DE3028333A1

DE3028333A1 - Elektrisches pruefinstrument fuer modulierte traegersignale

Info

Publication number: DE3028333A1
Application number: DE19803028333
Authority: DE
Inventors: Victor Francis Arnold
Original assignee: Marconi Instruments Ltd
Current assignee: Marconi Instruments Ltd
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4361804A; GB2055212A; DE3028333C2; GB2055212B

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Prüfvorrichtungen bzw. -instrumente und insbesondere Prüfvorrichtungen oder -instrumente zur Ausführung von Messungen an modulierten elektrischen Signalen.

Es ist allgemein üblich, beispielsweise bei Verbindungsoder Nachrichtensystemen Trägersignale zu verwenden, die eine Information in Form von Amplituden-,Frequenz-oder Phasenmodulation aufweisen, und es ist notwendig, genaue Messungen von Zeit zu Zeit auszuführen, um sicherzustellen, daß die in einem solchen System verwendeten Signale den spezifizierten Anforderungen genügen. Instrumente zum Messen der Amplituden-,Frequenz-oder Phasenmodulation eines empfangenen Trägersignals wandeln allgemein die Frequenz des Trägersignals vor der Ausführung der Modulationsmessung selbst in eine vorbestimmte Zwischenfrequenz und hierzu wird meist ein frequenzändernder Mischkreis in einer frequenzstarren Schleife verwendet, welche einen Überlagerungs-Oszillator steuert, der anfangs auf die korrekte Frequenz mittels eines Frequenz-Wobbel- oder Suchsystems einzustellen ist. Zunehmend wird jedoch die Notwendigkeit empfunden, auch eine genaue Anzeige des Wertes der Trägerfrequenz zu geben und das Ableiten dieser Trägerfrequenzinformation aus der Kenntnis der Frequenz des Überlagerungs-Oszillators ist mühsam und schwierig. Das trifft besonders dann zu, wenn der Überlagerungs-Oszillat^or ein Teil der automatischen Frequenznachstellschleife ist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Prüfinstrument zu schaffen, das die Erzielung dieser erwünschten Anzeige erleichtert.

Erfindungsgemäß enthält ein Überprüfungsinstrument eine Einrichtung zum Empfang eines modulierten Trägersignals,

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einen Frequenzzähler zur Bestimmung der Trägerfrequenz, eine von dem Frequenzzähler abhängige Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, d^s bei Kombination mit dem empfangenen Trägersignal ein weiteres moduliertes Signal mit einer vorbestimmten Zwischenfrequenz erzeugt und eine Einrichtung zur Messung der Modulation des weiteren modulierten Signals.

Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zur Erzeugung des Signals einen Überlagerungs-Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom Zählergebnis des Frequenzzählers gesteuert ist.

Durch diese erfindungsgemäßen Eigenschaften erübrigt sich ein besonderes Frequenz-Wobbel- oder Suchsystem..

Vorzugsweise ist ein Leistungsteiler vorgesehen, um die Leistung des empfangenen modulierten Trägersignals auf den Frequenzzähler und einen ersten Eingang eines Mischkreises aufzuteilen, dessen zweiter Eingang ein Signal vom Überlagerungsempfänger oder ein aus diesem Signal abgeleitetes Signal empfängt, um so ein kombiniertes Signal zu produzieren, das das weitere modulierte Signal bildet.

Um unerwünschte, durch den Mischkreis eingeführte oder erzeugte Frequenzkomponenten zu beseitigen, wird vorzugsweise nach dem Mixer ein auf die Zwischenfrequenz abgestimmtes Schmalbandfilter geschaltet.

Die Steuerung der Frequenz des Überlagerungs-Oszillators in Abhängigkeit vom Zählergebnis des Frequenzzählers und die sich daraus ergebende Fortlassung des Frequenz-Suchoder -Wobbel-Vorgangs ermöglicht eine korrekte Einstellung der Frequenz des Überlagerungsempfängers in viel

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kürzerer Zeit mit den daraus sich ergebenden Vorteilen bei automatischen Überprüfungssystemen.

