DE2935582A1

DE2935582A1 - Verfahren zur erzeugung eines frequenzmodulierten signals und signalgenerator fuer dieses verfahren

Info

Publication number: DE2935582A1
Application number: DE19792935582
Authority: DE
Inventors: David Paul Owen
Original assignee: Marconi Instruments Ltd
Current assignee: Marconi Instruments Ltd
Priority date: 1978-09-02
Filing date: 1979-09-03
Publication date: 1980-03-06
Also published as: GB2031676A; US4309674A; GB2031676B

Description

Die Erfindung betrifft Frequenzmodulationssysteme und ist insbesondere dann einzusetzen, wenn ein Frequenzmodulationssignal mit einer akkurat bestimmten Frequenzabweichung von einer veränderbaren Frequenzsignalquelle erforderlich ist.

Im allgemeinen wird die Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Ansprechempfindlichkeit eines einen Teil der Signalquelle mit variabler Frequenz bildenden Oszillators von der Frequenz abhängig sein. Es ist bekannt, ein Frequenzmodulations-Nachführ- oder Verfolgungsnetzwerk mit frequenzabhängigen Eigenschaften zu benutzen, durch das der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers in Abhängigkeit von der Abgabefrequenz des Oszillators so gesteuert wird, daß der Verstärker mit gesteuertem Verstärkungsfaktor Änderungen der Frequenzmodulations-Abhängigkeit des Oszillators ausgleicht. Das Abgleichen oder Abstimmen eines solchen Frequenzmodulations-Nachführnetzwerks ist zeitraubend und kostspielig und muß jedesmal neu durchgeführt werden, wenn irgendein Bestandteil des Netzwerks oder des Oszillators, das auf die Frequenzmodulations-Empfindlichkeit einwirkt, geändert oder ersetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals zu schaffen, durch das dieses Abstimmen oder Einstellen erleichtert bzw. abgeschafft wird. Weiter besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines dafür geeigneten Signalgenerators.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals mit einem frequenzvariablen Oszillator, dessen Schwingungsfrequenz um eine ausgewählte Trägerfrequenz in Abhängigkeit von einem die gewünschte Frequenzmodulation darstellenden Signals veränderbar ist, besteht darin, daß zuerst die Frequenz-Modulationsabhängigkeit oder -Empfindlichkeit des Oszillators bei der ausgewählten Trägerfrequenz

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bestimmt wird, daß daraufhin die Schwingungsfrequenz des Oszillators um die ausgewählte Trägerfrequenz in Übereinstimmung mit dem die erforderliche Frequenzmodulation darstellenden oder repräsentierenden Signals geändert wird und daß die Amplitude des darstellenden oder repräsentierenden Signals in Abhängigkeit von der Frequenzmodulations-Abhängigkeit oder -Empfindlichkeit geändert wird»

Der erfindungsgemäße Signalgenerator zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals enthält einen variablen Frequenzoszillator, dessen Schwingungsfrequenz um eine ausgewählte Trägerfrequenz in Übereinstimmung mit einem eine erforderliche oder gewünschte Frequenzmodulation darstellenden oder repräsentierenden Signals veränderbar ist, sowie eine Einrichtung, um die Frequenzmodulations-Ansprechcharakteristik oder -Empfindlichkeit des Oszillators bei der ausgewählten Trägerfrequenz zu bestimmen und eine Einrichtung,, um die Amplitude des darstellenden oder repräsentativen Signals in Abhängigkeit von der bestimmten Frequenzmodulationsabhängigkeit zu steuern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. -1, 2 und 3 verschiedene Ausführungsformen von Signalgeneratoren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Nach Fig. 1 besteht ein Signalgenerator aus einem veränderbaren Oszillator 1, der Teil einer Phasen-Gegenkoppelungsschleife 2 bildet, die weiterhin einen Frequenzteiler 3, einen Phasendetektor 4, ein Schleifenfilter 5 und einen Addierer 6 in dieser Reihenfolge enthält. Im Betrieb wird eine Referenzfrequenz von typischerweise 1 kHz an den Anschluß oder die Klemme 7 angelegt und mit dem vom Phasenteiler 3 erhaltenen Signal nach seiner Phase verglichen.

