DE1118276B

DE1118276B - Controllable impedance for high frequency purposes

Info

Publication number: DE1118276B
Application number: DES70446A
Authority: DE
Inventors: Josef Scholz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-09-21
Filing date: 1960-09-21
Publication date: 1961-11-30

Description

Steuerbare Impedanz für Hochfrequenzzwecke Die Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare Impedanz für Zwecke der Hochfrequenztechnik, bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators und zwei gegensinnig für eine an ihnen anliegende Hochfrequenzspannung parallel geschalteten Richtleitern, in deren kapazitiv überbrückten Gleichstromkreis die Steuerspannungsquelle und eine konstante, die Gleichrichter in Flußrichtung vorspannende Spannungsquelle eingeschleift sind.Controllable Impedance for Radio Frequency Purposes The invention relates to on a controllable impedance for the purpose of high frequency technology, consisting of the Series connection of a capacitor and two in opposite directions for one connected to them High-frequency voltage parallel-connected directional conductors, in which capacitively bridged DC circuit the control voltage source and a constant one, the rectifier are looped in the flow direction biasing voltage source.

Bekanntlich kann eine steuerbare Reaktanz mit Richtleitern auf zweierlei Weise erhalten werden. Bei der ersten Art wird in Reihe mit einer Kapazität eine Gleichrichterkombination geschaltet, die in Abhängigkeit von einer Steuerspannung den wirksamen Kapazitätswert durch Stromflußwinkelsteuerung beeinflußt. Die andere Art verwendet die Gleichrichter, die in Flußrichtung betrieben werden, als gesteuerten Widerstand, wobei sich bei bestimmter Wahl des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Reihenkapazität innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches eine relativ lineare Änderung des Blindwiderstandes in Abhängigkeit von der Steuerspannung erreichen läßt.As is well known, controllable reactance with directional guides can do two things Way to be obtained. The first type is in series with a capacity one Rectifier combination switched, which depends on a control voltage the effective capacitance value influenced by current conduction angle control. The other Art uses the rectifiers, which are operated in the forward direction, as controlled Resistance, which depends on a certain choice of the resistance value of the series capacitance within a certain frequency range one relative Achieve a linear change in the reactance as a function of the control voltage leaves.

Die Erfindung bezieht sich auf die letztgenannte Art von steuerbaren Impedanzen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, die diesen Anordnungen eigene Abhängigkeit des Mittelwertes der in der Impedanz in Erscheinung tretenden Blindkomponente von Temperaturschwankungen und von Schwankungen der Amplitude der an der Impedanz anliegenden Hochfrequenzspannung wesentlich zu vermindern.The invention relates to the latter type of controllable Impedances, the underlying task of which is inherent in these arrangements Dependence of the mean value of the reactive component appearing in the impedance of temperature fluctuations and of fluctuations in the amplitude of the impedance to reduce the applied high-frequency voltage significantly.

