DE2246487B1 - Schwingungserzeuger fuer insbesondere sehr kurze elektromagnetische wellen - Google Patents

Schwingungserzeuger fuer insbesondere sehr kurze elektromagnetische wellen

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DE2246487B1 DE19722246487 DE2246487A DE2246487B1 DE 2246487 B1 DE2246487 B1 DE 2246487B1 DE 19722246487 DE19722246487 DE 19722246487 DE 2246487 A DE2246487 A DE 2246487A DE 2246487 B1 DE2246487 B1 DE 2246487B1
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

3 4
Schaltung in der Weise, daß die wenigstens zwei Os- 1 = Schaltung für die Erzeugung einer quarz-
zillatoren mittels der Frequenzstabilisierungsschal- stabilen Frequenz,
tung auf die gleiche Frequenz einstellbar sind und 2 = Phasendiskrimmator>
wechselweise über die Umschalteinnchtung an die
Frequenzreduzierschaltung der Frequenzstabilisie- 5 3 = einstellbarer Teiler,
rungsschaltung angeschaltet werden, daß beide Oszil- 4 = synchronisierter Oszillator,
latoren mit dem Ausgang des Schwineuneserzeueers ., ... ^ .„
über eine Schalteinrichtung verbunden sind, die ein 4 = synchronisierter Oszillator,
derartig langsames Überleiten von dem einen Oszil- 5 = Ausgang der Gesamtschaltung, an dem die
lator auf den jeweils anderen veranlaßt, daß die in io frequenzstabilisierten Schwingungen ent-
dem Überleitvorgang begründete Störphasenmodu- nehmbar sind,
lation noch unterhalb eines vorgegebenen Wertes 6 = bandbegrenzendes Netzwerk
verbleibt und daß auch während dieser Überleitzeit 6^ '
noch beide Oszillatoren von der Frequenzstabilisie- Sl = Umschalter,
rungsschaltung abgeschaltet sind. 15 52 = Umschalter,
Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausge- „ - T. , .
gangen, daß sich freischwingende Oszillatoren in der Λ<* ~~ Umscnalter>
Regel mit relativ hoher Kurzzeit-Frequenzstabilität 7 = Potentiometer; dieses wird zweckmäßig herstellen lassen, auch dann, wenn sie automatische durch eine Schaltung aus zwei Transistoren Frequenzeinstellvorrichtungen haben. Beispielsweise 20 gebildet, die auf einem gemeinsamen Verhaben übliche Oszillatorschaltungen mit Spulen und braucher arbeiten, von denen der eine an Induktivitäten über die Zeit von einigen Sekunden den Oszillator 4 und der andere an den bis zu Minuten eine Frequenzstabilität, die besser als Oszillator 4' angeschaltet ist, und die gegen-10~7bisl0~8 ist, also durchaus einem schwingquarz- sinnig zwischen den Werten »keine Verstärstabilisierten Oszillator hinsichtlich der Frequenz- 25 kung bzw. Sperrung« und »volle Verstärgenauigkeiten entsprechen. Lediglich über längere kung« umgeschaltet oder geregelt werden.
Betrebszeiten machen sich bei derartigen freischwingenden Oszillatoren die störenden Einflüsse von An Synthesizern wird häufig das Problem heran-Temperatur, Feuchte des Umgebungsraumes, Alte- getragen, daß nach z.B. einem vorgegebenen Plan rung der Bauteile, Betriebsspannungsschwankungen 30 ein schneller Frequenzwechsel durchgeführt werden u. dgl. bemerkbar. Durch ein Abschalten eines der- soll.
