DE3690374C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

In jüngster Zeit werden Systeme, die eine Frequenz in einem Band von 800 bis 1000 MHz verwenden in großem Umfang bei einer mobilen Kommunikation, wie beispielsweise einem Automobiltelefon verwendet.

Zum Stand der Technik wird zunächst genannt: "National Technical Report, Band 31, Nr. 2, April 1985". Im folgenden wird der obenerwähnte Oszillator nach dem Stand der Technik erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen Oszillator, der den koaxialen Resonator nach dem Stand der Technik verwendet. In Fig. 1 sind ein Koaxialresonator 41, der eine dielektrische Keramik verwendet, ein Kopplungskondensator 42 zwischen dem Koaxialresonator 41 und einem Oszillatorkreis, ein Kopplungskondensator 43 zwischen dem Koaxialresonator 41 und einer variablen Kapazitätsdiode 44, die zum Verändern der Oszillatorfrequenz dient, ein Transistor 45 für eine Schwingung, Kondensatoren 46, 47 und 49 für eine Rückkopplung, ein Kondensator 48 zum Erden der Basis des Transistors 45, ein Überbrückungskondensator 50, Widerstände 51 bis 54 zum Anlegen einer Versorgungsspannungsquelle und zum Bereitstellen einer Vorspannung für den Transistor 45 und ein Widerstand 55 zum Anlegen einer Spannung an die variable Kapazitätsdiode 44 gezeigt.

Der Stand der Technik zeigt einen Aufbau eines Clapp-Oszillationskreises von einem Typ mit geerdeter Basis. Der Koaxialresonator 41 ist ein Koaxialresonator des λ/4-Typs und die induktive Eigenschaft (L-Komponente) in der Umgebung eines Resonanzpunktes wird verwendet. Die Fig. 2 zeigt eine Grundschaltung des Clapp-Oszillationskreises und seine Oszillationsfrequenz wird im folgenden gezeigt.

wobei

Weiterhin ist die Kapazitätsdiode 44 zu dem Koaxialresonator 41 parallelgeschaltet. Durch eine Steuerspannung, die an einen Anschluß A angelegt wird, wird eine Kapazität der Kapazitätsdiode 44 verändert und die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators 41 wird äquivalent hierzu verändert. Das Schwingungsausgangssignal wird an einem Anschluß B abgenommen.

Jedoch gibt es bei dem obenerwähnten Aufbau, wie er in der Gleichung gezeigt ist, als Elemente zum Festlegen einer Schwingungsfrequenz die Kondensatoren 42, 46, 47 und 49 nach Fig. 1. Die Kapazitäten dieser Kondensatoren sind annähernd 4 pF bis 5 pF und eine Veränderung der Schwingungsfrequenz infolge einer Temperaturänderung wird in hohem Maße durch die Temperaturcharakteristiken dieser Kondensatoren beeinflußt.

Das bedeutet, daß der Koaxialresonator 41 selbst ungefähr N10 ppm/°C hat und eine fast lineare Veränderung aufweist, da aber der ganze Oszillatorkreis die obenerwähnten Kondensatoren umfaßt, zeigt sie, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, eine Kurve mit einer Breite W von einigen hundert Kilohertz. Deshalb tritt jedoch, selbst wenn eine Temperaturkompensation erreicht wird, ein Frequenzfehler auf, der der Breite entspricht, und es tritt ein Problem dahingehend auf, daß ein Ermöglichen einer vollständigen Temperaturkompensation schwierig ist.

Da weiterhin der Schaltkreis aus der obenerwähnten Mehrzahl von Kondensatoren aufgebaut ist, besteht ein Problem darin, daß das Herstellen eines integrierten Schaltkreises schwierig ist. Ein Oszillator, der dem in Fig. 1 beschriebenen Oszillator sehr ähnlich ist, ist in der DE-AS 12 54 198 beschrieben. Bei diesem bekannten Oszillator ist ein Koaxialresonator mit dem Kollektor eines Transistors und mit einem Anschluß einer Kapazitätsdiode unmittelbar verbunden. Außerdem ist zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einer weiteren Kapazitätsdiode angeordnet.

