DE1541472A1 - Universal-Frequenzsynthetisator - Google Patents
Universal-FrequenzsynthetisatorInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/20—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a harmonic phase-locked loop, i.e. a loop which can be locked to one of a number of harmonically related frequencies applied to it
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
Universal-Frequenzsynthetlsator
Die Erfindung betrifft einen Frequenzsynthetisator, der durch
Zählung von harmonischen Linien auf eine vorbestimmte Frequenz
eingeregelt ist, wobei diese harmonischen Linien von einem Oszillator mit hoher Stabilität in einem Impulszähler geliefert
sind, von dem eine gewünschte Frequenz in Form eines numerischen Wertes angezeigt wird, die der Zählordnung einer
Harmonischen entspricht. Durch die Erfindung wird der Betriebsbereich einer derartigen Einrichtung wesentlich erweitert.
Ein Synthetisator der angeführten Art arbeitet üblicherweise
in zwei Zuständen. In einem ersten Zustand ist ein Oszillator mit variabler Frequenz in der Weise gesteuert, daß sich die
Frequenz in einem gegebenen Bereich ändert, was einer Frequenzabtastung entspricht. Im Verlauf dieser Abtastung erzeugt
die variable Frequenz nacheinander mit harmonischen
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Frequenzen, die einen festen gegenseitigen Abstand aufweisen,
eine Schwebung, wobei die harmonischen Frequenzen in einem "richtendes Spektrum" genannten Spektrum enthalten sind, das
von einem Oberschwingungsgenerator erzeugt wird, welcher durch einen Oszillator mit hoher Stabilität synchronisiert ist. Ein
Zähler zählt beim Durchgang einer jeden der Schwebungen um eine Einheit weiter (oder er subtrahiert eine «Einheit). In
einem zweiten Stadium gibt der Synthetisator, wenn der Zähler einen vorgegebenen, einfachen Zustand ausgehend von einem angezeigten,
vorgegebenen Wert erreicht hat, ein Signal ab, das bewirkt, daß ein Frequenzabtastglied gesetzt wird und die
variable Oszillatorfrequenz auf eine Frequenz gesteuert wird, die der Linie des richtenden Spektrums entspricht, dessen Ordnung
gleich dem auf dem Zähler angezeigtennumerischen Wert ist. Der variable Oszillator liefert dann eine reine Frequenz, die
auf die vorgegebene Linie des richtenden Spektrums synchronisiert ist. Diese reine Frequenz weist also die gleiche Stabilität
wie der Oszillator mit hoher Stabilität auf, der zur Erzeugung des richtenden Spektrums dient.
Damit das Verfahren einen praktischen Wert erhält, ist es üblich, die Zählung der Harmonischen im Lauf einer Abtastung
zu beginnen. Der Zählbeginn entspricht also nicht dem Beginn der Abtastung, da dieser Beginn von einer Abtastung zur anderen
um einen Frequenzabstand schwanken kann, der gleich mehre-
das Zählen beginnt ren Zählschritten ist, sondern/dann, wenn sich eine stabile
Frequenz, "Klemmenfrequenz" genannt, einstellt.
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Im Steuerefcadium ist es bekannt, die von dem variablen
Oszillator ausgesandte Frequenz auf die stabile Frequenz mit gleichem numerischen Wert einzusteuern, die von einem
richtenden Spektrum geliefert wird, und zwar mittels eines "Frequenzdiskriminator" genannten Organs, das auf einem
ersten Klemmenpaar die von dem variablen Oszillator erzeugte Frequenz und auf einem zweiten Kfemmenpaar eine
Frequenz mit hoher Stabilität erhält, die aus einem richtenden Spektrum stammt, dessen numerischer Wert gleich dem
vorhergehenden ist. Das Frequenzdiskriminatororgan liefert
eine Ausgangsgleichspannung, die an den irequenzgesteuerten, variablen Oszillator angelegt ist, und zwar in
den meisten Fällen als Polarisationsspannung einer Diode
mit variabler Kapazität (Varactor), die in dem variablen Oszillator enthalten ist. Die gleiche Diode mit variabler
Kapazität ist im allgemeinen zur Durchführung der Fre'quenzabtastung
verwendet.
In den bekannten Schaltungsanordnungen kann ein derartiger Frequenzdiskriminator in einem weiten Bereich arbeiten, und
zwar entweder in dem gesamten von dem variablen Oszillator überstrichenen Bereich pder in einem wesentlichen Seil dieses
Bereiches.
Dies stellt einen erheblichen Nachteil dar, da ein derartiges
Organ in einem weiten Bereich keine identischen Betriebs-
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Charakteristiken aufweist. Daraus folgt, daß dann, wenn
optimale SteuerCharakteristiken .für ein enges Frequenzband
vorhanden sind, die Qualität der Stöuerung (beispielsweise
die Stabilität, die Unempfindlichkeit gegenüber Störungen,
...) beiderseits dieses Bandes verringert ist. Eine weitere Folge ist, daß zur Beibehaltung einer höheren
Qualität bei der Steuerung in Kauf genommen werden muß, ι .