Vorzugsweise wird der Mischkreis so ausgelegt, daß das empfangene modulierte Trägersignal mit Harmonischen der durch den Überlagerungsempfänger erzeugten Grundfrequenz oder mit ein von dem Grundfrequenzsignal des Überlagerungsempfängers abgeleiteten Signal gemischt wird.

Damit mit diesem elektrischen Prüfinstrument Modulationsmessungen an Signalen ausgeführt werden können, die sehr verschiedene Trägerfrequenzen besitzen, wird vorzugsweise ein variabler Frequenzteiler zwischen dem Überlagerungs-Oszillator und dem zweiten Eingang des Mischkreises eingesetzt und das Frequenz-Teilverhältnis wird in Abhängigkeit von dem Zählergebnis des Frequenzzählers gesteuert.

Das empfangene modulierte Trägersignal kann von Interferenzanteilen begleitet sein, das Signal kann verrauscht oder die Frequenzquelle unstabil sein. Wenn nun die Trägerfrequenz sich so ändert, daß der Überlagerungsempfänger in einen seiner Grenzbereiche kommt, kann eine Instabilität (Jitter) in der Ausgangsinformation des Frequenzzählers die Steuerkreise des Oszillators dazu veranlassen, kontinuierlich zwischen verschiedenen Frequenzen hin- und herzuschalten. Um das zu vermeiden, sind vorzugsweise Einrichtungen vorgesehen, die den Wert der Überlagerungs-Oszillatorfrequenz konstant halten, solange das den Wert der empfangenen Trägerfrequenz repräsentierende Signal sich nicht mehr als um einen vorbestimmten Betrag ändert. Dieser Betrag wird so ausgewählt, daß die Auswirkungen von Rauschen und Interferenz und von kleinen Eingangsfrequenzveränderungen eliminiert sind.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise näher erläutert anhand der Zeichnung, in der die einzige Figur ein Schemaschaltbild eines erfindungsgemäßen elektrischen Überprüfungsinstrumentes zeigt.

Das dargestellte elektrische Überprüfungsinstrument ergibt eine Anzeige der Trägerfrequenz eines angelegten modulierten Signals und kann gleichzeitig eine Messung der Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulation des Trägersignals ausführen. Das modulierte Trägersignal wird an die Klemme 1 angelegt und über einen Leistungsteiler einem Frequenzzähler 3 und gleichzeitig einem Modulations-Meßgerät 4 zugeführt. Das Ausgangssignal des Frequenzzählers wird an ein Frequenzanzeigegerät 5 weitergegeben, so daß eine Sichtanzeige der Trägerfrequenz für eine Bedienungsperson gegeben ist. Das Zählergebnis des FrequenzZählers 3 gelangt auch zu einer Steuerschaltung 6, die,wie nachfolgend beschrieben wird, den Betrieb eines Überlagerungsoszillators 7 mit Frequenzsynthese und eines variablen Frequenzuntersetzers 8 steuert.

Das Modulationsmeßgerät 4 umfaßt eine Mischstufe 9, an deren erstem Eingang die modulierte Trägerfrequenz vom Leistungsteiler 2 anliegt und an deren zweitem Eingang über den Frequenzuntersetzer oder -teiler 8 ein Signal vom Überlagerungsempfänger 7 anliegt. Die an den zweiten Eingang der Mischstufe 9 angelegte Frequenz wird so gesteuert, daß das Ausgangssignal der Mischstufe ein moduliertes Zwischenfrequenzsignal mit fester vorbestimmter Mittenfrequenz ist. Dieses Signal wird über ein Schmalbandfilter 10 geleitet, das auf diese Mittenfrequenz abgestimmt ist und das sich ergebende gefilterte Signal gelangt zu einem Amplitudenmodulationsdetektor 11, einem Phasenmodulationsdetektor 24 und einem Frequenzmodulationsdetektor 12. Die Detektoren 11,

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12 und 24 können auf herkömmliche Weise aufgebaut sein und sind so angeordnet, daß sich eine Anzeige der Modulationsart ergibt. Bei Frequenzmodulation oder bei Phasenmodulation wird eine Anzeige der größten Frequenzabweichung bzw. Phasenabweichung geschaffen und bei Amplitudenmodulation ergibt der Detektor 11 eine Anzeige des Modulationsgrades.

