DE2063112C3 - Vibration generator with a frequency that can be changed using the frequency synthesis method - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsgenerator mit nach derr Verfahren der Frequenzsynthese veränderbarer Frequenz, mit einem Mischer zur wahlweisen Umsetzung jeweils einer von mehreren stabilen Frequenzen, die durch einen Verzerrer von einer Normalfrequenz abgeleitet sii.J, in eine Zwischenfrequenz mittels einer dem Mischer zugeführten Hilfsfrequenz.The invention relates to a vibration generator with frequency synthesis according to the method variable frequency, with a mixer for optional implementation of one of several stable frequencies, which are derived from a normal frequency by a distorter sii.J, into an intermediate frequency by means of an auxiliary frequency fed to the mixer.

Solche Schwingungsgeneratoren sind bekannt (z. B. DE-AS 12 44 877). Sie dienen zur Erzeugung von Schwingungen mit einstellbarer Frequenz, großer Treffsicherheit und Konstanz. Sie enthalten einen eine Normalfrequenz liefernden Normalfrequenzgenerator, dessen Schwingung in einem Verzerrer verzerrt wird, so daß ein Spektrum von Oberwellenschwingungen entsteht, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Normalfrequenz darstellen. Dieses Oberwellenspektrum wird durch, einen Mischer (Vorumsetzer) mit Hilfe einer in Stufen veränGerbaren Hilfsfrequenz in ein Zwischenfrequenzspektrum umgesetzt, aus welchem durch ein Zwischenfrequenzfilter eine Schwingung mit der Zwischenfrequenz herausgesiebt wird. Diese Zwischenfrequenz ergibt sich beispielsweise aus der Differenz der Hilfsfrequenz und der F-equenz einer der vom Verzerrer erzeugten Oberwellen der Normalfrequenz. Durch stufenweises Verändern der Hilkfrequenz kann eine beliebige der Oberwellen durch den Vorumsetzer in eine Schwingung mit der Zwischenfrequenz umgesetzt werden. Durch einen Rückumsetzer wird die Schwingung mit der Zwischenfrequenz mit Hilfe der Hilfsfrequenz in die Ausgangsfrequenz umgesetzt. Die Ausgangsfrequenz kann sich beispielsweise aus der Differenz zwischen der Hilfsfrequenz und der Zwischenfrequenz ergeben, und sie ist um den gleichen Betrag veränderbar wie die Hilfsfrequenz. Die Ausgangsfrequenz weist die gleiche Treffsicherheit und Konstanz auf wie die Normalfrequenz, da der Einfluß der Hilfsfrequenz durch die Vor- und Rückumsetzung eliminiert wird.Such vibration generators are known (z. B. DE-AS 12 44 877). They are used to generate Vibrations with adjustable frequency, great accuracy and constancy. They contain a Normal frequency supplying normal frequency generator, the oscillation of which is distorted in a distortion, see above that a spectrum of harmonic oscillations arises, the frequencies of which are integral multiples of Represent normal frequency. This harmonic spectrum is generated by a mixer (pre-converter) with the help an auxiliary frequency that can be changed in steps is converted into an intermediate frequency spectrum from which an oscillation with the intermediate frequency is filtered out by an intermediate frequency filter. This intermediate frequency results, for example, from the difference between the auxiliary frequency and the F-frequency of one of the Harmonics of the normal frequency generated by the distortion. By gradually changing the assistance frequency can cause any of the harmonics to oscillate at the intermediate frequency through the pre-converter implemented. By means of a back converter, the oscillation with the intermediate frequency will be Using the auxiliary frequency converted into the output frequency. The output frequency can be, for example from the difference between the auxiliary frequency and the intermediate frequency, and it is around the same amount can be changed as the auxiliary frequency. The output frequency exhibits the same accuracy and accuracy Constancy like the normal frequency, since the influence of the auxiliary frequency through the forward and backward conversion is eliminated.

Es hat sich gezeigt, daß die Ausgangsschwingung trotz rauscharmer Schwingung des Normalfrequenzgenerators ein erhebliches Rauschen aufweist Ein beachtlicher Anteil dieses Rauschens entsteht im Vorumsetzer.It has been shown that the output oscillation despite the low-noise oscillation of the standard frequency generator has a significant amount of noise. A significant amount of this noise occurs in the Pre-converter.

