DE3028333A1 - Elektrisches pruefinstrument fuer modulierte traegersignale - Google Patents
Elektrisches pruefinstrument fuer modulierte traegersignaleInfo
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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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e e r s e
it
Claims (7)
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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