Die Frequenz des an den zweiten Eingang der Mischstufe 9 angelegten Signals wird durch die Steuerschaltung 6 beeinflußt, die eine Datenverarbeitungsschaltung ist und bei der praktischen Ausführung durch einen üblichen Mikroprozessor gebildet sein kann. Stattdessen kann auch eine besonders für die in der Zeichnung angegebenen Funktionen ausgelegte Steuerschaltung 6 verwendet werden.

Diese Steuerschaltung 6 empfängt den Wert oder die Größe

der Trägerfrequenz vom Frequenzzähler 3 und in einem Addierkreis 13 wird dazu der Wert der Zwischenfrequenz gezählt, auf den das Filter 10 abgestimmt ist. Dieser Wert kann auch intern in dem Addierkreis 13 gespeichert sein und deswegen ist kein.zusätzlicher Speicher dargestellt. Die Frequenz des sich ergebenden Signals wird durch einen Prüfkreis 14 überprüft,um zu bestimmen, ob sie innerhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsempfängers 7 oder aber oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches liegt. Wenn die Frequenz innerhalb oder oberhalb dieses Frequenzbereiches liegt, wird sie über einen Festfrequenzuntersetzer 15 mit einem Teilerverhältnis 16 einem weiteren variablen Frequenzuntersetzer 16 zugeleitet. Wenn die an dem Prüfkreis 14 anliegende Frequenz unterhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 liegt, wird das Signal direkt über die Leitung 24 zu dem variablen Frequenz-

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Untersetzer 16 geleitet. Die an dem variablen Frequenz— Untersetzer oder —teiler 16 anliegenden Frequenzen werden aufeinanderfolgend in ganzzahligen Stufen unterteilt, wobei diese Stufen von 1 bis 32 ansteigen, bis ein Quotient erhalten wird, der innerhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 liegt. Dieser gesuchte Quotient wird durch den Prüfkreis 17 erfaßt, der den Untersetzungsvorgang im variablen Untersetzer 16 stoppt und der innerhalb der erforderlichen Frequenzen liegende Frequenzwert wird dann durch einen Frequenzvervielfacher 18 mit einem Faktor 16 multipliziert. Der sich dann ergebende Frequenzwert wird über einen weiteren Prüfkreis 19 einem Frequenzspeicher 20 zugeleitet. Der Frequenzspeicher 20 beeinflußt direkt die Frequenz des Überlagerungsoszillators 7 mit .Frequenzsynthese. Damit wird der Überlagerungsoszillator 7 auf die erforderliche Frequenz eingestellt und seine Grundfrequenz oder eine seiner Harmonischen wird mit dem am ersten Eingang der Mischstufe 9 anliegenden Signal gemischt, so daß die korrekte Zwischenfrequenz erhalten wird.

Soweit ist die Funktion des Frequenzteilers 8 nicht besonders beschrieben worden und die angegebene Ablauffolge findet statt, vorausgesetzt der Prüfkreis 14 stellt fest, daß der bei ihm anliegende Frequenzwert innerhalb oder oberhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 liegt. In diesem Falle ergibt der Frequenzteiler 8 einen Teilerfaktor 1. Falls dies nicht der Fall ist_}gibt der Prüfkreis 14 ein Steuersignal an den Frequenzteiler 8 ab, um einen Frequenzteilerfaktor mit dem Wert 16 einzuführen und der Frequenzwert, der als Ausgangssignal des Prüfkreises 14 vorliegt, wird direkt ohne Untersetzung über die Leitung 24 an den Frequenzteiler 16 weitergeleitet. Der weitere Ab-

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lauf geht dann in der beschriebenen Weise vor sich. Die untersetzte Grundfrequenz des Oszillators 7 oder eine seiner harmonischen Frequenzen wird dann der Mischstufe zugeführt, um die korrekte Zwischenfrequenz zu erzeugen.

