est choisie de manière à permettre une variation de la fréquence telle que l'oscillateur puisse fournir une onde dont la fréquence varie de manière continue de 1,2 à 2,3 GHz pour une variation de la tension d'accord de 2 à 28 volts, par exemple. Ceci est relatheínent difficile à obtenir au moyen
d'une diode à capacité variable 30 unique, disponible dans le
commerce :qualité "grand public").On the figure 1-b, the adjustable capacitor - 3 (of the figure 1-a) has been replaced by a variable capacity diode 30 whose anode is connected to the ground 4 and whose cathode is connected, of a firstly, to line 1 and secondly, through a resistor 16 (of several kiloshms) to a terminal 17 to which the tuning voltage is applied
VA which polarizes it backwards. This terminal 17 is connected, via a second decoupling capacitor 18, to ground 4. The variable capacitance diode 30 is chosen so as to allow a variation of the frequency such that the oscillator can supply a wave whose frequency varies continuously from 1.2 to 2.3 GHz for a variation of the tuning voltage from 2 to 28 volts, for example. This is relatively difficult to obtain by means
a single variable-capacity diode 30, available in the
trade: "general public" quality).
Du fait de la polarisation positive variable de la cathode de la
diode 30 qui est directement reliée à l'une des extrémités de la ligne
1, l'autre extrémité de celle-ci doit être couplé de manière galva
niquement isolée à la base du transistor 2. Ce couplage est effectué
ici au moyen d'un condensateur de coupla#e' 19 de quelques dizaines
de picofarads. Si la résistance émetteur 11 dépasse les quelques
centaines d'ohms, il est possible de lui connecter en parallèle un
troisième condensateur de découplage 20 (de plusieurs dizaines à
quelques centaines ou milliers de picofarads).Due to the variable positive polarization of the cathode of the
diode 30 which is directly connected to one end of the line
1, the other end of it must be galvanically coupled
only isolated at the base of transistor 2. This coupling is carried out
here by means of a coupler capacitor # e '19 of a few tens
of picofarads. If the emitter resistance 11 exceeds a few
hundreds of ohms, it is possible to connect a parallel
third decoupling capacitor 20 (from several tens to
a few hundred or thousands of picofarads).
La figure 2 illustre une modification avantageuse du circuit de
la figure 1-b.FIG. 2 illustrates an advantageous modification of the circuit of
the figure 1-b.
Pour obtenir un rapport C/C, c'est-à-dire une variation de
fréquence F, suffisants, on a utilisé sur la figure 2 deux diodes à
capacité variable 31 et 32 reliées ensemble par leurs cathodes, dont
les anodes respectives sont reliées à la masse 4 et à l'une des
extrémités de la ligne 1. Les cathodes des diodes 31, 32 étant
réunies à la borne 17 par la résistance 16 de polarisation, l'anode de
la seconde 32 doit être galvaniquement reliée à la masse 4 pour
qu'elle puisse également être polarisée à l'envers par la même 'tension d'accord VA que la première 31. A cette fin, l'autre
extrémité de la ligne 1, à sa jonction avec le condensateur de
couplage 19 par exemple, est réunie par l'intermédiaire d'une
troisième bobine de choc 21 de réactance élevée et de résistance
nulle, à la masse 4.Il est à noter ici que des doubles diodes à
capacité variable et à cathode commune sont actuellement disponi
bles dans le commerce, par exemple du type BB 204 de la Division
Semiconducteurs "SESCOSEM" de la société française "THOIvISON-
CSF".To obtain a C / C ratio, i.e. a variation of
frequency F, sufficient, two diodes have been used in FIG. 2
variable capacity 31 and 32 connected together by their cathodes, of which
the respective anodes are connected to earth 4 and to one of the
ends of line 1. The cathodes of diodes 31, 32 being
joined to terminal 17 by the bias resistor 16, the anode of
the second 32 must be galvanically connected to ground 4 to
that it can also be biased backwards by the same 'tuning voltage VA as the first 31. To this end, the other
end of line 1, at its junction with the capacitor
coupling 19 for example is brought together through a
third shock coil 21 with high reactance and resistance
zero, to ground 4. It should be noted here that double diodes with
variable capacity and common cathode are currently available
commercially available, for example type BB 204 of the Division
Semiconductors "SESCOSEM" from the French company "THOIvISON-
CSF ".
