DE2733191A1 - Hochfrequenz-breitbandresonanzkreis - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN

Dr. rer. not. W. KÖRBER

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE

D-8000 MÖNCHEN 2 2 Steinsdorfstraße 10

"£$> (089) ' 29 66 84

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22.7.1977

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Tokio /Japan

Patentanmeldung

Hochfrequenz-ireitbandresonanzkreis

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I
Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Resonanzkreis und mehr im einzelnen einen Hochfrequenz-Breitbandresonanzkreis, der ohne Verwendung eines Elementes mit verteilter Induktivität j oder Kapazität gebildet wird und folglich kompakt oder in j geringer Größe ausgebildet werden kann.

j In einer Abstimmvorriclitung (tuner) eines Empfängers, der ein hochfrequentes und breitbandiges Signal empfängt, z.i. ein UHF-ßand-Fernsehsignal, wird in vielen Fällen zum .Zählen eines Empfangssignals ein Resonanzkreis, der eine spannungsyesteuerte variable Kapazitätsdiode und ein Element mit verteilter kapa- ; zität bzw. Induktivität verwendet, angewandt, wie zum Beispiel in der US-PS 3 569 85o offenbart.

In den bekannten Vorrichtungen wird die Gestalt der in dem Resonanzkreis verwendeten Elemente mit verteilter kapazität j bzw. Induktivität gemäß der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz

bestimmt, so daß es schwierig ist, die Vorrichtungen kompakt j auszubilden. Da ferner das Element mit verteilter Kapazität

bzw. Induktivität leicht durch seine Umgebung beeinflußt wird und deshalb in einem Abschirmgehäuse untergebracht ist, be-■ nötigt es relativ viel Platz und läßt sich nur schwer einstellen, ! Außerdem wird die Induktivität des Elementes stark durch die Resonanzfrequenz variiert, und diese Variation zeigt die j Tendenz, die Kapazitätsveränderung der variablen Kapazitätsdiode zu annullieren, so daß, wenn die Kapazität der variablen

Kapazitätsdiode verändert wird, der Variationsbereich der i
Reeonantfrequenz verengt wird im Vergleich zu der Größe der

Kapazitätsveränderung der variablen Kapazitätsdiode.

Ferner hat die spannungsgesteuerte variable Kapazitätsdiode im allgemeinen eine niedrige Güte Q, und in einem UHF-Band wird ihre Resonanzimpedanz im wesentlichen gleich der Eingangsund Ausgangsimpedanz eines aktiven Elementes, mit dem ein Resonanzkreis verbunden ist, der die spannungsgesteuerte

variable Kapazitätsdiode enthält (z.B. die Impedanz zwischen dem Gate und Drain eines FET, und die Impedanz zwischen Basis und Kollektor eines bipolaren Transistors), so daß der Signalübertragungsverlust sehr groß wird, naher ist es in dem Fall, wo die spannungsgesteuerte variable Kapazitätsdiode in einer Abstimmvorrichtung eines ^Jnpf angers verwendet wird, der ein Ui^TF-Rand--Signal empfangen kann, erforderlich, in solch einem Resonanzkreis den Signalübertragungsverlust über das gesamte Frequenzband eines Empfangssignals so weit wie möglich zu vermindern.

Dementsprechend ist es ein Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Hochfrequenz-Sreitbandresonanzkreis zu schaffen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Hochfrequenz-Breitbandresonanzkreises, der kein Element mit verteilter Kapazität bzw. Induktivität verwendet und leicht kompakt ausgebildet werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Hochfrequenz-Breitbandresonanzkreises, der ein spannungsgesteuertes variables Kapazitätselement mit kleinen Abmessungen und einem geringeren SignalÜbertragungsverlust verwendet.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Hochfrequenz-Breitbandresonanzkreis geschaffen, der ein erstes kapazitives Element mit punktförmiger Kapazität, einen dem ersten kapazitiven Element parallelgeschalteten Serienschaltkreis, der aus einem ersten induktiven Element mit punktförmiger Induktivität und einem spannungsgesteuerten variablen Kapazitätselement besteht, ferner einen dem variablen Kapazitätselement parallelgeschalteten Serienschaltkreis, der aus einem zweiten induktiven Element mit punktförmiger Induktivität und einem zweiten kapazitiven Element mit punktförmiger Kapazität besteht, und einen Widerstand umfaßt, dessen einee Ende mit dem Verbindung*-

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punkt zwischen dem zweiten induktiven Element und dem zweiten kapazitiven Element verbunden ist, und über den eine Steuerspannung an das variable Kapazitätselement angelegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der "Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Ks zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Hochfrequenz-

ßreitbandresonanzkreises; und Figur 2, 3 und Zf Charakteristiken des Hochfrequenz-Breitbandresonanzkreises der Figur 1 , die zur· Erläuterung seiner Funktion verwendet werden.