Ausgehend von einer steuerbaren Impedanz für Zwecke der Hochfrequenztechnik, bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators und zwei gegensinnig für eine an ihnen anliegende Hochfrequenzspannung parallel geschalteten Richtleitern, in deren kapazitiv überbrückten Gleichstromkreis die Steuerspannungsquelle und eine konstante, die Gleichrichter in Flußrichtung vorspannende Spannungsquelle eingeschleift sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in den Gleich-Stromkreis der Gleichrichter als Vorspannungsquelle eine von einem konstanten Gleichstrom durchflossene Heißleiter-Widerstands-Kombination eingeschaltet ist, deren Werte in Abhängigkeit von den Gleichrichtern derart bemessen sind, daß bei einer Kompensation von Temperatureinflüssen auf die Gleichrichter die konstante Vorspannung wesentlich größer als die durch Gleichrichtung der Hochfrequenzspannung im Gleichrichterkreis anfallende Gleichspannung ist, und daß parallel zu den beiden hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Gleichrichtern ein zusätzlicher Kondensator geschaltet ist, dessen Kapazitätswert derart in Abhängigkeit von der Vorspannung gewählt ist, daß sich innerhalb des mit der Steuerspannung überstrichenen Bereiches für die Impedanz eine praktisch reine Blindwiderstandsänderung ergibt.Based on a controllable impedance for the purposes of high frequency technology, consisting of the series connection of a capacitor and two in opposite directions for one high-frequency voltage applied to them, directional conductors connected in parallel, in whose capacitively bridged direct current circuit is the control voltage source and a looped in constant voltage source biasing the rectifier in the forward direction are, this object is achieved according to the invention in such a way that in the DC circuit the rectifier as a bias voltage source has a constant direct current flowing through it NTC thermistor-resistor combination is switched on, their values depending on are dimensioned by the rectifiers in such a way that with a compensation of temperature influences on the rectifier the constant bias is much greater than that caused by Rectification of the high-frequency voltage in the rectifier circuit is, and that in parallel with the two rectifiers connected in parallel in terms of high frequency an additional capacitor is connected, the capacitance value of which is dependent on this is chosen by the bias that is within the range covered by the control voltage Range for the impedance results in a practically pure change in reactance.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail.

An Hand der Fig. 1 wird zunächst die Wirkungsweise der Reihenschaltung eines Kondensators Cs mit dem Blindwiderstand X, sowie der Gleichrichterkombination mit den beiden Richtleitern R 1 und R 2 erläutert.1, the mode of operation of the series circuit is shown first a capacitor Cs with the reactance X, as well as the rectifier combination explained with the two directional ladders R 1 and R 2.

Die Reihenschaltung eines festen Blindwiderstandes X, = 1/co Cs mit co = 2@cf (f = Frequenz der Hoehfrequenzspannung) und einem steuerbaren, durch die beiden Richtleiter R 1 und R 2 für die Hochfrequenzspannung gebildeten Wirkwiderstand RS wirkt bei einem bestimmten Verhältnis von XS/RS, nämlich XS<Rs - 1, wie die Parallelschaltung einer gesteuerten reinen Kapazität C, = C,/2 und eines festen Wirkwiderstandes Rn = 2R,.The series connection of a fixed reactance X, = 1 / co Cs with co = 2 @ cf (f = frequency of the high frequency voltage) and a controllable active resistance RS formed by the two directional conductors R 1 and R 2 for the high frequency voltage acts at a certain ratio of XS / RS, namely XS <Rs - 1, like the parallel connection of a controlled pure capacitance C, = C, / 2 and a fixed effective resistance Rn = 2R ,.

Die entsprechenden Verhältnisse sind in der Fig. 2 in einem Diagramm angedeutet mit danebenstehendem Ersatzschaltbild. Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei RS = X" (Arbeitspunkt P) eine Änderung von RS praktisch ausschließlich eine Änderung des Parallel-Blindwiderstandes Xp ergibt. Der so geschaffene steuerbare Widerstand kann daher, beispielsweise durch Parallelschaltung zu dem frequenzbestimmenden Resonanzkreis eines Oszillators, als Frequenzmodulator Anwendung finden. Damit die steuerbare Impedanz in der. beschriebenen Weise arbeitet, ist es jedoch erforderlich, daß die Richtleiter positiv, also in Flußrichtung, vorgespannt sind. Dies geschieht durch eine Vorspannungsquelle, die in der Fig. 1 durch den Teilabgriff an einem Potentiometer Pot eingestellt wird, das von einer konstanten Spannungsquelle gespeist wird. In dem Gleichrichterkreis, der für die Hochfrequenz mittels einer Kapazität Co überbrückt ist, fließt somit stets ein Ruhestrom.The corresponding relationships are shown in a diagram in FIG. 2 indicated with the equivalent circuit diagram. From the diagram of Fig. 2 is it can be seen that at RS = X "(operating point P) a change in RS is practically exclusively results in a change in the parallel reactance Xp. The controllable one created in this way Resistance can therefore, for example, by being connected in parallel to the frequency-determining one Resonance circuit of an oscillator, used as a frequency modulator. So that controllable Impedance in the. described way, it is necessary, however, that the Directional guides are positive, that is, biased in the direction of flow. This is done through a bias voltage source, shown in Fig. 1 by the partial tap on a potentiometer Pot is set, which is fed by a constant voltage source. In the rectifier circuit, which bridges the high frequency by means of a capacitance Co is, a quiescent current always flows.