Ein Oszillator ist auch aus der DE-OS 29 45 546 bekannt. Bei diesem bekannten Oszillator werden zur Kompensation von temperaturabhängigen Änderungen der Frequenz infolge der Temperaturkoeffizienten der Bauelemente ein NTC-Widerstand und ein Vorwiderstand verwendet, die einen Spannungsteiler für eine Kapazitätsdiode bilden.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Hinblick auf die obenerwähnten Probleme die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator bereitzustellen, bei dem der Einfluß einer Temperaturänderung vermindert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Oszillator der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Da gemäß des Aufbaus ein Oszillator vom Rückkopplungstyp unter sehr loser Kopplung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluß des Verstärkungskreises durch den Koaxialresonator aufgebaut werden kann, kann die Wirkung der Temperaturabweichung der Schwingungsfrequenz in dem Verstärker fast beseitigt werden, eine Temperaturänderung kann durch die Temperatukompensation nur der Charakteristik des Koaxialresonators unterdrückt werden und eine stabile Schwingungsfrequenz ist erreichbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Schaltkreise aus dem Stand der Technik werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung des herkömmlichen Oszillators;

Fig. 2 die Grundschaltung des herkömmlichen Oszillators;

Fig. 3 die graphische Darstellung der Frequenz-Temperatur- Charakteristik des herkömmlichen Oszillators;

Fig. 4 eine Schaltung einer lokalen Oszillationseinrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5A und 5B Durchgangscharakteristika eines Koaxialresonators nach Fig. 4;

Fig. 6A eine Schaltung eines Temperaturkompensationskreises, der in Fig. 4 verwendbar ist;

Fig. 6B eine graphische Darstellung seiner Temperaturcharakteristik (1); und

Fig. 7 und 8 Schaltungen einer lokalen Oszillationseinrichtung nach anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt einen Oszillator nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 4 sind ein dielektrischer Koaxialresonator 1 und Kondensatoren 2, 3 gezeigt, die durch einen Abstand zwischen leitenden Folien eines Substrats verwirklicht sind oder kleine Kondensatoren verwenden, beispielsweise 0,3 bis 1 pF. Erste Anschlüsse von diesen sind mit einem zentralen leitenden Glied des Koaxialresonators 1 verbunden. Ein Kopplungskondensator 4 ist mit einer variablen Kapazitätsdiode 5 verbunden und dient zum Erleichtern der Kapazitätsveränderung. Eine variable Kapazitätsdiode 5 dient zum Verändern der Frequenz. Die Zahl 6 kennzeichnet einen Gleichstromsperrkondensator. Widerstände 7, 8 dienen zum Anlegen einer Gleichspannung an beide Anschlüsse der Kapazitätsdiode 5. In der Figur sind ferner Verstärkungstransistoren 9, 10, 11, Lastwiderstände 12, 16, 19, Vorspannungswiderstände 13, 14, 15, 17, 18, ein Kopplungskondensator 20, ein Überbrückungskondensator 21 und ein Kopplungskondensator 22 für den Ausgang gezeigt. Ein dreistufiger Verstärker 26 führt eine Verstärkung vom Typ mit geerdetem Emitter in drei Stufen durch und kann in einem integrierten Schaltkreis hergestellt werden. Der Kondensator 3 ist mit der Basis des Transistors 9 für die Verstärkung mit dem anderen Anschluß verbunden und weiterhin ist der Kondensator 2 mit dem Kollektor des Verstärkungstransistors 11 an seinem anderen Anschluß verbunden.

Die Funktionsweise des Oszillators wird im folgenden erläutert. Bezugnehmend auf die Fig. 4 kann der Aufbau des Schaltkreises betrachtet werden, indem die Punkte D und E als Grenzen genommen werden. Zuerst wird von den Punkten D und E eine Seite des Verstärkers 26 gesehen. Der Punkt D ist mit der Basis des Transistors 9 für eine erste Stufe des Verstärkers verbunden und der Punkt E ist mit dem Kollektor des Transistors 11 für eine dritte Stufe des Verstärkers verbunden. Der Verstärker 26 hat einen dreistufigen Aufbau vom Typ mit geerdetem Emitter und ist ein Verstärker mit einem weiten Bereich, der eine Verstärkung von 25 bis 30 dB hat.

