DE3842859A1 - Low-noise radio-frequency oscillator, the operating characteristic of which is scarcely affected by the load - Google Patents

Low-noise radio-frequency oscillator, the operating characteristic of which is scarcely affected by the load

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Abstract

Published without abstract.

Description

A. Gegenstand der AnmeldungA. Subject of the application

Hochfrequenzoszillatoren werden in den verschiedensten Bereichen der Elektronik eingesetzt.High frequency oscillators are used in a wide variety of areas Electronics used.

Gegenstand der Anmeldung sind Technologien zur Verringerung des Phasenrauschens sowie des Lasteinflusses auf die Betriebseigenschaften eines Hochfrequenzoszillators.The subject of the application is technologies for reducing phase noise and the influence of the load on the operating properties of a high-frequency oscillator.

Besondere Bedeutung hat die Erfindung für spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO's), wie sie als besonders rauscharm für alle Arten der Kommunikations- und Unterhaltungselektronik, insbesondere in Frequenzsynthesizern benötigt werden.The invention is of particular importance for voltage-controlled oscillators (VCO's) as they are particularly low noise for all types of communication and Consumer electronics, especially needed in frequency synthesizers will.

Die Anwendung der Erfindungsgedanken auf Mikrowellenoszillatoren ist in einem eigenen Abschnitt D zusammengefaßt.The application of the inventive concept to microwave oscillators is in one own section D summarized.

B. Bisher BekanntesB. Previously known

Signifikante Eigenschaft jedes HF-Oszillators sind Rauschen und Einfluß der Last auf seine Betriebseigenschaften.A significant characteristic of every RF oscillator is noise and the influence of Load on its operating characteristics.

1. Rauschen1. Noise

1.1. Eigenrauschen des Oszillators.
1.2. Zusatzrauschen durch die Last.1.1. Inherent noise of the oscillator.
1.2. Additional noise from the load.

Zu 1.1.: Das Eigenrauschen des Oszillators hat mehrere UrsachenTo 1.1 .: The inherent noise of the oscillator has several causes

  • - das Rauschen des verlustbehafteten Schwingkreises- the noise of the lossy resonant circuit
  • - das Rauschen der Kapazitätsdiode- the noise of the capacitance diode
  • - das Rauschen der passiven Schaltelemente- the noise of the passive switching elements
  • - das Rauschen des Verstärkervierpols:- the noise of the amplifier four-pole:
  • - Transistor, FET, Röhre, sonstiger negativer Widerstand.- transistor, FET, tube, other negative resistance.

Die Summe dieser einzelnen Rauschkomponenten ergibt das gesamte Eigenrauschen des Oszillators.The sum of these individual noise components results in the total self-noise of the oscillator.

Die gesamte Rauschamplitude ist in unmittelbarer Nähe des Trägers am größten und fällt mit zunehmendem Abstand vom Träger ab. Man definiert deshalb "trägernahes" und "trägerfernes" Rauschen.The total noise amplitude is greatest in the immediate vicinity of the wearer and decreases with increasing distance from the wearer. One defines therefore "near-carrier" and "far-away" noise.

Zu 1.2.: Zusatzrauschen durch die LastTo 1.2 .: Additional noise from the load

Aufgabe eines Oszillators ist, Energie der gewünschten Frequenz an eine Last abzugeben.The job of an oscillator is to deliver energy of the desired frequency to a load to deliver.

Wird diese Last z. B. am Oszillatorschwingkreis ausgekoppelt, so wirkt dies als Erhöhung der Verluste dieses Schwingkreises und damit Erhöhung des Rauschens.If this load z. B. coupled out on the oscillator circuit, this acts as an increase in the losses of this resonant circuit and thus an increase in the Noise.

Da der Schwingkreis eine selektive Wirkung hat, wird das Weitabrauschen weniger erhöht als das trägernahe Rauschen.Since the resonant circuit has a selective effect, the wide noise will less increased than the noise close to the carrier.

Gleiches gilt für eine Lastauskopplung aus dem Feld der Spule oder z. B. eines Topfkreises.The same applies to a load decoupling from the field of the coil or z. B. one Pot circle.

Koppelt man die Leistung an einer Elektrode des verstärkenden Vierpols aus, dann entfällt die Selektionswirkung des Schwingkreises und das Weitabrauschen wird schlechter.If you couple the power to an electrode of the amplifying four-pole, then the selection effect of the resonant circuit and the wide noise are eliminated gets worse.

Eingebürgert hat sich noch die Abnahme der Leistung an einem niederohmigen Kollektorwiderstand (der in Serie zum Innenwiderstand des verstärkenden Vierpols liegt), weil sie bei geringstem mechanischen Aufwand - verglichen mit Auskopplung aus Schwingkreis oder Feld - noch brauchbares Weitabrauschen liefert.The decrease in performance on a low-impedance has become common Collector resistance (the one in series with the internal resistance of the reinforcing Vierpols lies), because with the least mechanical effort - compared to Decoupling from resonant circuit or field - still usable wide noise delivers.

2. Einfluß der Last auf die Betriebseigenschaften des Oszillators2. Influence of the load on the operating characteristics of the oscillator

Einflüsse der Last sind:
2.1 Abhängigkeit der Frequenz von der Last
2.2 Abhängigkeit der Amplitude von der Last
2.3 Abhängigkeit der Schwingsicherheit von der Last.Influences of the load are:
2.1 Dependence of the frequency on the load
2.2 Dependence of the amplitude on the load
2.3 Dependency of vibration safety on the load.

