DE1766830C - Digital abstimmbarer Generator mit Frequenzsynthese - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen digital abstimmbaren schleifen im Sinne einer Frequenzregelung des Aus-Generator mit Frequenzsynthese ohne Verwendung gangsgenerators beeinflußt. Die Hilfsschleifen ent- und die Notwendigkeit eines Zählers, der für den halten je einen in seiner Frequenz variablen Oszillator, gleichen hohen Frequenzbereich, wie sie der Aus- dessen Ausgangsfrequenz einstellbar ist und zur gangsfrequenz entspricht, dimensioniert sein muß. 5 Steuerung der Haupischleife einer Mischstufe zu-

Ein phasenstarrer digitaler Normalfrequenz-Gene- geführt wird. Beide Hilfsschleifen werden durch eine rator mit Frequenzsynthese, in dem ein variabler feste Bezugsfrequenzquelle stabilisiert. Von Nachteil Zähler oder Teiler, Phasendetektor und ein in der ist bei diesem .bekannten Mehrkanalgenerator, daß Frequenz durch eine Spannung gesteuerter Oszillator nicht nur die Ausgangsfrequenz mit Hilfe von beizur Erzeugung kohärenter Schwingungen zur An- io spielsweise vier Bedienungsschaltern eingestellt werden wendung gelangt, ist bekannt. Dieser Typ eines muß, wobei diese Bedienungsschalter den betreffenden Normalfrequenz-Generators für Frequenzsynthese Oszillatoren oder Oszillatorkreisen eine Regelspannung verwendet den spannungsgesteuerten Oszillator zur in Form einer Gleichspannung zuführen, sondern auch Erzeugung einer gewünschten Ausgangsfrequenz in die Tatsache, daß eine Frequenzrastung nur innerhalb Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendetektors. 15 eines schmalen Frequenzbandes möglich ist, jedoch Die Ausgangsfrequenz wird zum Phasendetektor über nicht für eine größere Froquenzbandbreite, da sich einen variablen Teiler für Vergleicruzwecke mit einer beieinergrößerenFrequenzbandbreitederelektronische Bezugsfrequenz, die in einer stabilen Bezugsfrequenz- Aufwand auf ein untragbares Maß erhöhen würde quelle erzeugt wird, rückgekoppelt. Die Ausgangs- (österreichische Patentschrift 245 052).
frequenz ist daher gleich der Bezugsfrequenz mal der ao Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-Teilerzahl des Teilers. Die gewünschte Frequenz steht darin, einen digital gesteuerten Normalfrequenzkann verändert werden, indem man die Teilerzahl Generator für Frequenzsynthese zu schaffen, um mit des Teilers verändert. In einem digitalen System be- dessen Hilfe Frequenzen im Mikrowellenbereich zu steht der Teiler aus einer Anzahl binärer Stufen, so erzeugen, die eine einfache Beziehung zwischen der daß die Teilerzahl des Teilers immer eine ganze Zahl ist. 35 Ausgangsfrequenz und einer Bezugsfrequenz aufweisen Somit läßt sich erkennen, daß zu jeder Zeit r.ür eine und in einfacher Weise gestuft werden können, indem einzelne Ausgangsfrequenz erzeugt werden kann, und man einzelne Parameter des Systems verändert,
die möglichen Frequenzen, die erzeugt werden können, Zur Lösung dieser Aufgabe geht die vorliegende können um einen Eetrag getrennt liegen, der gleich Erfindung aus von einem digital abstimmbaren der Bezugsfrequenz ist. Theoretisch kann ein solches 30 Generator mit Frequenzsynthese mit einer Bezugs-System auf diese Weise einen weiten Frequenzbereich frequenzquelle, einem ersten in der Frequenz variablen umfassen. Da jedoch die Ausgangsfrequenz direkt Oszillator, der auf ein erstes Fehlersignal zum Erdem Zähler zugeführt wird, ist die Ausgangsfrequenz zeugen einer Generatorausgangsfrequenz anspricht, eines phasenstarren digitalen Normalgenerators für mit einem zweiten in der Frequenz variablen Oszillator, Frequenzsynthese begrenzt, und zwar auf Grund der 35 der zum Erzeugen einer zweiten Frequenz auf ein Geschwindigkeit der digitalen Zählschaltungen. Es zweites Fehlersignal anspricht, und einem dritten ist auf diesem Gebiet bekannt, daß man eine Frequenz- in der Frequenz variablen Oszillator, der zum Erteilung von Mikrowellenfrequenzen mit digitalen zeugen einer dritten Frequenz auf ein drittes Fehler-Zählschaltungen nicht erreichen kann, da zur Zeit signal anspricht. Die Lösung der genannten Aufgabe existierende Geräte nur Zählschritte bis ungefähr 40 besteht nun darin, daß dem Oszillator für die zweite 400 MHz ausführen können. Eine Lösung dieses Frequenz ein Frequenzteiler und dem Oszillator für Problems bestand in der Überlagerung des rück- die dritte Frequenz ein weiterer Frequenzteiler mit gekoppelten Mikrowellenfrequcnzsignals mit einem gegenüber dem ersten Teiler unterschiedlichem Tei-Frequenzbereich, den der Zähler verarbeiten kann. lungsverhältnis nachgeschaltet sind, daß die Ausgänge Dieses System weiit jedoch einige Einschränkungen 45 der beiden Frequenzteiler mit einer Phastnvergleichsin der Praxis auf. Nähert sich z. B. die Ausgangs- stufe verbunden sind, die ein Fehlersignal zur Nachmikrowellenfrequenz der überlagernden Frequenz, regelung des Oszillators mit der dritten Frequenz $0 nähert sich die Differenzfrequenz dem Wert Null. erzeugt, daß dem Oszillator füi die zweite Frequenz Diese kann sogar negativ werden, wodurch das Auf- außer dem Frequenzteiler ein Spektrumgenerator zum ichalten der Schleife verhindert wird. 50 Erzeugen von Harmonischen der zweiten Frequenz

