DE1006903B - Schaltung zur elektrischen Einrastung eines abstimmbaren Oszillators auf Oberwellen eines Quarzoszillators - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Funktechnik tritt oft die Notwendigkeit auf, in einem bestimmten Frequenzbereich eine Reihe von Frequenzen mit großer Genauigkeit zu erzeugen. Diese Aufgabe ist besonders schwierig dann, wenn der Frequenzbereich sehr groß ist und wenn die Zahl der zur Erzeugung der gewünschten Frequenzen benötigten Quarze oder Normalfrequenzen sehr klein sein soll.

Für die Lösung dieser Aufgabe sind eine Reihe von Verfahren bekannt:

Ein bekanntes Verfahren benutzt das Prinzipschema von Fig. 1. Die Frequenz des Oszillators 1 wird mit den Oberwellen des Quarzgenerators 2 in der Phasenbrücke 3 verglichen. Der Ausgang der Phasenbrücke wird über die Filteranordnung 4 dem Reaktanzrohr 5 zugeleitet, das die Frequenz des Oszillators 1 entsprechend nachstimmt.

Dieses bekannte Verfahren aber weist mehrere grundsätzliche Nachteile auf: Einmal ist es im allgemeinen notwendig, zwischen der Filteranordnung 4 und dem Reaktanzrohr 5 einen Verstärker 6 vorzusehen, da die von der Phasenbrücke gelieferte Steuerspannung vielfach nicht zur Steuerung des Reaktanzrohres ausreicht. Weiterhin müssen die Impulse schmaler als die Halbwelle der höchsten zu synchronisierenden Oszillatorfrequenz sein. Die Bildung und Weiterleitung derartiger schmaler Impulse macht oft Sondermaßnahmen, z. B. die Verwendung von Speziairöhren und sehr hoher Impulsspannungen, erforderlich, was die Verwendbarkeit dieses Verfahrens außerordentlich einschränkt.

Ein anderes Verfahren benutzt zur Aussiebung der gewünschten Oberwelle aus einem Oberwellengemisch des Grundfrequenzgenerators eine zweimalige Modulation: Durch einen stetig veränderbaren Generator wird die gewünschte Oberwelle in eine festgelegte Frequenzlage transponiert, dort durch ein festes Filter von den Nachbarharmonischen getrennt und in der zweiten Mischstufe durch den gleichen Generator in die ursprüngliche Frequenzlage zurückversetzt.

Die Verhältnisse sind in Fig. 2 erläutert.

Der Quarzgenerator 2 enthält einen Vervielfacher zur Bildung von Harmonischen hoher Ordnungszahl. In der Mischstufe 7 werden diese Harmonischen durch den frei abstimmbaren Oszillator 8 in eine solche Frequenzlage transponiert, daß die gewünschte Harmonische mit Hilfe des Filters 9 ausreichend von den Nachbarharmonischen getrennt werden kann. In der weiteren Mischstufe 10 wird die so von ihren Nachbarharmonischen befreite umgesetzte Oberwelle mit Hilfe des gleichen Oszillators 8 in die ursprüngliche Frequenzlage zurücktransponiert. Zur Vermeidung von Störungen durch Spiegelfrequenzen sind die beiden Tiefpässe 11 und 12 erforderlich. Die Ausbildung dieser Filter als Tiefpässe ist nur dann möglich, wenn der Durchlaßbereich des Filters 9 und der Abstimmbereich des Oszillators 8 über dem geforderten Oberwellenbereich liegen. Dieses Verfahren erfüllt zwar Schaltung zur elektrischen Einrastung

eines abstimmbaren Oszillators
auf Oberwellen eines Quarzoszillators

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 4

Dipl.-Ing. Karl Laubner

und Dr.-Ing. Gerhard Pilz, München,

sind als Erfinder genannt worden

die gestellte Aufgabe; aber der dafür notwendige Aufwand ist bei der praktischen Durchbildung sehr groß.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt geworden, um mit geringem Aufwand eine gewünschte Harmonische höherer Ordnung aus einem Quarz-Grundfrequenz-Generator zu bilden. Das Prinzip ist in Fig. 3 erläutert. Aus dem Quarzgenerator 13 werden Impulse im Rhythmus der Quarzfrequenz gebildet, die den Hochfrequenzgenerator 14 im Rhythmus der Quarzfrequenz austasten. Es entsteht auf diese Weise ein Spektrum der Oberwellen des Quarzgenerators, deren Amplituden in der Umgebung der Abstimmung des Generators 14 ihr Maximum besitzen. Andere Frequenzen, insbesondere die Eigenfrequenz des Oszillators, entstehen nicht. Durch extreme Verschmälerung der aus der Quarzfrequenz gebildeten Impulse läßt sich erreichen, daß die Nachbarharmonischen stark unterdrückt werden. Trotzdem reicht die Nebenwellenfreiheit für viele praktische Fälle nicht aus.

Die Verhältnisse sind in Fig. 4 an Hand eines Diagramms erläutert, das die Amplitude des entstehenden Oberwellenspektrums für kleine Zeitdauern, a, und für größere Zeitdauern, b, der Grundfrequenzimpulse darstellt.