Eine Ausführungsform des üochfrequenz-Oreitbandresonanzkreises wird nachfolgend unter Bezug auf Figur 1 beschrieben, die ein Schaltbild eines ilochfrequenz-Breitbandresonanzkreises zeigt, der in einer Abstimmvorrichtung (tuner) eines Fernsehempfängers verwendet wird, der ein Fernsehsignal eines UHF-Bandes, z.B. von l\73 MHz bis 767 HHz in Japan, empfangen kann.

In Figur 1 sind eine Eingangsklerame 1 und eine Ausgangsklemme 2 durch eine Signalleitung 3 gekoppelt. Zwischen der Signalleitung 3 und einer gemeinsamen Leitung Zf liegt ein Kondensator, z.B. ein Kondensator 11 mit punktförmiger Kapazität, dessen Kapazität etwa 3 bis 6 pF beträgt. Parallel zu dem Kondensator 11 liegt ein Serienschaltkreis, der aus einer Spule, z.ß. der Spule 12 mit punktförmiger Induktivität, die von etwa 21 bis 28 nH gewählt ist, und einer variablen Kapazitätsdiode 13 besteht, deren Kapazität im Bereich von 2,2 bis 15 pF variiert wird. Ferner ist der variablen Kapazitätsdiode 13 ein Serienschaltkreis parallelgeschaltet, der aus einer Spule My mit punktf örmiger Induktivität, die von etwa IyS bis % nH gewählt ist, sowie einem Kondensator 15 mit punktförmiger Kapazität-besteht, die ,»on etwa 1o bis Z₊O pF gewählt ist. Parallel zu dem Kondensator 15 liegt ein Serienschaltkreis, der aus einem

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Widerstand, dessen .Vert zwischen etwa 3o bis ^>oo Ohm gewählt ist, und einem Kondensator 17 besteht. Von dem Verbindungspunkt zwischen dem Viderstand 16 und dem Kondensator 17 ist eine Anschlußklemme 5 für eine Steuerspannung herausgeführt, die angelegt wird, um den Kapazitätswert der variablen Kapazitätsdiode 13 zu steuern.

In dem obigen Aufbau bilden der Kondensator 11, die Spule 12 und die Kapazitätsdiode 13 einen Resonanzkreis, in dem der Kapazitätswert der variablen Kapazitätsdiode 13 durch die Steuerspannung über die Anschlußklemme 5 und damit auch die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises variiert wird. Ferner ist in diesem Aufbau die Spule I^ der Kapazitätsdiode 13 parallelgeschaltet, so daß ihr scheinbarer Kapazitätswert vermindert wird und das Variationsverhältnis groß gemacht werden kann mit dem Ergebnis, daß der Variationsbereich der Resonanzfrequenz erweitert werden kann.

Allgemein gesprochen kann in einem solchen, wie oben beschriebenen, Schaltkreis eine parasitische Resonanz z.B. bei der halben Frequenz einer erwünschten Resonanzfrequenz hervorgerufen v/erden. Deshalb ist in dem in Figur 1 gezeigten Resonanzkreis ein aus den Kondensatoren 15 und 17 und dem Widerstand 16 gebildeter St -förmiger Schaltkreis vorgesehen, und die Impedanzen der entsprechenden den Tf -förinigen Schaltkreis bildenden elemente sind so gewählt, daß sie die folgende Bedingung in dem parasitischen Resonanzfrequenzband erfüllen:

I²I₇/* ^H16

- I^Z1₅I - ^H16

worin Z,, , ^₁ c> Riß und Z₁₇ die jeweiligen Impedaniwerte der Spule Hf, des Kondensators 15» des /Widerstands 16 und des Kondensators 17 bedeuten. Auf diese Weise kann der scheinbare Widerstandswert der der Kapazitätsdiode 13 parallelgeschalteten Spule 1 /+. in dem erwünschten Frequenzband klein, aber in dem

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parasitischen Frequenzband groß gemacht werden mit dem Ergebnis, daß die Güte Q des Resonanzkreises in dem parasitischen Frequenzband klein wird.

