170320. lajstromszámú szabadalom • Frekvenciamodulált kristályoszcillátor
3 170320 4 A megoldásnál figyelembe kell venni egy korszerű berendezés rendszertechnikai követelményeit, mint például a vivőfrekvenciára megszabott tűrések (frekvenciastabilitás) betartása, áthallásból eredő zavarok kiküszöbölése (frekvenciamoduláció linearitása), adó-és vevőoldali jel/zaj viszonyra megszabott követelmény betartása. Azon rádiórelé berendezések esetében, ahol a kisugárzott vivőfrekvenciát egy kristályvezérelt alaposzcillátor frekvenciájának felsokszorozásával nyerik, az utóbbi követelmény azt jelenti, hogy az oszcillátor zajszintjének 20. lg n dB-lel növelt értékével kell számolni (lg a tízes alapú logaritmus, n a sokszorozási szám). Ilyen berendezésekben ezért általában 100 MHz vagy afölötti frekvencián rezgő kristályvezérelt alaposzcillátorból indulnak ki, hogy minél kevesebb számú frekvenciasokszorozó fokozatot kelljen alkalmazni, mely egyrészt a sokszorozási zaj csökkenését, másrészt a berendezés áramköri egyszerűsítését eredményezi. Ma már a kereskedelemben beszerezhetők olyan AT-metszetű kvarckristályok, melyek a mechanikus rezonanciájuk többszörös páratlan felharmonikusán rezgethetők, például 100 és 200 MHz,között a 7. vagy 9. felharmonikuson. Ebben az esetben komoly nehézséget jelent a kristályoszcillátornak az alapfrekvencián vagy alacsonyabb harmonikuson bevált módszerekkel történő frekvenciamodulálása, melyet a következőképpen láthatunk be: Ismeretes, hogy egy adott frekvencián rezgő kvarckristály helyettesítő képe egy nagy jósági tényezőjű Li, Ci dinamikus elemekből álló rezgőkörből és ennek kapcsaihoz párhuzamosan elhelyezett C0 sztatikus kapacitásból (másképpen házkapacitás, nyugalmi kapacitás) áll. Mivel a Ci/C0 viszony adott metszetű kvarcok esetében tipikus értéknek tekinthető a kvarckristály soros rezonanciafrekvenciája és a szomszédos párhuzamos rezonancia (antirezonancia) közötti relatív távolság jó közelítéssel az alábbi összefüggésből számítható: fs 2 C0 ' ahol Af a párhuzamos és soros rezonanciapontok távolsága, fs a soros rezonancia. Minél kisebb ez a szám, annál kisebb százalékban lehet a kvarckristályt a névleges soros rezonanciától elhúzni. Az alábbi táblázat mutatja AT-metszetű kristályok esetében a Ci dinamikus kapacitás tipikus értékeit különböző felharmonikusok esetére az ajánlott frekvenciatartományokban: Rezgési mód C i (pF) Frekvenciasáv (MHz) alapharmonikus 2,5 • 10~ * 1 -20 3. felharmonikus 2,6 • 10~ 3 20-50 5. felharmonikus 1,1 -10~3 50-110 7. felharmonikus 5 • 10~ 4 110-150 9. felharmonikus 3-10~4 150-180 Mivel a C0 sztatikus kapacitás értéke elhanyagolható mértékben változik (tipikusan 3-10 pF közé esik), a fenti képletből következik, hogy 9. felharmonikuson rezgetett kvarckristállyal működő oszcillátornál mintegy három nagyságrenddel kisebb mértékben lehet azonos linearitáshoz tartozó frekvenciaelhúzást létrehozni az alapharmonikuson rezgő kvarckristályhoz képest. Tekintve, hogy a segédinformáció vevőoldali alakít hű leválasztásához szükséges jel/zaj viszony megszabja a minimális frekvencialöketet, csak olyan megoldás jöhet szóba, mely 100 MHz vagy ennél magasabb frekvenciák esetén is lehetővé teszi az előírt frekvencialöketnek (például 3—5*10_s relatív érték) legfel-10 jebb néhány százalék linearitáshiba (Klirr-faktor) melletti elérését. A találmány szerinti oszcillátorban az az ág melyben a kvarckristály és vele sorba kapcsolt feszültségfüggő kapacitás van elhelyezve, tartalmaz még egy 15 további linearizáló áramkört, mely lehetővé teszi, hogy az ismert megoldásokhoz képest előnyösebben lehessen alkalmazni főleg sokcsatornás rádiórelé berendezésekben valamilyen segédinformációnak (például szoglálati telefon, távíró, távellenőrző jelek és 20 más un. alapsávi jelek) egy stabil vivőfrekvenciára történő ráültetésre, frekvenciamoduláló útján. A találmány tárgyát képező linearizáló áramkörrel az volt a célkitűzés, hogy az oszcillátor frekvenciájának a modulálójel hatására történő lineáris vál-25 toztatását, ötödik vagy magasabb felharmonikuson rezgő kvarckristállyal működő oszcillátoroknál is meg lehessen valósítani, egyúttal a megoldás alapharmonikusan vagy alacsonyabb felharmonikuson rezgetett kvarckristályokból működő oszcillátoroknál is alkal-30 mázható legyen. További célkitűzés volt, hogy egy önmagában ismert frekvenciamodulálás céljára alkalmas kristályoszcillátor, kiegészítve a találmány tárgyát képező linearizáló áramkörrel ne csak egy konkrét frekvenciára legyen behangolható, hanem 35 mindössze a kvarckristály cseréjével a többi áramköri elem kicserélése nélkül egy viszonylag széles (nagyságrendben akár 30%-ot kitevő) sávátfogással rendelkezzen és egy adott frekvenciasávon belül bármely előre kijelölt frekvenciára beállítható legyen. Mivel sokcsa-40 tornás rádiórelé berendezések adói valamilyen frekvenciaterv szerint meghatározott egymástól eltérő frekvenciákon működnek, ebben az esetben a találmány tárgyát képező áramkör sorozatgyártás céljaira különösképpen alkalmas és hasonló előnyként jelent-45 kezik ez valamilyen működő berendezés szervizelésénél is, ahol kevesebb tartalékalkatrész biztosítását igényli az azonos alkatrészekből felépített áramkör. A találmány tárgyát képező frekvenciamodulált kristályoszcillátor, mely főleg sokcsatornás rádiórelé 50 berendezésekben valamilyen segédinformációnak (szolgálati telefon, távíró, távellenőrző jelek és egyéb un. alapsávi jelek) egy stabil vivőfrekvenciára frekvenciamoduláció útján történő ráültetésére szolgál, a fentiekben vázolt előnyös tulajdonságait azáltal éri el, 55 hogy az önmagában ismert kristályoszcillátornak az az ága, amelyben a kvarckristály és vele sorba kapcsolt feszültségfüggő kapacitás van elhelyezve tartalmaz még egy további, a kvarckristállyal párhuzamosan kapcsolt paralel reaktáns ágból és a feszültség-60 függő kapacitással sorba kapcsolt soros reaktáns ágból álló olyan linearizáló áramkört, melynél a kvarckristály soros rezonanciafrekvenciáján a paralel reaktáns ágnak a kvarckristály sztatikus kapacitásával alkotott eredője induktív reaktancia, míg ugyanezen a 65 frekvencián a soros reaktáns ág reaktanciája feszült-2