Nachfolgend werden erfindungsgemäße Oszillatorschaltungen beschrieben, deren Betriebseigenschaften erheblich weniger als bisher üblich von der Last abhängen und die signifikant weniger rauschen.Oscillator circuits according to the invention are described below, the Operating characteristics significantly less than previously usual from the load depend and the significantly less noise.

Vor Auflistung der Erfindungsgedanken folgt - zu deren besserem Verständnis - eine Systematik der Oszillatoren:Before listing the ideas of the invention it follows - for a better understanding - a system of oscillators:

3. Systematik der Oszillatoren3. Systematics of the oscillators

Vorbemerkung:
Jeder Oszillator enthält ein verstärkendes Element, z. B. Bipolar-, FET- usw. Transistor oder Röhre. Die nachfolgenden Betrachtungen gelten für Bipolar- und FET-Transistoren sowie für Röhren und andere verstärkende Elemente und sind generell durchgeführt, unabhängig von den Rauscheigenschaften der einzelnen Elemente.Preliminary note:
Each oscillator contains a reinforcing element, e.g. B. bipolar, FET, etc. transistor or tube. The following considerations apply to bipolar and FET transistors as well as to tubes and other reinforcing elements and are generally carried out regardless of the noise characteristics of the individual elements.

Gleiches gilt für die Elektroden dieser Elemente:
1. Quellelektrode: Emitter, Source, Kathode
2. Steuerelektrode: Basis, Gate, Gitter
3. Ausgangselektrode: Kollektor, Drain, AnodeThe same applies to the electrodes of these elements:
1. Source electrode: emitter, source, cathode
2. Control electrode: base, gate, grid
3. Output electrode: collector, drain, anode

Die bekannte "Phasenbedingung" für das Schwingen eines Oszillators kann wie folgt definiert werden:The known "phase condition" for the oscillation of an oscillator can be like can be defined as follows:

"Schwingbedingung für einen Oszillator ist, daß die Blindwiderstände zwischen Basis und Emitter sowie zwischen Kollektor und Emitter gleiches imaginäres Vorzeichen haben, der Blindwiderstand zwischen Kollektor und Basis das entgegengesetzte Vorzeichen (Abb. 1)."Vibration condition for an oscillator is that the reactance between base and emitter and between collector and emitter have the same imaginary sign, the reactance between collector and base has the opposite sign ( Fig. 1).

Daraus ergibt sich der sog. "induktive" 3-Punkt-Oszillator (Abb. 2) und der sog. "kapazitive" 3-Punkt-Oszillator (Abb. 3).This results in the so-called "inductive" 3-point oscillator ( Fig. 2) and the so-called "capacitive" 3-point oscillator ( Fig. 3).

Es besteht nun die Möglichkeit, wahlweise jede der drei Transistor-Elektroden an Masse zu legen, entsprechend sind die möglichen Arten der Leistungsauskopplung: It is now possible to choose any of the three transistor electrodes to ground, the possible types of power decoupling are:  

Gemäß Abb. 4 kann der Emitter kalt sein. Dann kann die Leistungsauskopplung erfolgen an der an Basis B, am Kollektor C oder an einer Auskoppelspule L. In jedem Fall beeinflußt die Größe und Frequenzabhängigkeit der Last die Eigenschaften des Oszillators:According to Fig. 4 the emitter can be cold. The output can then be coupled out at the base B , at the collector C or at a decoupling coil L. In any case, the size and frequency dependence of the load influence the properties of the oscillator:

  • - Beeinflussung der Schwingfrequenz:- Influencing the vibration frequency:
  • - Beeinflussung der HF-Amplitude, insbesondere über den Abstimmbereich- Influencing the RF amplitude, especially over the tuning range
  • - Verschlechterung des Rauschens.- deterioration of noise.

Gemäß Abb. 5 kann auch die Basis kalt sein. Die Leistungsauskopplung am Emitter E, am Kollektor C oder an der Koppelspule L führt wiederum zum Einfluß der Last auf die Oszillatoreigenschaften.As shown in Fig. 5, the base can also be cold. The decoupling of power at the emitter E , at the collector C or at the coupling coil L in turn leads to the influence of the load on the oscillator properties.

Gemäß Abb. 6 kann auch der Kollektor kalt sein. Die Leistungsauskopplung ist möglich über Basis (hier heißes Schwingkreisende), Emitter E oder Auskoppelinduktivität L, mit denselben Lasteinflüssen.As shown in Fig. 6, the collector can also be cold. The power can be decoupled via the base (here the hot resonant circuit end), emitter E or decoupling inductance L with the same load influences.

Üblich ist noch die Variante Abb. 7: Zwischen Kollektor und dem kalten Potential wird ein niederohmiger Widerstand als Quelle für die Auskopplung eingefügt. Bei dieser Art der Auskopplung ist der Einfluß der Last auf die Oszillatoreigenschaften geringer als in den vorhergehenden Schaltungen.The variant Fig. 7 is still common: a low-resistance resistor is inserted between the collector and the cold potential as a source for the coupling. With this type of decoupling, the influence of the load on the oscillator properties is less than in the previous circuits.

In den Abb. 4, 5 und 6 ist das trägerferne Rauschen bei induktiver Auskopplung geringer als bei den übrigen Auskoppelarten.In Fig. 4, 5 and 6, the noise away from the carrier is lower with inductive coupling than with the other coupling types.