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Durch diese Anordnung wird die am Anschluß oder der Klemme 8 anliegende Abgabefrequenz des Oszillators phasenstarr auf dem N-fachen der Referenzfrequenz gehalten, wobei N das Teilerverhältnis des Frequenzteilers 3 ist. Durch Änderung des Wertes N, der im allgemeinen eine ganze Zahl ist, kann die Abgabeträgerfrequenz des Oszillators in der erforderlichen Weise geändert werden. Um ein frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen, wird ein Signal, dessen Pegel sich in Übereinstimmung mit der erforderlichen oder gewünschten Modulation ändert, an den Addierer 6 so angelegt, daß das Steuer-Rückkoppelsignal, das vom Phasendetektor 4 über das Schleifenfilter 5 erhalten wird, modifiziert wird. Da die Ansprecheigenschaft des Oszillators 1 auf Frequenzmodulation (die Frequenzmodulationsempfindlichkeit des Oszillators 1) eindeutig von der Trägerfrequenz abhängt, mit der der Oszillator schwingt, ist es notwendig, die Amplitude des beim Addierer 6 mit dem Steuer-Rückkoppelsignal vereinigten Signals zu beeinflussen. Zu diesem Zweck ist ein Nachführverstärker 9 vorgesehen, der die Verstärkung des Frequenzmodulationssignals in Abhängigkeit von einem ausgewählten Trägerfrequenzwert modifiziert.

Zur Bestimmung der Frequenzmodulationsabhängigkeit oder -Empfindlichkeit des Oszillators 1 sind die weiteren Schaltelemente nach Fig. 1 vorgesehen. Das über das Schleifenfilter 5 gewonnene Steuer-Rückkoppelsignal wird an einen Eingang eines Komparators 10 angelegt und das Ausgangssignal dieses Komparators 10 wird über einen Analog/Digital-Wandler einer Subtrahierschaltung 12 zugeführt. Gesteuert von einem Frequenzselektor 13 werden die zeitweise in der Subtrahierschaltung 12 gespeicherten digitalen Daten in einen Speicher 14 eingeschrieben. Der Frequenzselektor 13 bestimmt gleichzeitig die an der Klemme 8 erhaltene Ausgangsfrequenz, indem er den Teilerwert N des Frequenzteilers 3 auswählt. Der Komparator 10 erhält gleichzeitig ein Signal

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von einer Klemme 16 über einen Digital/Analog-Wandler

Die Frequenzmodulations-Abhängigkeit oder -Empfindlichkeit des Oszillators 1 wird bei der jeweiligen Trägerfrequenz auf folgende Weise erhalten? Durch Auswahl eines geeigneten Wertes N wird die durch den Oszillator 1 am Anschluß oder an der Klemme 8 abgegebene Ausgangsfrequenz auf f + 500 kHz abgeglichen, wobei f die an der Klemme 7 anliegende Referenzfrequenz ist. Sobald die Phasen-Gegenkopplungsschleife 2 eingeschwungen ist, wird an die Klemme 16 ein solches Digitalsignal angelegt, daß das durch den Wandler 15 an den Komparator 10 angelegte Analogsignal annähernd den gleichen Wert hat, wie das von dem Schleifenfilter 5 abgeleitete Signal. Das an der Klemme 16 angelegte Signal wird daraufhin während des Meßvorgangs konstant gehalten. Ggf. kann das Signal für die Klemme 16 indirekt vom Ausgangssignal des Phasendetektors 4 abgeleitet werden. Die Differenz der beiden am Komparator 10 anliegenden Signale wird in ein Digital-"Wort" gewandelt, der Subtrahierschaltung 12 zugeführt und dort zeitweilig gespeichert.

Die an der Klemme 8 anliegende Ausgangsfrequenz wird dann in der Weise auf f abgeglichen, daß der Wert N unter Steuerung des Frequenzselektors 13 in geeigneter Weise eingestellt wird. Wenn daraufhin der Gleichgewichtszustand (eingeschwungene Zustand) der Phasengegenkoppelungsschlexfe 2 erreicht ist, wird wiederum das erhaltene Ausgangssignal des Komparators 10 der Subtrahierschaltung 12 zugeführt und von dem bereits dort gespeicherten Wert abgezogen. Das Ergebnis dieses Subtraktionsyorganges wird dann in einen Platz des Speichers 14 eingeschrieben, der durch den Wert f der ausgewählten Trägerfrequenz unter Beeinflussung des Frequenzselektors 13 identifiziert oder adressiert wird. Damit enthält der Speicher 14 ein Signal, das die Spannungsänderung kennzeichnet

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oder repräsentiert, die zum Verstellen des Oszillators 1 um eine Frequenz von 500 kHz erforderlich ist. Wenn diese Spannung den Wert V hat, folgt daraus, daß die Frequenzempfindlichkeit oder der Frequenzansprechwert des Oszillators in Hz/V proportional ^ ist. Die V betreffende digitale Information kann dann zur direkten Beeinflussung oder Steuerung des Nachführverstärkers 9 in der Weise verwendet werden, daß der Gewinn oder Verstärkungsfaktor des Verstärkers proportional zu V eingerichtet wird.