Bei derartigen Anordnungen zeigt sich nun, daß beispielsweise bei Verwendung der steuerbaren Reaktanz als Frequenzmodulator die Mittenfrequenz des Oszillators sehr inkonstant ist. Bereits geringe Temperaturschwankungen beeinflussen die Mittenfrequenz ebenso stark wie Änderungen der Amplitude der an der steuerbaren Impedanz anliegenden Hochfrequenzspannung. Diesem Nachteil kann in überraschend einfacher Weise begegnet werden, wenn eine Schaltung mit den Merkmalen der Erfindung, wie die des Ausführungsbeispiels der Fig. 3, angewendet wird. In der Fig. 3 ist zusätzlich ein Schwingkreis SK mit eingezeichnet, zu dem die steuerbare Reaktanz parallel geschaltet sein soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist parallel zu dem Gleichrichtern R 1 und R 2, und zwar für die Hochfrequenzspannung, eine zusätzliche Kapazität Co' geschaltet. Weiterhin ist die konstante Vorspannung durch die Kombination eines Heißleiters Th mit einem parallel geschalteten Widerstand R 3, in Verbindung mit einem Potentiometer erzwungen. In an sich bekannter Weise ist die Steuerspannung Umod, die im Ausführungsbeispiel als reine Wechselspannung angenommen ist, in Reihe mit der Vorspannungsquelle in den Gleichstromkreis der Richtleiter eingeschleift, und zwar mittels eines Übertragers Tr.With such arrangements it is now evident that, for example, when using the controllable reactance as a frequency modulator, the center frequency of the oscillator is very inconstant. Even small temperature fluctuations influence the center frequency just as strongly as changes in the amplitude of the high-frequency voltage applied to the controllable impedance. This disadvantage can be counteracted in a surprisingly simple manner if a circuit having the features of the invention, such as that of the exemplary embodiment in FIG. 3, is used. In FIG. 3, an oscillating circuit SK is also drawn in, to which the controllable reactance should be connected in parallel. In this exemplary embodiment, an additional capacitance Co 'is connected in parallel to the rectifiers R 1 and R 2, specifically for the high-frequency voltage. Furthermore, the constant bias is enforced by the combination of a thermistor Th with a resistor R 3 connected in parallel, in conjunction with a potentiometer. In a manner known per se, the control voltage Umod, which in the exemplary embodiment is assumed to be a pure alternating voltage, is looped into the direct current circuit of the directional conductor in series with the bias voltage source, specifically by means of a transformer Tr.