artigen Oszillators von der Frequenzstabilisierungs- Zu diesem Problem wird beim Ausführungsbeispiel
schaltung wird demzufolge erreichbar, daß einerseits die Frequenzstabilisierung in an sich bekannter Weise
der Oszillator für eine kurze Zeit, beispielsweise bis (F i g. 1) durchgeführt, wobei jedoch vom Digitalteil
zu einigen Sekunden, noch seine hohe Frequenz- 35 (einstellbarer oder fester Frequenzteiler II) abwech-
stabilität hat, zugleich aber andererseits frei von den selnd zwei Oszillatoren 4 und 4' in ihrer Frequenz
Neben wellen ist, die von der Frequenzstabilisierungs- stabilisiert werden (Umschalter Sl und S 2) und wo-
schaltung herrühren. Durch ein zeitlich verschobenes bei ferner das Teilverhältnis η des einstellbaren
Frequenzstabilisieren einerseits und Einschalten des Teilers 3 in der Zeitphase der Frequenzstabilisierung
Oszillators an den Ausgang des Schwingungserzeugers 40 des Oszillators 4 z.B. auf die Frequenz/1 der Wert
andererseits wird also ein nebenwellenfreier hoch- η 1 und in der Zeitphase der Frequenzstabilisierung
frequenzstabiler Betrieb des Schwingungserzeugers des Oszillators 4 z. B. auf die Frequenz /2 den Wert
ermöglicht. η 2 hat. An die Stelle des Teilers 3 kann bekanntlich
Besonders bietet sich diese Methode demzufolge auch ein aus einer entsprechend frequenzstabilen
für den Fall an, daß eine Funkanlage mit einem Fre- 45 Schwingungsquelle gespeister Frequenzumsetzer
quenzsprungverfahren betrieben wird, wie es bei treten.
manchen Funksystemen heute üblich ist. Es ist diese Mit einer derartigen Schaltungsanordnung können Methode aber auch, wie bereits erwähnt, für den Fall bei entsprechender Schaltorganisation folgende Proanwendbar, daß nur auf einer Frequenz gearbeitet bleme grundsätzlich gelöst werden:
wird. 5°
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von in J- Schneller Frequenzwechsel
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Es gibt z. B. Nachrichtensysteme, bei denen nach
F i g. 1 eine Schaltung mit einem einen synchroni- einem vorgegebenen Plan die Betriebsfrequenzen in-
sierten Oszillator umfassenden Schaltungsteil I und 55 nerhalb sehr kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb
einem Digitalteil II, <C 1 msec, über große Frequenzbereiche bis zu einer
F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung, bei der Oktave und mehr hinweg geändert werden müssen,
zwei frequenzverschiedene Oszillatoren synchroni- Bei Verwendung der bisher praktizierten Frequenz-
siert werden, aufbereitungsverfahren (Synthesizern) führt dies, wie
F i g. 3 eine Weiterbildung der Schaltung nach 60 bekannt, zu sehr großen Aufwendungen (z. B. zwei
F i g. 2, die vornehmlich für einen gleichfrequenten Synthesizer).
Betrieb von zwei Oszillatoren bestimmt ist, Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 läßt sich
F i g. 4 eine Darstellung der Phasenverhältnisse des dieses Problem in wesentlich einfacherer Form lösen.