Auf diese Weise kann eine vorbestimmte Frequenzmodulations-Abweichung an der Ausgangsklemme 8 erzielt werden, wenn ein entsprechendes Frequenzmodulationssignal an Klemme 17-angelegt wird. Die verwendete Versatzfrequenz, die in dem beschriebenen Beispiel 500 kHz beträgt, kann entsprechend den Erfordernissen ausgewählt werden; sie wird jedoch in erster Linie durch die maximale erwartete Frequenzabweichung des Frequenzmodulationsignals bestimmt, das an die Eingangsklemme 17 angelegt wird.

Der in Fig. 1. dargestellte Signalgenerator kann so ausgelegt werden, daß er immer dann, wenn die Abgabe-Trägerfrequenz eine beträchtliche Änderung erfährt, eine Meßabfolge der beschriebenen Art durchläuft; dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil, daß seine Frequenz-Abstimmcharakteristik sich verschlechtert, wenn die Aus gangs frequenz, zeitweilig auf eine Frequenz übergeht, die sich von der erforderlichen Abgabefrequenz unterscheidet. Alternativ kann der Signalgenerator einer Reihe von Meßabläufen (Meßsequenzen) zu vorbestimmten Zeiten unterzogen werden und zwar typischerweise dann,wenn der Signalgenerator zum ersten Male eingeschaltet wird, so daß die erforderliche Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit bei einer Anzahl von Meßpunkten im gesamten benutzten Frequenzband gemessen oder bestimmt wird. Die Anzahl der Meßpunkte wird durch die erforderliche Genauigkeit und die angestrebte Linearität

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NAOJ-JGERE/CHT

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der Charakteristik der Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit bestimmt» Die an jedem Punkt erhaltene Information, die eine jeweils unterschiedliche Trägerfrequenz repräsentiert, wird im Speicher zusammen mit dem jeweils darauf bezogenen Wert der Trägerfrequenz gespeichert. Die im Speicher 14 enthaltene Information wird dann jeweils durch den Frequenzselektor 13 abgerufen, wenn die Ausgangs-Trägerfrequenz geändert wird.

Der Speicher 14 kann als Festwertspeicher (ROM) ausgebildet /' werden; in diesem Falle wird ein Eichdurchlauf oder eine Eichsequenz für den gesamten Frequenzbereich des Signalgenerators durchlaufen und die Meßergebnisse werden daraufhin permanent gespeichert. Damit kann der Signalgenerator jeweils unmittelbar nach dem Einschalten verwendet oder eingesetzt werden, d.h., es muß nicht jedes Mal nach dem Einschalten ein Eichdurchlauf der beschriebenen Art durchlaufen werden.

Wenn zu irgendeiner Zeit Information, die sich auf mehr als eine ausgewählte Trägerfrequenz bezieht, im Speicher 14 enthalten ist, kann die Frequenzmodulationsempfindlichkeit für zwischenliegende Trägerfrequenzen durch Interpolation zwischen den gespeicherten Werten bestimmt werden. Mit dieser Betriebs-V. art sind weniger einzelne ausgewählte Trägerfrequenzen, bei denen Empfindlichkeitsmessungen durchzuführen sind, notwendig.

Nach Fig. 2 enthält ein Signalgenerator einen variablen Oszillator 1, der an Klemme 22 ein Signal abgibt. Das abgegebene Signal besteht aus einer Trägerfrequenz, die durch einen Frequenzselektor 23 bestimmt wird, der den variablen Oszillator . 1 so steuert, daß dieser die erforderliche Frequenz erzeugt. Der Frequenzselektor 23 kann mit (nicht dargestellten) Eingangsklemmen versehen sein, durch die Signale, die für erforderliche Trägerfrequenzwerte repräsentativ sind, eingegeben werden können. Um ein frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen, wird ein Signal, dessen Pegel

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NACE-!ffi ERSICHT

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sich in Übereinstimmung.mit der gewünschten Modulation ändert, an eine Eingangsklemme 24 angelegt und über die Verstärker 25 und 26 ' dem variablen Oszillator 1 zugeführt. Da die Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit des Oszillators Ί unveränderbar oder eindeutig von der Trägerfrequenz, mit der er schwingt, abhängt, ist es notwendig, die Amplitude des an der Eingangsklemme 2 4 anliegenden Signals so zu steuern, daß diese Abhängigkeit kompensiert oder ausgeglichen wird. Die Amplitude wird mit Hilfe des Verstärkers 25 beeinflußt, der mit einer Rückkoppelschaltung versehen ist, die aus einem Widerstand 27 und einer Widerstandsschaltung 28 besteht und in einer Rückkoppelschleife geschaltet ist, mit der der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 25 verändert werden kann. Der weitere Verstärker 26 wird zur Bestimmung der Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit des Oszillators T bei bestimmten Trägerfrequenzwerten benutzt.