S Im übrigen ist es bei einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Vielzahl von quarzgenauen, einstellbaren Frequenzen bekannt, wahlweise einep Vervielfacher, der zwischen einem Mischer und einem Oszillator angeordnet ist, als Verdoppler zu benutzen oder denS In addition, it is in a circuit arrangement for Generation of a large number of crystal-precise, adjustable frequencies known, optionally a multiplier, which is arranged between a mixer and an oscillator to use as a doubler or the

ίο Oszillatorausgang ohne Vervielfachung an einen Eingang des Mischers anzuschließen; der andere Eingang wird dabei von einem Breitbandvervielfacher gespeist, aus dem möglicherweise unerwünschte Harmonische austreten, die außerhalb des Nutzbereiches liegen (DE-AS 10 28 626). Dieser Breitbandvervielfacher ist jedoch in der bekannten Schaltung nicht in der Funktion eines Verzerrers vorgesehen. Im übrigen besteht der Breitbandvervielfacher aus drei hintereinandergeschalteten Verdreifacherstufen, enthält also keinen Teiler.ίο Oscillator output without multiplication to an input to connect the mixer; the other input is fed by a broadband multiplier, from which possibly unwanted harmonics emerge, which are outside the useful range (DE-AS 10 28 626). However, this broadband multiplier does not function in the known circuit a distortion provided. In addition, the broadband multiplier consists of three series-connected Tripler stages, so does not contain a divider.

jo Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Signal-Rausch-Abstand bei einem Schwingungsgenerator der eingangs beschriebenen Art zu verbessern, indem das im Vorumsetzer entstehende Rauschen vermindert wird.jo The invention is based on the object To improve the signal-to-noise ratio in a vibration generator of the type described above, by reducing the noise generated in the pre-converter.

2j Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Schwingungsgenerator gelöst, wie er im ersten Patentanspruch angegeben ist.2j According to the invention, the object is achieved by a Vibration generator solved as indicated in the first claim.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß der Signal-Rausch-Abstand dadurch verbessert werden könnte, daß der Pegelanteil der im Vorumsetzer jeweils zur Umsetzung gelangenden Oberwelle am Gesamtpegel des dem Vorumsetzer zugeführten Oberwellenspektrums erhöht wird. Der Gesamtpegel des dem Vorumsetzer zugeführten Oberwellenspektrums darf einen gewissen Wert nicht überschreiten, damit eine Übersteuerung des Vorumsetzers vermieden wird. Für den Signal-Rausch-Abstand wäre es am günstigsten, dem Vorumsetzer jeweils nur die zur Umsetzung auf die Zwischenfrequenz benötigte Schwingung des Oberwellenspektrums zuzuführen und die anderen Schwingungen zu unterdrücken. Dies würde aber einen erheblichen Aufwand an Selektionsmitteln erfordern. Beim Gegenstand der Erfindung wird die Anzahl der dem Vorumsetzer zugeführten Schwingungen des Oberwellenspektrums dadurch halbiert, daß je nach der vom Schwingungsgenerator zu erzeugenden Ausgangsfrequenz das Oberwellenspektrum nur aus geradzahligen oder ungeradzahligen Harmonischen einer Grundfrequenz besteht.The invention is based on the idea that the signal-to-noise ratio is improved as a result could be that the level component of the harmonics that are implemented in the pre-converter in relation to the overall level of the harmonic spectrum fed to the pre-converter is increased. The total level of the dem Pre-converter supplied harmonic spectrum must not exceed a certain value so that a Overriding the pre-converter is avoided. For the signal-to-noise ratio, it would be best to to the pre-converter only the oscillation of the harmonic spectrum required for conversion to the intermediate frequency feed and suppress the other vibrations. But this would be a significant one Require effort in selection means. When the subject of the invention is the number of the Pre-converter supplied vibrations of the harmonic spectrum thereby halved that depending on the from Vibration generator to generate output frequency the harmonic spectrum only from even-numbered or odd harmonics of a fundamental frequency.