So ist der Breitbandresonanzkreis aufgebaut. In dem Resonanzkreis werden keine Elemente mit verteilter Kapazität bzv/. Induktivität verwendet, so daß keine Notwendigkeit besteht, ein Abschirmgehäuse, eine besondere Grundplatte undsoweiter anzuwenden, und deshalb kann der Resonanzkreis auf derselben ! Grundplatte ausgebildet sein, auf der die anderen Schaltkreise ! ausgebildet sind. Dementsprechend wird der gesamte Schaltkreis ! einfach im Aufbau und kann kompakt oder klein ausgelegt sein. : Ferner gibt es keine Abteilwand wie beispielsweise eine Ab-

' schirmplatte und dergleichen zwischen dem Resonanzkreis und

den übrigen Schaltkreisen, so daß eine Einstellung leicht ' ausgeführt werden und der Kopplungsgrad zwischen aufeinander-

! folgenden Stufen frei gewählt werden kann. Daher kann der Resonanzkreis leicht hinsichtlich Ungleichförmigkeit in den Charakteristiken der Elemente kompensiert werden.

In der Ausführungsform der Figur 1 sind die Spulen 12, 1 Zf, die Kondensatoren 11, 15 undsoweiter solche Elemente, deren Induktivität oder Kapazität sich nicht bei verschiedenen j Resonanzfrequenzen verändert, nämlich Elemente mit punktformiger Induktivität bzw. Kapazität. Dementsprechend richtet sich die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises nur nach dem Kapazitätswert der Kapazitätsdiode 13» und es gibt kein Element wie beispielsweise eines mit verteilter Induktivität bzw. Kapazität, das die Kapazitätsvariation begrenzen könnte, so daß der Variationsbereich der Resonanzfrequenz breit gemacht werden kann.

Da ferner die Güte Q des Resonanzkreises in dem parasitischen Resonanzfrequenzband niedrig ist, besteht keine Gefahr, daß ein Signal in dem parasitischen Resonanzfrequenzband verstärkt wird und die Abstimmcharakteristik verschlechtert, und daß eine parasitische Schwingung verursacht wird.

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Ferner kann bei dem resonanzkreis der i^infuhrungsverlust über ein breites iiand konstant gemacht werden. Allgemein gesprochen kann nüinlich der Einführungsverlust eines Resonanzkreises durch

Io log =—ß
²O

^Zd

ausgedrückt v;erden, worin Z die Hesonanzimpedanz des Resonanzkreises und ?., die .singangsimpedanz des Schaltkreises der folgenden Stufe bedeuten.

3ei dem Resonanzkreis der Erfindung ändert sich seine Resonanzimpedanz längs einer ausgezogenen Kurve A in dem Diagramm der Figur 2, in dem die Ordinate den Impedanzwert und die Abszisse die Frequenz in KHz angeben. Die Eingangsimpedanz eines FJiI' der Source-Konfiguratin oder eines bipolaren Transistors ändert sich allgemein längs einer gestrichelten Kurve B in Figur 2. ,/ie aus Figur 2 ersichtlich, sind die Kurven A und 3 einander ähnlich, also kann, wenn ein Hochfrequenz-Selektivverstärkerkreis oder ein Hochfrequenz-Schwingkreis durch Kombinieren des Resonanzkreises der Erfindung mit dem obigen FET oder bipolaren i'ransistor gebildet wird, der Einführungsverlust des Kreises annähernd konstant gemacht werden, wie durch die Kurven A und B in dem Diagramm der Figur 3 gezeigt, in dem die Ordinate den Einführungsverlust in dB und die Abszisse die Resonanzfrequenz in MHz angeben, ohne Rücksicht auf die Resonanzfrequenz. In Figur 3 zeigt die Kurve A den Fall, in dem die Induktivität eines Zuführungsdrahtes am Eingang des FET oder bipolaren Transistors, mit dem der Resonanzkreis verbunden ist, 3 nH beträgt, und die Kurve B zeigt den Fall, in dem sie 5 nH beträgt.

Dementsprechend kann, wenn der Resonanzkreis als Abstimmkreis für einen Hochfrequenzverstärker verwendet wird, die Rauschzahl des Hochfrequenzverstärkers über einen breiten Frequenzbereich konstant gemacht werden, und wenn der Resonanzkreis in einem

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j Schwingkreis verwendet wird, kann er über einen breiten Frequenzbereich stabil schwingen.

.Veiterhin wird bei dem Resonanzkreis der i^:;rfindung, da dip Spule Uf vorgesehen ist, die DurchlaPjbandbreite bei h'esoranz des Kreises annähernd konstant gemacht ohne ;ücksicht auf die Resonanzfrequenz, wie durch die Kurven Λ und !J in dem Diagramm der Figur l\. gezeigt, in dem die Ordinate die Bandbreite in Ί-J.z und die Abszisse die Resonanzfrequenz in IiHz angeben. Das Diagramm der Figur /f zeigt den Fall, in dem der Resonanzkreis als Eingangsabstirnmkreis- für einen FET- oder bipolaren Transistor-Verstärker verwendet wird und die Induktivität eines Eingangs-Zuführungsdrahtes des FILT oder bipolaren Transistors 3 nil für die Kurve Λ und 5 nil für die Kurve B beträgt.