Ausgangssignals bei einer Schaltung nach F i g. 3 und Es wird (vgl. auch oberes Diagramm in F i g. 5) in
Fig. 5 einen Zeitplan für die Oszillatorfrequenz- 65 einem ZeitintervallZl (z.B. 50msec) der Oszil-
stabilisierung und den Oszillatorbetrieb. lator 4 in seiner Frequenz vom Digitalteil II auf die
Im einzelnen ist in den Figuren folgende Kenn- Frequenz/1, die im Zeitintervall Z 2 (also nach Zl
zeichnung der einzelnen Schaltungsgruppen: für einen Zeitraum z. B. von 50 msec oder hiervon
5 6
verschieden) die Betriebsfrequenz eines Funkgerätes vollem Aufwand nicht ohne weiteres realisieren sein soll, stabilisiert. Am Ende des Zeitintervalls Zl lassen. Somit besteht in diesem Falle die Aufgabe wird der Oszillator 4 vom Digitalteil II abgetrennt. darin, eine Umschaltung derartig vorzunehmen, daß Dabei werden in der Anordnung nach Fig. 2 im innerhalb des Übertragungsbandes (z. B. 6 bis Schalter51 die Verbindung von la nach Ib und am 5 108 kHz oder 300Hz bis 3,4kHz) keine Störungen Schalter52 die Verbindung von 2 b nach 2 a geöfl- auftreten, also z.B. ein großer Wert im Verhältnis net. Dieser jetzt freischwingende, aber für eine ge- von Nutz- zu Störphasenhub erreicht wird,
wisse Zeit noch hinreichend frequenzgenaue Oszillator 4 wird über die Verbindung von 3 a nach 3 b 2. Nebenwellenunterdrückung
des Schalters 53 zur Erzeugung der Betriebsfrequenz io
/1 in diesem Zeitintervall Z 2 herangezogen. Während Die Oszillatoren 4 und 4' werden abwechselnd auf
der Zeit, in der der Oszillator 4 die Funkgeräte- die gleiche, die Funkgerätenennfrequenz erzeugende betriebsfrequenz/1 gewährleistet (Zeitintervall Z 2), Frequenz/0, wie oben beschrieben, abgestimmt. Es wird der Oszillator 4' auf die im nachfolgenden Zeit- ist jedoch damit zu rechnen, daß trotz der rhythintervallZ3 (z.B. für 50msec) benötigte Frequenz 15 mischen Phasenstabilisierung der Oszillatoren4 und /2 stabilisiert, am Ende des Zeitintervalls Z 2 vom 4' auf ein Bezugssignal zwischen diesen Oszillatoren Digitalteil abgetrennt und zu Beginn des Zeitinter- ein Phasenrestfehler (kein Frequenzunterschied!) von vallsZ3 mit der Frequenz/2 auf das Funkgerät beispielsweise einigen Graden verbleibt. Dabei kann durchgeschaltet. Der Digitalteil kann dann zur Vor- durch die oben beschriebene momentane Umschalbereitung der Funkgerätefrequenz/3 am OszillatorI 20 tung am SchalterS3 in Fig. 2 eine Störung verurwieder umprogrammiert werden. Dieser Vorgang sacht werden, da dann im Übertragungssystem insbekann zur Erzeugung jedweder Frequenz beliebig sondere bei Verwendung von Phasen-oder Frequenzwiederholt werden, wobei stets derjenige Oszillator modulation bei jeder Oszillatorschaltung, bedingt vom »Digitalteil« abgetrennt ist, der gerade an der durch den Phasensprung, Störbursts im Ubertra-Erzeugung der Funkgerätebetriebsfrequenz beteiligt 25 gungsband auftreten können.
ist. Die zwischen den Zeitintervallen Zl, Z 2, Z 3 Diese Schwierigkeit kann in Weiterbildung der Er-
