DE3120140C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Frequenzanalysator für sehr hohe
Frequenzen, mit einem ersten Mischer, dem das zu untersuchende
Frequenzspektrum sowie das Ausgangssignal eines Yttrium-Granat-
Oszillators zugeführt wird, mit einem auf den ersten Mischer
folgenden ersten Bandpaß für eine Festfrequenz, die wesentlich
unter der niedrigsten zu untersuchenden Frequenz liegt, mit
einem zweiten Mischer, der von dem Ausgangssignal des ersten
Bandpasses und einer Oszillatorfrequenz F₀₂ gespeist wird und
dessen Ausgang über einen zweiten Bandpaß mit einem Detektor
verbunden ist, und mit einer Frequenzsteuerschaltung für den
Yttrium-Granat-Oszillator, die einen Quarzoszillator von verhältnismäßig
niedriger Frequenz, einen Oberwellengenerator und
eine Phasenverriegelungseinrichtung mit einem Phasenkomparator zur Phasenverriegelung des
Yttrium-Granat-Oszillators mit einer der Oberwellen des Quarzoszillators
umfaßt.
Bei einem bekannten derartigen Frequenzanalysator für Mikrowellen
(Hewlett Packard Journal, September 1971) wird eine
harmonische Mischung verwendet zwecks Betrieb über einen großen
Frequenzbereich mit einem über eine einzige Oktave abstimmbaren
lokalen Oszillator, wofür ein YIG-Oszillator verwendet
ist. Die Frequenz desselben wird elektrisch durch eine automatische
Frequenzsteuerschaltung, die einen Quarzoszillator umfaßt,
abgestimmt.
Ein derartiger Analysator läßt sich nicht zum Überstreichen
eines großen Frequenzbereichs von Ausgangsfrequenzen in sehr
kleinen Frequenzabstufungen verwenden, wie man sie mit einer
Frequenzsyntheseschaltung erzeugen kann. Die Spektraleinheit
des steuerbaren Oszillators muß auch größer sein als die der
zu untersuchenden Signale, um keine Meßfehler zu verursachen.
Dies läßt sich zwar im allgemeinen durch die Verwendung eines
Yttrium-Granat-Oszillators erreichen, jedoch nicht für den Fall,
daß die zu untersuchenden Frequenzen sehr nahe bei einer Trägerfrequenz
liegen. In diesem Fall arbeitet nämlich der Yttrium-
Granat-Oszillator in einem Frequenzbereich, in welchem er einen
verhältnismäßig hohen Rauschanteil aufweist.
Die bekannte Schaltung erlaubt auch nicht das Überstreichen
eines weiten Frequenzbereichs von Ausgangsfrequenzen in sehr
kleinen Frequenzschritten, wie sie etwa mittels einer Frequenzsyntheseschaltung
erzeugbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzanalysator
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er sich
über einen sehr großen Frequenzbereich mit sehr kleinen Schritten
der Frequenzänderung verwenden läßt und daß er eine sehr
hohe spektrale Reinheit der Ausgangsfrequenz aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch einen mittels einer
Spannung, die von einer Vergleichsschaltung geliefert wird, in
seiner Frequenz steuerbaren Hilfsoszillator, der den Oberwellengenerator
und einen dritten Mischer ansteuert, dessen anderer
Eingang von dem Quarzoszillator angesteuert wird, und dadurch,
daß den Eingängen der Vergleichsschaltung einerseits
die subtraktive Zwischenfrequenz des dritten Mischers und andererseits
eine Frequenz zugeführt ist, die durch Teilung der
Ausgangsfrequenz einer Frequenzsyntheseschaltung in einem Frequenzteiler
erzeugt ist, dessen Teilungsverhältnis dem Vervielfachungsfaktor
des Oberwellengenerators entspricht, und durch
eine Einstellmöglichkeit der Frequenzsyntheseschaltung in
Schritten, die kleiner sind als die Frequenz des Quarzoszillators,
und durch eine Verbindung des Ausganges des Yttrium-
Granat-Oszillators sowie des Ausganges des Oberwellengenerators
mit den Eingängen des Phasenkomparators, wobei der Ausgang
des Phasenkomperators den Ausgang der Frequenzsteuerschaltung
bildet.