Es iit auch bereits ein Mehrkanalgenerator zum Er- nachgeschaltet ist, daß weiter eine Phasenvergleichsreugen von frequenzstabilen Schwingungen hoher stufe mit nachgeschaltetem Filter zum Vergleichen der Frequenz, die in Grob- und Feinschrilten von z. B. Spektrumfrequenz mit der Ausgangsfrequenz vor-1 MHz und 10 kHz einstellbar sind, insbesondere zur handen ist, wobei das erzeugte Fehlersignal zur NachVerwendung in Mehrkanalnachrichtenverbindungen 55 regelung des zweiten Oszillators mit der zweiten bekanntgeworden, wobei bei diesem Anwendungs- Frequenz dient, daß dem Oszillator für die dritte fall die Ausgangsfrequenz einem Ausgangsoszillator Frequenz außer dem Frequenzteiler ebenfalls ein entnommen wird, der mittels eines automatischen Spektrumgenerator zur Erzeugung von Harmonischen Frequenzkorrektors gegenüber einem Grobschritt- der dritten Frequenz nachgeschaltet ist, daß eine oszillator und eilrem Feinschrittoszillator stabilisiert 60 Mischstufe vorhanden ist, der das Harmonischenwird. Dieser bekannte Mehrkanalgenerator ist z. B. spektrum der dritten Frequenz einerseits und die zum Erzeugen eirer Frequenz im Bereich von 70 bis Ausgangsfrequenz andererseits zugeführt werden, 100 MHz geeignet, wobei die gewünschte Frequenz wobei die Ausgangsfrequenz der Mischstufe über ein in Grobschritlen von 10 MHz und in Feinschritten Filter einer weiteren Phasenvergleichsstufe zugeführt von 10 kHz einstellbar ist. Dieser bekannte Mehrkanal- 6j wird, in der durch Vergleich mit einer konstanten generator besteht aus einer HaupkAFC-Schleife mit Eezugsfrequenz ein Fehlersignal für die Nachregelung einem Ausgangsoszillator, der die Ausgangsfrequenz des ersten Oszillators für die Ausgangsfrequenz ge* liefert. Dabei wird diese Hauptschleife durch Hilfs- Wonnen wird.

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Da sich digitale Zählschaltungen leicht herstellen Mikrowellenausgangsfrequenz mit einer ausgewählten

lassen, in ihrer Formgestaltung kompakt sind und Harmonischen einer der beiden erstgenannten erzeugten

sich vielseitig anwenden lassen, so ist es von Vorteil, Frequenzen entspricht, wird mit einer Bezugsfrequenz

eine verbesserte Methode bei der Mikrowellenfrequenz- verglichen, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches

synthese vorzusehen, wobei man also digitale Zähl- 5 zur Nachstimmung der Mikrowellenausgangsfrequenz

techniken verwendet, in denen jedoch die digitalen verwendet wird.