usw. liegenden Zeiten können entweder endliche findung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Werte haben, z.B. 10msec und länger oder auch Fig. 3 vermieden werden. Bei dieser Schaltungspraktisch vernachlässigbar kurz sein. Dies bedingt anordnung ist der nebenwellenerzeugende Digitaleinen weiteren Vorteil. Wie bekannt, sind in der Syn- 30 teil II und/oder Frequenzumsetzerteil nicht mehr in thesizertechnik ausgeprägte Nebenwellenprobleme dem ganzen Betriebsintervall eines Oszillators angevorhanden, die dadurch bedingt sind, daß bei den be- schaltet, sondern es sind Zeiten vorgesehen, in denen kannten Schaltungen über die in der Regel einge- beide Oszillatoren vom Digitalteil abgetrennt und sosetzten Teilerschaltungen und/oder Frequenzumsetzer mit nebenwellenfrei sind. Damit ist die Möglichkeit eine Vielzahl von Frequenzen erzeugt wird, die über 35 geschaffen, in dieser Zeit z. B. über eine Addierdie AnschlüsseA1 und Al der Synchronisations- schaltung — in Fig. 3 als PotentiometerP dargeschleife am frequenzstabilisierten Oszillator 4 zu einer stellt — die Oszillatoren 4 und 4' derartig zusammen-Störmodulation und damit zu Nebenwellen führen zuschalten, daß bei Betätigung des Schleifers sich das können. Da aber der für die Erzeugung der Betriebs- resultierende Signal Z73 kontinuierlich von der frequenz des Funkgerätes benutzte Oszillator stets 40 Phasenlage der Spannung i/l zur Phasenlage von U2 dann, wenn er die Funkgerätebetriebsfrequenz er- hinbewegt (Fig. 4), d.h., es ist somit die Möglichzeugt, von den obengenannten Störquellen voraus- keit gegeben, die Phasenänderungsgeschwindigkeit setzungsgemäß abgetrennt ist, können bei Verwen- genau vorherzubestimmen und siez. B. so auszulegen, dung der obigen Schaltung insbesondere die großen daß bei FM-Richtfunksystemen die mit der Phasen-Aufwendungen in der Schirmung, in der Verfahrens- 45 änderung in Verbindung stehenden Signale bei tiefen technik und in den Selektionen, die zur Zeit zur Be- Basisbandfrequenzen im Dienstgesprächsbereich (sehr herrschung der Nebenwellenproblematik erforderlich großer Nutzphasenhub z. B. bis einige 1000 π) oder sind, wesentlich reduziert werden. unter dem Basisbandfrequenzbereich (< 300 Hz)
Es ist auch vorteilhaft möglich, mit dem erfin- liegen.
dungsgemäßen Prinzip bei entsprechender Abwand- 50 Diese Schaltungsanordnung kann generell zur Sielung auch mehr als zwei Oszillatoren zu synchroni- bung von Wechselspannungen verwendet werden, sieren und somit gleichzeitig mehrere quarzstabile wenn die an den synchronisierten Oszillatoren 4 Frequenzen, abgeleitet aus einem »Digitalteil«, zu er- und 4' erzielbare Kurzzeitfrequenzkonstanz zur Lözeugen. sung der gestellten Aufgabe ausreicht. Die Realisie-
Da die erzielbare Kurzzeitstabilität (z. B. <C 1 see) 55 rung der Potentiometerfunktion von P der Addiervon freischwingenden Oszillatoren bei entsprechender schaltung? in Fig. 3 hängt vom Betriebsfrequenz-Zeitkonstantenwahl im Regelkreis zur Erzielung bereich ab. Schaltungen, die diese spezielle Aufgabe der bei den üblichen Nachrichtengeräten erforder- lösen, sind an sich bekannt. Die vorgesehenen Trennlichen Frequenzkonstanz zumindest in den Ausgangs- stellen Γ3 bzw. Γ 4 haben die Funktion, denjenigen frequenzbereichen der Frequenzerzeugung völlig aus- 6° Oszillator, der über die Schleife gerade frequenzreichend ist, kann die obige Schaltung auch dazu be- stabilisiert wird, aus Isolationsgründen vom Annutzt werden, um bei der analogen, insbesondere schlußpunkt5 vollständig abzutrennen — eine Freträgerfrequenten Signalübertragung die Nebenwellen- quenzerzeugungsfunktion hat er in diesem Zeitinterproblematik an Synthesizern grundsätzlich zu erleich- vall nicht.