Weiter ist ein Frequenzzähler 29 vorgesehen, der bei der Bestimmung der Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit in der im folgenden beschriebenen Weise benutzt wird und die so bestimmten Frequenzmodulations-Empfindlichkeitswerte werden in einem Speicher 20 gespeichert, so daß sie zur Modifizierung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 25 in der erforderlichen Weise verwendet werden können.

Die angestrebten Frequenzmodulations-Empfindlichkeitswerte werden in der wie folgt beschriebenen Weise bestimmt:Der Schalter 31 wird anfangs mit Erde oder Masse verbunden und die Abgabefrequenz des Oszillators 1 wird durch den Frequenzzähler 29 gemessen und zeitweilig im Speicher 20 gespeichert. Daraufhin wird der Schalter 31 mit einer an der Klemme 32 anliegenden Referenzspannung verbunden, so daß eine bekannte oder vorbestimmte Veränderung der Ausgangsspannung des Verstärkers 26 erhalten wird. Damit ändert sich die Frequenz

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des Oszillators 1 und die neue Abgabefrequenz wird durch den Frequenzzähler 29 gemessen. Die Differenz der beiden Abgabefrequenzen wird dann durch einfaches Abziehen oder Subtrahieren des letzterhaltenen Wertes von dem gespeicherten Wert errechnet, so daß sich eine digitale Zahl M ergibt- Die Zahl M ist direkt proportional zur Abstimmempfindlichkeit des Oszillators 1, da zur Änderung der Schwingungsfrequenz ein-bekannter Spannungszuwachs-V_r ^ benutzt wurde.

Die Frequenzmodulations-Abweichung f , die durch die Modulationsspannung V erzeugt wird, ist gegeben durch

~ f ■= ν χ Λν,

wobei iS.V die Frequenzmodulationsempfindlichkeit des Oszillators ist und wiederum von der Oszillatorfrequenz abhängt.

Um die Frequenzmodulationsabweichung unabhängig von der Oszillatorfrequenz zu machen, muß die Modulationsspannung V deshalb so beeinflußt werden, daß sie umgekehrt proportional zu Δν ist. Da, wie bereits festgestellt, die Oszillatorempfindlichkeit Δ V proportional dem gespeicherten Frequenzänderungswert μ ist, kann das dadurch erreicht werden, daß V umgekehrt proportional zu M gemacht wird; diese Funktion wird durch den Verstärker 25 und seine Beschaltung erreicht.

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 25 ist nach der einfachen Rückkopplungstheorie gleich -=?2 ~~, wobei TL der Widerstandswert des Widerstandes 27 und R- der Widerstandswert des Widerstandes 28 ist. Nach Fig. 2 wird der jeweilige Wert R„ umgekehrt proportional N oder proportional — gemacht, indem eine Reihe von Widerständen 33 in Serie mit Schaltern 34 verwendet werden, wobei diese Reihenschaltungen parallel zueinander verdrahtet sind. Die Schalter 34 können mechanische Schalter sein, jedoch werden bei der praktischen Ausführung

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vorzugsweise elektronische Schalter verwendet und diese werden in Abhängigkeit von dem Wert der im Speicher 20 gespeicherten Digitalzahl M geöffnet oder geschlossen. Derartige Widerstandsschaltungen, wie sie durch das Schaltnetzwerk 28 dargestellt sind, sind als integrierte Schaltungen erhältlich.

Da der Verstärkungsfaktor oder der Gewinn des Verstärkers 25 auf diese Weise proportional zu — eingestellt wird, gleicht dieser Verstärker die Veränderung der Frequenzmodulationsempfindlichkeit oder -abhängigkeit aus und ergibt eine Frequenzmodulationsabweichung, die unabhängig von der Oszillatorfrequenz ist. Jedesmal, wenn der Trägerfrequenzwert geändert wird, muß ein neuer Wert des Widerstandes 28 eingestellt werden, falls die neue Trägerfrequenz sich beträchtlich von der vorher verwendeten unterscheidet.

Der in Fig. 2 dargestellte Signalgenerator kann so ausgelegt werden, daß eine Meßsequenz oder Meßfolge jedesmal eingeleitet wird, wenn die abgegebene Trägerfrequenz beträchtlich geändert wird; jedoch ergibt sich dadurch der Nachteil, daß die Frequenzabstimmeigenschaften sich verschlechtern, wenn die Ausgangsfrequenz zeitweise auf einen Frequenzwert übergeht, der sich von der erforderlichen Abgabefrequenz unterscheidet. Alternativ kann vorgesehen werden, daß der Signalgenerator eine Reihe von Meßabfolgen oder Eichabfolgen zu vorbestimmten Zeiten abläuft, wobei typischerweise diese Eichabfolgen beim ersten Einschalten des Signalgenerators durchgeführt werden, so daß die Frequenzmodulationsabhängigkeit bei einer Anzahl von Punkten über den gesamten benutzten Frequenzbereich bestimmt wird. Die Anzahl der Punkte wird durch die gewünschte oder erforderliche Genauigkeit und die beabsichtigte Linearität der charakteristischen Kurve der Frequenzmodulationsempfindlichkeit bestimmt. Die an jedem Meßpunkt erhaltene Information, die einer unterschiedlichen Trägerfrequenz zugeordnet ist,

