DE2941049A1

DE2941049A1 - Verfahren zur frequenznachregelung und modulation eines schwingungserzeugers

Info

Publication number: DE2941049A1
Application number: DE19792941049
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Klaus 7151 Allmersbach Junger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1979-10-10
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE2941049C2

Description

Verfahren zur Frequenznachregelung und
Modulation eines Schwingungserzeugers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenznachregelung und Modulation eines Schwingungserzeugers, wobei in einer Regelschleife mittels eines Phasendiskriminators ein Referenzsignal mit einem Ausgangssignal des Schwingungserzeugers verglichen wird und die am Phasendiskriminator gewonnene Regelspannung über einen Regelspannungsverstärker einer parallel zum Schwingkreis des Schwingungserzeugers liegenden Nachstiinmkapazitätsdiode zugeführt wird.
Ein Schwingungserzeuger mit Frequenznachregelung und Nachstimmkapazitätsdiode ist bekannt aus DE-PS 19 08 267. Durch Nichtlinearitäten in der Kapazitätskennlinie der Nachstimmkapazitätsdiode ändert sich die Schleifenverstärkung der gesamten Frequenznachregeleinrichtung. Zur Kompensation dieser Nichtlinearitäten wird in der DE-PS 19 08 267 zwischen Phasendiskriminator und Schwingungserzeuger ein Verstärker geschaltet, dessen Gegenkopplung so eingestellt ist, daß die Schleifenverstärkung der Frequenznachregeleinrichtung unabhängig von der eingestellten Oszillatorfrequenz des Schwingungserzeugers weitgehend konstant bleibt. Das Cegenkopplungsnetzwerk ist eine zusätzliche und störanfällige Einrichtung. Bei dieser Schaltung neigt der Verstärker zu Schwingungen. Außerdem ist nur eine niedrige Modulationsfrequenz und eine niedrige Grenzfrequenz der Regelsehleife zu erreichen.
Eine Frequenznachregeleinrichtung und Modulation eines Schwingungserzeugers an nur einer Kapazitätsdiode bei konstanter Steilheit ist ohne Nachsteuern des Regelspannungsverstärkers nur mit großem Aufwand möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren obengenannter Art anzugeben, mit dem eine durch geringen Schaltungsaufwand charakterisierte Schaltungsanordnung zu realisieren ist, die außerdem weniger störspannungsanfällig ist und bis zu hohen Modulationsfrequenzen eine nahezu konstante Steilheit besitzt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einer parallel oder in Serie zur Nachstimmkapazitätsdiode liegende, mit dem Modulationssignal beaufschlagte zweite Kapazitätsdiode eine konstante Gleichspannung und eine aus der Regelspannung abgeleitete Spannung zugeführt wird, wobei die Verstärkung des Regelspannungsverstärkers nicht geändert werden muß.
In den Ansprüchen 2 und 3 sind besondere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet. Die Ansprüche 4 und 5 geben vorteilhafte Schaltungsanordnungen zum Durchführen des Verfahrens an.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus dem Konstantbleiben der Steilheit über einen sehr großen Nachstimmbereich, aus der leichten Einstellbarkeit der Modulationsstellheit über eine Vorspannung Ui, aus der Verhinderung der Schwingneigung beim Wobbeln des Schwingungserzeugers (Suchlauf), da die Schleifenverstärkung der Regelschleife konstant gehalten wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders bei sehr hohen Frequenzen geeignet, z.B. in Verbindung mit Hohlraum- oder Koaxialresonatoren, da hier ein ei.nfaches Ankoppeln der Kapazitätsdioden möglich ist. In Verbindung mit der Regelschleife ist eine konstante Schleifenverstärkung ohne Regelung oder Voreinstellung des Regelverstärkers zu erreichen. Dieser kann deshalb einfacher gebaut sein, höhere Verstärkung liefern und eine höhere Grenzfrequenz besitzen, was wiederum in einer höheren Grenzfrequenz der Regelsohleife zum Ausdruck kommt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 das Kompensationsnetzwerk und die Anordnung der Kapaz;#tätsdioden, Fig. 2 die Frequenzabhängigkeit der zweiten Kapazitätsdiode, Fig. 3 die Steile ~ Abhängigkeit der Vorspannungen, Fig. 4 ein Ausführungsteispiel mit Phasenmodulation, Fig. 5 den Verlauf der Verstärkung in Abhängigkeit der Frequenz und Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit Frequenzmodulation.