tern. Die Aufgabenstellung an die Schaltung ist hier- 65 Ein Zeitplan für die Oszillatorfrequenzstabilisiebei etwas verlagert, da in diesem Fall kleine Zeit- rung und den Oszillatorbetrieb ist in F i g. 5 angeräume, in denen das Funkgerät keine Kommuni- geben. In der Fig. 5 ist im oberen Diagramm auf der kationsaufgabe hat, sich verfahrenstechnisch mit sinn- Abszisse die Zeit 6 aufgetragen, während auf dem
über der Abszisse gelegenen Ordinatenteil die Anschaltzeit des Digitalteils II an den Oszillator 4 aufgetragen ist und auf dem unterhalb der Abszisse gelegenen Ordinatenteil die Anschaltzeit des Digitalteils II an den Oszillator 4'. In dem unteren Dia-
gramm der Fig. 5 sind die Überleitintervalle zwischen dem Oszillator 4 und 4' in Abhängigkeit von der Zeit t und in Zuordnung zu den oberen Diagrammen dargestellt bzw. die Programmierzeiten für den bzw. die Frequenzteiler 3 im Digitalteil II.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 513/350
COPY

Claims (2)

1 2 die Schwingfrequenz auf den Wert einer Vergleichs-Patentansprüche: frequenz herabgesetzt wird, mit dieser in einem Phasendiskriminator verglichen wird, der eine Stell-
1. Schwingungserzeuger für insbesondere sehr größe für die Frequenzeinstellung und Frequenzstabikurze elektromagnetische Wellen, dessen 5 lisierung des Schwingungserzeugers liefert.
Schwingfrequenz zwischen wenigstens zwei ver- Schwingungserzeuger dieser Art werden beispielsschiedenen Frequenzwerten vorzugsweise peri- weise benötigt, um bei einer Funkanlage einen odisch umschaltbar und bei dem eine Frequenz- raschen Wechsel der Betriebsfrequenzen vornehmen Stabilisierungsschaltung in der Weise vorgesehen zu können. Der Schwingungserzeuger dient dabei im ist, daß mittels einer einstellbaren Frequenzredu- io Sender als Steuergenerator und im Empfänger der zierschaltung wie einer Frequenzteilerschaltung Station als Überlagerungsoszillator für die Empfangs- und/oder einer Frequenzumsetzerschaltung die signale. Für diese Schwingungserzeuger wird häufig Schwingfrequenz auf den Wert einer Vergleichs- auch der Fachausdruck »Synthesizer« verwendet, frequenz herabgesetzt wird, mit dieser in einem Beispielsweise sind derartige Synthesizer in folgenden Phasendiskriminator verglichen wird, der eine 15 Literaturstellen beschrieben:
Stellgröße für die Frequenzeinstellung und Frequenzstabilisierung des Schwingungserzeugers j »Elektrisches Nachrichtenwesen«, Bd. 45, Nr. 1, liefert, bei der des weiteren der Schwingungs- 1970 S. 19 bis 23 ·
erzeuger wenigstens zwei synchronisierbar ausge- „ ,„',,-, - -,.
bildete Oszillatoren enthält und jeder der OsIiI- 20 2· »Frequenz«, Bd. 14/1960, Nr. 10, S. 335 bis 343;
latoren eine so hohe Kurzzeit-Frequenzstabilität 3. »Telecommunications«, Juli 1970, S. 17 bis 19. hat, daß während der Betriebsdauer seine
Schwingfrequenz mit ihrem eingestellten Fre- Schwierig bei derartigen Schwingungserzeugern ist
quenzwert innerhalb vorgegebener Toleranzen die Frage der Beherrschung der Nebenwellen, was
— insbesondere besser als 10 5 über wenigstens 25 darauf beruht, daß über die Frequenzreduzierschal-
10 msec — verbleibt, und bei der außerdem der tung störende Nebenwellen, wenn auch mit wesent-
einzelne Oszillator jeweils vor seiner Anschaltung κοη verringerter Amplitude gegenüber der des eigent-
an den Ausgang des Schwingungserzeugers über ^chsa Oszillators in den Oszillatorausgang gelangen,
eine Umschalteinrichtung an die Frequenzstabili- Besonders deutlich tritt diese Erscheinung dann her-