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wird in dem Speicher 2O zusammen mit dem zugehörigen Trägerfrequenzwert gespeichert, wobei die Frequenzinformation
durch den Frequenzselektor 23 über Leitung 35 erhalten
wird. Die in dem Speicher 20 gespeicherte Information ist
dann durch den Frequenzselektor 23 bei jeder Änderung
der Abgabefrequenz zugänglich und es wird ein entsprechender Wert des Widerstandsnetzwerks 28 ausgewählt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist der Wert R₀

des Widerstandsnetzwerks 28 proportional zu —? das gleiche

Ergebnis kann jedoch auch dadurch erreicht werden, daß der
Wert R₁ des Widerstandes 27 direkt proportional zu M gemacht wird. Der Widerstand 27 besteht in diesem Falle aus einer
Anzahl von Reihenschaltungen von Widerständen mit Schaltern, die jeweils entsprechend dem jeweiligen Wert von N geschaltet werden. Diese Art von Widerstandsnetzwerk ist jedoch weniger praktikabel. Alternativ kann der Wert rj- durch eine (nicht
gezeigte) Steuerung oder einen einfachen Prozessor errechnet werden und dieser errechnete Wert kann zur Steuerung des
Widerstandswertes R₁ des Widerstandes 27 benutzt werden.
Da der Widerstand 27 nun umgekehrt proportional dieser
neuen Zahl sein muß,· kann eine Parallelschaltung von
Widerständen und Schaltern in der gleichen Weise wie es " " _ für die Widerstandsschaltung 28 beschrieben wurde, benutzt
werden, um den erforderlichen Wert R₁ einzustellen.

Der Frequenzzähler 29 wird vorteilhafterweise als reversibler Aufwärts/Abwärtszähler ausgelegt, statt als einfacher Frequenzzähler, wie seither beschrieben, da auf diese Weise der
Wert M erhalten werden kann, ohne vorher den ersten Frequenzwert zu speichern und dann einen zweiten Frequenzwert davon
abzuziehen. Bei dieser alternativen Betriebsart wird während der ersten Frequenzmessung, bei der der Schalter 31 mit Erde oder Masse verbunden ist, der Zähler zum Aufwärtszählen geschaltet und durch entsprechende Auswahl des Vorzeichens des an der Klemme 32 anliegenden Spannungswertes V _f wird diese

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NACHGEREiCHT

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erste Frequenz so ausgelegt, daß sie einen höheren Wert als die zweite Frequenz besitzt. Der erste gemessene Frequenzwert wird dann im Zähler dauerhaft gespeichert und während des nächsten Frequenzdurchlaufs, wenn der Schalter 31 mit V i verbunden ist, wird der Zähler abwärtszählend betrieben, so daß der im Zähler enthaltene Restwert gleich dem erwünschten Wert M ist, und dieser wird dann an den Speicher 20 mit dem darauf bezogenen Frequenzwert weitergegeben. Diese Auslegung bietet den besonderen Vorteil, daß die Ausführung arithmetischer Funktionen bei dem Steuersystem vermieden wird.

Der Speicher 20 kann als Festwertspeicher ausgebaut sein, und in diesem Fall ist eine Eichabfolge anfangs für den gesamten Frequenzbereich des Signalgenerators auszuführen und die erhaltenen Meßergebnisse werden permanent gespeichert. Dadurch kann der Signalgenerator unmittelbar nach dem jeweiligen Einschalten benutzt werden, da die beschriebene Anfangseichabfolge nach dem Einschalten wegfällt.

Wenn zur gleichen Zeit Information im Speicher 20 enthalten ist, die sich auf mehr als eine ausgewählte Trägerfrequenz bezieht, kann die Frequenzmodulationsempfindlichkeit oder -abhängigkeit für Zwischenwerte von Trägerfrequenzen durch Interpolation zwischen den gespeicherten Werten bestimmt werden. Durch diese Betriebsart sind weniger einzelne ausgewählte Trägerfrequenzen erforderlich, bei denen Empfindlichkeitsmessungen ausgeführt werden müssen.