In Fig. 1 sind die frequenzbestimmenden Elemente 1, 2, 12, 13, 14, 15 des Schwingungserzeugers 16 dargestellt. An den Eingang 5 des Kompensationsnetzwerkes 3 wird die Vorspannung Un für die Nachstimmkapazitätsdiode zugeführt. An den Eingang 11 wird eine konstante Gleichspannung Ui gelegt.
Diese wird silber den zweiten Widerstand 10 der Modulationskapazitätsdiode (zweite Kapazitätsdiode 2) zugeführt und überlagert sich mit der über den ersten Widerstand 7 zug-eführten Vorspannung Un zur Vorspannung Um. Die Modulationswechselspannung wird über den Kondensator 6 geführt. Die Signale an den Ausgängen 8 und 9 des Kompensationsnetzwerkes 3 werden den Kapazitätsdioden 1 und 2 zugeführt, wobei zwischen den Zuführpunkten und Bezugspotential jeweils noch Kondensatoren 12 und 13 eingefügt sind. Diese Kondensatoren 12 und 13 stellen die Ankopplung der Kapazitätsdioden 1 und 2 an den Resonanzkreis 14 und 15 des Schwingungserzeugers dar.
Das Kompensationsnetzwerk 3 hat in Verbindung mit dem Schwing~ kreis des qchwingungserzeugers und den beiden Kapazitätsdioden folgende Funktion: Wird der Schwingkreis mit einer zweiten Kapazitätsdiode 2 moduliert, besitzt dieser die in Fig. 2 dargestellte nichtlineare rrequenzabhängigkeit f über der Vorspannung Um.
rlg. 3 zeigt die Steilheit Sm in Abhängigkeit der jeweilidf gen Vorspannungen U, Um bzw. Un. Die Steilheit Sm = dUm über der Vorspannung Um ist in Fig. 3 Kurve I dargestellt.
Diese Kurve 1 nach Fig. 3 trifft für den Fall zu, daß die Kapazität 15 des Schwingkreises konstant ist und Un und somit die Kapazität der Nachstimmkapazitätsdiode 1 konstant gehalten wird. Wird jetzt die Vorspannung Um an der zweiten Kapazitätsdiode 2, damit auch ihre Kapazität, konstant gealte und die Vorspannung Un variiert, ändert sich die Kapazität der Nachstimmkapazitätsdiode 1 und damit die Gesarntkapazität des Schwingkreises. Es ändert sich somit das Verhältnis von Kapazitätsänderung der zweiten Kapazitätsdioce 2 zur GesamtkapazfI.tät des Sch; skqises, ohne Einfluß der Kapazität cer zweiten Kapazitätsdiode 2, in Abhängigkeit der Vorspannung Un der Nachstimmkapazitätsdiode 1. Das bedeutet, daß mit steigender Vorspannung Un auch die Steilheit Sm steigt. Fig. 3 Kurve II zeigt diese Abhängigkeit von Sm als Funktion von Un bei konstanter Vorspannung Um ohne Kompensation. Durch das Kompensationsnetzwerk 3 wird die Vorspannung Um etwas mit der Vorspannung Un mitgezogen; d.h. mit steigender Vorspannung Un steigt Sm, da jetzt aber Um ebenfalls steigt, sinkt Sm wieder. Bei geeigneter Dimensicnierung der Kompensationsschaltung 3 kann die Steilheit Sm über einen großen Nachstirnmbereich konstant gehalten werden. Fig. 3 Kurve III zeigt diese konstant gehaltene Steilheit Sm als Funktion der Vorspannung Un bei kompensierter Vorspannung Um.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Phasenmodulation. Ein Teil des Ausgangssignals des Schwingungserzeugers 16 wird mittels des Richtkopplers 17 ausgekoppelt und dem Phasendiskriminator 18 direkt oder nach Frequenzumsetzung mittels einer Oszillatorfrequenz fo im Mischer 23 zugeführt. Der Phasendiskriminator 18 vergleicht dieses Signal mit einem ihm ebenfalls zugeführten modulierten zwi.-schen- oder hochfrequenten Eingangssignal HF oder ZF. Die am Phasendiskriminator 18 gewonnene Regelspannung wird an den Eingang des Regelspannungsverstärkers 19 gelegt. Der Regelspannungsverstärker 19 besitzt zwei getrennte Wege zur Verstärkung. Zum einen wird die Regelspannung verstärkt als Vorspannung Un an den Eingang 5 des Kompensationsnetzwerkes 3 und zum anderen ein über einen Trennkondensator aus der Regelspannung abgeleitetes gleichspannungsfreies Signal verstärkt als Modulationssignal an den Eingang 4 des Kompensationsnetzwerkes 3 geführt.