Le transistor 22 qui est représenté sur la figure 2 est du type
PNP, dont l'émetteur est réuni au pôlè positif 23 d'une autre source
de tension continue (VEE) et dont le collecteur est directement relié
à la masse 4 (qui constitue le pulse négatif de cette source). The transistor 22 which is represented in FIG. 2 is of the type
PNP, the emitter of which is in positive pole 23 from another source
direct voltage (VEE) and to which the collector is directly connected
to mass 4 (which constitutes the negative pulse of this source).
Sur la figure 3, on a représenté le circuit équivalent aux fréquences élevées des bandes L et S, d'une diode à capacité variable. Le circuit équivalent comporte entre ses bornes 40 et 41 une capacité 42 fixe qui est principalement celle du boîtier et des conducteurs et qui est connectée en parallèle avec un circuit composé d'une inductance parasite 43, d'une capacité 44 variable en fonction de la tension entre les bornes 40 et 41 et d'une résistance 45 qui est de faible valeur et varie faiblement avec la tension de polarisation inverse et qui résulte du courant de fuite inverse 1R (de quelques dizaines ou centaines de nanoampères). In Figure 3, there is shown the circuit equivalent to the high frequencies of the L and S bands of a variable capacitance diode. The equivalent circuit comprises between its terminals 40 and 41 a fixed capacitor 42 which is mainly that of the box and of the conductors and which is connected in parallel with a circuit composed of a parasitic inductance 43, of a capacitor 44 which varies according to the voltage between terminals 40 and 41 and of a resistor 45 which is of low value and varies slightly with the reverse bias voltage and which results from the reverse leakage current 1R (of a few tens or hundreds of nanoamps).
La capacité fixe 42 qui peut être considérée comme incluant la valeur minimale de la capacité de la ou des diodes à capacité variable (30 ou 31 et 32), correspondant à leur tension de polarisation inverse maximale, a déjà été prise en compte dans le calcul de la longueur L de la ligne 1 pour résonner à la fréquence maximale désirée de l'oscillateur. Le terme non variable (fixe) de cette capacité 42 forme alors avec la réactance inductive de la ligne 1 et les capacités 14 et 15 du transistor 2, un circuit de "Colpitts" modifié par "Clapp" qui présente une première fréquence de résonance série pour laquelle l'oscillateur s'arrête.En plus, la réactance inductive équivalente de la ligne 1 s'ajoute en série avec l'inductance parasite 43 et la capacité variable 44 entre la base du transistor 2 (ou 22) et la masse 4, pour former une autre trappe (filtre de réjection), celle-ci à une seconde fréquence de résonance variable en fonction de la tension d'accord (VA). L'une ou l'autre de ces deux fréquences de résonance, ou les deux, peuvent, lorsque la gamme de variation de fréquence ou le rapport '- F/F désirés sont grands, tomber à l'intérieur de cette gamme F de telle sorte que ltoscillateur ne peut fonctionner que dans plusieures portions distinctes de celle-ci, séparées l'une de l'autre par des bandes d'arrêt ou "trous" ce qui est le contraire de ce que l'on a visé à obtenir, c'est-à-dire la variation continue de la fréquence d'oscillation de l'oscillateur dans une gamme d'une octave ou plus dans les bandes L et S. The fixed capacity 42 which can be considered to include the minimum value of the capacity of the variable capacity diode (s) (30 or 31 and 32), corresponding to their maximum reverse bias voltage, has already been taken into account in the calculation the length L of line 1 to resonate at the desired maximum frequency of the oscillator. The non-variable (fixed) term of this capacitor 42 then forms with the inductive reactance of line 1 and the capacitors 14 and 15 of transistor 2, a "Colpitts" circuit modified by "Clapp" which has a first series resonance frequency for which the oscillator stops. In addition, the equivalent inductive reactance of line 1 is added in series with the parasitic inductance 43 and the variable capacitance 44 between the base of transistor 2 (or 22) and ground 4 , to form another hatch (rejection filter), this one at a second resonant frequency variable as a function of the tuning voltage (VA). Either or both of these two resonant frequencies may, when the desired range of frequency variation or '- F / F ratio is large, fall within this F range of such so that the oscillator can only operate in several distinct portions thereof, separated from each other by stop bands or "holes" which is the opposite of what we aimed to obtain, i.e. the continuous variation of the oscillation frequency of the oscillator in a range of one octave or more in the L and S bands.