In Abb. 7 kommt zu den bereits vorhandenen Rauschquellen noch das breitbandige Rauschen des Auskopplungswiderstandes R hinzu.In Fig. 7, the broadband noise of the decoupling resistor R is added to the existing noise sources.

C. Erfindungsgemäße Schaltungen zur Verbesserung der OszillatoreigenschaftenC. Circuits According to the Invention for Improving the Oscillator Properties 1. Lastauskopplung1. Load decoupling

Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Oszillatoreigenschaften zwischen Kollektor des Oszillator-Transistors und den Knotenpunkt zwischen L und C 2 die Basis-Emitter-Strecke eines hinzugefügten Transistors so eingeschaltet, daß die Basis an den Knotenpunkt von L und C 2 zu liegen kommt und der Emitter dieses neuen Transistors mit dem Kollektor des Oszillator-Transistors verbunden ist. Der Kollektor des hinzugefügten Transistors dient als Stromquelle für die Last.According to the invention, in order to improve the oscillator properties between the collector of the oscillator transistor and the node between L and C 2, the base-emitter path of an added transistor is switched on so that the base comes to lie at the node of L and C 2 and the emitter of this new transistor is connected to the collector of the oscillator transistor. The collector of the added transistor serves as a current source for the load.

Abb. 8 zeigt eine Ausführungsform mit kaltem Emitter des Oszillator- Transistors. Fig. 8 shows an embodiment with a cold emitter of the oscillator transistor.

Auch hier kann man - entsprechend Abb. 4, 5, 6 und 7 - den Oszillator an beliebigen Punkten an das kalte Potential legen: Here too - according to Fig. 4, 5, 6 and 7 - the oscillator can be connected to the cold potential at any point:

In Abb. 9 ist die Basis des Oszillator-Transistors kalt. Der neue Transistor ist entsprechend eingefügt.In Fig. 9 the base of the oscillator transistor is cold. The new transistor is inserted accordingly.

In Abb. 10 war ursprünglich der Kollektor des Oszillator-Transistors kalt; auch hier ist der zusätzliche Transistor entsprechend eingefügt.In Fig. 10, the collector of the oscillator transistor was originally cold; here too the additional transistor is inserted accordingly.

Alle drei Schaltungen gemäß Abb. 8, 9 und 10 haben durch den zusätzlich eingefügten Transistor folgende Verbesserung erfahren:All three circuits according to Fig. 8, 9 and 10 have been improved as a result of the additional transistor:

  • 1. Aus dem Oszillator wird nicht mehr eine Last ausgekoppelt, sondern der Kollektorstrom des Oszillatortransistors durchfließt nur die niederohmige - in Serie mit dem Innenwiderstand des Oszillator-Transistors liegende - Basis-Emitterstrecke des zweiten als Leistungsverstärker geschalteten Transistors. Weil aus dem Oszillator nur die für den 2. Transistor benötigte Ansteuerlast ausgekoppelt wird, die gegenüber der direkten Lastauskopplung um z. B. 10 bis 20 dB niedriger ist, gibt es auch keine lastbedingte Rauschverschlechterung.1. No longer a load is decoupled from the oscillator, but the Collector current of the oscillator transistor only flows through the low-resistance - lying in series with the internal resistance of the oscillator transistor - Base-emitter path of the second switched as a power amplifier Transistor. Because from the oscillator only the second transistor required control load is decoupled compared to the direct Load decoupling by z. B. is 10 to 20 dB lower, there is also none load-related noise deterioration.
  • 2. Die Basis-Emitter-Strecke des zusätzlichen Transistors ist so niederohmig, daß sie gegenüber dem Innenwiderstand des Oszillatortransistors vernachlässigt werden kann, so daß die Arbeitsbedingungen des Oszillators infolge des eingefügten Transistors nicht oder nur mehr unwesentlich beeinträchtigt werden.
    Die Last-Abhängigkeit von
    • - Frequenz
    • - Amplitude
    • - Schwingsicherheit
    2. The base-emitter path of the additional transistor is so low that it can be neglected in relation to the internal resistance of the oscillator transistor, so that the operating conditions of the oscillator are not or only marginally impaired as a result of the inserted transistor.
    The load dependency on
    • - frequency
    • - amplitude
    • - Vibration security
  • sind damit erheblich reduziert.are significantly reduced.
  • 3. Es besteht die Möglichkeit, die Basis des 2. Transistors an eine konstante Gleichspannung zu legen und den Oszillator über den Kollektor des 2. Transistors zu speisen, wodurch die Oszillatoreigenschaften auch von Schwankungen der Speisespannung
    • - Frequenzabhängigkeit . . ."Pulling" und
    • - Oszillatoramplitude
    3. It is possible to connect the base of the second transistor to a constant DC voltage and to feed the oscillator via the collector of the second transistor, which means that the oscillator properties also fluctuate from the supply voltage
    • - frequency dependence. . "Pulling" and
    • - oscillator amplitude
  • wesentlich unabhängiger werden.become much more independent.
  • 4. Man kann die Basis-Emitter-Strecke des 2. Transistors in eine LOW-DROP- Speisestabilisierung gemäß Abb. 35 einbeziehen, wodurch man bei sparsamster Verwendung von Bauelementen zu einem insgesamt hochwertigen Oszillator kommt.4. The base-emitter path of the second transistor can be included in a LOW-DROP supply stabilization as shown in Fig. 35, which results in an overall high-quality oscillator with the most economical use of components.
2. Reduktion des trägernahen Rauschens2. Reduction of noise close to the carrier

Eine Reduktion des trägernahen Rauschens ist bisher viel zu wenig beachtet worden. Reduziert man das trägernahe Rauschen, so geht - wie das Experiment zeigt - auch der Weitab-Rauschpegel zurück.A reduction in noise close to the carrier has so far been neglected been. If you reduce the noise close to the carrier, it works - like the experiment shows - also the far-away noise level.