' daß durch aine derartige Vorrichtung ein relativ enger
|< Bereich überstrichen wird, und dies hat zur Folge, daß
die Anzahl der Organe zur Ausfüllung eines weiten Bereichs vervielfacht werden muß.
Gemäß der Erfindung sind in eineg: Frequenzsynthetisator
Einrichtungen vorgesehen, aufgrund derer der Frequenzdiskriminator
bei einer festen Bezugsfrequenz arbeitet, und diese Einrichtungen bestehen aus einem ersten Filter
mit schmalem Band, dessen Bandbreite geringer als zwei
Zählabstände ist, wobei dieses Filter auf die Bezugs-'
frequenz eingemittelt und zwischen dem Ausgang des richtenden Spektrums und einem ersten Eingang des Fhasendlskriminators
geschaltet 1st, sowie aus einem zweiten Filter mit schmalem Band, das im Prinzip identisch zu dem ersten Filter ist und
zwischen den Ausgang eines Modulators, der zum Mischen der variablen Oszillatorfrequenz und des richtenden Spektrums
dient, und einem zweiten Eingang des Diskriminators geschaltet
ist, wobei die von dem bei der Bezugsfrequenz
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arbeitenden Phasendiskriminator gelieferte Gleichspannung
zur Steuerung an einen Oszillator gelegt ist, der bei einer
anderen Frequenz arbeitet.
Aufgrund dieser Vorrichtung kann ein Frequenzsynthetisator
in der Weise ausgelegt werden, daß er in einem Frequenzbereich von beträchtlicher Breite arbeitet. Werden mehrere,
einen relativ breiten Arbeitsbereich aufweisende ßteuerschleifen durch einen an sich bekannten Frequenz-Additionsvorgang
einander zugeordnet, so kann ein Frequenzsynthetisator
erhalten werden, der praktisch in einem beliebig breiten Bereich arbeitet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung dargestellt. In dieser Zeichnung sind die variablen
Verbindungen in Form elektromechanischer Relais dargestellt,
während diese Verbindungen in der Praxis vorzugsweise aus Halbleiterbauelementen aufgebaut sind.
.Ein die Frequenz FQ liefernder Oszillator 11 mit hoher
Stabilität erregt einen Oberschwingungen in arithmetischer
Progression erzeugenden Generator 12, der ein "richtendes Spektrum" liefert, dessen oberer bei der Grenzfrequenz
eines Hochpassfilters 13 (zur Beseitigung möglicher falscher
liegender Teil
Regelungen/ an einen Eingang eines ersten Mddulators 15 ge-
Regelungen/ an einen Eingang eines ersten Mddulators 15 ge-
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legt ist, der an einem anderen Eingang eine variable Frequenz F erhält, die von einem Oszillator 14 kommt. Der Ausgangsstrom des
Modulators 15 kann über einen Kontakt d eines Eelais 22 zu
einer Eingangsklemme eines elektronischen Zählers 23 gelangen,
der einen vorgegebenen Zählwert eines Anzeigeregisters 29 aufnehmen
kann. Es wird angenommen, daß dieser Zähler ausgehend vom Vert A bis zum Wert 1 abzieht und daß er dann, wenn er bei
dem einzigen Zustand "1" ankommt, auf eine Leitung 30 ein Sig-P nal abgeben kann.
Ein ein schmales Band aufweisender und auf eine Bezugsfrequenz Ftj>
die unterhalb der Grenzfrequenz des Hochpassfilters 13 liegt,
! einjgemittelter Bandpass 16 ist zwischen den Ausgang des Oberschwingungsgenerators
12 und einem Eingang eines Phasendiskriminators
18 eingefügt. Ein im Prinzip mit dem vorhergehenden identisches anderes Bandpassfilter 17 legt zwischen dem Ausgang
des Modulators 15 und einem zweiten Eingang des Pnasendiskriminators
18.
Die von dem Oszillator 14 kommende Frequenz F liegt gleichermaßen an einem Eingang eines zweiten Modulators 21, der auf
einem anderen Eingang eine feste Frequenz oder Klemmenfrequenz F„ erhält, welche von einem Oszillator 26 geliefert
wird. Der Ausgang dieses Modulators 21 ist mit einem Eingang einer bistabilen Kippstufe 28 verbunden, deren einer
Ausgang das Relais 22 speisen kann. Der Oszillator 14 liefert
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die Frequenz Ί? für eine Ausgangsklemme S.
Der Oszillator 14 kann von einem IPreouenzabWsuorgan 19 oder
von einer Steuerspannung gesteuert werden, die von dem Phasendiskriminator
über dine Leitung $1 an das RelaiB 20 gelegt ist.