Fig. 5 zeigt den qualitativen Verlauf der Verstärkung V des Regelspannungsverstärkers 19 in Abhängigkeit von der Frequenz f. Die Grenzfrequenz der Regelschleife liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 60 MHz und ist konstant. Erreicht wird eine verzerrungsfreie übertragung bis über 10 MHz bei einer Frequenz des Schwingungserzeugers von 7 GHz.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Frequenzmodulation. Ein Teil des Ausgangssignals des Schwingungserzeugers 16 wird mittels Richtkoppler 17 ausgekoppelt und dem Phasendiskriminator 18 nach Frequenzteilung im Teiler 22 oder mit zusätzlicher Frequenzumsetzung mittels einer Oszillatorfrequenz fo im Mischer 23 zugeführt. Der Phasendiskriminator 18 vergleicht dieses Signal mit einem Referenzsignal 20, das beispielsweise ein unmodulierter HF-Träger sein kann. Die am Phasendiskriminator 18 gewonnene Regelspannung wird dem Regelverstärker 19 zugeführt, der an seinem Ausgang das Vorspannungssignal Un für das Kompensationsnetzwerk 3 liefert. Das Modulationssignal 21 wird dem Kompensationsnetzwerk 3 am Eingang 4 angeboten. Die Grenzfrequenz der Regelschleife ist bei der Frequenzmodulation kleiner als die niedrigste Modulationsfreuqenz. Die Regelschleife dient hier nur zur Frequenznaehstimmung.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Frequenznachregelung und Modulation eines Scnwingangserzeugers, wobei in einer Regelschleife mi.tteigs eines Phasentiskriminators ein Referenzsignal mit einem Ausgangssignal des Schwingungserzeugers Schwingungserzeugers verglichen wo rad und etis; an Phasendiskriminator gewonnene Regelspannung über einen Regelspannungsverstärker einer parallel zum Schwingkreis des Schwingungserzeugersungserzeugers liegenden Nach-Stimmungskapazitätsdiose zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß daßeiner einer parallel oder in Serie zur Nachstimmkapazitätsdinde (1) Hegende, mit dem Modulationssignal bcaufscnlagte zweite Kapazitätsdiode (2) eine konstante Gleichspannung und eine aus cer Regelspannung abgeleitete Spannung zugeführt wird, wobei die Verstärkung des Reaelspannungsverstärxers nicht geändert werden muß.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Gre:0zfrequenz der Regelschleife, die die dem Referenzsignal aufgeprägte Modulation überträgt, konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzmodulation des mittels der Regelschleife auf ein Referenzsignal nachgeführten Schwingungserzeugers ermöglicht wird.
4. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß ein Kompensationsnetzwerk (3) an seinem ersten Eingang (4) mit der aus der Regelspannung abgeleiteten Spannung und an seinem #weiten Eingang (5) mit der verstärkten Regelspannung beaufschlagt ist, daß der erste Eingang (4) mit einem ersten Pol eines Kondensators (6) verbunden ist, daß der zweite Pol dieses Kondensators (6) mit einem Ende eines Widerstandes (7) verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingang (5) und dem ersten Ausgang (8) des Kompensationsnetzwerkes (3) verbunden ist, daß der zweite Pol des Kondensators (6) an den zweiten Ausgang (9) und über einen zweiten Widerstand (10) an einen Konstantspannungseingang (11) geführt ist, und daß der erste Ausgang (8) mit der Nachstimmkapazitätsdiode (1) und der zweite Ausgang (9) mit der zweiten Kapazitätsdiode (2) verbanden ist.
5. Schaltungsanordnung zum f)t#rchfu#hren des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompensationsnetzwerk (3) an eie ersten Eingang (4) mit dem Modulationssi.gnal und #n seinem zweiten Eingang (5) mit der verstärKten Regelspannung beaufschlagt ist, daß der erste Eingang (4) mit einem ersten Pol eines Kondensators (6) verbunden ist, daß der zweite Pol dieses Xondensatcrs (6) mit einem Ende eines Widerstandes (7) verbunden ist, , dessen anderes Ende mit dem zweiten Einganz (5) und demersten Ausgang (8) des Kompensationsnetzwertes lK3) verbinden ist, daß der zweite Pol des Kondensators vó) an den zweiten Ausgang (9) und über einen zweiten Widerstand (10) an einen Konstantspannungseingang (11) geführt ist, und daß der erste Ausgang (8) mit der Nachstimmkapazitätsdiode (1) und der zweite Ausgang (9) mit der zweiten Kapazitätsdiode (2) verbunden ist.