sierungsschaltung zur Frequenzkorrektur ange- 30 νθΓ; wenn ein rascher Frequenzwechsel im Schwin-
schaltet wird, dadurch gekennzeichnet, gungserzeuger vorgenommen werden soll,
daß der einzelne Oszillator noch vor der Anschal- Durch die deutsche Auslegeschrift 1271212 ist ein
rung an den Ausgang des Schwingungserzeugers Schwingungserzeuger bekannt, der wenigstens zwei
wieder abgetrennt wird, so daß er wenigstens wah- Synchronisierbar ausgebildete Oszillatoren enthält
rend eines Teils seiner aktiven Zeit ohne die Fre- 35 und M dem jeder der Oszillatoren eine so hohe
quenzstabihsierungsschaltung arbeitet. Kurzzeit-Frequenzstabilität hat, daß während der Be-
2. Abänderung emes Schwingungserzeugers triebsdauer seine Schwingfrequenz mit ihrem eingenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stellten Frequenzwert innerhalb vorgegebener ToIedie wenigstens zwei Oszillatoren mittels der Fre- ranzen _ insbesondere besser als 10"» über wenigquenzstabilisierungsschaltung auf die gleiche Fre- 40 stens iomSec — verbleibt, und bei dem des weiteren quenz einstellbar sind und wechselweise über die der einzelne Oszmator jeweils vor seiner Anschaltung Umschaltemnchtung an die Frequenzreduzier- an den Ausgang des Schwingungserzeugers über eine schaltung der Frequenzstabihsierungsschaltung Umschalteinrichtung an die Frequenzstabilisierungsangeschaltet werden daß beide Oszillatoren mit schaltung zur Frequenzkorrektur angeschaltet wird,
dem Ausgang des Schwingungserzeugers über erne 45 Der Erfindung\egt die Aufgabe zugrunde, einen Schalteinrichtung verbunden smd, die ein derartig in der Frequenz hochstabilen Schwingungserzeuger langsames Überleiten von dem einen Oszillator zu schaffen der rasch m der Frequenz veränderbar auf den jeweils anderen veranlaßt, daß die m dem ^ bei hoher NebenWeiienfreiheit.
Überleitvorgang begründete Storphasenmodu- merbei ^ VOQ einem Schwingungserzeuger auslation noch unterhalb eines vorgegebenen Wertes 50 gegangeil wie er vorstehend beschrieben ist, und erverbleibt und daß auch wahrend dieser Überleit- β^^^^ ai& Ausbildung so getroffen, daß der zeit noch beide Oszillatoren von der Frequenz- emzelQe OsziUator noch vor der Anschaltung an den stabihsierungsschaltung abgeschaltet sind. Ausgang des Schwingungserzeugers wieder abgetrennt wird, so daß er wenigstens während eines Teils
55 seiner aktiven Zeit ohne die Frequenzstabilisierungs-
schaltung arbeitet.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auch in dem Fall anwendbar, daß die einzelnen Oszillatoren auf der gleichen Schwingfrequenz arbeiten, wodurch
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungs- 6° es möglich wird, auch über einen längeren Zeitraum erzeuger für insbesondere sehr kurze elektromagne- praktisch nebenwellenfrei eine Schwingung zu erzeutische Wellen, dessen Schwingfrequenz zwischen gen. Unter Nebenwellen werden jedoch hierbei nicht wenigstens zwei verschiedenen Frequenzwerten vor- die Oberwellen bzw. Harmonischen der Schwingfrezugsweise periodisch umschaltbar ist und bei dem quenzen verstanden, sondern störende Frequenzkomeine Frequenzstabilisierungsschaltung in der Weise 65 ponenten, die aus der Frequenzaufbereitung resulvorgesehen ist, daß mittels einer einstellbaren Fre- tieren. Unter dieser Definition ist der Begriff »Nebenquenzreduzierschaltung wie einer Frequenzteiler- wellen für Synthesizer« auch allgemein bekannt. Dies schaltung und/oder einer Frequenzumsetzerschaltung führt zu einer Abänderung der erfindungsgemäßen
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