Es ist zwar bereits eine Schaltung bekannt (Gardner F. M.,
Facelock-Technics, New York 1979, John Wiley & Sons, S. 204 und
205), mit der sich unerwünschte Frequenzen unterdrücken lassen,
z. B. die Spiegelfrequenz, es ist jedoch nicht angegeben, auf
welche Weise ein sehr großer Frequenzbereich in sehr kleinen
Stufen mit einem variablen Oszillator und einem Oberwellengenerator
erzeugt werden kann, welcher die Ausgangsfrequenz mit dem
Faktor N multipliziert, ohne die spektrale Reinheit des Signals
des Quarzoszillators zu verschlechtern, und zwar trotz des Umstandes,
daß die Ausgangsfrequenz des variablen Oszillators so
bemessen sein muß, daß sie einen großen Frequenzschritt des
Frequenzbereichs überdeckt.
Erst durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird erstmalig erreicht,
daß trotz des Umstandes, daß ein großer Schritt der
Frequenzänderung des Ausgangssignals des YIG-Oszillators bereits
die Größe von 100 MHz hat und daß es verlangt wird, vierzig
solcher großen Frequenzschritte zu überdecken, um einen
angestrebten Frequenzbereich zu überdecken, um einen
angestrebten Frequenzbereich von 2 bis 6 GHz zu überstreichen,
die Ausgangsfrequenz des variablen Oszillators lediglich zwischen
110,7 und 101,7 MHz veränderbar zu sein braucht.
Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematischen
Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Frequenzanalysators.
Der in der Figur dargestellte Frequenzanalysator umfaßt einen
Eingangsfilter 1, der so bemessen ist, daß er das zu untersuchende
Frequenzband der Frequenzänderungen einer sehr hohen
Trägerfrequenz hindurchläßt. Der Eingangsfilter 1 ist beispielsweise
für eine Trägerfrequenz von 1,700 bis 5,700 GHz
ausgelegt. Der Ausgang des Eingangsfilters 1 führt an einen
ersten Mischer 2, dem außerdem die Ausgangsfrequenz eines
Yttrium-Granat-Oszillators 3 zugeführt ist. Ein derartiger
Oszillator weist einen Resonator auf, der aus einer Kugel aus
Eisengranat und Yttrium gebildet ist, die die Eigenschaft hat,
ihre Resonanzfrequenz in einem weiten Bereich in Abhängigkeit
von der Höhe des die Kugel durchsetzenden Magnetfeldes zu
ändern. Die Frequenz kann beispielsweise in einem Bereich von
2000 bis 6000 MHz verändert werden. Auf den ersten
Mischer 2 folgt ein erster Bandpaß 4, der eine subtraktive Zwischenfrequenz
von 300 MHz durchläßt und diese an einen zweiten Mischer
5 gibt, dem außerdem eine Festfrequenz F₀₂ von 290 MHz zugeführt
wird. Die subtraktive Zwischenfrequenz von 10 MHz am Ausgang des
zweiten Mischers 5 gelangt über einen zweiten Bandpaß 6 an einen
Detektor 7. Die am Ausgang desselben auftretenden Videobestandteile
bilden das zu analysierende Spektrum, nachdem sie von der
Trägerfrequenz befreit worden sind. Für jede Frequenz des Yttrium-
Granat-Oszillators 3 wird die Spannung am Ausgang des Detektors 7
gemessen, wodurch die Frequenzanalyse erfolgt.
Der oben beschriebene Schaltungsteil ist an sich bekannt. Durch
die Frequenzumwandlungen in den Mischern 2 und 5 ergibt sich ein
Analysensignal in einem festen Frequenzbereich, in diesem Falle
im Bereich von 10 MHz, in dem das Filtern und Gleichrichten keine
Schwierigkeiten bietet.