Schaltungen in ihrem Betriebsbereich bei niedrigeren Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung Frequenzen Verwendung finden können. ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Bei dem digital abstimmbaren Generator nach der Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung,

vorliegenden Erfindung ist weiter vorgesehen, daß io Die Zeichnung stellt ein Blockschaltbild eines

die Teilungsverhältnisse der beiden Frequenzteiler digitalgesteuertenVielkanal-Normalfreqienzgenerators

nur einen geringen Unterschied aufweisen. Der erite für Frequenzsynthese nach der vorliegenden Erfindung

und der zweite Frequenzteiler sind dabei digital aus- dar.

geführt, und ihre Teilung ist variabel, und sie sind In dieser Zeichnung ist ein variabler Frequenz· auch im Sinne eines Gleichlaufs miteinander gekoppelt. 15 oszillator mit 10 bezeichnet. Dieser Oszillator 10 Der geringe Unterschied des Teilungsverhältnisses weist die Eigenheit auf, daß er entsprechend einer der beiden Frequenzteiler kann in vorteilhafter Weise von außen zugeführten Spannung abstimmbar ist. so bemessen sein, daß die Teilung des ersten Teilers zur Er erzeugt eine Ausgangsmikrowellenfrequenz /„ entTeilung des zweiten Teilers um einen Teilschritt unter- sprechend einem Fehlersignal V_x. Der Oszillator 10 schiedlich ist. Der erste variable Frequenzoszillator ac kann irgendein Oszillator in bekannter Weise sein, kann in bevorzugter Weise ein Rückwärts-Wellen- der den gewünschten Bereich mit angemessener oszillator sein und auf das erste Fehlersignal an- Ausgangsleistung übernehmen kann. In geeigneter sprechen. > rise wählt man einen spannungsgesteuerten Mikro-

Die verwendeten Phasendetektoren sind dabei so wellenoszillator und speziell einen Rückwärtswellenbeschaffen, daß der Phasendetektor, dem die Aus- 95 oszillator, da dieser eine hohe Ausgangsleistung, einen gangsfrequenz der Mischstufe zugeführt wird, ein niedrigen Geräuschpegel und einen Abstimmbereich Impuls- und Sägezahn-Phasendetektor ist und daß über eine Oktave aufweist. Rückwärtswellenoszillader Phasendetektor zum Vergleichen der Spektrum- toren sind speziell für Mikrowellenfrequenzen gefrequenz mit der Ausgangsfrequenz ein Ringdioden- eignet, und sie wurden schon für Frequenzen bis Demodulator ist und daß der Phasendetektor, der 30 100000 MHz gebaut, wogegen Röhren gewöhnlicher das Fehlersignal zum Nachregeln des Oszillators mit Art für Frequenzen von weniger als 200 MHz gebaut der dritten Frequenz erzeugt, ebenfalls ein Impuls- werden. Unter praktisch gegebenen Bedingungen ist und Sägezahn-Phasendetektor ist. Auch können der ein Rückwärtswellenoszillator mit einem 2:1-Freerste und zweite Frequenz-Spektrumsgenerator jeweils quenzbereich, wobei der Abstimmspannungsbereich von einem Hannonischen-Generator mit einer Speicher- 35 10:1 oder weniger beträgt, im Bereich des Möglichen, diode gebildet sein. Das Filter, welches die Misch- Andere Mikrowellenröhren wie auch Transistorstufe mit der Phasenvergleichsstufe verbindet, ist in anordnungen oder Tunneldiodenoszillatoren können vorteilhafter Weise ein Tiefpaßfilter. auch in ihren reduzierten Abstimmbereichen Ver-

Im einzelnen kennzeichnet sich die vorliegende Er- Wendung finden, wo es die Anforderungen eines

findung auch dadurch, daß der erste digitale Frequenz- 40 Normalfrequenzgenerators gestatten. Ein zweiter in

teiler zur Teilung der zweiten Frequenz aus einer der Frequenz veränderlicher Oszillator 12, der für

ersten variablen Kaskade von Binärstufen besteht und die Erzeugung kohärenter Schwingungen über einen

daß der zweite digitale Frequenzteiler zur Teilung Bereich, der weit unterhalb des Mikrowellenbereiches

der dritten Frequenz aus einer zweiten variablen liegt, abgestimmt wird, erzeugt durch Rückkopplung

Kaskade von Binärstufen besteht, die im Sinne eines 45 eine zweite Frequenz /, in Abhängigkeit von einem Gleichlaufs mit dem ersten Frequenzteiler gekoppelt Fehlersignal V_%. Der Oszillator 12 ist in geeignet«

sind. Weise ein spannungsgesteuerter Oszillator, dei

Der digital gesteuerte Vielkanal-Normalfrequenz- Varaktordioden in einem Oszillatorschwingkreis verGenerator für Frequenzsynthese nach der vorliegenden wendet, um seine Ausgangsfrequenz zu steuern. Erfindung verwendet somit die grundlegenden Prm- 50 Die Frequenz f_% wird einem Spektrumgenerator 13 zipien eines phasenstarren digitalen Normalfrequenz- zugeführt, der hieraus ein Ausgangssignal erzeugt Generators für Frequenzsynthese mit einem variablen das aus Harmonischen der Eingangsfrequenz /, beZähler oder Teiler, wobei die Teiler in ihrem zur Zeit steht. Eine einfache Anordnung zur Erzeugung vor möglichen Frequenzbereich betrieben werden können. genau definierten Harmonischen bis zur 200ster