Es ist auch ein Verfahren zur Synchronisierung eines Oszillators auf Oberwellen eines Quarzoszillators unter Benutzung einer innerhalb oder knapp außerhalb des Variationsbereiches des Oszillators liegenden Hilfsoberwelle der Quarzfrequenz bekannt, wobei die Oszillatorfrequenz mit der verzerrten Quarzfrequenz moduliert und aus dem entstehenden Seitenbandspektrum jenes Seitenband ausgesiebt wird, welches in der Frequenz mit der

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Hilfsoberwelle übereinstimmt und mittels Mischung mit dieser Hilfsoberwelle zur Erzeugung einer Regelspannung zur Nachstimmung des Oszillators benutzt wird. Dieses bekannte Verfahren weist unter anderem den Nachteil auf, daß das herausgesiebte Seitenband aus einem dichten Oberwellenspektrum herausgesiebt werden muß, was einen hohen Aufwand an Selektionsmitteln erfordert. Außerdem müssen diese Selektionsmittel immer dann umschaltbar sein, wenn der Oszillator mehrere Frequenzbereiche hat. Ferner wird bei diesem Verfahren nur eine Seitenfrequenz benutzt, so daß die Nachstimmspannung nicht so groß ist wie bei Benutzung beider Seitenfrequenzen, ganz abgesehen von der Notwendigkeit, bei dem bekannten Verfahren Mittel zur Bildung und Heraussiebung der Hilfsoberwelle zu benutzen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zum Ziel, eine Schaltung zur elektrischen Einrastung eines abstimmbaren Oszillators auf die Oberwellen eines Quarzoszillators anzugeben, die sich gegenüber den bekannten Schaltungen vor allem durch geringeren Aufwand insbesondere an Selektionsmitteln auszeichnet. Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungen zwischen der Oszillatorfrequenz und den beiden der Rasterfrequenz benachbarten Oberwellen mit der Phasenbrücke 26 werden somit von der Mischstufe 24 die Frequenzen 5, 95, 105, 195, 205, 295 kHz usw. zugeführt, wobei die Einmischung der 100-kHz-Frequenz in der Phasenbrücke aus den Frequenzteilen 95 und 105 kHz ebenfalls 5 kHz als Differenzfrequenz ergibt. Der abstimmbare Oszillator 21 wird also über die Nachstimmeinrichtung 29 im 5-kHz-Rhythmus in der Frequenz gewobbelt und erreicht somit kurzzeitig auch den Wert 3,5 MHz. In diesem Augenblick wird die Differenzfrequenz zu Null, und der Oszillator 21 wird phasenstarr auf der entsprechenden Oberwelle (3,5 MHz) des Quarzoszillators mitgezogen.

Die notwendige Selektion für die erfindungsgemäße Schaltung zur elektrischen Einrastung braucht nur aus der Zuführung der 100-kHz-Grundfrequenz in die Phasenbrücke 26 und aus dem Tiefpaß 28 zu bestehen, während bei den sonst für diesen Zweck bekannten Schaltungen zumeist ein großer Aufwand an abstimmbaren oder festen Filtern erforderlich ist.

Ferner ist hinsichtlich der Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 5 von Bedeutung, daß die im obigen Beispiel genannten Frequenzen von 95 und 105 kHz sich in ihrer Wirkung addieren.

Bei der praktischen Durchführung der erfindungs-

Quarzgrundfrequenz in einer. Phasenbrücke verglichen 25 gemäßen Schaltung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, werden, die bis zur Herstellung der Frequenzgleichheit durch ein Filter, z. B. einen einfachen Hochpaß zwischen

ihrer Eingangsspannungen die Differenzfrequenz dieser Spannungen liefert und deren Ausgangsspannung über eine Nachstimmeinrichtung den Oszillator in der Frequenz nachregelt.

Als Nachstimmeinrichtung läßt sich ein Reaktanzrohr, die Kapazitätssteuerung im Sperrbereich bei einer Silizium-Junctiondiode oder eine andere bekannte Nachstimmeinrichtung verwenden. Auch ist es vorteilhaft, zwischen dem Ausgang der Mischstufe und der Phasenbrücke einen Verstärker vorzusehen. Es empfiehlt sich auch, zwischen den Oszillator und die Mischstufe eine Trennstufe zur Vermeidung von Rückwirkungen auf den Oszillator zu schalten.