Das trägernahe Rauschen wird durch das 1/F-Rauschverhalten des Transistors noch verstärkt.The near-carrier noise is due to the 1 / F noise behavior of the transistor reinforced.

Erfindungsgemäß wird das 1/F-Rauschen dadurch erheblich reduziert, daß man z. B. die niederfrequente Verstärkung des Oszillatortransistors durch eine NF-Gegenkopplung Richtung Frequenz 0 gegen 0 gehen läßt. In jedem kapazitiven Dreipunktoszillator muß in Serie zu L 2 ein Ko C 4 zur Gleichspannungstrennung von Kollektor gegen Basis eingefügt werden. Wird die Kapazität dieses Ko's genügend groß gewählt, wirkt er als NF-Gegenkopplung.According to the 1 / F noise is significantly reduced by z. B. lets the low-frequency gain of the oscillator transistor go through an LF negative feedback direction frequency 0 to 0. In each capacitive three-point oscillator, a Ko C 4 must be inserted in series with L 2 for DC voltage separation from collector to base. If the capacity of this Ko 'is chosen sufficiently large, it acts as an LF negative feedback.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Abb. 13 dargestellt.An embodiment is shown in Fig. 13.

Kann die Kapazität dieses Ko's z. B. aus Gründen der HF-Dimensionierung nicht beliebig groß gemacht werden, oder aus anderen Gründen, so wird erfindungsgemäß das 1/F-Rauschen dadurch erheblich reduziert, daß zwischen Basis und Kollektor des Oszillator-Transistors die Serienschaltung eines Kondensators hoher Kapazität mit einer HF-Drossel geschaltet wird.Can the capacity of this Ko ' s z. B. for reasons of RF dimensioning are not made arbitrarily large, or for other reasons, the 1 / F noise is significantly reduced according to the invention in that the series connection of a capacitor of high capacitance with an HF between the base and collector of the oscillator transistor Throttle is switched.

Um Eigenresonanzen der Drossel unwirksam zu machen, kann erfindungsgemäß in die Serienschaltung noch ein Widerstand einbezogen werden.According to the invention, in order to render the choke's own resonances ineffective a resistor can also be included in the series connection.

Abb. 14 zeigt einen Oszillator mit kaltem Emitter, in den diese Rauschverminderungsschaltung als NF-Gegenkopplung eingefügt ist, die das Rauschen fühlbar verringert. Fig. 14 shows an oscillator with a cold emitter, in which this noise reduction circuit is inserted as LF negative feedback, which noticeably reduces the noise.

Abb. 15 zeigt einen Oszillator mit kalter Basis, mit der o. a. Serienschaltung von R, L und C. Fig. 15 shows an oscillator with a cold base, with the above series connection of R, L and C.

Abb. 16 zeigt einen Oszillator mit kaltem Kollektor, in dem die RLC-Serienschaltung zwischen Basis und kaltem Potential als NF-Gegenkopplung wirkt. Fig. 16 shows an oscillator with a cold collector, in which the RLC series connection between base and cold potential acts as LF negative feedback.

Da das 1/F-Rauschen an allen Transistor-Elektroden auftreten kann, kann eine derartige Beschaltung von jeder Elektrode zum kalten Potential oder der Elektroden untereinander sinnvoll sein.Since the 1 / F noise can occur on all transistor electrodes, one can such wiring from each electrode to the cold potential or the Electrodes make sense among themselves.

Abb. 17 bis 19 zeigen NF-Eingangsverblockungen, jeweils zwischen Basis und Emitter, für die 3 Oszillatorgrundschaltungen und den einzelnen Möglichkeiten geerdeter Elektroden. Fig. 17 to 19 show LF input blocks, each between the base and emitter, for the 3 basic oscillator circuits and the individual options for grounded electrodes.

3. Kombination der Schaltungstechnik Rausch- und Lasteinflußreduktion durch eingefügtes Verstärkerelement mit Reduktion trägernahen Rauschens durch NF-Gegenkopplung bzw. NF-Ableitung tiefer Rauschfrequenzen3. Combination of circuit technology through noise and load influence reduction inserted amplifier element with reduction of noise near the carrier LF negative feedback or LF derivation of low noise frequencies

Es erscheint sinnvoll, sowohl die Verringerung des Lasteinflusses durch Einfügen eines Verstärkerelementes gemäß Abschnitt 4 als auch die Schaltung zur Verminderung trägernahen Rauschens gemäß Abschnitt 5 gemeinsam in einem Oszillator zu vereinigen.It seems sensible to both reduce the impact of load Insert an amplifier element according to section 4 as well as the circuit to reduce noise near the carrier according to section 5 together in one Unite oscillator.

Abb. 20 zeigt einen derartigen Oszillator mit kaltem Emitter des Oszillatortransistors, Fig. 20 shows such an oscillator with a cold emitter of the oscillator transistor,

Abb. 21 dto. mit kalter Basis des Oszillatortransistors, Fig. 21 same with cold base of the oscillator transistor,

Abb. 22 dto. mit kaltem Kollektor des Oszillatortransistors und kaltem Emitter des Zusatztransistors, Fig. 22 dto. With cold collector of the oscillator transistor and cold emitter of the additional transistor,

Abb. 23 dto. mit Schwingkreisfußpunkt am kalten Potential. Fig. 23 dto. With resonant circuit base at the cold potential.