Anhand eines Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispieles wird dies näher erläutert. Die Grundfrequenz, welche selbst oder deren Oberwellen zur Umsetzung auf die Zwischenfrequenz f\ gelangen soll, ist mit fq bezeichnet. Der Normalfrequenzgenerator G schwingt mit der doppelten Frequenz 2 fq. Die Schwingung mit dieser Frequenz 2 fq wird im Verzerrer V verzerrt, so daß eine oberwellenreiche Schwingung entsteht, deren Oberwellenspektrum Schwingungen mit Frequenzen 2 fq, 4 fq, 6 fq, 8 fq usw. enthält. Der Frequenzteiler Γ teilt die Frequenz der oberwellenreichen Schwingung im Verhältnis 2:1. Als Frequenzteiler T kann ein bistabiler Multivibrator dienen. Die von diesem abgegebene Rechteckschwingung wird durch das Differenzierglied D differenziert. Es entstehen dadurch abwechselnd positive und negative Impulse, wie sie unterhalb der Verbindungslinie zwischen dem Differenzierglied D und dem Bandfilter B dargestellt sind. Diese Impulse enthalten bei guter Symmetrie vorwiegendThis is explained in more detail using a block diagram of an exemplary embodiment. The fundamental frequency, which itself or its harmonics should be converted to the intermediate frequency f \ , is denoted by fq. The normal frequency generator G oscillates at twice the frequency 2 fq. The oscillation with this frequency 2 fq is distorted in the distortion device V , so that an oscillation rich in harmonics occurs, the harmonic spectrum of which contains oscillations with frequencies 2 fq, 4 fq, 6 fq, 8 fq and so on. The frequency divider Γ divides the frequency of the high-harmonic oscillation in a ratio of 2: 1. A bistable multivibrator can serve as the frequency divider T. The square wave emitted by this is differentiated by the differentiating element D. This creates alternating positive and negative pulses, as shown below the connecting line between the differentiating element D and the band filter B. If symmetry is good, these impulses contain predominantly

ungeradzahlige Harmonische der Grundfrequenz fq. Diese von dem als Impulsformer arbeitenden Differenzierglied D geformten Impulse durchlaufen das Bandfilter B, welches dem Vorumsetzer M\ ein Schwingungsspektrum mit möglichst geringem Amplitudenanteil an geradzahligen Oberwellen zuführt. Eine der zugeführten Oberwellen wird vom Vorumsetzer mit Hilfe der vom einstellbaren Hilfsoszillator H gelieferten Hilfsfrequenz fü auf die durch das Zwischenfrequenzfilter Fi\ gefilterte Zwischenfrequenz f\ umgesetzt. Der Vorumsetzer M\ weist eine zulässige Aussteuerungsgrenze auf. Der Signal-Rausch-Abstand der Schwingung mit der Zwischenfrequenz (\ wird um so besser, je größer die Schwingungsamplitude der jeweils umgesetzten Schwingung ist. Der Signal-Rausch-Abstand ist hier dadurch besser geworden, daß die jeweils umgeseizte Schwingung nicht mehr eine von allen vom Verzerrer erzeugten Oberwellen ist, sondern nur noch eine von allen erzeugten ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz fq, so daß diese eine Oberwelle bei unverändertem Aussteuerunp<pegel des Vorumsetzers M\ doppelt so groß gewählt werden kann wie bei bekannten Anordnungen. Dementsprechend läßt sich der Signal-Rausch-Abstand um etwa 6 Dezibel verbessern.odd harmonics of the fundamental frequency fq. These pulses formed by the differentiating element D, which works as a pulse shaper, pass through the band filter B, which feeds the pre-converter M \ with an oscillation spectrum with the lowest possible amplitude component of even harmonics. One of the harmonics is supplied from Vorumsetzer with the aid of the auxiliary frequency delivered by the tunable local oscillator H fo the filtered through the intermediate frequency filter Fi \ intermediate frequency f reacted \. The pre-converter M \ has a permissible control limit. The signal-to-noise ratio of the oscillation with the intermediate frequency (\ is the better, the greater the oscillation amplitude of the respective converted oscillation is the harmonics generated by the distortion, but only one of all the generated odd harmonics of the fundamental frequency fq, so that this one harmonic can be selected to be twice as large as in known arrangements with the modulation level of the pre-converter M \ unchanged. Improve the signal-to-noise ratio by about 6 decibels.