Die Verwendung eines Yttrium-Granat-Oszillators mit einer Güte
entsprechend einem Spannungsüberhöhungskoeffizienten von etwa
1000 bis 3000 liefert zwar ein Signal großer Spektralreinheit,
jedoch ist der Rauschanteil des Oszillators für Spektralkomponenten,
die nahe der Trägerfrequenz liegen, deutlich größer als für
solche Komponenten, die weiter von der Trägerfrequenz entfernt
liegen, so daß bei manchen Anwendungen das Rauschen des Oszilllators
für Frequenzen nahe der Trägerfrequenz noch zu groß ist.
Bei einem Yttrium-Granat-Oszillator, der durch einen Quarzoszillator
geregelt ist, und dessen Resonator einen Spannungsüberholungskoeffizienten
in der Größe von 100.000 hat, wobei der
Yttrium-Granat-Oszillator mit aufeinanderfolgenden Oberwellen
des Quarzoszillators phasenverriegelt ist, ergeben sich wesentlich
kleinere Rauschkomponenten. Hierbei wird ein Quarz mit einer
Frequenz verwendet, die genügend hoch ist, damit sein Eigenrauschen
nicht übermäßig vergrößert wird. Bei Verwendung eines Quarzes
mit einer Frequenz von 100 MHz wird der Rauschanteil höchstens
um den Faktor 60 verstärkt. Hierbei kann der Yttrium-Granat-
Oszillator aufeinanderfolgend die Frequenzen 2000, 2100, 2200 . . .
6000 MHz annehmen, so daß man also noch ein Intervall von 100 MHz
zwischen diesen aufeinanderfolgenden Frequenzen abdecken muß. Hierzu
kann man die Frequenzumsetzung in dem zweiten Mischer 5 variabel
gestalten, indem man die diesem Mischer zugeführte Oszillatorfrequenz
von Hand zwischen 240 und 340 MHz einstellbar macht.
Der erste Bandpaß 4 muß dann allerdings ein verhältnismäßig großes
Frequenzband durchlassen, so daß in manchen Fällen die Spiegelfrequenz
nicht richtig ausgesiebt wird. Diese Lösung ist daher
praktisch nicht annehmbar, wenn man eine hochwertige Frequenzspektralanalyse
durchführen will.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Der Yttrium-Granat-Oszillator 3
wird von einer Frequenzsteuerschaltung in seiner Frequenz in dem
gesamten gewünschten Frequenzbereich gesteuert, und zwar unter
Zuhilfenahme eines Quarzoszillators, von dem eine ausreichend
hohe Oberwelle verwendet wird, die eine genügend hohe Spektralreinheit
aufweist.
Diese Frequenzsteuerschaltung umfaßt einen mittels einer Spannung
in seiner Frequenz steuerbaren Hilfsoszillator 30, dessen Ausgangsfrequenz
einerseits einem Oberwellengenerator 31 und andererseits
einem dritten Mischer 33 zugeführt wird. Der Oberwellengenerator
31 führt an einen Eingang eines Phasenkomperators 32, dessen anderer
Eingang von der Frequenz des Yttrium-Granat-Oszillators 3
beaufschlagt wird. An den anderen Eingang des dritten Mischers 33
ist die Frequenz des Quarzoszillators 34 gelegt. Die Zwischenfrequenz
des dritten Mischers 33 gelangt über einen Bandpaß 35 für
die subtraktive Zwischenfrequenz an einen Phasen-Frequenzkomparator
als Vergleichsschaltung 37, der außerdem eine Frequenz zugeführt
wird, die aus einer Frequenzsyntheseschaltung 39 gewonnen
wird, die in einem einstellbaren Frequenzteiler 38 um den Faktor
N geteilt worden ist. Die Frequenzsyntheseschaltung ist so ausgebildet,
daß sie eine variable Frequenz zwischen 100 und 200 MHz
liefert, die in kleinen Schritten einstellbar ist. Der Ausgang der
Vergleichsschaltung 37 ist mit dem Frequenzsteuereingang des Hilfsoszillators
30 verbunden.