Dementsprechend kann, wenn der Resonanzkreis als Abstimmkreis verwendet wird, über den gesamten Abstimmbereich ein optimales Durchlaßband erhalten werden mit dem Ergebnis, daß die Möglichkeit vermindert v/ird, daß ein Signal in einem benachbarten Kanal oder ein Bildsignal mit einem erwünschten Signal gemischt wird, und daß ein lokales Schwingungsausgangssignal su einer Eingangsklemme durchgelassen wird.

In dem Resonanzkreis ist die Spule Uf der Kapazitätsdiode 13 parallelgeschaltet, um deren scheinbare Kapazität zu vermindern,

■ aber das Ausmaß der Verminderung der scheinbaren Kapazität ist nicht so hoch in dem niedrigen Frequenzbereich. Daher

■ wird beim Einstellen der Steuerspannung der Kapazitätsdiode 13, j wenn die niedrigste Resonanzfrequenz durch die Spule 12 einjustiert wird und danach die höchste Resonanzfrequenz durch die Spule IZf einjustiert wird, die niedrigste Frequenz, die vorher einjustiert wurde, nicht verändert. Das heißt, die niedrigste und die höchste Resonanzfrequenz können unabhängig einjustiert werden, so daß die Justierung leicht wird und die Steuerspannung für die Kapazitätsdiode 13 genau auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

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In dem Resonanzkreis kann wegen der Bereitstellung der Spule ein (Viderstand zum Vorspannen der Kapazitätsdiode 13 eliminiert werden, so daß das zwischen dieser und der Kingangsklemme 5 für die oteuerspannung vorgesehene \Viderstandselement nur der Widerstand 16 mit niedrigem A'iderstandswert ist. Deshalb wird, sogar dann, wenn ein Eingangssignal mit hohem Pegel an die ivLngangskleinme 1 angelegt wird, die Steuerspannung nicht durch das Eingangssignal verändert, und daher kann der Resonanzkreis bei Anlegen des ilingangssignals mit hohem Pegel stabil arbeiten.

,Vie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß ein Hochfrequenzßreil".bandresonanzkreis erhalten werden, der eine geringe Qröße hat und im Retrieb stabil ist. Der Resonanzkreis der Erfindung wird speziell zur Anwendung in einem UHF-Fernsehempfänger geringer Größe vorgezogen, kann aber auch in anderen Empfängern verwendet werden, die ein Signal eines VHF-uandes empfangen.

Die obige Beschreibung ist nur für eine einzige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gegeben worden, aber es ist klar, daß viele Modifikationen und Variationen von einem Fachmann durchgeführt werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken oder dem Rahmen der Neuheit der Erfindung abzuweichen. Daher sollte der Rahmen der Erfindung nur durch die Ansprüche bestimmt werden.

tentanwalt

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Claims (1)

1. Ansprüche:

   '", 1 . IIochfrequenz-Breicbandresonanzxreis mit einem ersten kapazitiven element, rait einem dem ersten kapazitiven Element parallelgeschalteten Serienschultkreis, der aus eiiiu.ü ersten induktiven Element und einem spannun^se.esteuertcn variablen Kapazitätseleraent besteht, ferner ra:i t einem dom variablen Kapazitiitselement parallelgeschaltoten Serienschaltkreis, der aus einem zweiten induktiven .«!Lernent und einem zweiten kapazitiven Element besteht, und mit e i nera /iderstand, dencen eines Ende mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten induktiven Element und dem zweiten kapazitiven Clement verbunden ist, und über den eine Steuerspannung an das variable Kapazitätselement angelegt wird, dadurch gekennzeichnet , daß das erste (11) sowie das zweite (15) kapazitive Element und das erste (12) und das zweite (Hf) induktive ivLement aus Elementen mit punktförmiser kapazität b",w. Induktivität bestehen.

   2. Hochfrequenz-Sreitbandresonanzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein drittes kapazitives .lernent (17) aufweist, das mit seinem einen Ende mit dem anderen ::nde des .Viderstands (1b) verbunden ist, um zusammen mit diesem und dem zweiten kapazitiven Element (15) einen TT-förr.iiiven Schaltkreis zu bilden.

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