Die Widerstandswerte in den Schaltelementen Th, R 3 und Pot sind nun derart gewählt, daß zwei Bedingungen erfüllt sind. Einerseits soll über den Heißleiter Th im Zusammenwirken mit dem Reihenwiderstand und dem Parallelwiderstand eine Temperaturkompensation der Richtleiter R 1 und R 2, die beispielsweise Germaniumdioden sind, erreicht werden. Andererseits soll die an der Kombination von Heißleiter und Widerständen auftretende positive Vorspannung U, wesentlich größer als die an Co anfallende Richtspannung U,. sein, die durch Gleichrichtung der an der steuerbaren Impedanz anliegenden Hochfrequenzspannung entsteht. Hierdurch wird eine bessere Unabhängigkeit der steuerbaren Reaktanz von der Amplitude der an ihr anliegenden Hochfrequenzspannung erreicht. Das hätte zunächst zur Folge, daß sich keine reine Änderung des Parallelblindleitwertes der Impedanz in Abhängigkeit von der Steuerspannung ergibt. Dies läßt sich aber bei dieser höheren Vorspannung trotzdem in überraschend einfacher Weise dadurch erreichen, daß der zusätzliche Kondensator mit dem Kapazitätswert Cn vorgesehen wird. Dieser Kapazität C" sind die an sich vorhandenen Streukapazitäten des Gleichrichters in Verbindung mit den Schaltkapazitäten hinzuzurechnen.The resistance values in the switching elements Th, R 3 and Pot are now chosen such that two conditions are met. On the one hand, you want to use the NTC thermistor Th a temperature compensation in cooperation with the series resistance and the parallel resistance the directional conductors R 1 and R 2, which are, for example, germanium diodes, can be achieved. On the other hand, the combination of thermistors and resistors should occur positive bias voltage U, significantly greater than the directional voltage applied to Co U ,. be obtained by rectifying the high-frequency voltage applied to the controllable impedance arises. This makes the controllable reactance more independent of the amplitude of the high frequency voltage applied to it. That would have initially As a result, there is no pure change in the parallel conductance of the impedance depending on the control voltage. But this can be done with this higher Bias nevertheless achieve in a surprisingly simple manner that the additional capacitor with the capacitance value Cn is provided. This capacity C ″ are the stray capacitances of the rectifier that are actually present in connection to be added to the switching capacities.

Für die steuerbare Reaktanz ergibt sich damit ein Ersatzschaltbild, wie es in der Fig. 4 angedeutet ist, und das sich bei der durch Wahl eines entsprechenden Gleichrichters stets zulässigen Vernachlässigung der Induktivität L, des Gleichrichterkreises zu dem in der Fig. 5 angedeuteten Ersatzschaltbild umformen läßt. Im Widerstandsdiagramm ergeben sich dann die in der Fig. 6 angedeuteten Verhältnisse, wobei die Bezugszeichen entsprechend den Fig. 4 und 5 anzuwenden sind. Die reine Parallelschaltung von C,' und Rs = 1/G, würde bei Änderung von RS eine reine Widerstandsänderung ergeben. Durch Hinzufügen des kapazitiven Blindwiderstandes X, wird jedoch der den stark ausgezogen eingezeichneten Bereich enthaltende Bereich mit dem Mittelpunkt M auf der Ordinate um den Betrag X$ verlagert, so daß sich als neuer Mittelpunkt M' ergibt. Damit wird die Änderung dB in einer Weise verlagert, daß die Änderung in sehr guter Annäherung tangierend längs eines Kreises konstanten Wirkleitwertes G verläuft. Bei Änderungen von RS ist auf diese Weise eine praktisch reine Blindwiderstandsänderung erhalten, mit dem Vorteil, daß Temperaturschwankungen und Schwankungen in der Amplitude der anliegenden Hochfrequenzspannung wesentlich in ihrem Einfluß auf die Mittenfrequenz vermindert sind. Wie aus dem Diagramm der Fig. 6 weiterhin ersichtlich ist, ist es hierbei von großer Bedeutung, daß die Kapazität Cn derart in Abhängigkeit von X, sowie dem durch die Richtleiterkombination angebotenen Wirkwiderstand RS und damit von der konstanten Vorspannung bzw. dem durch diese erzwungenen Flußstrom gewählt ist, daß sich der Kurvenabschnitt dB möglichst gut an einen Kreis konstanten Wirkleitwertes G im Diagramm anschmiegt.This results in an equivalent circuit diagram for the controllable reactance, as indicated in FIG. 4, and this is achieved by choosing a corresponding one Rectifier always permissible neglect of the inductance L, of the rectifier circuit can be transformed into the equivalent circuit diagram indicated in FIG. In the resistance diagram the relationships indicated in FIG. 6 then result, with the reference numerals 4 and 5 are to be used in accordance with FIGS. The pure parallel connection of C, ' and Rs = 1 / G, changing RS would result in a pure change in resistance. However, by adding the capacitive reactance X, the den becomes strong Area containing the solid drawn area with the center M on the ordinate is shifted by the amount X $, so that the new center point M 'results. This shifts the change dB in such a way that the change is very good Approach runs tangentially along a circle of constant effective conductance G. When RS changes, this is a practically pure change in reactance obtained, with the advantage that temperature fluctuations and fluctuations in amplitude the applied high-frequency voltage has a significant impact on the center frequency are reduced. As can also be seen from the diagram in FIG it is of great importance here that the capacitance Cn as a function of X, as well as the effective resistance RS and offered by the directional conductor combination thus from the constant bias voltage or the flow current forced by it it is chosen that the curve section dB is constant as closely as possible to a circle Effective conductance G fits snugly in the diagram.