Die Einrastung des Oszillators auf die Oberwellen des 40 Dies wirkt sich hinsichtlich des geringen Aufwandes der Quarzoszillators kann weiter dadurch verbessert werden, Schaltung sehr vorteilhaft aus. daß statt einer Phasenbrücke die an sich bekannte Kombination eines Frequenzdiskriminators mit einer Phasen-

der Quarzoszillator- und Vervielfacheranordnung 25 und der Mischstufe 24, dafür zu sorgen, daß die Mischstufe 24 die Quarzgrundfrequenz nicht erhält. Wenn man außerdem den an sich breitbandigen (z. B. -RC-) Verstärker 27 durch entsprechende Dimensionierung der Koppelelemente so ausführt, daß der in dem obigen Zahlenbeispiel genannte Frequenzanteil von 5 kHz nicht mit nennenswerter Amplitude an die Phasenbrücke 26 gelangt, so gewinnt der Verstärker 27 den Charakter eines einem ZF-Verstärker analogen Elementes, das im wesentlichen ein Frequenzband von 100 kHz ± Fangbereich verstärkt, wobei die erforderlichen Selektionsmittel nicht aus fest oder variabel abgestimmten Kreisen bestehen.

brücke gewählt wird. Auch kann es von Vorteil sein, zwischen dem abstimmbaren Oszillator 1 und der Mischstufe 4 ein Filter vorzusehen, das die Oszillatorgrundfrequenz bevorzugt.

Die Erfindung soll im folgenden an dem durch ein Blockschaltbild in der Fig. 5 dargestellten Ausführungs

beispiel erläutert werden: Die Frequenz des durchstimm- 50 baren Oszillators erreicht.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung — wie bei allen derartigen Nachstimmschaltungen — die notwendige Verstärkung z. B. durch einen einfachen i?C-Verstärker verwirklicht werden kann, der das ganze Frequenzband des einzurastenden Oszillators nahezu gleichmäßig verstärkt, wird für die Einrasterung eine hohe Sicherheit, das heißt ein großer Fang- und Haltebereich über den ganzen Abstimmbereich des abstimm

baren Oszillators 21, dessen Spannung an Klemme 22 vom Verbraucher abgenommen wird, wird über die Trennstufe 23 dem einen Eingang der Mischstufe 24 zugeführt, deren anderer Eingang mit einer Quarzoszillator- und Vervielfacher anordnung 25 verbunden ist. Der Phasenbrücke 26 werden einerseits die in der Mischstufe entstehenden Frequenzen über den Verstärker 27 und andererseits die Grundfrequenz des Quarzoszillators 25 zugeführt. Die am Ausgang der Phasenbrücke entstehende Differenzfrequenz wird über den Tiefpaß 28 mit einer Nachstimmeinrichtung 29 verbunden, die den Oscillator 21 nachstimmt.

Die Wirkungsweise dieses durch das Blockschaltbild von Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels soll an einem einfachen Zahlenbeispiel erläutert werden: Der abstimmbare Oszillator 21 sei auf die Frequenz 3,495 MHz abgestimmt, während von der Quarzoszillator- und Vervielfacheranordnung 25 die Oberwellen eines 100-kHz-Quarzoszillators geliefert werden. Das dabei entstehende Frequenzraster ist in Fig. 6 dargestellt. Der Diese zuletzt genannten Maßnahmen, nämlich der Hochpaß zwischen der Quarzoszillator- und Vervielfacheranordnung 26 und der Mischstufe 24 sowie die Dimensionierung der Koppelelemente im Verstärker 27 stellen vorteilhafte Durchbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung dar, sie sind aber nicht unbedingt erforderlich.

Claims (10)

Patentanspküche:

1. Schaltung zur elektrischen Einrastung eines abstimmbaren Oszillators auf Oberwellen eines Quarzoszillators, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungen zwischen der Oszillatorfrequenz und den beiden der Rasterfrequenz benachbarten Oberwellen mit der Quarzgrundfrequenz in einer Phasenbrücke verglichen werden, die bis zur Herstellung der Frequenzgleichheit ihrer Eingangsspannungen die Differenzfrequenz dieser Spannungen liefert und deren Ausgangsspannung über eine Nachstimmeinrichtung den Oszillator in der Frequenz nachregelt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachstimmeinrichtung ein Reaktanzrohr benutzt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachstimmeinrichtung eine Silizium-Junctiondiode benutzt wird.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Mischstufe (24) und der Phasenbrücke (26) ein Verstärker (27) vorgesehen ist, der im wesentlichen die Quarzgrundfrequenz verstärkt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem abstimmbaren Oszillator (21) und der Mischstufe (24) eine Trennstufe (23) vorgesehen ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenbrücke anstatt der Grundfrequenz F des Quarzoszillators (25)

entweder eine der Frequenzen η · F oder —^— zugeführt wird, wobei η eine ganze Zahl darstellt.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Phasen-

20 brücke (26) eine an sich bekannte Kombination von Phasenbrücke und Frequenzdiskriminator verwendet wird.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mischstufe (24) und der Quarzoszillator- und Vervielfacheranordnung (25) ein Filter vorgesehen ist, das die Quarzgrundfrequenz oder gegebenenfalls die der Phasenbrücke (26) zugeführte Frequenz η · F oder η · F

—-— unterdrückt.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (27) so dimensioniert ist, daß Frequenzanteile unterhalb der Quarzgrundfrequenz unterdrückt werden.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem abstimmbaren Oszillator (21) und der Mischstufe (24) ein Filter vorgesehen ist, das die Oszillatorgrundfrequenz bevorzugt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 919 652.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 506/293 i.57