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Oszillator, insbesondere Transistoroszillator
Die Erfindung bezieht sich auf einen in der Frequenz modulierbaren freischwingenden Oszillator, insbesondere Transistoroszillator mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kondensator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinie der einer Kapazitätsdiode entspricht und vorzugsweise durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wird, bei dem weiterhin eine ohmsche Belastung, vorzugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear ver- läuft,
Zur Erzeugung frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen ist es bekannt,
parallel zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis eines freischwingenden Oszillator eine im Takte der Modulation ver- änderbare Kapazität parallelzuschalten. Als derartige Kapazität werden häufig Diodenschaltungen, in letzter Zeit auch Schaltungen mit Varactordioden, angewendet. Die üblichen Diodenschaltungen arbeiten entweder mit einer Art Widerstandssteuerung der Diode, die in Reihe mit einer festen Kapazität liegt. Dadurch wird ein mehr oder weniger grosser Anteil an Kapazität zusätzlich in den Resonanzkreis mit einbezogen. Der hiebei erzielbare Wirkungsgrad ist jedoch relativ gering und ausserdem wird auf diese Weise die Güte des Resonanzkreises unerwünscht vermindert.
Ein anderes bekanntes Verfahren wendet Dioden in der Weise an, dass sie nach Art einer Stromflusswinkel-Steuerung eine mit ihnen in Reihe liegende Kapazität an den Parallelresonanzkreis anschalten. Diese Schaltung arbeitet relativ linear, ermöglicht aber nur einen relativ kleinen Frequenzhub, bezogen auf die Mittenfrequenz des Oszillators. Zur Erzeugung einer elektromagnetischen Welle, die mit einem relativ grossen Frequenzhub winkelmoduliert ist, sind daher relativ komplizierte Schaltungen erforderlich, die mehrfache Frequenzumsetzungen anwenden. Unter Winkelmodulation wird hiebei jegliche Modulation einer elektromagnetischen Welle in der Frequenz oder Phase verstanden.
Schaltungen mit zum frequenzbestimmenden Resonanzkreis eines freischwingenden Oszillators parallelgeschalteten Kapazitätsdioden sind an sich bekannt, beispielsweise durch die deutsche Auslege-
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bekannten Frequenzmodulationsschaltungen ist indes zu eigen, dass die Änderung der Schwingfrequenz in Abhängigkeit von der Modulationsspannungsamplitude nur in einem sehr kleinen Bereich einer Frequenz- änderung hinreichend linear ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen winkelmodulierten Oszillator mit relativ geringem Aufwand in einem weiten Bereich linear frequenzmodulierbar in Abhängigkeit von einer Modulationsspannung zu gestalten.
Ausgehend von einem in der Frequenz modulierbaren, freischwingenden Oszillator, insbesondere Transistoroszillator mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kondensator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinie der einer Kapazitätsdiode ent-
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spricht und vorzugsweise durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wird, bei dem weiterhin eine ohmsche Belastung, vor" zugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear verläuft, wird diese Aufgabe erfindungsgemäss in der Weise gelöst, dass dem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis ein Zweipol parallelgeschaltet ist,
der im Arbeitsfrequenzbereich kapazitiv ist und dessen Kapazitätswert mit zunehmender Frequenz derart abnimmt, dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear ist.
Vorzugsweise ist der Oszillator so ausgebildet, dass der Zweipol aus einem Serienresonanzkreis besteht, mit dem in Reihe ein ohmscher Belastungswiderstand liegt, und dass die Serienresonanzfrequenz des Serienresonanzkreises oberhalb der höchsten Frequenz des Arbeitsbereiches und die Kreisgüte unter Einbeziehung des ohmschen Belastungswiderstandes derart niedrig gewählt ist, dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear verläuft. Mit Vorteil wird dabei der Serienresonanzkreis untersetzt an den Parallelresonanzkreis des Oszillators angeschaltet. Das bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Streuinduktivität der Spule des Parallelresonanzkreises wenigstens teilweise als Induktivität des Reihenresonanzkreises zu verwenden.
Als vorteilhaft hat es sich weiter erwiesen, wenn der Seitenresonanzkreis an eine Anzapfung der Spule des Parallelresonanzkreises angeschaltet und wenigstens ein Teil der Induktivität des Serienresonanzkreises durch die Streuinduktivität dieser Spule gebildet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist beim erfindungsgemässen Oszillator die Untersetzung derart gewählt, dass der für die Absenkung der Kreisgüte und für die Linearisierung erforderliche Belastungswiderstandswert den Wert üblicher Kabelwellenwiderstände hat, und dass die vorzugsweise durch den Verbraucher gebildete ohmsche Belastung über ein Kabel dieses Wellenwiderstandswertes an die Untersetzung angeschaltet ist.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Transistoroszillator mit einem Transistor 9, der in Basisschaltung betrieben wird und in dessen Ausgang ein Parallelresonanzkreis, bestehend aus einer Induktivität 1 mit einer Parallelkapazität Cp und der Kapazität der parallelgeschalteten gegensinnig in Reihe liegenden Varactordioden 2, 3, vorgesehen ist. Der Parallelresonanzkreis l, 2,3, Cp ist über eine Kopplungskapazität 8 hinreichend hohen Wertes mit dem Kollektor des Transistors verbunden, dessen Speisung mit Gleichstrom über eine Drossel 10 erfolgt. Die Betriebsspannungszuführung ist gegen das Bezugspotential über eine Kapazität 14 wechselstrommässig entkoppelt.
Da es sich um eine dem Huth-Kühn-Oszillator ähnliche Oszillatorschaltung handelt, liegt im Emitterkreis des Transistors 9 ein weiterer Parallelresonanzkreis mit einer Induktivität 11 und einer Kapazität 12. Über die Induktivität 11 wird zugleich der Emitterstrom geführt. Aus diesem Grund ist das dem Emitter abgewendete Ende des Parallelresonanzkreises über die Durchführungskapazität 13 nur wechselstrommässig mit dem Bezugspotential des Oszillators verbunden. Lediglich die Basis des Transistors 9 liegt unmittelbar auf Bezugspotential. Zur Sicherstellung einer guten Rückkopplung ist noch eine zusätzliche einstellbare Kapazi- tät Ct zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 9 eingefügt. Die Abstimmung der Kreise ist derart, wie es für Huth-Kühn-Oszillatoren bekannt ist.
Die Zuführung der Modulationsspannung erfolgt zwischen den Varactordioden 2, 3 über eine der Hochfrequenzverdrosselung dienende Induktivität 4. Über diese Induktivität wird einerseits eine Vorspannung der Varactordioden 2, 3 über den Widerstand 5 und die Verblockungskapazität 15 zugeführt, während die Zuführung der Modulationsspannung über den Anschluss 6 gegen das Bezugspotential und über die Kapazität 7 erfolgt.
Die Kapazität 7 ist zu diesem Zweck im Kapazitätswert so hoch bemessen, dass die Modulationsfrequenzen praktisch ungeschwächt zu den Varactordioden gelangen. Der Widerstand 5 bildet zugleich den Abschlusswiderstand für die Modulationsspannungszuleitung 6. Aus diesem Grund ist die Verblokkungskapazität 15 im Wert derart hoch gewählt, dass sie praktisch einen Kurzschluss auch noch für die niedrigsten vorkommenden Modulationsfrequenzen bildet.
Erfindungsgemäss ist an eine Anzapfung der Spule 1 des ausgangsseitigen Parallelresonanzkreises des Transistoroszillators der Verbraucher 16 über einen Serienresonanzkreis mit der Induktivität 18 und der Kapazität 17 angeschaltet.
Der Oszillator arbeitet beispielsweise in einem Bereich um 240 MHz. Der geforderte maximale Frequenzhub betrage bei dieser Mittenfrequenz beispielsweise 3 MHz. Der Serienresonanzkreis 17,18, in den beim Ausführungsbeispiel auch ein Teil der Streuinduktivität der Spule l, die eine Art Spartransformator bildet, abstimmungsmässig mit eingeht, ist erfindungsgemäss oberhalb der höchsten Ar-
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beitsfrequenz, also auf eine oberhalb 243 MHz liegende Frequenz, abgestimmt. Beim Ausführungsbeispiel wurde diese Frequenz bei etwa 310 MHz gewählt. Ausserdem wurde die Kreisgüte, die durch den Verbraucher 16 mitbestimmt ist, derart niedrig gewählt, dass eine praktisch lineare Modulationskennlinie innerhalb eines maximalen Frequenzhubes von fui 3 MHz erhalten wurde.
Als brauchbarer Wert für die Kreisgüte hat sich unter diesen Verhältnissen eine belastete Kreisgüte von etwa 1 bis 2 erwiesen.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann man sich etwa wie folgt vorstellen.
Betrachtet man die typische Modulationskennlinie eines varactorgesteuerten Einzeloszillators (Fig. 2, Kurve I), so erkennt man, dass sie dann linearer wird, wenn bei höheren Varactor-Vorspannungen die Schwingkreiskapazität rascher abfällt, als dies auf Grund der Eigenschaften solcher Varactordioden möglich ist. Wie aus Kurve II in Fig. 2 hervorgeht, die die Abstimmsteilheit eines mit Varactoren aufgebauten Parallelresonanzkreises in Abhängigkeit von der Vorspannung zeigt, ändert sich selbst bei relativ hohen Vorspannungen die Abstimmsteilheit mit der Vorspannung. Erfindungsgemäss lässt sich ein rascheres Abfallen der Schwingkreiskapazität dadurch erreichen, indem man eine frequenzabhängige Kapazität parallel schaltet, die bei höheren Frequenzen kleiner wird. Diese Eigenschaft besitzt z.
B. ein Zweipol nach Fig. 3, dessen Serien-Resonanzfrequenz höher liegt als der Arbeitsbereich des Modulations-Oszilla-
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deutet die Resonanzfrequenz des Serienkreises. Als Parameter fungiert die Güte Q des Serienkreises, definiert als das Verhältnis des kapazitiven Widerstandes von C bei der Frequenz fr und des ohm- schen Widerstandes R. Man erkennt, dass man mit diesem Netzwerk in bestimmten Frequenzbereichen einen fallenden Frequenzgang der Kapazität erhält. Schaltet man ein solches Netzwerk dem Schwingkreis des Modulations-Oszillatos parallel (Fig. 5), so kann man hiemit die gewünschte Erhöhung der Linear- tät erzielen. Bereiche für eine optimale Linearität sind in Fig. 4 stark ausgezeichnet.
Legt man den Zweipol an eine Anzapfung des Schwingkreises (Fig. 6), so kann man erreichen, dass für den Fall optimaler Linearisierung der Widerstand R den Wert üblicher Kabel-Wellenwiderstände annimmt und er somit gleichzeitig der Lastwiderstand des Oszillators ist. Bei Frequenzen im Ultrakurzwellenbereich entfällt in der Schaltung oft sogar die Induktivität L, weil sie durch die Streuinduktivität des Übertragers Ü gebildet werden kann, so wie dies in Fig. 7 angedeutet ist.
Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung im Zusammenhang mit Modulatoren für Richtfunkstrekken, die mit Frequenzmodulation arbeiten. Bei neueren Systemen dieser Art werden zum Teil extrem breite Basisbandfrequenzbänder angeliefert, die möglichst linear in eine Frequenzmodulation der radiofrequenten Trägerschwingung umgesetzt werden sollen. Hiebei leistet die erfindungsgemässe Modulationsschaltung Besonderes, weil sie ermöglicht, ein z. B. den Informationsinhalt von 300 Telefoniekanälen enthaltendes Basisband in eine bereits relativ hoch gelegene Frequenzlage als Winkelmodulation zu bringen. Derartige Forderungen treten häufig bei Relaisstationen von Richtfunkstrecken auf. in denen ein Bündel von Kanälen zusätzlich in freigehaltene Bereiche eingeschleust werden soll.
Vor allem für derartige Zwecke ist der erfindungsgemässe Oszillator gedacht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. In der Frequenz modulierbarer freischwingenderOszillator, insbesondere Transistoroszillator mit einem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis, dessen Kapazität im wesentlichen durch einen Kon-. densator gebildet wird, dessen Kapazitätskennlinie der einer Kapazitätsdiode entspricht und vorzugsweise durch zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden gebildet wird, denen die Modulationsspannung parallel zugeführt wird, bei dem weiterhin eine ohmsche Belastung, vorzugsweise der Verbraucherwiderstand, derart an den frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis angekoppelt ist, dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich wenigstens nahezu linear verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass dem frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis (1, 2,3, Cp)
ein Zweipol parallelgeschaltet ist, der im Arbeitsfrequenzbereich kapazitiv ist und dessen Kapazitätswert mit zunehmender Frequenz derart abnimmt (Fig. 4), dass die Modulationskennlinie im Arbeitsbereich linear ist.