Andererseits ist eine Durchlaßcharakteristik für den Fall, daß die Koaxialresonatorseite von den Punkten D und E aus gesehen wird, in Fig. 5 gezeigt. Bezugnehmend auf die Fig. 5 zeigt A eine Amplitudencharakteristik und B zeigt eine Phasencharakteristik. Da der Koaxialresonator 1 mit dem Verstärker 26 durch die Kondensatoren 1 und 3 mit kleinen Kapazitäten verbunden ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Ladung Q groß, obwohl ein Verlust von etwa 10 dB vorhanden ist, und es wird eine Schwingung von hoher Reinheit erreicht. Eine Schwingungsfrequenz schwingt mit einer derartigen Frequenz, daß eine Phasensumme der Koaxialresonatorseite der Verstärkerseite mit den Grenzpunkten D und E Null wird. Das bedeutet, daß, wenn eine Phase der Verstärkerseite -Φ1 ist, wie es in Fig. 5B gezeigt ist, schwingt er mit einer Frequenz f₀, bei der die Phase der Koaxialresonatorseite +Φ1 wird. Weiterhin verändert sich in dem Fall, daß die Kapazität der Kapazitätsdiode 5, die zu dem Koaxialresonator 1 parallelgeschaltet ist, verändert wird, die Frequenz f₀, wie es in Fig. 5 durch gestrichelte Linien gezeigt ist, und in ähnlicher Weise schwingt er mit einer Frequenz f₀′, bei der die Phase +Φ1 wird.

Wenn andererseits, was die Temperaturcharakteristik betrifft, der Koaxialresonator selbst hinsichtlich der Temperatur zunimmt, erhöht sich die Resonanzfrequenz und die Veränderung ist linear mit etwa 10-20 ppm/°C. Hierbei sind die Kondensatoren 2, 3 und 4 sehr klein hinsichtlich ihrer Kapazität, wie beispielsweise 0,3 bis 0,5 pF, wie oben erwähnt, selbst wenn diese aufsummiert werden, zeigt seine Temperaturcharakteristik eine lineare Veränderung. Als eine Einrichtung für deren Kompensation gibt es beispielsweise ein Verfahren zur Kompensation durch Parallelschalten eines Kondensators, der ein Aluminiumsubstrat verwendet, zu dem Koaxialresonator. Weiterhin gibt es alternativ hierzu ein Verfahren zur Verwendung einer Temperaturänderung der Basisemitterspannung V_BE des Transistorverstärkers, wie es in Fig. 6A gezeigt ist. Für den Fall, daß das Ausgangssignal von dem Kollektor dieses Transistorverstärkers abgegeben wird, wirkt die Veränderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur so, wie es in Fig. 6B gezeigt ist. In Fig. 6A kann eine Temperatur, die die Spannungsveränderung bewirkt, durch Widerstände 31 und 32 eingestellt werden, und eine Spannungsänderung entsprechend einer Temperatur kann durch die Widerstände 33 und 34 eingestellt werden. Wenn die Kompensationsspannung an den Anschluß A in Fig. 4 angelegt wird und eine Spannung zum Einstellen der Schwingungsfrequenz an einen Anschluß angelegt wird, wird im Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg eine Spannung, die an beiden Anschlüssen der Kapazitätsdiode 5 anliegt, vermindert und eine Kapazität nimmt zu und damit wird eine Verminderung der Schwingungsfrequenz bewirkt. Somit kann eine Frequenzveränderung in Abhängigkeit von einer Temperatur des Resonators selbst kompensiert werden.

Wie oben im Zusammenhang mit dem Aufbau nach Fig. 4 erwähnt wurde, kann durch Verbindung des dielektrischen Koaxialresonators 1, der sehr lose über die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Verstärkers 26 angekoppelt ist, der Einfluß der Veränderung der nichtlinearen Schwingungsfrequenz entsprechend einer Temperatur der Verstärkerseite beseitigt werden, deshalb ist die Temperaturkompensation auch ausreichend, um eine lineare Änderung des Koaxialresonators 1 zu kompensieren, und die Temperaturkompensation wird auf einfache Weise ermöglicht. Gemäß dem Aufbau nach Fig. 4 wird eine Frequenzänderung innerhalb ungefähr 100 KHz unterdrückt.

Weiterhin kann, obwohl ein Treiber in dem Fall des Oszillators vom Clapp-Typ nach Fig. 1 erforderlich ist, da das Ausgangssignal von nur ungefähr -5 dBm erreicht wird, das Ausgangssignal von 0 dBm bei dem vorliegenden Aufbau erreicht werden. Da weiter sowohl der dreistufige Verstärker 26 als auch der Schaltkreis zum Erzeugen der Temperaturkompensationsspannung, wie er in Fig. 6A gezeigt ist, in dem integrierten Schaltkreis angeordnet werden können, kann der Schaltkreis vereinfacht werden. Da weiterhin die Last des Koaxialresonators lose angekoppelt ist, wird Q des Koaxialresonators groß und eine Schwingung von höherer Reinheit wird erreicht, wodurch das CN-Verhältnis des Schwingungsträgers verbessert wird.