Hauptsächiich werden zwei durch Rückkopplung 55 Harmonischen ist auf diesem Gebiet bekannt, und si<

erzeugte Frequenzen mit definiertem. Frequenzabstand wird von einem Vervielfacher mit einer Speicher

zueinander und zusätzlich zu der gewünschten Aus- schaltdiode gebildet. Eine derartige Diode wird be

gangsfrequenz in Beziehung gebracht Jede dieser der Herstellung in der Weise dotiert, daß die Minorität*

erzeugten Frequenzen ist im wesentlichen niedriger träger auf eine sehr enge Zone in der unmittelbarei

als die Mikrowellenausgangsfrequenz, und sie be- 60 Umgebung des Halbleiterüberganges beschränk

findet sich in einem Frequenzbereich, der von den werden. Wenn zusätzlich die Grenzschichtkapazitä

digitalen Teilern verarbeitet werden kann. Die zuvor klein gehalten wird, ist die Ladephase der Diode al

erwähnte Frequenzdifferenz zwischen den zwei erzeug- auch die Erholzeit beim Übergang vom vorwärt

ten Frequenzen kann daher in der Weise vorgesehen vorgespannten in den rückwärts vorgespannten Zu

werden, indem man diese Frequenzen mit Hilfe von 65 stand, wenn also ein Signal umgekehrter Polaritä

digitalen Zählern nit leicht unterschiedlicher Zählung der Diode aufgedrückt wird, sehr kurz, da dies

synchronisiert. Eine dritte Frequenz, die der durch Speicherphase einzig von der Zahl der Minoritäts

Überlagerung gewonnenen Differenzfrequenz der träger in der Nachbarschaft des Halbleiterübergange

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■bhängig ist, wobei diese Zone, wie oben dargelegt, sehr beinhalten die Zähler 19 und 20 impulsformende klein ist. Diese Phase wird von einer Übergangs- Netzwerke, die im Falle des Zählers 19 einen steilen phase gefolgt, während welcher die Ubergangsgrenz- Spannungsübergang bei jeder N— 1-ten Periode von fcchichtkapazität aufgeladen wird. Da die Übergangs- /₈ erzeugen, während der Zähler 20 einen scharfen grenzschichtkapazität ebenso sehr klein ist, ist die 5 Spannungsübergang bei jeder JV-ten Periode von f_t Lrholzeit der Diode extrem kurz mit dem Ergebnis, erzeugt.

daß sehr hohe Harmonische gebildet werden. Der Obwohl es erscheint, daß der Ausgang der Zähler 19 Ausgang des Spektrumgenerators 13 ist daher gleich: und 20 keine sinusförmige Wellenform darstellt,

sondern vielmehr steile SpannungsUbergänge, sollen

Λ · ft + B · /» ... + J · ft + K ■ ft ..., I₀ die Ausdrücke /,//V und /«(#-1) dazu verwendet

werden, diese SpannungsUbergänge und ihre Zeit-

wobei Ay B usw. ganze Zahlen sind. Phasenverhältnisse mit den festgesetzten Frequenzen

Die zuvor erwähnte Ausgangsfrequenz/₀ wird in darzustellen. In ähnlicher Weise enthalten verschiedene dem Phasendetektor 15mitdemAu$gangdesSpektrum- andere Teile dieser Beschreibung Ausdrücke, in denen generators 13 verglichen. Der Ausgang des Detektors 15 15 Frequcnzsymbole auftreten, und diese sollen dazu besteht aus einer Gleichspannung, als Ergebnis des verwendet werden, entweder sinusförmige Wellen-Vergleichs von /0 mit der }-ten Harmonischen von /_t, formen oder eine Reihe von Impulsen oder Spannungswobei J ' ft = Ja ist. Die Harmonischen von f_t mit übergänge anzugeben, die die Zeit- und die Phasenniedrigerer Frequenz als /„ erzeugen einen Oleich- bezienung zu einer damit in Bezug gesetzten Frequenz spannungswert, der gleich, jedocn von entgegen- ao repräsentieren. Ob der Ausdruck zur Bezeichnung gesetzter Polarität gegenüber dem Gleicrnpann· ngs- von Impulsen oder sinusförmigen Wellenformen wert ist, der von den Harmonischen von /_s mit höherer verwendet wird, wird jedoch aus der Beschreibung Frequenz als /₀ erzeugt wird. Die anderen Har- hervorgehen.