Die Zwischenfrequenz /j wird durch den Mischer M2 mit Hilfe der stetig einstellbaren Interpolationsfrequenz fp, die vom Interpolationsoszillator /geliefert wird, auf die durch das Zwischenfrequenzfilter Fh gefilterte Zwischenfrequenz h umgesetzt, welche ihrerseits mit Hilfe des Rückumsetzers Mi und der in Stufen einstellbaren Hilfsfrequenz /ü auf die durch das Filter Fi_} gefilterte Ausgangsfrequenz fs umgesetzt wird. Diese Ausgangsfrequenz fs ist mit Hilfe des einstellbaren Hilfsoszillators H und des ebenfalls einstellbaren Interpolationsoszillators / um einen Betrag veränderbar, welcher der Summe der Einstellbereiche der genannten Oszillatoren entspricht.The intermediate frequency / j is converted by the mixer M2 with the help of the continuously adjustable interpolation frequency fp, which is supplied by the interpolation oscillator /, to the intermediate frequency h filtered by the intermediate frequency filter Fh , which in turn is converted with the help of the reconverter Mi and the auxiliary frequency / ü, which can be set in steps is converted to the output frequency fs filtered by the filter Fi _} . This output frequency fs can be changed with the aid of the adjustable auxiliary oscillator H and the likewise adjustable interpolation oscillator / by an amount which corresponds to the sum of the setting ranges of the oscillators mentioned.

Für die Frequenzen f\, /2 und fs gelten beispielsweise folgende Gleichungen, wobei η eine ganze positive Zahl bedeutet:For the frequencies f \, / 2 and fs , for example, the following equations apply, where η means a whole positive number:

/i = fü - nfg, / i = fo - nfg,

h = /1 + fp. h = / 1 + fp.

fs — fü - /2 = nfq — fp. fs - fü - / 2 = nfq - fp.

Nach der bis hierher gegebenen Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes würden sich nur Ausgangsfrei^uenzen mit ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz fq erzeugen lassen. Frequenzen mit geradzah'igen Harmonischen entstehen auf folgende Weise: Über den Schalter S kann die Frequenzteilung durch den Frequenzteiler Γ unterbunden werden, indem durch eine Vorspannung U ein System des in dem Frequenzteiler T enthaltenen bistabilen Multivibrators gesperrt wird. Das andere System arbeitet dann als Impulsverstärker und liefert Impulse mit der Grundfrequenz 2 fq, die in dem Differenzierglied D differenziert werden und beispielsweise die Form haben, wie sie über der Verbindungslinie zwischen dem Differenzierglied D und dem Bandfilter B dargestellt sind. Diese Impulse enthalten nur geradzahlige Harmonische der Grundfrequenz fq. Dementsprechend ist wiederum der Anteil, den in diesem Falle eine Harmonische, welche im Vorumsetzer Mi umgesetzt wird, an dem vom Bandfilter B an den Vorumsetzer Mi abgegebenen Gesamtpegel hat, doppelt so groß wie bei bekannten Anordnungen ohne abschaltbaren Frequenzteiler, so daß wiederum eine Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes um etwa 6 dB erreicht wird.According to the description of the block diagram shown in the drawing given up to this point, it would only be possible to generate output frequencies with odd harmonics of the fundamental frequency fq. Frequencies with even harmonics arise in the following way: The frequency division by the frequency divider Γ can be suppressed via the switch S by blocking a system of the bistable multivibrator contained in the frequency divider T by a bias voltage U. The other system then works as a pulse amplifier and supplies pulses with the fundamental frequency 2 fq, which are differentiated in the differentiating element D and, for example, have the form shown above the connecting line between the differentiating element D and the band filter B. These pulses only contain even harmonics of the fundamental frequency fq. Accordingly, the proportion that in this case a harmonic, which is converted in the pre-converter Mi, has in the total level output by the bandpass filter B to the pre-converter Mi, is twice as large as in known arrangements without a frequency divider that can be switched off, so that again an improvement in the Signal-to-noise ratio is achieved by about 6 dB.

Der eine Abschalteinrichtung für den Frequenzteiler 7* darstellende Schalter 5 ist mechanisch mit der Einstelleinrichtung für die dem Vorumsetzer Mi zugeführte Hilfsfrequenz (fü), d. h. also m^;! der Einstelleinrichtung des Hilfsoszillators H gekoppelt.The switch 5, which is a disconnection device for the frequency divider 7 *, is mechanically connected to the setting device for the auxiliary frequency (fü) supplied to the pre-converter Mi, ie m ^; ! the setting device of the local oscillator H coupled.