D. Mikrowellenoszillatoren mit verringerter Lastabhängigkeit der Oszillatoreigenschaften und Reduktion des RauschensD. microwave oscillators with reduced load dependence of the Oscillator properties and noise reduction

  • 1. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Lastabhängigkeit der Oszillatoreigenschaften und Rauschzunahme durch die Last.1. Circuit arrangement for reducing the load dependency of the Oscillator properties and noise increase due to the load.
  • 2. Rauschverbesserung durch niederfrequente Gegenkopplung.2. Noise improvement through low-frequency negative feedback.
1. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Lastabhängigkeit der Oszillatoreigenschaften und Rauschzunahme durch die Last1. Circuit arrangement for reducing the load dependency of the Oscillator properties and noise increase due to the load Bisher BekanntesWhat is known so far

Abb. 24 zeigt das übliche Mikrowellenoszillator-Schaltbild, bei dem das verstärkende Element (z. B. Transistor mit Steuerelektrode "Basis G", Quellelektrode "Emitter S" und Auskoppelelektrode "Kollektor D") zwischen zwei Abschlußimpedanzen Z 01 und Z 02 so geschaltet ist, daß die Eingangsimpedanz Z 01 über die Impedanz ZG an die Basis, die Last über ZD an den Kollektor transformiert und E über ZS an das kalte Potential gelegt wird. Fig. 24 shows the usual microwave oscillator circuit diagram in which the amplifying element (e.g. transistor with control electrode "base G" , source electrode "emitter S" and coupling electrode "collector D") is switched between two terminating impedances Z 01 and Z 02 in this way is that the input impedance Z 01 is transformed to the base via the impedance ZG , the load is transferred to the collector via ZD and E is applied to the cold potential via ZS .

Abb. 25 zeigt denselben Oszillator, bei dem ZG, ZD und ZS als Leitungen ausgeführt sind. Fig. 25 shows the same oscillator in which ZG, ZD and ZS are designed as lines.

Bekannt ist, daß die Einkopplung eines Wirkwiderstandes in eine Oszillator- Schaltung das Rauschen verschlechtert. Die beiden Abschlüsse Z 01 und Z 02 enthalten oder sind Wirkwiderstände, Z 02 enthält den oder ist der Lastwiderstand. It is known that the coupling of an effective resistor into an oscillator circuit deteriorates the noise. The two terminations Z 01 and Z 02 contain or are effective resistors, Z 02 contains or is the load resistor.

Z 01 - in der Theorie von Oszillatoren niederer Frequenzen nicht üblich - ist Teil eines Mikrowellenoszillatormodells, das eine einfache Computer- Berechnung und -Optimierung des Oszillators ermöglicht. Sie kann bei der Optimierung zu 0 oder "unendlich" gemacht werden, so daß sie zum Rauschen nicht mehr beiträgt. Z 01 - not common in the theory of low-frequency oscillators - is part of a microwave oscillator model that enables simple computer calculation and optimization of the oscillator. It can be set to 0 or "infinite" during optimization so that it no longer contributes to noise.

Z 02 enthält evident die Wirklast, in der die ausgekoppelte Oszillator-HF-Leistung verbraucht wird. Sie kann deshalb nicht eliminiert werden, so daß sie einen wesentlichen Rauschanteil liefert. Z 02 obviously contains the active load in which the decoupled oscillator RF power is consumed. It can therefore not be eliminated, so that it provides a significant amount of noise.

Abb. 26 zeigt den Oszillator, bei dem die eingangsseitige ohmsche Last und die damit verbundene Rauschquelle wegfällt. Fig. 26 shows the oscillator, in which the ohmic load on the input side and the associated noise source are eliminated.

Abb. 27 zeigt, wie bisher die Last aus dem Oszillator ausgekoppelt wird. Fig. 27 shows how the load has so far been decoupled from the oscillator.

ErfindungsgedankenInvention ideas 1. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Lastabhängigkeit der Oszillatoreigenschaften und der Rauschzunahme durch die Last1. Circuit arrangement for reducing the load dependency of the Oscillator characteristics and the noise increase due to the load

Erfindungsgemäß wird bei dem Mikrowellenoszillator der Einfluß der Last auf Rauschen, Frequenz- und Amplitudenbeeinflussung dadurch wesentlich verringert, daß zwischen Transistor des Oszillator-Transistors und die an ihn anschließende Leitung ZD die Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors so eingefügt wird, daß Emitter von Transistor 2 an Kollektor von Transistor 1 sowie die Basis von Transistor 2 an die Leitung ZD angeschlossen und die Leistung am Kollektor des Transistors 2 ausgekoppelt wird, wodurch die Rückwirkung von Kollektor Transistor 2 auf den Emitter von Transistor 2, und damit der Einfluß der Last auf den Oszillator und damit sowohl die lastbedingte Rauschzunahme, aber auch Frequenz- und Amplitudenbeeinflussung des Oszillators durch die Last wesentlich verringert wird.According to the invention, the influence of the load on noise, frequency and amplitude influence is substantially reduced in the microwave oscillator by inserting the base-emitter path of a second transistor between the transistor of the oscillator transistor and the line ZD connected to it in such a way that emitters of Transistor 2 is connected to the collector of transistor 1 and the base of transistor 2 is connected to the line ZD and the power at the collector of transistor 2 is coupled out, which causes the reaction of collector transistor 2 to the emitter of transistor 2 , and thus the influence of the load the oscillator and thus both the load-related noise increase, but also frequency and amplitude influence of the oscillator by the load is significantly reduced.