Typische Frequenzwerte sind beispielsweise die folgenden: Der Trägerfrequenzbereich erstreckt sich von 1,5 bis 1000 MHz und die erforderliche Zwischenfrequenz beträgt 256 kHz. Der Grundfrequenzbereich des Überlagerungsoszillators 7 reicht von 28,096 MHz bis 56,192 MHz. Falls die am elektrischen Überprüfungsinstrument angelegte Trägerfrequenz ein Eingangssignal für den Prüfkreis 14 ergibt, das innerhalb oder oberhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 liegt, wird diese Frequenz durch den Testfrequenzteiler im Verhältnis 1:16 geteilt, so daß sich eine geringstmögliche Frequenz von 1,756 MHz und eine höchste mögliche Frequenz von 62,5 MHz ergibt. Diese Frequenz wird nun aufeinanderfolgend durch ansteigende ganze Zahlen im variablen Frequenzteiler 16 geteilt, bis ein zufriedenstellender Quotient erreicht wird. Wenn ein Divisorwert des Untersetzers 16 gefunden ist, der das erforderliche Ergebnis gibt, liegt der Frequenzwert, der durch den Prüfkreis 17 akzeptiert wird, im Frequenzbereich 1,756 MHz bis 3,512 MHz. Dieser Frequenzwert wird dann durch den Multiplikatorkreis 18 mit dem Faktor 16 multipliziert, um ihn in den Fundamentalfrequenzbereich des Oszillators zurückzuführen.

Der beschriebene Vorgang läuft jedoch nur zufriedenstellend ab, wenn die Trägerfrequenzen innerhalb oder oberhalb des Grundfrequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 liegen. Falls die. Trägerfrequenz sehr nahe an der Zwischenfrequenz liegt, ergeben sich Schwierigkeiten. Erstens erhöht die Annäherung der Oszillatorfrequenz an die Zwischen-

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frequenz die Amplitude von unerwünschten Mischstufenprodukten im Zwischenfrequenz-Durchlaßband infolge von Harmonischen des Signals so weit, daß die Wirksamkeit des Instrumentes beeinträchtigt wird. Zweitens müssen dann, wenn sehr hohe Trägerfrequenzen durch einen einzigen Überlagerungsempfänger-Frequenzbereich verarbeitet und erfaßt werden müssen, Harmonische der Oszillatorfrequenz mit sehr hoher Ordnung verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein ansteigendes Frequenzmodulationsrauschen, da jede Harmonische ein eigenes Rauschband beiträgt. Diese Schwierigkeiten können sehr weit reduziert werden, wenn der Überlagerungsoszillator 7 zwei Betriebsfrequenzbereiche besitzt, und zu diesem Zweck ist der Frequenzteiler 8 vorgesehen.

Wenn der Prüfkreis 14 feststellt, daß die Frequenz des anliegenden Signals sich unterhalb des Frequenzbereiches des Überlagerungsoszillators 7 befindet, wird das Teilerverhältnis des Frequenzteilers 8 von 1 auf 16 geändert und das Ausgangssignal des Prüfkreises 14 wird nicht mehr über den Frequenzteiler 15 geleitet, sondern stattdessen über Leitung 24 direkt dem veränderlichen Frequenzteiler 16 zugeführt.