Um einen überblick über das mit einer Schaltung nach der Fig. 3 Erreichbare zu geben, ist in der Fig. 7 der Verlauf des Wirkwiderstandes RS und des Blindwiderstandes Xs eines Richtleitpaares bei einer Frequenz von etwa 900 MHz in Abhängigkeit von der Spannung U,, aufgetragen. In der Fig. 8 ist hierzu die Modulationskurve in Form des durch die steuerbare Impedanz angebotenen Parallel-Wirkwiderstandes R" und der bei Anschaltung an einen Resonanzkreis mit einer Mittenfrequenz von 900 MHz erzielten Frequenzänderung A wiedergegeben. C, hatte hierbei einen Wert von etwa 0,05 pF, während die Kapazität der Richtleiter zusammen mit der zusätzlichen Kapazität C, etwa 2,5 pF betrug. Wie aus der Fig. 8 ersichtlich, ist in einem relativ weiten Bereich um den mittleren Betriebspunkt P der Parallel-Blindwiderstand Rp näherungsweise konstant, und der erreichte Frequenzhub A ist relativ linear von der anliegenden Spannung U, abhängig. In die Spannung U" ist für das Diagramm der Fig. 7 und 8 die Steuerspannung Umod mit einbezogen.To get an overview of what can be achieved with a circuit according to FIG 7 shows the curve of the effective resistance RS and the reactance Xs of a pair of directional guides at a frequency of about 900 MHz as a function of the voltage U ,, plotted. For this purpose, the modulation curve is shown in FIG. 8 the parallel effective resistance R "offered by the controllable impedance and the when connected to a resonance circuit with a center frequency of 900 MHz Frequency change A reproduced. C, had a value of about 0.05 pF, while the capacity of the directional ladder together with the additional capacity C, was about 2.5 pF. As can be seen from Fig. 8, is in a relatively wide Area around the mean operating point P of the parallel reactance Rp approximately constant, and the achieved frequency deviation A is relatively linear from the applied one Voltage U, dependent. In the voltage U "is for the diagram of FIGS. 7 and 8 Control voltage Umod included.

Claims

PATENT CLAIM: Controllable impedance for purposes of high frequency technology, consisting of the series connection of a capacitor and two in opposite directions for one high-frequency voltage applied to them, directional conductors connected in parallel, in whose capacitively bridged direct current circuit is the control voltage source and a looped in constant voltage source biasing the rectifier in the forward direction are, characterized in that in the DC circuit of the rectifier as Bias voltage source a heat conductor-resistor combination through which a constant direct current flows is switched on, the values of which are dimensioned as a function of the rectifiers are that with a compensation of temperature influences on the rectifier the constant preload is much greater than that through rectification the high-frequency voltage in the rectifier circuit is the DC voltage, and that parallel to the two high-frequency rectifiers connected in parallel an additional capacitor is connected, the capacitance value of which is dependent on this is chosen by the bias that is within the range covered by the control voltage Range for the impedance results in a practically pure change in reactance.