In welcher Weise der Oszillator 14 gesteuert wird, hängt von der Stellung a, b eines Kontaktes des Relais 20 ab. Das Relais
20 wird mittels einer Leitung 30 gespeist, die von dem Ausgang des Zählers 23 kommt. Ein Relais 24 mit Ruhekontakt kann durch
einen von der Leitung J1 übertragenen Ausgangsstrom des Phasendiskriminators
erregt werden. Eine Gleichstromquelle 25 kann über einen Ruhekontakt c. des Relais 24 eine Spannung an ein
Nebenschlußorgan 27 legen, welches einen in Reihe geschalteten Kondensator 0 und einen Nebenschlußwiderstand R aufweist.
Ein derartiger Kreis liefert zur Rückführung des Relais 24 in die Ruhestellung einen Löschungsimpuls für die Kippstufe 28
und das Anzeigeregister 29·
Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:
Am Beginn einer Frequenzabtastung kommen die Schwebungsimpulse
der variablen Frequenz -i1 mit den Harmonischen des richtenden
Spektrums nicht am Zähler an, und der Kontakt d ist offen. Wenn die variable Frequenz I? die Klemmenfrequenz ¥-q erreicht,
so weist die Kippstufe 28 am Ausgang eine logische "1" auf und speist das Relais 22. Ab diesem Zeitpunkt werden die
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Sohwebungen in dem Zähler gezählt. Wenn der Zähler beim Wert "1"
> ankommt, so setzt er das Belaie 20 über die Leitung 30 in den
Arbeitszustand. Sie Frequenzabtaetung wird gestoppt und die
Ausgangsspannung des Riasendiskriminators wird an den Oszillator
14· über die Leitung 31 und den Kontakt b angelegt.
Der Phasendlskrlminator ist zu diesem Zeitpunkt einerseits mit
einer Bezugsfrequenz Zp mit hoher Stabilität« die direkt von
dem Oberschwingungsgenerator kommt, und andererseits gleichzeitig
mit einer in dem Modulator 15 erzeugten Frequenz gespeist,
wobei eine Transposition der frequenz 7 (die nunmehr dem Namen nach gleich einer der Frequenzen des richtenden
und awar
Spektrums ist) erfolgt^/fturch eine in dem richtenden Spektrum enthaltene andere Harmonische* Es 1st sicher, dal in dem Spektrum dee Oberachwingungagenerators die Frequenz gefunden wird, die zur Erzeugung der transponierten Frequenz Fp aufgehend von der Frequenz F erforderlich ist» ,
Spektrums ist) erfolgt^/fturch eine in dem richtenden Spektrum enthaltene andere Harmonische* Es 1st sicher, dal in dem Spektrum dee Oberachwingungagenerators die Frequenz gefunden wird, die zur Erzeugung der transponierten Frequenz Fp aufgehend von der Frequenz F erforderlich ist» ,
Venn sich das Beiais 24 im Arbeiteeuetand befindet, so liegt
irgendnein Kontakt bei c'. Wenn aus ^inea Grunde der Synchronismus
nicht «ehr vorhanden ist, eo kehrt dae Beiais a*" in die Buhelagt
zurück, wobei der Ruhekontakt c die Quelle 25 an den
N*b*iuichlußkreia 27 legt unl 4a»i.t «inen Iiöechungeiarpuls BAZ
eri#ttgt| der die Kippetufe 2S in.dle Huhelage bringt und den
i Vert A wieder in φέχι. pfchler £3 einschreibt. Ale
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Folge davon kehrt das Relais 20 in die Ruhelage zurück und durch den Kontakt a wird eine andere Frequenzabtastung ausgelöst.
Selbstverständlich, kann die erfindungsgemäße Anordnung in
verschiedener Weise abgewandelt werden, wobei jedoch darauf
das <
zu achten ist, daß das/Steuersignal erzeugende Organ mit
fester Frequenz arbeitet.
- Patentanspruch -
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Claims (1)
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- ίο -
Patentanspruch
irequenzsynthetisator mit einem variable Frequenz aufweisenden
Oszillator» einer Frequenzabtasteinrichtung und einem Oszillator mit hoher Stabilität, der mit dem Eingang eines
Oberschwingungen in arithmetischer Progression erzeugenden Generators verbunden ist, der einen Zählschritt festlegt,
wobei die Ausgänge des variablen Generators und des Oberschwingungsgenerators Jeweils mit einem von zwei Eingängen
eines Modulators verbunden sind, dessen Ausgang an einer Impulszähleinrichtung liegt, die eine Einrichtung zum Anhalten
der Abtastung und zum Schalten einer-Steuereinrichtung
aufweist, deren variabler Oszillator eine Frequenz mit hoher Stabilität besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung einen Phasendiskriminator aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Oberschwingungsgenerators
über ein schmalbändiges Filter verbunden
ist, wobei die Brandbreite geringer als zwei Zählschritte ist, und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang
des Modulators über ein Filter verbunden ist, das im Prinzip das gleiche Durchlassband wie das vorhergehende Filter
aufweist.
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