Alternativ besteht die Möglichkeit, den Frequenzteiler 15 wegzulassen und stattdessen einen direkten Durchgangsweg zu schaffen, sowie den Frequenzvervielfacher 18 wegzulassen, und stattdessen einen Frequenzvervielfacher 21 mit einem Multiplikationsfaktor 16 in der Leitung 24 anzubringen, so daß die Berechnung der Oszillatorfrequenz nun im wahren Grundfrequenzbereich des Oszillators statt bei 1/16 des Grundfrequenzbereiches durchgeführt wird.

Durch den Prüfkreis 19 wird der dort anliegende Frequenzwert ständig überwacht und mit dem bereits im Frequenzspeicher 20 gehaltenen Wert verglichen. Wenn der Frequenzunter-

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schied einen vorbestimmten Wert übersteigtjwird durch einen Nachstell-Freigabekreis 22 der neue Frequenzwert in den Frequenzspeicher 20 eingegeben und der vorhergehende Wert gelöscht. Zu diesem Zeitpunkt wird die vom Überlagerungsoszillator 7 abgegebene Frequenz um den entsprechenden Wert unter Beeinflussung des Frequenzspeichers 20 geändert. Damit verhindert der Prüfkreis 19 andauerndes Hin- und Herschalten des Überlagerungsoszillators 7 infolge von Rauschen oder einem Zählerflimmern (counter jitter). Ein solches Hin- und Herschalten würde den Betrieb des Modulations-Meßgerätes beeinträchtigen.

Es ergibt sich so ein kombiniertes Frequenz- und Modulations-Meßgerät mit einem Frequenzzähler, der eine direkte Anzeige einer Trägerfrequenz ergibt und zur Steuerung der Frequenz eines Überlagerungsoszillators benutzt wird, durch den eine modulierte Trägerfrequenz direkt in eine erforderliche Zwischenfrequenz gewandelt wird.

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Claims

Patentansprüche :

1. Elektrisches Prüfinstrument mit einer Einrichtung zum Empfang von modulierten Trägersignalen, gekennzeichnet durch einen Frequenzzähler (3) zur Bestimmung der Trägerfrequenz, eine von dem Trägerfrequenzzähler (3) abhängige Einrichtung (6, 7, 8) zur Erzeugung eines Signals, das in Kombination mit dem empfangenen Trägersignal ein weiteres moduliertes Signal mit einer vorbestimmten Zwischenfrequenz ergibt und eine Einrichtung (4) zum Messen der Modulation des weiteren modulierten Signals.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung einen Überlagerungsoszillator (7) enthält, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom Zählinhalt des Frequenzzählers (3) gesteuert ist.

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3. Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsteiler (2) vorgesehen ist, der die Leistung des aufgenommenen modulierten Trägersignals zwischen dem Frequenzzähler (3) und einem ersten Eingang einer Mischstufe (9) aufteilt, wobei am zweiten Eingang der Mischstufe ein Signal des Überlagerungsoszillators

(7) oder ein davon abgeleitetes Signal zur Erzeugung eines das weitere modulierte Signal bildenden kombinierten Signals anliegt.

4. Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß .auf die Mischstufe (9) folgend ein auf die Zwischenfrequenz abgestimmtes Schmalbandfilter (10) geschaltet ist.

5. Instrument nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstufe zum Mischen des empfangenen modulierten Trägersignals mit Harmonischen der Grundfrequenz des Überlagerungsempfängers (7) oder mit einem von dem Überlagerungsempfänger abgeleiteten Signal ausgelegt ist.

6. Instrument nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Überlagerungsempfänger (7) und dem zweiten Eingang der Mischstufe (9) ein variabler Frequenzteiler (8) eingesetzt ist, dessen Frequenzteilerverhältnis in Abhängigkeit von dem Zählinhalt des Frequenzzählers (3) gesteuert ist.

7. Instrument nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstanthalteeinrichtung (19, 20, 22) vorgesehen ist, .die die Oszillatorfrequenz konstant hält, solange ein den Wert " .

der empfangenen Trägerfrequenz repräsentierendes Signal sich nicht um mehr als eine vorbestimmte Größe, ändert.

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