BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzsynthetisierer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus den IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-30, No. 5, Mai 1982, S. 686-693, insbesondere Fig. 9, ist eine Anordnung zur Frequenzsynthese bekannt, bei der verschiedene, von einem Hauptoszillator abgeleitete Frequenzen miteinander kombiniert werden. Zu diesem Zweck ist eine Anzahl hintereinandergeschalteter Mischstufen vorgesehen, die je einen Mischer mit einem vorgeschalteten Frequenzteiler benutzen, um zwei von diesen Frequenzen wahlweise zu kombinieren, indem das Ausgangssignal des Mischers jeweils zur nächsten Stufe weitergeleitet wird. Damit können Ausgangssignale mit ausgezeichneter Kurz- und Langzeitstabilität erzeugt werden, die zudem eine hohe Frequenzumschaltungsgeschwindigkeit aufweisen.
Eine solche Anordnung erweist sich jedoch als nachteilig im Hinblick auf die Phasenmehrdeutigkeit der Frequenzteiler, die bewirkt, dass bei Frequenzumschaltungen von einer Frequenz fol auf eine andere Frequenz fo2 und wieder zurück auf die erste Frequenz fol das Ausgangssignal nicht mehr phasenkohärent ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Anordnung ein Ausgangssignal zu erzeugen, das auch bei Frequenzumschaltungen phasenkohärent ist. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erörtert, wobei die einzige Figur das Block- schaltbild einer Ausführung eines Frequenzsynthetisierers nach der Erfindung zeigt.
Der Frequenzsynthetisierer umfasst eine Umschalteinrichtung UE, zwei Mischer Ml, M2 und zwei Frequenzvervielfacher V1, V2, denen je ein Filter F1, bzw. F2 nachgeschaltet ist. Die Umschalteinrichtung UE weist vier Eingänge für je ein Signal S1, S2, S3, S4 der Frequenz fl, f2, f3 bzw. f4 und drei Ausgänge für je ein Signal Sx, Sy, Sz der Frequenz fx, fy bzw. fz auf.
Das Signal Sx wird über den Frequenzvervielfacher V1 geführt und im Mischer M1 mit dem Signal Sy gemischt. Das Ausgangssignal Sw des Mischers M1 wird über die Reihenschaltung eines Filters FO und eines Frequenzvervielfachers V2 geführt und im Mischer M2 mit einem Signal S' z gemischt. An den Ausgang des Mischers M2 ist ein weiteres Filter F3 angeschlossen, das ein Nutzsignal So der Frequenz fo abgibt. Ein Frequenzvervielfacher, ein Filter, ein Mischer und ein Ausgangsfilter bilden jeweils eine Mischstufe, wobei mehrere solcher Mischstufen kaskadiert werden können. Die Signale S1, S2, S3 und S4 werden von je einem Oszillator 01, 02, 03 bzw. 04 erzeugt, die von einer Taktzentrale TZ phasenstarr synchronisiert sind.
Die Auswahl der Signale in der Einrichtung UE erfolgt durch einen Satz externer Codesignale Sc. Zwischen den mit dem Signal S' z beaufschlagten Eingang des Mischers M2 und einen Ausgang der Umschalteinrichtung Ue für ein weiteres durchgeschaltetes Signal Sz kann gegebenenfalls eine Mischereinrichtung MF eingefügt sein. Eine solche Mischereinrichtung MF kann beispielsweise aus der Reihenschaltung eines Mischers MX, eines Filters FIL und vorzugsweise eines Frequenzvervielfachers VV bestehenm, wobei der andere Eingang dieses Mischers MX mit einem Signal SU beaufschlagt ist, das ebenfalls phasenstarr mit den Eingangssignalen S1, S2, S3 und S4 synchronisiert sein muss.
Der Frequenzsynthetisierer ohne die Mischereinrichtung MF funktioniert folgendermassen:
In diesem Fall stimmt das Signal S' z mit dem Signal Sz überein. Die Frequenzen fl, f2, f3, f4 sind vorzugsweise so gewählt, dass die Beziehungen f4 - f3 = f3 - f2 = f2 = fd gelten. Die Umschalteinrichtung UE ist derart ausgelegt, dass das Signal Sx wahlweise eines der Signale S1, S2, S3 oder S4 ist oder mindestens eine der Frequenzen fl, f2, f3 oder f4 aufweist. Einsprechendes gilt für die Signale Sy und Sz. Die Frequenz fo des Nutzsignals So am Ausgang des Filters F3 ist somit, wenn die Frequenzvervielfacher mit dem Faktor m multiplizieren fo = fz + (fy + m¯fx) ¯ m.
Da aber die Bedingungen der Umschalteinrichtung fx = fl + i-fd miti = 0,1,2,3 fy = fl + j-fd mit j = 0,1,2,3 fz = fl + k-fd mit k = 0,1,2,3 gelten, ergibt sich fo = fl¯(m2 + m + 1) + fd¯(m2 + jm + k)
Dadurch, dass die Signale Sl, S2, S3 und S4 phasenstarr untereinander synchronisiert sind und dass die Frequenzvervielfacher V1 und V2 keine Phasenmehrdeutigkeit aufweisen, ergibt sich, dass das Signal So der Frequenz fo auch bei Frequenzumschaltungen phasenkohärent ist.
Die Phasenstarrheit der Signale S2, S2, S3 und S4 untereinander kann auch mit anderen Mitteln, zum Beispiel mit einem einzigen Oszillator und drei oder vier Frequenzteilern oder mit zwei Oszillatoren und zwei Frequenzteilern realisiert werden.