In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform verwendet einen AFC- Kreis 31 für die Temperaturkompensation und die Einstellung der Schwingungsfrequenz wird unter Verwendung eines Widerstands 32, der in Serie zwischen dem +Vcc-Anschluß der Spannungsquelle und Erde eingeführt wird, und eines variablen Widerstands 33 durchgeführt. Die variable Kapazitätsdiode 5 ist im Hinblick auf Wechselstrom an der Kathode über den Kondensator 6 geerdet und ihre Anode ist mit dem Koaxialresonator 1 über den Kondensator 4 verbunden. Und eine +Vcc-Spannung wird der Kathode der Kapazitätsdiode 5 über den Widerstand 8 zugeführt und eine Gleichspannung, die durch den veränderbaren Widerstand 33 und den Widerstand 32 und den Ausgang des AFC- Kreises 31 festgelegt wird, wird der Anode zugeführt. Eine ähnliche Funktion und Wirkung der Ausführungsform nach Fig. 4 kann durch diesen Aufbau erreicht werden.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 8 sind ein derartiger Punkt, an dem eine Gleichspannung, die durch den Widerstand 32 und den veränderbaren Widerstand 33 festgelegt werden, und eine Ausgangsspannung des AFC-Kreises 31 an die Anode der veränderbaren Kapazitätsdiode 5 zur Einstellung der Schwingungsfrequenz und zur Temperaturkompensation angelegt werden, und ein derartiger Punkt, bei dem die Vcc-Spannung der Kathode über den Widerstand 8 zugeführt wird, identisch mit Fig. 7. In Fig. 8 wird eine Polarität der veränderbaren Kapazitätsdiode 5 gegenüber Fig. 7 geändert, so daß die Anode über den Kondensator 6 mit Erde verbunden ist. Mit dieser Ausgestaltung ist dieselbe Wirkung wie bei dem Beispiel nach Fig. 4, Fig. 7 erreichbar.

Wie oben erwähnt wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Temperaturkompensation auf einfache Weise durch einen Aufbau erreicht werden, bei dem ein lose gekoppelter Koaxialresonator längs den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen eines Verstärkers angeschlossen ist, und weiterhin ist auch die Herstellung in einem integrierten Schaltkreis leicht, eine stabile Oszillation kann erreicht werden und er ist als ein Tuner eines Doppelsupersystems oder als ein fester lokaler Oszillator eines Umsetzers für CATV verwendbar.

Claims (6)

1. Oszillator mit einem Koaxialresonator (1) als ein eine Schwingungsfrequenz bestimmendes Element, mit einem Verstärker (26), dessen Ausgangsanschluß (E) und dessen Eingangsanschluß (D) mit dem Innenleiter des Koaxialresonators (1) verbunden sind, und mit einer Kapazitätsdiode (5), bei der ein Anschluß mit dem Innenleiter des Koaxialresonators (1) verbunden ist und der andere Anschluß für Wechselstrom geerdet ist, derart, daß die Schwingungsfrequenz durch eine an der Kapazitätsdiode (5) anlegbare Spannung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (26) mindestens 2 Transistoren (9, 10, 11) zur Erzielung einer hohen Verstärkung umfaßt, daß der Ausgangsanschluß (E) des Verstärkers (26) in loser Kopplung mit dem Innenleiter des Koaxialresonators über einen ersten Kondensator (2) mit sehr geringer Kapazität verbunden ist, daß der Eingangsanschluß (D) des Verstärkers (26) in loser Kopplung mit dem Innenleiter des Koaxialresonators über einen zweiten Kondensator (3) mit sehr geringer Kapazität verbunden ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (26) ein Verstärker vom Typ mit geerdetem Emitter und dreistufiger Serienschaltung ist.

3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zum Einstellen der Frequenz an einem Anschluß der Kapazitätsdiode (5) anliegt und eine Spannung zur Temperaturkompensation an dem anderen Anschluß der Kapazitätsdiode (5) anliegt.

4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsdiode (5) im Hinblick auf Wechselstrom geerdet ist und eine konstante Spannung an dieser Kathode anliegt, eine Spannung zur Frequenzeinstellung (33) und eine Ausgangsspannung eines AFC-Kreises (31) an der Anode anliegen.

5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der Kapazitätsdiode (5) im Hinblick auf Wechselstrom geerdet ist und eine Spannung zur Frequenzeinstellung (33) und die Ausgangsspannung eines AFC-Kreises (31) an dieser Anode anliegen und eine konstante Spannung an der Kathode anliegt.

6. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (26) ein integrierter Schaltkreis ist.