monischen von /, erzeugen daher, wenn sie mit /₀ Die Ausgänge der Zähler 19 und 20 werden dem

verglichen werden, einen mittleren Gleichspannungs- as Phasendetektor 21 zugeführt. Auf Grund der relativ wert von 0. Es wurde festgestellt, daß ein Dioden- niederfrequenten Signale, die dem Phasendetektor 21 ringdemodulator besonders gut geeignet ist, wenn er zugeführt werden, wurde festgestellt, daß es vorteilals Phasendetektor 15 verwendet wird. Ein derartiger halt ist, einen Phasendetektor zu verwenden, der eine Phasendetektor enthält einen geschlossenen Ring relativ schnelle Signalerfassung gewährleistet, bin von vier in Reihe geschalteten Dioden, wobei die 30 derartiger Phasendetektor wird von einem Phasensichdiametral gegenüberliegenden Anschlüsse zwischen detektor vom Impuls- und Sägezahntyp dargestellt, den Dioden an der Sekundärwicklung eines Eingangs- in dem ein impuls mit einem Sägezahn bezüglich der Übertragers liegen und wobei die dazu orthogonalen gegenseitigen Phasenlage verglicnen wird und bei Anschlüsse an die Sekundärwicklung eines zweiten dem die Steigerung der Sägezahnspannung ziemlich Eingangsübertragers geführt sind. Von den Signalen, 35 steil gestaltet werden kann, so daß groin Fehlerderen Pnase verglichen werden soll, wird eines an die signale für kleine Phasendifferenzen erzeugt werden. , Primärwicklung des ersten Eingangsübertragers und Der Phasendetektor 21 enthält hauptsächlich den das andere an die Primärwicklung des zweiten Ein- Impulsformer 21-1, der an den Zähler Wangeschlossen gängsübertragers angeschlossen. Der Ausgang wird ist, uid den Impulsformer 21-2, der an den Zähler 20 über den Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 40 angeschlossen ist. Der Ausgang des Zählers 19, der, der Eingangsübertrager abgegriffen. Dieser Typ eines w ie festgestellt wurde, eine Serie von Spannungs-Phasendetektors ist im wesentlichen ein Vollwellen- übergängen darstellt, wird von dem Impulsformer 21-1 gleichrichter-Typ, in dem die gleichgerichtete Aus- zur Erzeugung eines schmalen Impulses verwendet, - gangsspannung des einen Eingangssignals auf den der das bilaterale UND-Gatter 21-3 öffnet. Der

'. gleichgerichteten Ausgang des anderen Eingangs- 45 Impulsformer 21-2 ist ein Sägezahngenerator, der vom

signals bezogen wird, um eine Gleichspannung zu Ausgang des Zählers 20 getastet wird. Dieses Sägeerzeugen, die von der Phasendifferenz zwischen den zahnsignal wird ebenso dem Gatter 21-3 zugeführt.

zwei tingangsfrequenzen abhängig ist. Das Filter 16 Während des Intervalls, währenddessen das Gatter

] glättet die Gleichspannung, die dann als Steuersignal 21-3 offen ist, kann eine Spannung, die von Sägezahn-

! dem Oszillator 12 zugefünrt wird. Da, wie erörtert 50 signal abgetastet wurde, durch diese zum Speicner 21-4

wurde, der einzige wirksame Gleichspannungswert, hindurch gelangen, welcher aus .einer Kapazität mit der dem Oszillator 12 zugeführt wird, durch den Ver- niedrigen Verlusten besteht, und wobei der Entlade-

] gleich von J /₂ mit /₀ zustande kommt, wird der weg duser Kapazität blockiert wird, wenn das Gatter

] Oszillator 12 so abgestimmt, daß er eine Frequenz j\ geschlossen ist. Die Eingangselektrode des variablen

Α gleich fJJ erzeugt. 55 Frequenzoszillators 18 ist an die Speicherkapazität

t hin dritter Oszillator 18 mit variabler Frequenz, 21-4 über das Filter 22 geschaltet, welch letzteres

f. ähnlich dem Oszillator 12, der nahezu über demselben unerwünscht'; Wechselspannungskomponenten vom

e Bereich abgestimmt wird, erzeugt in Abhängigkeit Fehlersignal K₃ entfernt. Die bingangselektrode des