Suivant l'invention, un second tronçon de ligne est connectée en parallèle avec la ou les diodes à capacité variable, qui représente une réactance inductive permettant de transférer les fréquences de résonance des trappes sus-mentionnées à l'extérieur de la gamme de variation désirée, de préférence, au-delà de sa fréquence maximale. According to the invention, a second section of line is connected in parallel with the variable capacity diode or diodes, which represents an inductive reactance making it possible to transfer the resonance frequencies of the aforementioned hatches outside the desired variation range , preferably, beyond its maximum frequency.
La figure 4 illustre schérn##iquement un mode de réalisation d'un oscillateur hyperfréquence corllprenant ce second tronçon de ligne, suivant l'invenaion. Figure 4 illustrates schérn ## ically an embodiment of a microwave oscillator corllprenant this second section of line, according to the invention.
Sur la figure 4, l'oscillateur comporte un transistor bipolaire 2 de type NPN, monté en collecteur commun, dont la fréquence de transition fT, c'est-à-dire la fréquence pour lequel son gain ( ) ou son rapport de transfert direct de courant en émetteur commun (hFE) devient égal à un (O d3), est choisie supérieure# à la fréquence maximale d'oscillation désirée et, de préférence, au moins égale au double de cette dernière.Ainsi, pour équiper un oscillateur hyperfréquence (UHF) devant osciller jusqu'à 2,3 GHz, on choisit un transistor dont la fréquence de transition fT est de 4 500 MHz environ, tel que ceux du type BFQ 22, BFQ 63, BFR 90, bFR 91,
BFR 93 ou BFR 96 de la Division Semiconducteur SESCOSEM de la société THOMSON-CSF, dont la fT typique est spécifiée à 5 GHz.In FIG. 4, the oscillator comprises a bipolar transistor 2 of NPN type, mounted as a common collector, the transition frequency fT of which is to say the frequency for which its gain () or its direct transfer ratio of current in common emitter (hFE) becomes equal to one (O d3), is chosen to be greater # than the maximum oscillation frequency desired and, preferably, at least equal to twice this latter. Thus, to equip a microwave oscillator (UHF) having to oscillate up to 2.3 GHz, a transistor is chosen whose transition frequency fT is approximately 4,500 MHz, such as those of the BFQ 22, BFQ 63, BFR 90, bFR 91 type,
BFR 93 or BFR 96 from the SESCOSEM Semiconductor Division of THOMSON-CSF, whose typical fT is specified at 5 GHz.
