FREQUENCY DIVIDER

Abstract: 1. A frequency divider for very short wavelength electro-magnetic waves, with an oscillator whose harmonics are synchronised and which has an amplifying semiconductor element (Tr), characterised in that there is inserted into the feedback path from the output to the input of the amplifier element (Tr) a line portion (K) connected in series with a coupling capacitor (CK ) and which is of such length (1), that in the case of the divided frequency the phase rotation of the fed-back oscillation is supplemented to a value of 360 degrees by the amplifier element (Tr), and there is inserted into the output circuit of the amplifier element (Tr) a series resonance circuit (L1, C1) whose resonant frequency lies approximately in the centre of the band of the divided frequency.

Description: Freauenzte iler Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzteiler für den Bereich sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mit einem oberwellensynchronisierten Oszillator mit einem verstärkenden Halbleiterelement. Frequenzteiler werden bei einer Vielzahl von Geräten der elektrischen Nachrinhtentechnik benötigt, beispielsweise innerhalb von Frequenzregelschaltungen von Trägerversorgungen. Durch die Frequenzteiler wird die Nachstimmung in eine Ebene niederer Frequenz gebracht. Dies ergibt eine Vereinfachung gegenüber dem Verfahren, bei dem eine Quarzfrequenz vervielfacht und die Oszillatorfrequenz in der RF-Ebene mittels der vervielfachten Quarzfrequenz stabilisiert wird. Für die Frequenzteiler können bis zu Frequenzen von ca. 1,5 GHz digitale Frequenzteiler eingesetzt werden. Für höhere Frequenzen werden Frequenzteiler mit Varaktordioden oder mit oberwellensynchronisierten Oszillatoren eingesetzt. Durch den Aufsatz "Hybrid MIC digital frequency dividers at 4,5 and 9 GHz" von J. Noordanus aus Adv. Dev. Radio Dept. of Philips' Telecommunicatie Industrie", erschienen anlässlich der European Microwave Conference 1977, ist. es bekannt, die Frequenzteilung im RF-Bereich durch Synchronisation von Multivibratoren mit einer harmonischen Frequenz durchzuführen. Ferner ist durch die DE-AS 21 24 650 eine Frequenzteilerschaltung mit Tunneldioden bekannt. Die bekannten Teilerschaltungen sind jedoch aufwendig und unzureichend hinsichtlich des Synchronisationsbereichs. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzteiler einfachen Aufbaus zu schaffen, der innerhalb einer möglichst grossen Bandbreite und mit einer möglichst kleinen Steuerleistung einen vorgegebenen Teilungsfaktor einhält. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung in der Weise gelöst, dass im Rückkopplungsweg vom Ausgang zum Eingang des Verstärkerelements ein Leitungsstück solcher Länge eingeschaltet ist, dass die Phasendrehung der rückgekoppelten Schwingung durch das Verstärkerelement auf einen Wert von 3600 ergänzt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, Es zeigen Fig. 1 und 2 in einem vereinfachten Schaltbild jeweils einen Transistoroszillator mit einem Lei tungsstück im Rüc#kopplungsweg, Fig. 3 das Schaltbild des Transistoroszillators mit geöffneter Rückkopplungsschleife und Fig. 4 in einer grafischen Darstellung die Phasen beziehungen zwischen verschiedenen Punkten der Schaltung bei geöffneter Rückkopp- lungsschleife. Fig. 1 zeigt eine Oszillatorschaltung mit einem Transistor Tr in Emittergrundschaltung. Die einzelnen Anschlüsse des in einem strichlierten Kästchen angeordneten Transistors Tr sind mit c, b,.e bezeichnet. Im Rückkopplungsweg des Transistors zwischen dem Kollektor und der Basis ist ein Leitungsstück K der Länge 1 und der Impedanz ZO eingeschaltet, zu dem ein insbesondere variaber Koppelkondensator CK in Reihe geschaltet ist. Die strichliert eingezeichnete Spule L5 stellt die Streuinduktivität der Schaltung dar. Der Koppelkondensator CX dient sowohl zum Sperren des Gleichstroms als auch zur Kompensation der Zuleitungsinduktivität Lb des Transistors Tr und der Streuindtiktivität L5 der Schaltung. L5 und h sollen möglichst klein sein, da dieser Serienkreis eine die Synchronisationsbandbreite einschränkende Wirkung hat. Am Schaltungseingang des Oszillators wird die zu teilende RF-Frequenz fRF (Radio-Frequenz) über einen Kondensator CRF (Trimmer) zugeführt, dessen Kapazitätswert so klein ist, dass er für die Oszillatorschwingung bei der geteilten Frequenz zu vernachlässigen ist. Das in der Frequenz um den Faktor N geteilte Signal wird am Kollektor des Transistors Tr abgenommen und auf den ausgangsseitigen Lastwiderstand R gegeben. Die Länge 1 des Leitungsstückes K ist so bemessen, dass die gesamte Phasenbeziehung einen Wert von 3600 erreicht. Das Leitungsstück ergänzt somit die Phasendrehung der rückgekoppelten Schwingung durch das Verstärkerelement auf einen Wert von 3600. Bei dieser Drehung der rückge- koppelten Schwingung ist die Schwingbedingung des Oszillators erfüllt. Fig. 2 zeigt eine dem Oszillator nach Fig. 1 weitgehend entsprechende Ausführungsform, jedoch ist hierbei im Ausgangskreis in Serie zum Lastwiderstand RL ein Serienresonanzkreis aus der Induktivität L1 und der Kapazität cl geschaltet, dessen Resonanzfrequenz etwa in Bandmitte der geteilten Frequenz liegt. Diese Massnahme bewirkt eine weitere Vergrösserung der Synchronisationsbandbreite. Fig. 3 zeigt die Oszillatorschaltung nach Fig. 2 bei ge öffneter Rückkopplungsschleife, die der grafischen Darstellung der Phasenbeziehungen gemäss Fig. 4 zugrunde liegt. In der Schaltung sind die Spannungen U1, U2, U3 und U4 eingezeichnet, die die Spannung am Basisanschluss des Transistors Tr, den beiden Enden des Leitungsstücks K und am Ausgang der Schaltung, jeweils bezogen auf den Schaltungsnullpunkt, darstellen. Der Phasenwinkel zwischen der Spannung U2 und U1 ist mit p21 bezeichnet, der Phasenwinkel zwischen der Spannung U3 und U2 mit p32. Der Phasenwinkel 931 zwischen der Spannung U3 und Ul stellt die Summe der Phasenwinkel typ21 und #32 dar. In Fig 4 sind die Phasenwinkel typ21, typ32 und #31 jeweils über der Frequenz f aufgetragen. In die Kurve für den resultierenden Phasenwinkel p31 ist zusätzlich in einem strichlierten Linienzug der Phasenwinkel typ31' eingezeichnet, der sich für die Oszillatorschaltung nach Fig. 2 mit zusätzlichem Serienresonanzkreis ergibt. Dieser Kurvenzug zeigt einen über einen bestimmten Frequenzbereich konstanten Phasenwinkel. Mit der erfindungsgemässen Schaltung lässt sich eine sehr hohe Oszillatorfrequen (beispielsweise 3 GHz) in ein facher Weise auf solche Frequenzwerte herunterteilen, die mit üblichen Frequenzteilern gut beherrschbar sind. An eine Schaltung der vorstehend beschriebenen Art kann dann, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Trennverstärkers, ein Digitalteiler mit einer entsprechenden Anzahl von Teilerstufen angeschaltet werden. 5 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentanstrüche 1. Frequenzteiler für den Bereich sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mit einem oberwellensynchronisierten Oszillator mit einem verstärkenden Halbleiterelement, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Rückkopplungsweg vom Ausgang zum Eingang des Verstärkerelements (Tr) ein Leitungsstück (K) solcher Länge (1) eingeschaltet ist, dass die Phasendrehung der rückgekoppelten Schwingung durch das Verstärkerelement (Tr) auf einen Wert von 3600 ergänzt wird. 2. Frequenzteiler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Koppelkondensator (CK) mit dem Leitungsstück (X) in Reihe geschaltet ist. Frequenzteiler nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verstärkerelement (Tr) ein in Emittergrundschaltung geschalteter bipolarer Transistor ist. 4. Frequenzteiler nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verstärkerelement (Tr) ein in Source-Grundschaltung geschalteter Feldeffekttransistor (FET) ist. 5. Frequenzteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass im Kollektorkreis des Transistors (Tr) ein Serienresonanzkreis (L1, C1) eingeschaltet ist, dessen Resonanzfrequenz etwa in Bandmitte der geteilten Frequenz liegt.

Inventors: SCHROCKER, ANTON, DIPL.-ING., ULMER, WOLFGANG, DIPL.-ING., Schröcker, Anton, Dipl.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: H03B19
IPC codes: H03B5, H03B19