J von dem lenlersignal V₃ durch Rückkopplung eine Oszillators 18 muß natürlich eine hohe tiingangsimpe-

drille Frequenz J_z, die im variablen Zähler 19 durch 60 danz aufweisen, um eine Belastung der Speicheret Λ — 1 geteilt wird. Der Zähler 19 enthält eine Kaskade kapazität zu vermeiden, wenn das Gatter 21-3 ge-

von binären Stufen, die bis N—l zählen, wobei N schlossen ist. Die Eingangsstufe des in der Frequenz innerhalb einer Reihe von benachbarten ganzen variablen Oszillators 18 kann daher in geeigneter ή Zahlen wählbar ist. Ähnlich wird die Frequenz j\ Weise einen Feldeffekttransistor aufweisen, wobei der _v durch Λ' geteilt, und zwar im Zähler 20, der dsm Zähler 65 Ausgang des Speichers 21-4 der Basis des zuvor er_e, 19 ähniieii ist und im Sinne eines Gleichlaufes mit wähnten Feldeffekttransistors über das Filier 22 ^j diesem so gekoppelt ist, daß die wählbare ganze angeschlossen ist.

,.- /alii N in beiiicn Zählern identisch ist. Zusätzlich Wenn die Schleife, die aus dem variablen Frequenz-

oszillator 18, dem Zähler 19 und dem Phasendetektor 21 besteht, eingerastet ist, stehen die Frequenzen /₂ und /_a durch die Zähler 19 und 20 wie folgt in Verbindung:

den verschiedenen Frequenzen, die vom und mit dem Normalfrequenz-Geiierator erzeugt werden.

In der obigen Erörterung wurden die folgenden Frequenzbeziehungen angeführt. Wenn die verschiedenen Schleifenphasen starr sind, so ist:

Es läßt sich somit erkennen, daß f_t und /₃ bei Phasenstarrheit ziemlich gleiche Werte aufweisen. In einer praktischen Schaltung wurde N bei Werten um 4000 gewählt, während /_s und /₃ in einem Bereich bei 25 MHz abstimmbar waren. Die Frequenzen hJN und h!N-\ betragen demzufolge nahezu 6,25 kHz. Der Phasendetektor 21, wie er beschrieben wurde, kann zufriedenstellend bei diesen Frequenzen arbeiten, und er hat den Vorteil, daß er für eine schnelle Ansprechzeit der Schleife sorgt, da die Neigung des Sägezahnsignals ziemlich steil gemacht werden kann, um große Fehlergleichspannungen bei kleinen Phasendifferenzwerten zu erzeugen. Dies ist ebenso insbesondere bei niedrigen Frequenzen wichtig, wo die Aublastfolge niedrig liegt.

Die Frequenz /₃ wird dem Spektrumgenerator 25 zugeführt, der mit dem Spektrumgenerator 13 identisch ist. Der Ausgang des Generators 25 enthält daher in ähnlicher Weise Harmonische von /₃, die in der Mischstufe 26 mit der Ausgangsfrequenz /₀ des Normalfrequenz-Generators verglichen werden. Der Ausgang der Mischstufe wird im Tiefpaß 27 gefiltert, um alle Mischprodukte, mit Ausnahme der Differenzfrequenz von J₀ und der K-ien Harmonischen von /₃, zu entfernen. Der Ausgang des Filters 27 ist daher

/0 - Kf₃.

Eine stabile Bezugsfrequenz 29, die in geeigneter Weise von einem quarzgesteuerten Oszillator gebildet werden kann, erzeugt eine feste Bezugsfrequenz/,, die im Phasendettktor 28 mit der Ausgangsfrequenz des Filters 27 verglichen wird. Wenn der Normalfrequenz-Generator phasenstarr ist, so ist natürlich die Bezugsfrequenz /, gleich der Ausgangsfrequenz des Filters 27. Es wird später dargelegt, daß bei Phasenstarrheit die Ausgangsfrequenz /„ des Normalfrequenz-Generators gleich Nf₁ ist. Da in einem praktischen Normalfrequenz-Generator für Frequenzsynthese es allgemein erwünscht ist, daß die Ausgangsfrequenzkanäle in engem Abstand folgen, wird die Bezugsfrequenz /, als eine richtige Niederfrequenz gewählt. Dadurch sind die dem Phasendetektor 28 zugeführten Frequenzen echte Niederfrequenzen. Ein Sägezahn-Impulsdetektor, wie er als Phasendetektor 21 verwendet wird, kann daher hierbei vorteilhaft ebenso verwendet werden. Der Gleichspannungsaasgang des Phasendetektors 28 stellt das zuvor erwähnte Fehlersignal V₁ dar, das an den variablen Frequenzoszillator 10 angeschlossen wird, um diesen abzustimmen und um somit die Ausgangsfrequenz /„ des Normalfrequenz-Generators zu erzeugen.