Wird der Hilfsoszillator H derart eingestellt, daß im Vorumsetzer Mi eine geradzahlige Harmonische der Grundfrequenz fq umgesetzt wird, so befindet sich der Schalter Sin einer der Stellungen 0,2,4,6,8, so daß dem Frequenzteiler Tuber einen der Kontakte 0,2,4... eine Spannung Uzugeführt wird, welche den Frequenzteiler T — abgesehen von einer impulsverstärkenden Wirkung — unwirksam macht. Auf diese Weise ist die selbsttätige Umschaltung des mit dem Blockschaltbild schematisch dargestellten Schwingungsgenerators zwisehen den beiden Betriebszuständen sichergestellt, bei welchen entweder ungeradzahlige oder geradzahlige Harmonische vom Vorumsetzer Mi auf die Zwischenfrequenz f\ umgesetzt werden.If the auxiliary oscillator H is set in such a way that an even harmonic of the fundamental frequency fq is converted in the pre-converter Mi, the switch Sin is in one of the positions 0,2,4,6,8, so that the frequency divider T over one of the contacts 0,2 , 4 ... a voltage U is supplied, which - apart from a pulse-amplifying effect - makes the frequency divider T ineffective. In this way, the automatic switching of the oscillation generator shown schematically in the block diagram is ensured between the two operating states in which either odd or even harmonics are converted by the pre-converter Mi to the intermediate frequency f \ .

Das Prinzip der Erfindung kann auch so abgewandelt werden, daß der Normalfrequenzgenerator auf der Grundfrequenz fq schwingt und daß statt des Frequenzteilers ein Frequenzverdoppler verwendet wird, der so gestaltet ist, daß er durch Symmetrie die ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz fq unterdrückt.The principle of the invention can also be modified so that the normal frequency generator oscillates at the fundamental frequency fq and that instead of the frequency divider a frequency doubler is used which is designed so that it suppresses the odd harmonics of the fundamental frequency fq through symmetry.

Mit dem Verdoppler wird dann eine Impulsfolge gebildet, die im wesentlichen nur geradzahlige Harmonische der Grundfrequenz fq enthält. Bei abgeschaltetem Verdoppler wird die Schwingung des Normalfrequenzgenerators in eine Impulsfolge umgewandelt, die im wesentlichen nur ungeradzahlige Harmonische der Grundfrequenz fq enthält.With the doubler, a pulse sequence is then formed which essentially only contains even harmonics of the fundamental frequency fq . When the doubler is switched off, the oscillation of the normal frequency generator is converted into a pulse sequence which essentially only contains odd harmonics of the fundamental frequency fq.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: !.Schwingungsgenerator mit nach dem Verfahren der Frequenzsynthese veränderbarer Frequenz, mit einem Mischer zur wahlweisen Umsetzung jeweils einer von mehreren stabilen Frequenzen, die durch einen Verzerrer von einer Normalfrequenz abgeleitet sind, in eine Zwischenfrequenz mittels einer dem Mischer zugeführten Hilfsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verzerrer (V) und den Mischer (Vorumsetzer Mi) ein abschaltbarer Frequenzteiler (T)oder -vervielfacher eingeschaltet ist, derart, daß das dem Mischer (Mt) zugeführte Oberwellenspektrum in der einen Schaltlage im wesentlichen nur ungeradzahlige Harmonische einer Grundfrequenz (fq) und in der anderen Schaltlage im wesentlichen nur geradzahlige Harmonische (it; Grundfrequenz ^enthält.!. Vibration generator with variable frequency according to the method of frequency synthesis, with a mixer for the optional conversion of one of several stable frequencies, which are derived from a normal frequency by a distortion, into an intermediate frequency by means of an auxiliary frequency fed to the mixer, characterized in that between the distortion (V) and the mixer (pre-converter Mi) a switchable frequency divider (T) or multiplier is switched on, so that the harmonic spectrum fed to the mixer (Mt) in one switching position essentially only odd harmonics of a fundamental frequency (fq) and in the other switching position essentially only contains even harmonics (it; basic frequency ^. 2. Schwingungsgenerator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung für die dem Mischer (M₁) zugeführte Hilfsfrequenz (fü) mit der Abschalteinrichtung für den Frequenzteiler (T) oder -vervielfacher gekoppelt ist.2. Vibration generator according to claim I, characterized in that the adjusting device for the auxiliary frequency (fü) fed to the mixer (M ₁ ) is coupled to the disconnection device for the frequency divider (T) or multiplier.