Durch den Einsatz der fakultativen Mischereinrichtung MF können Ausgangsfrequenzen erzeugt werden, deren relative Breite grösser als die relative Bandbreite der Eingangsfrequenzen (f4 - fl)/fl ist. Werden jedoch geringere Breiten der Ausgangsfrequenzbänder gefordert, so vereinfacht sich der Filteraufwand beträchtlich. Der Frequenzsynthetisierer kann selbstverständlich auch mit mehr als zwei oder drei kaskadierten Mischstufen arbeiten, wobei auch zwei Mischer derart vorhanden sein können, dass zwischen dem Ausgang eines Mischers und dem Eingang des ihm nachgeschalteten Mischers lediglich ein Filter eingefügt ist, indem der andere Eingang des zweiten Mischers mit einem zusätzlichen Eingangssignal beaufschlagt ist, das ebenfalls phasenstarr mit den anderen Eingangssignalen synchronisiert ist.
Schliesslich sei noch bemerkt, dass vorzugsweise der Faktor m gleich der Anzahl der verwendeten Frequenzen, z.B. 4 bei den Frequenzen fl, f2, f3, f4, sein soll.
DESCRIPTION
The present invention relates to a frequency synthesizer according to the preamble of claim 1.
From the IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-30, No. 5, May 1982, pp. 686-693, in particular FIG. 9, an arrangement for frequency synthesis is known in which different frequencies derived from a main oscillator are combined with one another. For this purpose, a number of consecutive mixer stages are provided, each using a mixer with an upstream frequency divider in order to optionally combine two of these frequencies by forwarding the output signal of the mixer to the next stage. This enables output signals with excellent short and long-term stability to be generated, which also have a high frequency switching speed.
However, such an arrangement proves to be disadvantageous with regard to the phase ambiguity of the frequency dividers, which causes the output signal to no longer be phase-coherent when switching from one frequency fol to another frequency fo2 and back to the first frequency fol.
The invention is therefore based on the object of generating an output signal in such an arrangement which is phase-coherent even in the case of frequency switching. This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.
The invention is explained in more detail below with reference to a drawing, for example, the single figure showing the block diagram of an embodiment of a frequency synthesizer according to the invention.
The frequency synthesizer comprises a switching device UE, two mixers M1, M2 and two frequency multipliers V1, V2, each of which is followed by a filter F1 or F2. The switching device UE has four inputs for a signal S1, S2, S3, S4 of the frequency fl, f2, f3 and f4 and three outputs for a signal Sx, Sy, Sz of the frequency fx, fy and fz.
The signal Sx is passed through the frequency multiplier V1 and mixed in the mixer M1 with the signal Sy. The output signal Sw of the mixer M1 is passed through the series connection of a filter FO and a frequency multiplier V2 and mixed in the mixer M2 with a signal S 'z. A further filter F3 is connected to the output of the mixer M2 and emits a useful signal So of the frequency fo. A frequency multiplier, a filter, a mixer and an output filter each form a mixer stage, whereby several such mixer stages can be cascaded. The signals S1, S2, S3 and S4 are each generated by an oscillator 01, 02, 03 and 04, respectively, which are phase-locked synchronized by a clock center TZ.
The signals in the UE are selected by means of a set of external code signals Sc. A mixer device MF can optionally be inserted between the input of the mixer M2 and the output of the switching device Ue for a further switched-through signal Sz. Such a mixer device MF can consist, for example, of a mixer MX, a filter FIL and preferably a frequency multiplier VV, the other input of this mixer MX being supplied with a signal SU which is also phase-locked with the input signals S1, S2, S3 and S4 must be synchronized.
The frequency synthesizer without the mixer device MF works as follows:
In this case, the signal S 'z coincides with the signal Sz. The frequencies fl, f2, f3, f4 are preferably selected such that the relationships f4 - f3 = f3 - f2 = f2 = fd apply. The switching device UE is designed such that the signal Sx is either one of the signals S1, S2, S3 or S4 or has at least one of the frequencies fl, f2, f3 or f4. The same applies to the signals Sy and Sz. The frequency fo of the useful signal So at the output of the filter F3 is therefore when the frequency multipliers multiply by the factor m fo = fz + (fy + m¯fx) ¯ m.
However, since the conditions of the switching device fx = fl + i-fd with i = 0.1.2.3 fy = fl + j-fd with j = 0.1.2.3 fz = fl + k-fd with k = 0 , 1,2,3 apply, we get fo = fl¯ (m2 + m + 1) + fd¯ (m2 + jm + k)
The fact that the signals S1, S2, S3 and S4 are synchronized with one another in a phase-locked manner and that the frequency multipliers V1 and V2 have no phase ambiguity, means that the signal So of the frequency fo is also phase-coherent in the case of frequency switches.
The phase rigidity of the signals S2, S2, S3 and S4 with one another can also be achieved by other means, for example using a single oscillator and three or four frequency dividers or using two oscillators and two frequency dividers.
By using the optional mixer device MF, output frequencies can be generated whose relative width is greater than the relative bandwidth of the input frequencies (f4-fl) / fl. However, if narrower widths of the output frequency bands are required, the filter effort is considerably simplified. The frequency synthesizer can of course also work with more than two or three cascaded mixer stages, it being possible for two mixers to be present in such a way that only one filter is inserted between the output of a mixer and the input of the mixer connected downstream, by the other input of the second mixer is supplied with an additional input signal, which is also phase-locked synchronized with the other input signals.
Finally, it should be noted that preferably the factor m is equal to the number of frequencies used, e.g. 4 at the frequencies fl, f2, f3, f4.