Es wurde auf diese Weise dargelegt, daß die digitalen Schaltungen dieses Normalfrequenzgenerator? für Frequenzsynthese im Rahmen der Betriebsweise digitaler Zähler arbeiten. Das bedeutet, daß die digitalen Zähler Periode um Periode innerhalb der 400-MHz-Grenze ihrer Möglichkeit gut zählen. Es verbleibt noch die Klarstellung der Beziehung zwischen

1) /0 = Jh

/2

3) /, = /.- Kf_t,
kombiniert man die Ausdrücke (2) und (3) so erhält

man:

K(N-V)

und kombiniert man die Ausdrücke (1) und (4) und ordnet die Ausdrücke um, so ergibt sich

5) /0

J-K

JN

_ r

Wenn J = K ist, dann ergibt sich die einfache Beziehung zwischen f_x und /₀:

6) /„ = Nf₁.

Solange J=K ist, sind die absoluten Werte hiervon unwesentlich.

Es muß nun gezeigt werden, daß J = K gemacht werden kann, und zwar durch richtige Bemessung des Filters 27. Das Spektrum, welches von den Vervielfachern 13 und 25 erzeugt wurde, besteht aus den Harmonischen der jeweiligen Frequenzen h und /_a, Im Ergebnis bestehen diese Spektren aus Frequenzen, die um einen Betrag, der gleich ier anregenden Generator-Frequenz ist, voneinander getrennt sind, In dem vorliegend beschriebenen Normalfrequenzgenerator liegen beide Frequenzen f_t ^und /₃ nahezi gleich bei 25 MHz, die Spektrumfrequenzen sind uir 25 MHz getrennt. Es sei nun wieder auf den Ausdruck (5) eingegangen:

5) /0

J-K

JN

— Sx ·

Nimmt mar an, daß:

7) J = K + 1,
setzt man (7) in (5) ein, so ergibt sich

8) /0

K+l

(K+I)N

Nun überprüft man den Ausdruck (1)
D /0 = Jh-

Es sei eine Normalfrequenz-Generator-Ausgangs frequenz von /₀ = 4000 MHz, J = K + 1 = 160 an genommen. Gefragt wird nach Δ J₁, der Frequenz differenz zwischen den Spektrumfrequenzen, die ar Eingang des Filtere 27 erscheinen. Für J=K un J=K+ 1 findet man durch Subtraktion von (i von (8) und nach Vereinfachung:

^N.--*^K^}-\ =4000 MHz N(K+ 1)

4000-319

4000(160)

= 23,0MHz.

209 619/22

Somit läßt sich erkennen, daß die Spektrumfrequenzen des Signals, welches in das Filter 27 gelangt, einen Abstand von 23 MHz aufweisen. Zusätzlich ergibt sich aus (1), (2) und (3)

9) J =
so daß

/o

/.	N -	h	1
/·	N
ι			fx
	f

in einem System, in dem f_y < /₀ ist, wird

K N

setzt man wiederum die Werte in (3) ein, so ergibt sich

/, = 4000 - 160 · 25

/3999M ₌
\4OOo)| ~

IMHz.

Bei Phasenstarrheit muß die Frequenz, die das Filter 27 passiert, gleich /, sein, und somit muß das Filter 27 ein Tiefpaß sein, der Frequenzen in der Nähe »5 von 1 MHz durchläßt. Da, wie gezeigt wurde, die nächst höhere Frequenz, die in das Filter 27 gelangt, nahezu 24 MHz ist, kann das Durchlaßband des Filters 27 ziemlich breit sein, ohne Gefahr zu laufen, unerwünschte Spektrumfrcquenzen passieren zu lassen. Eine genaue mathematische Untersuchung der Beziehung zwischen J und K zeigte, daß / nahezu gleich K war und der Unterschied ein Teil von den 4000 (s. Ausdruck 12) war. Natürlich können J und K nur ganze Zahlenwerte einnehmen, so daß der breite Durchlaßbereich des Filters 27 gestattet, daß K einen Wert genau gleich J zu allen Zeiten annimmt. Daher ist J-K, und die Beziehung zwischen einer Bezugsfrequenz und der Ausgangsfrequenz ist /₀ = Nf₁, wobei N die Zählerzahl eines digitalen Zählers ist, der in seinem möglichen Betriebsbereich arbeitet