La base du transistor 2 est couplée ici par le condensateur 19 à l'une des extrémités d'un premier tronçon de ligne 1 dont la largeur
W concourt à déterminer l'impédance caractéristique Z et dont la longueur L est déterminante pour la fréquence de résonance maximaie (voir figure 1). L'autre extrérnité de ce premier tronçon 1 est reliée à l'une des extrémités d'un second tronçon de ligne 24 dont la largeur B est notablement inférieure à celle W du premier tronçon 1, de sorte qu'il présente une impédance caractéristique Z très supé rieure à celle Za n de ce dernier.L'autre extrémité du second tronçon 24 est reliée à la masse 4 et sa longueur électrique est, de préférence, choisie en fonction du rapport F/F désiré de façon à met. rye une faible inductance en parallèle avec l'înduotance parasite des diodes 31, 32, sa longueur physique étant donc inférieure à celle
L du premier tronçon 1 et, par exemple, proche de celle du boîtier unique contenant les deux diodes à capacité variables 31 et 32 à cathode commune dont les anodes sont respectivement reliées aux deux extrémités de ce tronçon 24 avec des conducteurs les plus courts possible.The base of transistor 2 is coupled here by capacitor 19 to one of the ends of a first section of line 1 whose width
W helps to determine the characteristic impedance Z whose length L is decisive for the maximum resonant frequency (see Figure 1). The other end of this first section 1 is connected to one end of a second section of line 24 whose width B is significantly less than that W of the first section 1, so that it has a characteristic impedance Z much greater than that Za n of the latter. The other end of the second section 24 is connected to earth 4 and its electrical length is preferably chosen as a function of the desired F / F ratio so as to met. rye a low inductance in parallel with the parasitic inductance of the diodes 31, 32, its physical length being therefore less than that
L of the first section 1 and, for example, close to that of the single housing containing the two variable capacity diodes 31 and 32 with a common cathode, the anodes of which are respectively connected to the two ends of this section 24 with the shortest possible conductors.
Comme il y a une discontinuité abrupte d'impédances entre le premier 1 et le second tronçon de ligne 24, celui-ci constitue l'équivalent d'une bobine de choc en série avec le premier tronçon 1 qui n'influe que peu ou point sur l'accord de celui-ci dans la gamme de fréquences allant de 1,1 à au moins 2,3 GHz, qui s'effectue au moyen des diodes 31, 32 en série. Du fait de la présence du second tronçon 23 conducteur galvanique entre l'anode de la seconde diode 32 et la masse 4, la troisième bobine de choc 21 de la figure 2 destinée à rendre possible sa polarisation inverse, devient inutile ici. As there is an abrupt discontinuity of impedances between the first 1 and the second section of line 24, this constitutes the equivalent of a shock coil in series with the first section 1 which has little or no influence on the tuning thereof in the frequency range from 1.1 to at least 2.3 GHz, which is effected by means of diodes 31, 32 in series. Due to the presence of the second galvanic conductor section 23 between the anode of the second diode 32 and the ground 4, the third shock coil 21 of FIG. 2 intended to make its reverse polarization possible, becomes unnecessary here.
Il est à rappeler ici que les connexions à la masse 4 sont, de préférence, groupées en un point car une longueur de conducteur même faible représente des réactances inductive et capacitive nonnégligeables à ces fréquences élevées. It should be recalled here that the connections to ground 4 are preferably grouped at a point because a length of conductor even small represents inductive and capacitive reactances which cannot be neglected at these high frequencies.
Grâce à l'utilisation des deux dipdes à cathode commune 31, 32 en série, rendue possible par le second tronçon 24 qui permet de déplacer les fréquences respectives des deux trappes susmentionnées au-delà de la fréquence d'oscillation maximale, on obtient un oscillateur hyperfréquence à très grande pente ss F/ hV de la variation de fréquence en fonction de la tension avec une très grande économie de moyens puisque l'on utilise un minimum de composants et l'on peut réaliser les circuits résonnants ainsi que quelques unes des bobines de choc à l'aide de bandes métalliques ("strip-line") rapportées sur un substrat diélectrique formant un circuit imprimé qui porte également fixés sur elle par soudure, les autres composants tels que des conducteurs, des résistances et des transistors# (des condensateurs de faible valeur pouvant être réalisées à l'aide de structures imbriquées en forme de peignes). Thanks to the use of the two common cathode dipdes 31, 32 in series, made possible by the second section 24 which makes it possible to move the respective frequencies of the two aforementioned hatches beyond the maximum oscillation frequency, an oscillator is obtained. microwave with very large slope ss F / hV of the frequency variation as a function of the voltage with very great economy of means since a minimum of components are used and the resonant circuits as well as some of the coils can be produced shock using metal strips ("strip-line") attached to a dielectric substrate forming a printed circuit which also carries fixed on it by soldering, the other components such as conductors, resistors and transistors # (of low value capacitors which can be produced using nested structures in the form of combs).
Dans le circuit de la figure 4, on a rajouté deux condensateurs de découplage supplémentaires 25 et 26 dont l'un permet de découpler la source de tension (VCC) et l'autre le diviseur de polarisation de la base 7, 8. On peut également stabiliser les tensions d'alimentation du transistor 2 en branchant en parallèle avec le premier condensateur de découplage 12 une diode Zener (non représentée). In the circuit of FIG. 4, two additional decoupling capacitors 25 and 26 have been added, one of which makes it possible to decouple the voltage source (VCC) and the other the polarization divider of the base 7, 8. It is possible to also stabilize the supply voltages of transistor 2 by connecting a Zener diode (not shown) in parallel with the first decoupling capacitor 12.
Comme il a été dit précédemment, le circuit oscillant de ltoscillateur, formé par la ligne 1 et les diodes 31, 32 en série, peut être couplé à une autre des électrodes du transistor 2 sans sortir du cadre de la présente invention. As has been said previously, the oscillating circuit of the oscillator, formed by the line 1 and the diodes 31, 32 in series, can be coupled to another of the electrodes of the transistor 2 without departing from the scope of the present invention.
La tension d'accord VA appliquée à la borne 17 peut être fournie par des potentiomètres commutables, par exemple, à l'aide de commutateurs électroniques, par des synthétiseurs de tension ou de fréquence classiques, ainsi que par des circuits de commande automatique de fréquence comportant des discriminateurs, qui opèrent à une fréquence intermédiaire de quelques dizaines de MHz. The VA tuning voltage applied to terminal 17 can be supplied by switchable potentiometers, for example, using electronic switches, by conventional voltage or frequency synthesizers, as well as by automatic frequency control circuits comprising discriminators, which operate at an intermediate frequency of a few tens of MHz.
On notera également qu'il n'est pas obligatoire d'utiliser, pour réaliser les deux tronçons de ligne 1 et 24, la technologie des circuits imprimés et de remplacer les rubans rapportés par des barres rigides de section rectangulaire, tenues à l'écart du plan de masse métallique au moyen d'entretoises discrets en matériau diélectrique à faibles pertes, ou encore des lignes hyperfréquence de type symétrique réalisées au moyen de rubans disposés entre deux plans de masse parallèles en utilisant, éventuellement, la technique des circuits imprimés ("triplaques"). It will also be noted that it is not compulsory to use, for the two sections of line 1 and 24, the technology of printed circuits and to replace the ribbons reported by rigid bars of rectangular section, kept apart of the metallic ground plane by means of discrete spacers made of dielectric material with low losses, or else microwave lines of symmetrical type produced by means of ribbons arranged between two parallel ground planes, possibly using the printed circuit technique (" triplates ").
Il serait également possible de remplacer les transistors bipolaires à jonction par des transistors à effet de champ adaptés à fonctionner à- ces fréquences élevées. Il faudrait alors prévoir des modifications dans le circuit de réaction, au cas où les capacités internes du tra1)sistor - et parasites du boîtier entre drain et grille et grille et source s'avérereaient insuffisantes pour la production d'oscillations. It would also be possible to replace the bipolar junction transistors with field effect transistors adapted to operate at these high frequencies. It would then be necessary to provide modifications in the reaction circuit, in the event that the internal capacities of the tra1) sistor - and parasites of the housing between drain and gate and gate and source prove to be insufficient for the production of oscillations.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8025184A FR2494929B1 (en) | 1980-11-27 | 1980-11-27 | TRANSISTOR MICROWAVE OSCILLATOR, TUNABLE BY TENSION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8025184A FR2494929B1 (en) | 1980-11-27 | 1980-11-27 | TRANSISTOR MICROWAVE OSCILLATOR, TUNABLE BY TENSION |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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FR2494929A1 true FR2494929A1 (en) | 1982-05-28 |
FR2494929B1 FR2494929B1 (en) | 1986-04-11 |
Family
ID=9248403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8025184A Expired FR2494929B1 (en) | 1980-11-27 | 1980-11-27 | TRANSISTOR MICROWAVE OSCILLATOR, TUNABLE BY TENSION |
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Country | Link |
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