Eine Ausführungsform ist in Abb. 28 dargestellt.One embodiment is shown in Fig. 28.

Abb. 29 zeigt eine Ausführung für FET-Transistor. Fig. 29 shows a version for FET transistor.

Abb. 30 zeigt eine Ausführung, bei der der 2. Transistor ein 2-Gate-FET ist, bei dem das 2. Gate an Source des 2. Transistors angeschlossen ist. Fig. 30 shows an embodiment in which the second transistor is a 2-gate FET, in which the second gate is connected to the source of the second transistor.

Abb. 31 zeigt denselben Oszillator wie Abb. 30, bei dem jedoch dieses Gate 2 am kalten Potential liegt. Fig. 31 shows the same oscillator as Fig. 30, but with this gate 2 at the cold potential.

2. Schaltungsanordnung zur Verminderung des niederfrequenten (trägernahen) Rauschens2. Circuit arrangement for reducing the low-frequency (near-carrier) noise

Viele Transistorstrukturen haben ein niederfrequentes Rauschen mit z. B. 1/F-Verhalten. Dies führt zu trägernahem Oszillatorrauschen.Many transistor structures have low frequency noise with e.g. B. 1 / F behavior. This leads to oscillator noise close to the carrier.

Erfindungsgemäß wird dieses trägernahe Rauschen und damit die ganze Rauschkurve L (fm) = f Delta fm signifikant abgesenkt, indem man eine kapazitive Gegenkopplung - meist bestehend aus einer Serienschaltung von Dr-C, Dr-C-R, oder Dr-R-C-Dr zwischen Kollektor und Basis des Oszillatortransistors schaltet, wobei das C so groß gewählt werden muß, daß es eine niederfrequente Gegenkopplung ist.According to the invention, this near-carrier noise and thus the entire noise curve L (fm) = f delta fm is significantly reduced by using a capacitive negative feedback - usually consisting of a series connection of Dr-C, Dr-CR, or Dr-RC-Dr between the collector and The base of the oscillator transistor switches, the C must be chosen so large that it is a low-frequency negative feedback.

Eine Ausführungsform ist in Abb. 32 dargestellt.One embodiment is shown in Fig. 32.

3. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Lastabhängigkeit der Oszillatoreigenschaften und Rauschzunahme durch die Last sowie zur Verminderung des niederfrequenten (trägernahen) Rauschens3. Circuit arrangement for reducing the load dependency of the Oscillator properties and noise increase due to the load as well as to reduce the low-frequency (near-carrier) noise

Erfindungsgemäß werden die beiden Schaltungsanordnungen - sowohl zur Verminderung der Rauschverschlechterung durch die Last als auch die Verminderung des trägernahen Rauschens gemeinsam in einem Oszillator vereinigt.According to the two circuit arrangements - both for Reduce noise degradation from the load as well Reduction of the noise close to the carrier combined in one oscillator.

Eine Ausführungsform mit Transistoren ist in Abb. 33 dargestellt.An embodiment with transistors is shown in Fig. 33.

Erfindungsgemäß kann auch noch der 2. Transistor in die Gegenkopplung einbezogen und damit auch dessen trägernahes Rauschen reduziert werden.According to the invention, the second transistor can also be fed into the negative feedback included and thus its noise close to the carrier can be reduced.

Eine Ausführung ist in Abb. 34 dargestellt.An implementation is shown in Fig. 34.

Die Schaltungen nach Abb. 33 und Abb. 34 können auch mit FET's, 2-Gate-FET's sowie Gate 2 am Source des 2. Transistors oder am kalten Potential ausgerüstet sein. Abbildungen erübrigen sich hier.The circuits according to Fig. 33 and Fig. 34 can also be equipped with FETs, 2-gate FETs and Gate 2 at the source of the second transistor or at the cold potential. Pictures are not necessary here.

Natürlich gelten alle Erfindungsgedanken für alle infrage kommenden Transistoren, FET's und andere verstärkende Vierpole und negativen Widerstände sinngemäß.Of course, all ideas of the invention apply to all possible ones Transistors, FETs and other amplifying four-pole and negative resistors analogous.

Claims (20)

1. Hochfrequenz-Oszillator, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor des Oszillator-Transistors und dem kollektorseitigen Knotenpunkt der beiden Schwingkreis-Blindwiderstände ein zweiter Transistor so eingefügt wird, daß dessen Basis mit diesem Knoten der beiden Schwingkreis-Elemente und der Emitter mit dem Kollektor des Oszillator-Transistors verbunden werden.1. High-frequency oscillator, characterized in that a second transistor is inserted between the collector of the oscillator transistor and the collector-side node of the two resonant circuit reactors so that its base with this node of the two resonant circuit elements and the emitter with the collector of Oscillator transistor are connected. 2. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für einen Oszillator mit kaltem Emitter verwendet wird.2. High-frequency oscillator according to claim 1, characterized in that the Circuit for an oscillator with a cold emitter is used. 3. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für einen Oszillator mit kalter Basis verwendet wird.3. High-frequency oscillator according to claim 1, characterized in that the Circuit for an oscillator with a cold base is used. 4. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für einen Oszillator verwendet wird, dessen Kollektor ursprünglich kalt war und der zweite Transistor nunmehr zwischen den oben aufgetrennten Kollektor und das kalte Potential eingefügt wird.4. High-frequency oscillator according to claim 1, characterized in that the Circuit used for an oscillator whose collector was originally was cold and the second transistor is now between those separated above Collector and the cold potential is inserted. 5. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schaltung mit kaltem Kollektor der Emitter des zusätzlichen Transistors ebenfalls am kalten Anschluß, die Basis mit den vom kalten Anschluß getrennten Knotenpunkt der kollektorseitigen Schwingkreis-Induktivität und Schwingkreis-Kapazität verbunden wird (Abb. 11).5. High-frequency oscillator according to claim 1, characterized in that in a circuit with a cold collector the emitter of the additional transistor is also connected to the cold connection, the base with the node separated from the cold connection of the collector-side resonant circuit inductance and resonant circuit capacitance ( Fig. 11). 6. Hochfrequenzoszillator, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des trägernahen (niederfrequenten 1/F-)Rauschens eine Serienschaltung von HF-Drossel und Kondensator hoher Kapazität, bei Bedarf ergänzt durch die Serienschaltung eines Widerstandes, als Gegenkopplung zwischen Ausgangs- und Steuerelektrode des Oszillator-Verstärker-Elementes geschaltet wird.6. High-frequency oscillator, characterized in that to reduce the near the carrier (low frequency 1 / F) noise a series connection of RF choke and capacitor with high capacity, supplemented by the if necessary Series connection of a resistor, as negative feedback between output and Control electrode of the oscillator amplifier element is switched. 7. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator mit kaltem Emitter verwendet wird.7. High-frequency oscillator according to claim 6, characterized in that an oscillator with a cold emitter is used. 8. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator mit einer für HF kalten Basis verwendet wird.8. High-frequency oscillator according to claim 6, characterized in that an oscillator with a cold base for HF is used. 9. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator mit kaltem Kollektor verwendet wird, in dem die RLC-Serienschaltung zwischen Basis und kaltem Potential als NF-Gegenkopplung wirkt.9. High-frequency oscillator according to claim 6, characterized in that an oscillator with a cold collector is used, in which the RLC series connection between base and cold potential as LF negative feedback works. 10. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oszillatorschaltung verwendet wird, bei der das kalte Ende des Schwingkreises am kalten Potential liegt. 10. High-frequency oscillator according to claim 6, characterized in that an oscillator circuit is used in which the cold end of the Resonant circuit is at the cold potential.   11. Hochfrequenzoszillator, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide hochliegenden Elektroden des Oszillatortransistors untereinander oder gegen Masse mit einer L-C oder R-L-C oder L-R-C-L mit großem, für NF durchlässigen C für Masse nahezu kurzgeschlossen sind.11. High-frequency oscillator, characterized in that one or both high-lying electrodes of the oscillator transistor are almost short-circuited to one another or to ground with an LC or RLC or LRCL with a large C that is permeable to NF . 12. Hochfrequenzoszillator, dadurch gekennzeichnet, daß er sowohl den zusätzlichen Transistor gemäß Anspruch 1 bis 5 als auch die trägernahe Rauschbefreiung gemäß Anspruch 6 bis 11 enthält.12. High-frequency oscillator, characterized in that it is both the additional transistor according to claim 1 to 5 and the near-carrier Noise reduction according to claim 6 to 11 contains. 13. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schaltung mit kaltem Kollektor der Emitter des zusätzlichen Transistors ebenfalls vom kalten Anschluß, die Basis mit den vom kalten Anschluß getrennten Knotenpunkt der kollektorseitigen Schwingkreis-Induktivität und Schwingkreis-Kapazität verbunden wird (Abb. 11).13. High-frequency oscillator according to claim 12, characterized in that in a circuit with a cold collector the emitter of the additional transistor is also connected from the cold connection, the base to the node separated from the cold connection of the collector-side resonant circuit inductance and resonant circuit capacitance ( Fig. 11). 14. Mikrowellenoszillator mit Verringerung des Einflusses der Last auf Rauschen, Frequenz- und Amplitudenverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor des Oszillatortransistors und die an den Kollektor anschließende Leitung ZD die Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors so eingefügt wird, daß der Emitter von Transistor 2 an den Kollektor des Oszillatortransistors und die Basis von Transistor 2 an die Leitung ZD angeschlossen und die Leistung am Kollektor von Transistor 2 ausgekoppelt wird, wodurch die Rückwirkung vom Kollektor des Transistors 2 auf seinen Emitter, damit der Einfluß der Last auf den Oszillator und damit sowohl das Rauschen, aber auch Frequenz- und Amplitudenbeeinflussung des Oszillators durch die Last wesentlich verringert wird.14. Microwave oscillator with reducing the influence of the load on noise, frequency and amplitude behavior, characterized in that the base-emitter path of a second transistor is inserted between the collector of the oscillator transistor and the line ZD connected to the collector so that the emitter of Transistor 2 is connected to the collector of the oscillator transistor and the base of transistor 2 is connected to the line ZD and the power at the collector of transistor 2 is coupled out, which causes the reaction of the collector of transistor 2 to its emitter, so that the influence of the load on the oscillator and so that the noise, but also the frequency and amplitude influence of the oscillator by the load is significantly reduced. 15. Mikrowellenoszillator mit vermindertem niederfrequenten trägernahen Rauschen, dadurch gekennzeichnet, daß das niederfrequente Rauschen und damit die ganze Rauschkurve L (fm) = f Delta fm signifikant abgesenkt, indem man eine niederfrequente kapazitive Gegenkopplung - bestehend aus einer Serienschaltung Dr-C, Dr-C-R oder Dr-C-R-Dr zwischen Kollektor und Basis des Oszillatortransistors schaltet.15. Microwave oscillator with reduced low-frequency noise close to the carrier, characterized in that the low-frequency noise and thus the entire noise curve L (fm) = f delta fm are significantly reduced by using a low-frequency capacitive negative feedback - consisting of a series circuit Dr-C, Dr-CR or Dr-CR-Dr switches between the collector and the base of the oscillator transistor. 16. Mikrowellenoszillator mit vermindertem Einfluß der Last auf das Oszillatorverhalten wie zusätzlichem Rauschen, Amplituden- und Frequenzverhalten sowie signifikante Reduktion trägernahen Rauschens, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltungsanordnungen - sowohl zur Verminderung der Rauschverschlechterung durch die Last gemäß Anspruch 14 als auch jene zur Verminderung des trägernahen Rauschens gemäß Anspruch 15 gemeinsam in einem Oszillator vereinigt.16. Microwave oscillator with reduced influence of the load on the Oscillator behavior such as additional noise, amplitude and Frequency behavior as well as significant reduction of noise close to the carrier characterized in that the two circuit arrangements - both to reduce the Noise degradation by the load according to claim 14 as well as that to reduce the noise near the carrier according to claim 15 together in one United oscillator. 17. Oszillator nach Ansprüchen 1 bis 16 und 18 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß das in Abb. 1 dargestellte Prinzipschaltung auf alle Arten rückgekoppelter Oszillatoren, Schwingkreise mit konzentrierten Elementen wie RLC-Schwingkreise, Topfkreise, Topfkreise mit Epsilon <1 (z. B. Keramikrohrresonatoren), RDO-Oszillatoren, YIG-Oszillatoren usw. angewendet wird. 17. Oscillator according to claims 1 to 16 and 18 to 19, characterized in that the basic circuit shown in Fig. 1 on all types of feedback oscillators, resonant circuits with concentrated elements such as RLC resonant circuits, pot circles, pot circles with epsilon <1 (z. B. Ceramic tube resonators), RDO oscillators, YIG oscillators, etc. is used. 18. Oszillator nach Anspruch 1 bis 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß seine Strukturen für Festfrequenzoszillatoren, Oszillatoren mit mechanischer Frequenzvariation VFO's, spannungsgesteuerter Frequenzvariation VCO's, stromgesteuerter Frequenzvariation u. allen anderen Oszillatorformen angewendet werden.18. Oscillator according to claim 1 to 18 and 19, characterized in that its Structures for fixed frequency oscillators, oscillators with mechanical Frequency variation VFO's, voltage controlled frequency variation VCO's, current controlled frequency variation u. all other forms of oscillator be applied. 19. Oszillator nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des dort vorgesehenen Oszillatortransistors und/oder 2. Transistors beliebige verstärkende Vierpole, z. B. FET's, 2-Gate-FET's, Röhren oder negative Widerstände verwendet werden können und die entsprechenden Elektrodenkennzeichnungen gelten:
  • 1. Quellelektrode: Emitter, Source, Kathode
  • 2. Steuerelektrode: Basis, Gate, Gitter
  • 3. Ausgangselektrode: Kollektor, Drain, Anode
19. Oscillator according to claim 1 to 18, characterized in that instead of the oscillator transistor and / or second transistor provided there, any amplifying four-pole, z. B. FETs, 2-gate FETs, tubes or negative resistors can be used and the corresponding electrode labels apply:
  • 1. Source electrode: emitter, source, cathode
  • 2. Control electrode: base, gate, grid
  • 3. Output electrode: collector, drain, anode
20. Oszillator gemäß Abb. 35, gekennzeichnet durch
  • - Oszillator mit Transistor V 3
    Variante 1 ohne Frequenzabstimmung mit V 2
    Variante 2 mit V 2 zur Frequenzabstimmung
  • - Verminderung des trägernahen Rauschens durch NF-Gegenkopplung (andere Betrachtungsweise: NF-Ableitung der Basis V 3 gegen Masse) mit den Elementen C 1-R 1-L 1
  • - Verminderung des Einflusses der Last auf die Oszillatoreigenschaften und der Rauschzunahme durch die Last durch Einfügung des 2. Transistors V 4 als HF-Lasttrennung
  • - Reduzierung des Einflusses der Speisespannung auf die Oszillatoreigenschaften durch
  • - Spannungsstabilisierung aus V 1, V 4 (HF-Lasttrennung und Stellglied für Stabi), V 5 und V 6 sowie den zugehörigen Schaltelementen.
20. Oscillator according to Fig. 35, characterized by
  • - Oscillator with transistor V 3
    Variant 1 without frequency tuning with V 2
    Variant 2 with V 2 for frequency tuning
  • - Reduction of noise close to the carrier by LF negative feedback (other consideration: LF derivation of the base V 3 against ground) with the elements C 1 - R 1 - L 1
  • - Reduction of the influence of the load on the oscillator properties and the noise increase due to the load by inserting the second transistor V 4 as an RF load separation
  • - Reduction of the influence of the supply voltage on the oscillator properties by
  • - Voltage stabilization from V 1 , V 4 (HF load separation and actuator for stabilizer), V 5 and V 6 and the associated switching elements.
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