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Digital abstimmbar« Generator mitFrequenzsynthese mit einer Bezugsfrequenzquelle, einem ersten in der Frequenz variablen Oszillator, der auf ein erstes Fehlersignal zum Erzeugen einer Generatorausgangsfrequenz anspricht, mit einem zweiten in der Frequenz variablen Oszillator, der zum Erzeugen einer zweiten Frequenz auf ein zweites Fehlersignal anspricht, und einem dritten in der Frequenz variablen Oszillator, der zum Erzeugen einer dritten Frequenz auf ein drittes Fehlersignal anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator (12) für die zweite Frequenz (Z₄) ein Frequenzteiler (20) und dem Oszillator (18) für die dritte Frequenz (/_a) ein weiterer Frequenzteiler (19) mit gegenüber dem ersten Teiler (20) unterschiedlichem Teilungsverhältnis nachgeschaltet sind, daß die Ausgänge der beiden Frequenzteiler mit einer Phasenvergleichstufe (21) verbunden sind, die ein Fehlersignal (K₃) zur Nachregelung des Oszillators (18) mit der dritten Frequenz (/,) erzeugt, daß dem Oszillator (12) für die zweite Frequenz (/0 außer dem Frequenzteiler (M) ein Spektrumgenerator (13) '»π» Erzeugen von Harmonischen (//,) der zweiten Frequenz (/₂) nachgeschaltet ist, daß eine Phasenvergleichsstufe (15) mit nachg^chal'etem Filter (16) zum Vergleichen der ipektrumfrequenz (If₂) mit der Ausgangsfrequenz (/„) vorhanden ist, wobei das erzeugte Fehlersignal (V₂) zur Nachregelung des zweiten Oszillators (12) mit der zweiten Frequenz (/"₂) dient, daß dem Oszillator (18) für die dritte Frequenz (Z₃) außer dem Frequenzteiler (19) ebenfalls ein Spektrumgenerator (25) zur Erzeugung von Harmonischen (Kf₃) der dritten Frequenz (f_t) nachgeschaltet ist, daß eine Mischstufe (26) vorhanden ist. der das Harmonischenspektrum [Kf₃) der dritten Frequenz (/,) einerseits und die Ausgangsfrequenz (/„) andererseits zugeführt werden, wobei die Ausgangsfrequenz (F₀- Kf₃) der Mischstufe (26) über ein Filter (27) einer weiteren Phasenvercleichsstufe (28) zugeführt wird, in der durch Vergleich mit einer konstanten Bezugsfrequenz (F₁) ein Fehlersignal (K₁) für die Nachregelung des ersten Oszillators (10) für die Ausgangsfrequenz (F₀) gewonnen wird.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsverhältnisse der beiden Frequenzteiler (19, 20) nur einen geringen Unterschied aufweisen.

3. Generator nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste und derzweite Frequenzteiler (20, 19) digital ausgeführt sind, daß ihre Teilung variabel ist und daß sie im Sinne eines Gleichlaufs miteinander gekoppelt sind.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung des ersten Teilers (20) zur Teilung des zweiten Teilers (19) um einen Teilschritt unterschiedlich ist.

5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste variable Frequenzoszillator (10) ein Rückwärtswellenoszillator ist und auf das erste Fehlersigmr' (K₁) anspricht.

6. Generator nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (28), dem die Ausgangsfrequenz (F₀ — KfJ der Mischstufe (26) zugeführt wird, ein Impuls- und Sägezahn-Phasendetektor ist und daß der Phasendetektor (15) zum Vergleichen der "pektrumfrequenz (/F_s) mit der Ausgangsfrequenz (/„) ein Ringdioden-Demodulator ist und daß der Phasendetektor (21), der das Fehlersignal (K₃) zum Nachregeln des Oszillators (18) mit der dritten Frequenz (/₃) erzeugt, ebenfalls ein Irnpuls- und Sägezahn-Phasendetektor ist.

7. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Frequenz-Spektrumgenerator (13, 25) jeweils von einem Harmonischen-Generator mit einer Speicherschaltdiode gebildet ist.

8. Generator nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Filter (27), welches die Mischstufe (26) mit der Phasenvergleichsstufe (28) verbindet, ein Tiefpaßfilter ist.

9. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste digitale Frequenzteiler (20) zur Teilung der zweiten Frequenz (/,) aus einer ersten variablen Kaskade von Binärstufen besteht und daß der zweite digitale Frequenzteiler (19) zu»· Teilung der dritten Fequenz (/_s) aus einer zweiten variablen Kaskade von Binärstufen besteht, die im Sinne eines Gleichlaufs mit dem ersten Frequenzteiler (20) gekoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeicnnungcn