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Oszillatorschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung
mit einem Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von einer Steuerspannung
veränderbar ist, insbesondere einem varaktorgesteuerten Oszillator mit einem Gunelement,
und Mitteln zur Erzielung einer linearen oder nahezu linearen Steuerspannung-Ausgangsfrequenz-Kennlinie.
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Es sind bereits Oszillatorschaltungen bekannt, die einen YIG-Oszillator
enthalten, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von einer Steuerspannung veränderbar
ist.
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Diese Oszillatorschaltungen, die beispielsweise zur Erzeugung eines
FM-CW-Signals bei in Flugzeugen zur Höhenmessung über Grund oder im militärischen
Bereich eingesetzten Radarentfernungsmeßgeräten verwendet werden, besitzen eine
Steuerspannungs-Ausgangsfrequenz-Kennlinie, deren Linearitätsabweichung kleiner
als ein Prozent ist.
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Ein erheblicher Nachteil der Oszillatoren besteht darin, daß sie sehr
aufwendig und teuer sind und infolgedessen nicht für den industriellen Bereich geeignet
sind, wo sich auf dem FM-CW-Radarprinzip arbeitende Entfernungsmeßgeräte, beispielsweise
zur Teufenmessung in Hochöfen oder zur Füllstandsmessung in Silos und Bunkern, ebenfalls
erfolgreich einsetzen ließen. Ein weiterer Nachteil ist ihre verhältnismäßig geringe
Ausgangsleistung.
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Es sind auch bereits Oszillatorschaltungen bekannt, die einen varaktorgesteuerten
Gunnoszillator enthalten, der, da er eine nichtlineare Steuerspannungs-Ausgangsfreque]lz-Kennlinie
besitzt, über ein Linearisierungsnetzwerk angesteuert ist. Zusätzlich ist die Oszillatorschaltung
in einen Thermostaten eingebaut, um ihre Temperaturabhängigkeit zu kompensieren.
Eine derartige Oszillatorschaltung erlaubt zwar eine relativ hohe Ausgangsleistung,
jedoch hat sie eine Steuerspannungs#Ausgangsfrequenz#Kennlinie mit einer Linearitätsabweichung
von weniger als 5 Prozent, so daß sie für die vorgenannten Zwecke nur bedingt verwendbar
wäre. Darüberhinaus besitzt sie einen fertigungsungünstigen und bauteilaufwendigen
Aufbau verhältnismäßig großen Bauvolumens.
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lfinzu kommt, daß eine solche Oszillatorschaltung einen relativ migünstigen
Wirkungsgrad aufweist.
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Diese Nachteile sollen durch die Erfindung überwunden werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Oszillatorschaltung zu schaffen,
die eine Steuerspannungs#Ausgangsfrequenz-Kennlinie mit einer möglichst geringen
Linearitätsabweichung besitzt, einen fertigungsgünstigen Aufbau aufweist und insbesondere
möglichst billig ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Oszillatorschaltung der eingangs
beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des steuerbaren
Oszillators mit dem einen Eingang und der Ausgang eines ein Referenzsignal konstanter
Frequenz erzeugenden Hilfsoszillators mit dem anderen Eingang eines Mischers verbunden
sind, dessen Ausgang über einen Frequenz- Spannungs-Wandl er an den einen Eingang
eines Differenzverstärkers angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit der Steuerspannung
beaufschlagt und dessen Ausgang mit dem Steuereingang des steuerbaren Oszillators
verbunden ist.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Oszillatorschaltuiig
erhalten, bei der die Linearitätsabweichung der Steuerspannungs-Ausgangsfrequenz-Kennlinie
kleiner als 1 Prozent ist, die also hinsichtlich der Linearitätsabweichullg einer
Oszillatorschaltung mit einem YIG-Oszillator entspricht.
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Die erfiiidungsgemäße Oszillatorschaltung ist jedoch um ein Vielfaches
billiger als diejenige mit einem YIG-Oszillator und besitzt darüber hinaus den Vorteil
1 daß ihre Kellnlinie keine Hysterese aufweist und sie eine relativ hohe Ausgangsleistung
abgibt. Bauteilaufwand und Bauvolumen sind zwar im Vergleich zu einer Oszillatorschaltung
mit einem YIG-Oszillator größer, im Vergleich zu der vorbeschriebenen Oszillatorschaltung
mit einem Gunnoszillator jedoch erheblich geringer, so daß die mit der erfindungsgemäßen
Oszillatorschaltung erzielbaren Vorteile bei weitem überwiegen.