Der Signalgenerator nach Fig. 3 umfaßt einen variablen Oszillator 1, der an eine Ausgangsklemme 22 ein Ausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal besteht aus einer Trägerfrequenz, die durch einen Frequenzselektor 23 bestimmt wird, der den variablen Oszillator 1 zur Erzeugung der erforderlichen Frequenz steuert. Der Frequenzselektor 23 besitzt eine Eingangsklemme 41, mit der einen erforderlichen oder

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erwünschten Trägerfrequenzwert repräsentierende Signale an den Frequenzselektor angelegt werden können» Um ein frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen, wird ein Signal, dessen Pegel sich in Übereinstimmung mit der gewünschten Modulation ändert, an eine Eingangsklemme 24 angelegt und gelangt über einen Verstärker 25 zum veränderlichen Oszillator 1. Da die Frequenzmodulationsempfindlichkeit des Oszillators 1 eindeutig oder unveränderlich von der Trägerfrequenz, mit der er schwingt, abhängt, ist es notwendig, die Amplitude des an der Klemme 24 angelegten Signals so zu ändern,

<_x " daß diese Abhängigkeit kompensiert oder aufgehoben wird.

Die Amplitude wird mittels eines vervielfachenden Digital/ Analog-Wandlers 36 beeinflußt oder gesteuert, der mit einem zweiten Eingangssignal versorgt wird, das von einer Verfolgungssteuerschaltung 37 abgeleitet wird, sowie von einem Speicher 38. Die Schaltung enthält zusätzliche Bestandteile, die bei der Bestimmung der Frequenzmodulationsempfindlichkeit oder -abhängigkeit des Oszillators 1 benutzt werden und der Wert der Frequenzmodulationsempfindlichkeit bei einer bestimmten Trägerfrequenz wird im Speicher 38 so gespeichert, daß er zur Modifizierung des durch den Wandler 36 sich ergebenden Multiplikationsfaktors benutzt werden kann, wie es notwendig ist, um die nicht-lineare

V Abhängigkeit des Oszillators .1 auszugleichen.

Der erforderliche Wert der Frequenzmodulationsempfindlichkeit wird auf folgende Weise bestimmt:. Bei einer bestimmten interessierenden Oszillationsfrequenz wird die genaue Abgabefrequenz des Oszillators 1 durch einen Frequenzzähler 29 bestimmt. Diese Frequenz wird anfangs dadurch ausgewählt, daß das angemessene Eingangssignal an den Frequenzselektor

23 angelegt wird. Zu dieser Zeit liegt an der Eingangsklemme

24 kein Signal an und der Schalter 40 ist mit Erde (Masse) verbunden. Wenn der Schalter 40 mit der an der Eingangsklemme 32 anliegenden Referenzspannung V ^ verbunden ist, wird

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NACHCEFiEICHT J

die Änderung der Eingangsspannung durch den Verstärker erfaßt und der Unterschied wird über den Wandler 36 und einen weiteren vervielfachenden OLgital/Analog-Wandler 42 dem Oszillator 1 zugeführt. Die sich ergebende Frequenzänderung wird durch den Frequenzzähler 29 gemessen. Durch dieses System wird eine bekannte Frequenzänderung durch eine gegebene Änderung der Eingangsspannung erreicht und das System kann durch Änderung des Wertes eines Vervielfachungsfaktors P geeicht werden, der über Leitung 43 dem ersten Wandler 36 zugeführt wird, so daß die erforderliche Änderung der Ausgangsfrequenz bei einer Änderung der EingangsSpannung erhalten wird, die dem Wert der an Klemme 32 anliegenden Referenzspannung entspricht. Der Wert des Faktors P,der vom Wandler 36 gebrauchtwird, kann für zukünftige Verwendung im Speicher 38 gespeichert werden oder er kann jedesmal gemessen werden, wenn eine neue Abgabefrequenz ausgewählt wird.

Der Wert des Faktors P wird dadurch bestimmt, daß die Frequenzdifferenz im Frequenzzähler 29 erfaßt wird, wenn der Schalter 40 von Erd-(Masse)-Potential auf die Referenzspannung umgeschaltet wird und indem durch die Nachführ -steuerschaltung 37 der Wert des Faktors P eingestellt wird, der die erforderliche Frequenzänderung erzeugt. Das kann durch die dargestellte einfache Rückkoppelungsschleife erreicht werden; d.h. die Rückkoppelungsschleife, die den Wandler 36, den Oszillator 1, den Frequenzzähler 29 und die Nachführsteuerschaltung 37 enthält. Die Rückkoppelungsschleife wirkt weiter, bis eine vorbestimmte Frequenzänderung erfaßt wird, wenn der Schalter 40 betätigt wird. Der zugehörige Wert des Faktors P wird dann zusammen mit dem entsprechenden Trägerfrequenzwert in den Speicher 38 eingespeichert (der Frequenzwert stammt vom Frequenzselektor 23). Der zusätzliche Wandler 42 kann benutzt werden, um die Größe der erforderlichen Frequenzabweichung einzustellen.

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Dadurch ergibt sich eine Steuerung mit veränderbarem Verstärkungsfaktor,-die die Amplitude oder den Spitze-Spitze-Wert des Modulationssignals am Ausgang des Wandlers 3.6 bestimmt, während das an die Klemme 24 angelegte Signal die Steigung oder das Profil der Frequenzabweichung- bestimmt. Während des Eichdurchlaufs, bei dem der Wert der Frequenzmodulationsempfindlichkeit oder -abhängigkeit- bestimmt wird, ist im Idealfall an der Klemme 45 ein Signal vorhanden, das die maximale Abweichungsvariable ergibt.

Die Verwendung des Rückkoppelungssystems nach Fig. 3 vermeidet die Notwendigkeit, einen streng linearen Wandler vorzusehen, da etwaige Nichtlinearitäten des Wandlers automatisch ausgeglichen werden. Es ist jedoch notwendig, einen linearen Wandler als multiplizierenden oder vervielfachenden Digital/Analog-Wandler 42 einzusetzen, da sein Eingang, der mit der Klemme 45 verbunden ist, nicht als Teil der Eich-Rückkoppelungsschleife wirkt. Es wird angenommen, daß der an Klemme 32 anliegende Referenzspannungswert V,- £ genau reproduzierbar ist.

Es bringt Vorteile, wenn das von der Eingangsklemme 24 abgeleitete Frequenzmodulationssignal, das am Eingang des Verstärkers 25 anliegt, annähernd die gleiche Amplitude besitzt, wie die an der Klemme 32 anliegende Referenzspannung. Zu diesem Zweck wird eine Detektorschaltung 46 in der angegebenen Weise verwendet und das dadurch erzeugte gleichgerichtete Signal wird mit der Referenzspannung mit Hilfe eines Komparators 47 verglichen und dessen Ausgangssignal wird zur Nachstellung des Verstärkungsfaktors eines Verstärkers 48 benutzt.

Vorteilhafterweise kann die Frequenzdifferenz, die durch den Frequenzzähler 29 gemessen wird, unter Benutzung eines voreinstellbaren Aufwärts/Abwärts-Zählers bestimmt werden. In diesem Fall wird eine erste größere Frequenz benutzt, um

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I NACHeERElOHT - 2G -

den Zähler voreinzustellen, wobei der Schalter 40 sich in einer seiner beiden Stellungen befindet. Wenn daraufhin der Zähler 40 umgeschaltet wird, wird der Zähler in Abwärtszählung betrieben und der verbleibende Zählinhalt entspricht der Differenzfrequenz, die bestimmt werden soll.

Dieses Verfahren zum Ableiten der Werte des Multiplikationsfaktors P für bestimmte Trägerfrequenzwerte wird über den gesamten Frequenzbereich des Oszillators '1 wiederholt durchgeführt, bis eine Wertetafel in dem Speicher 3 8 enthalten ist. Wenn daraufhin im Normalbetrieb eine Ausgangsfrequenz an der Ausgangsklemme 22 erzeugt werden soll, die einen bestimmten Wert der Frequenzabweichung besitzen soll, ist es lediglich nötig, das Eingangssignal zum Wandler 36 entsprechend dem jeweiligen Wert des Multiplikationsfaktors nachzustellen, wobei dieser Wert vom Speicher 38 abgegeben wird, wenn diesem Speicher der jeweilige Trägerfrequenzwert vom Frequenzselektor 23 zugeleitet wird.

Damit ergibt sich jeweils ein Frequenzmodulationssystem, bei dem die Frequenzmodulations-Empfindlichkeit oder -Abhängigkeit des Oszillators normalerweise von der Frequenz abhängt. Die Empfindlichkeit oder Abhängigkeit wird bei bestimmten Trägerfrequenzwerten gemessen und die Meßergebnisse werden zur Steuerung der Frequenzabhängigkeit des Oszillators so verwendet, daß eine genaue Frequenzabweichung für den Modulationsausgang erzielt wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmodulations-Abhängigkeit eines Oszillators bei ausgewählten Trägerfrequenzen bestimmt wird, daß die Oszillationsfrequenz des Oszillators um die ausgewählte Trägerfrequenz in Übereinstimmung mit einem Signal verändert wird, das die erforderliche Frequenzmodulation repräsentiert und daß die Amplitude des repräsentativen Signals als Funktion der bestimmten Frequenzmodulations-Abhängigkeit gesteuert wird.