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Zur Erzielung eines Referenzsignales möglichst hoher Frequenzkonstanz
ist am zweckmäßigsten als Hilfsoszillator ein ein Guiinelement enthaltender Oszillator
hoher Güte vorgesehen. Zur weiteren Verbesserung der Frequenzkonstanz kann es empfehlenswert
sein, den Oszillator quarz-stabilisiert auszuführen. Darüber hinaus hat es sich
aus den gleichen Grjjnden als zlveckmäßig erwiesen, den Oszillator mit einer Temperaturkompensation
zu versehen.
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Insbesondere bei Oszillatorschaltungen, die für den Betrieb im iiöchstfrequenzbereich,
d.h. im Gigahertzbereich, vorgesehen sind, hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
zwischen den Mischer und den Frequenz-Spannungs-Wandler einen llequenzteiler einzuschalten.
Dies bringt den Vorteil mit sich, daß einfach aufgebaute, billige Frequenz-Spannungs-Wandler
verwendet werden können.
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Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild der
Oszillatorschaltung enthält, näher erläutert. Die Oszillatorschaltungtenthält einen
Oszillator 1 mit einem
Gunnelement und einem Varaktor 2, durch dessen
Ansteuerung mit einer Steuerspanllung die Ausgangsfrequenz des Oszillators 1 veränderbar
ist. Der Oszillator 1 besitzt mit Vorteil zwei Ausgänge 3 und 4, von denen der Ausgang
3 mit dem Eingang eines wischers 5 verbunden ist.
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An den anderen Eingang des Mischers 5 ist ein Hilfsoszillator 6 angeschlossen,
der ein Signal konstanter Frequenz an den Mischer 5 abgibt.
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Der Ausgang des Mischers 5 steht mit einem Frequenzteiler 7 in Verbindung,
dem ein Frequenz-Spannungs-Wandler 8 mit einer linearen Frequenz-Spannungs-Kennlinie
nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Frequenz-Spannungs-lWandlers 8 ist an den einen
Eingang eines Differenzverstärkers 9 mit einem hohen Verstärkungsfaktor angeschlossen.
Der andere Eingang des Differenzverstärkers 9 ist von der Steuerspannung beaufschlagt,
während der Ausgang mit dem Steuereingang des Oszillators 1 in Verbindung steht.
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Bei einer Erhöhung der Steuerspannung an dem einen Eingang des Differenzverstärkers
9 ändert der Varaktor 2 seine Kapazität im Sinne einer Frequenzerhöhung des Oszillatorausgangssignals.
Dies hat zur Folge, daß sich auch die am Ausgang des Mischers 5 erscheinende Differenzfrequenz
erhöht und damit die Ausgangsspannung am Frequenz-Spannungs-Wandler 8. Dies hat
eine Verminderung der Differenzspannung an den beiden Eingängen des Differenzverstärkers
9 zur Folge, dessen Ausgangsspannung sich mithin absenkt. Dieser Regelvorgang hält
an, bis die der Steuerspannung entsprechende Frequenz an den Ausgängen 3 und 4 des
Oszillators 1 erscheint.
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Da der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 9 sehr groß ist,
ist der Regelfehler der nach Art eines P-Reglers arbeitenden Oszillatorschaltung
äußerst gering.
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In einer fiir die eingangs erwähnten industriellen Zwecke vorgeseiieiieii
Ausführungsform ist der Oszillator 1 als X-Band-Hohlraumoszillator ausgebildet,
dcsseii Mittenfrequenz ca. 9,4 GIIz beträgt. Die beider Ausgänge 3 uiid 4 sind hierbei
durch zwei in den Resonatorraum ragende Koppelelemente realisiert, deren Lage zweckmäßigerweise
so gewählt ist, daß sie gegenseitig entkoppelt sind.
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Der Hilfsoszillator 6 ist ebenfalls als X-Band-Holdraumresonator aufgebaut
und ist für eine Frequenz von 9,2 GHz ausgelegt, so daß am Ausgang des Mischers
5 eine mittlere Differenzfrequenz von ungefähr 200 MHz erscheint.