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nnzeicn-
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e

η e t₇ daß die Frequenzmodulations-Abhängigkeit des Oszillators dadurch bestimmt wird, daß die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von Pegeländerungen eines angelegten Frequenzsteuersignals bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator als freilaufender Oszillator geschaltet wird und daß die Amplitude des Frequenzsteuersignals um einen vorbestimmten Wert geändert wird, daß die sich ergebende Frequenzänderung des Oszillator-Ausgangssignals gemessen und daraus die Frequenzmodulations-Abhängigkeit bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des Signals bei mindestens zwei Frequenzen bestimmt wird, zwischen denen ein Frequenzband liegt, das die ausgewählte Trägerfrequenz einschließt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das eine gewünschte Frequenzmodulation darstellende Signal mit einem Faktor verstärkt wird, der eine Funktion der Frequenzmodulations-Abhängigkeit ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, daduinh gekennzeichnet , daß die Frequenzmodulations-Abhängigkeit bei einer Vielzahl von Trägerfrequenzen bestimmt wird, daß die jeweiligen Abhängigkeitswerte gespeichert und zur Steuerung der Amplitude des den erforderlichen Modulationsgrad repräsentierenden Signals bei Auswahl einer entsprechenden Trägerfrequenz benutzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1,mit einem in einer Phasen-Gegenkopplungsschleife enthaltenen Oszillator, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal

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des Oszillators frequenzgeteilt und mit einer Referenzfrequenz phasenverglichen wird und daß das durch den Phasenvergleich erhaltene Signal als Rückkopplungssignal benutzt wird, um die Oszillatorfrequenz zu stabilisieren.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzitiodulations-Abhängigkeit des Oszillators durch Messen der Änderung der Oszillationsfrequenz in Abhängigkeit von der Änderung des Wertes des Phasenvergleichssignals bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenzmodulations-Abhängigkeit bei einer Vielzahl von Trägerfrequenzen bestimmt wird und daß die jeweiligen Werte gespeichert und zur Steuerung der Amplitude des den erforderlichen Modulationsgrad repräsentierenden Signals bei einer entsprechenden Trägerfrequenz benutzt werden.
10. Signalgenerator zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Oszillator mit veränderbarer Frequenz, dessen Oszillationsfrequenz um eine ausgewählte Trägerfrequenz in Übereinstimmung mit einem eine erforderliche Frequenzmodulation repräsentierenden Signal veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen (1O, 11, 12; 31, 32, 26; 25, 32, 40) zur Bestimmung der Frequenzmodulations-Abhängigkeit des Oszillators (1; 21) bei der ausgewählten Trägerfrequenz und Einrichtungen (9, 14; 20, 23, 33, 34; 36, 37, 38) zur Steuerung der Amplitude des repräsentativen Signals als Funktion der Frequenzmodulations-Abhängigkeit des Oszillators vorgesehen sind.

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11. Signalgenerator nach Anspruch 10 mit einem freilaufenden Oszillator, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (3; 31, 32; 32, 40) zur Änderung der Amplitude eines Frequenzsteuersignals um einen vorbestimmten Wert (V r;) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung (10, 11, 12; 20, 23, 29; 23, 29, 38) und eine Einrichtung zum Ableiten der Frequenzmodulations-Abhängigkeit aus den sich ergebenden Frequenzänderungen vorgesehen ist.
12. Signalgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Verstärkungseinrichtung (9; 25, 27, 28; 36, 42) zur Verstärkung des für die erforderliche Frequenzmodulation repräsentativen Signals um einen von der erfaßten Frequenzmodulations-Abhängigkeit abhängigen Faktor vorgesehen ist.
13. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß ein Speicher (14; 20; 38) für die erfaßten Frequenzmodulations-Abhängigkeitswerte vorgesehen ist und daß ein Frequenzselektor (13; 23) zur Auswahl des entsprechenden Speicherwerts in Abhängigkeit von der gewählten Trägerfrequenz vorgesehen ist.
14. Signalgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Oszillator (1)einen Teil einer Phasen-Gegenkoppelungsschleife (2) mit einem Frequenzteiler (3), einem Phasendetektor (4), einem Schleifenfilter (5) und einem Addierer (6) bildet.
15. Signalgenerator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Signalsteuereinrichtung (25, 27, 28; 36) mit variabler Verstärkung für das Frequenzsteuersignal vorgesehen ist.

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16. Signalgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalverstärker einen multiplizierenden Digital/Änalog-Wandler (36) umfaßt, dem der variable Verstärkungsfaktor in Digitalform zuführbar ist.

ο Signalgenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß ein Festwertspeicher (38) zur Speicherung der Faktorwerte für den multiplizierenden Digital/Analog-Wandler (36) und Steuerung desselben in Abhängigkeit von der gewählten Trägerfrequenz vorgesehen ist.

030010/0923