Wenn die Frequenzsyntheseschaltung auf eine Frequenz von 100 MHz+Δ
eingestellt ist, empfängt die Vergleichsschaltung 37 im eingeregelten
Zustand des Hilfsoszillators 30 zwei gleiche Frequenzen von
(100 MHz + Δ ). Die Frequenz des Hilfsoszillators 30 ist also:
+ 100 MHz,
und die des Yttrium-Granat-Oszillators 3 ist
N×100 MHz+100 MHz+Δ.
Anders ausgedrückt ändert sich die Frequenz in großen Schritten von 100 MHz und bedeckt den Bereich zwischen zwei großen Schritten in kleinen Schritten, die denen der Frequenzsyntheseschaltung 39 entspricht und die je nach Wunsch beliebig klein gewählt werden können.
+ 100 MHz,
und die des Yttrium-Granat-Oszillators 3 ist
N×100 MHz+100 MHz+Δ.
Anders ausgedrückt ändert sich die Frequenz in großen Schritten von 100 MHz und bedeckt den Bereich zwischen zwei großen Schritten in kleinen Schritten, die denen der Frequenzsyntheseschaltung 39 entspricht und die je nach Wunsch beliebig klein gewählt werden können.
Die Frequenz des Yttrium-Granat-Oszillators 3 ist durch eine Spannung
V c von Hand steuerbar. Es sei bemerkt, daß die Frequenz des
Hilfsoszillators 30 für eine Frequenz des Yttrium-Granat-Oszillators
3 zwischen 2000 und 6000 MHz zwischen den äußeren Grenzen von
etwa 110,7 und 101,7 variiert und daß die Abhängigkeit dieser Variation
einem Sägezahnverlauf mit abnehmender Amplitude entspricht.
Wenn zum Beispiel die Frequenz des Yttrium-Granat-Oszillators 3
von 2000 auf 2100 MHz ansteigt, wächst die des Hilfsoszillators 30
von 105,2 auf 110,7, um dann plötzlich auf einen Wert von 105 MHz
abzufallen, während bei einem Frequenzanstieg des Oszillators 3
von 5400 auf 6000 MHz die Frequenz des Hilfsoszillators 30 von
101,72 auf 103,4 ansteigt, um dann plötzlich auf 101,69 MHz abzufallen.
Daraus ergibt sich letztlich, daß der Hilfsoszillator 30 geringe
Frequenzvariationen aufweist, also eine große Spektralreinheit hat,
und daß die Frequenzänderungen umso kleiner sind, je höher die zu
messende Frequenzkomponente ist. Die parasitären Frequenzen, die
durch die Regelung entstehen, erzeugen eine genügend hohe Frequenz,
die sich durch den Eingangsfilter 1 aussieben lassen, und auch
die Spiegelfrequenz wird durch diesen ausgesiebt.
Claims (1)
- Frequenzanalysator für sehr hohe Frequenzen, mit einem ersten Mischer (2), dem das zu untersuchende Frequenzspektrum sowie das Ausgangssignal eines Yttrium-Granat-Oszillators (3) zugeführt wird, mit einem auf den ersten Mischer folgenden ersten Bandpaß (4) für eine Festfrequenz, die wesentlich unter der niedrigsten zu untersuchenden Frequenz liegt, mit einem zweiten Mischer (5), der von dem Ausgangssignal des ersten Bandpasses (4) und einer Oszillatorfrequenz (F₀₂) gespeist wird und dessen Ausgang über einen zweiten Bandpaß (6) mit einem Detektor (7) verbunden ist, und mit einer Frequenzsteuerschaltung für den Yttrium- Granat-Oszillator (3), die einen Quarzoszillator (34) von verhältnismäßig niedriger Frequenz, einen Oberwellengenerator (31) und eine Phasenverriegelungseinrichtung mit einem Phasenkomperator zur Phasenverriegelung des Yttrium-Granat-Oszillators (3) mit einer der Oberwellen des Quarzoszillators (34) umfaßt, gekennzeichnet durch einen mittels einer Spannung, die von einer Vergleichsschaltung (37) geliefert wird, in seiner Frequenz steuerbaren Hilfsoszillator (30), der den Oberwellengenerator (31) und einen dritten Mischer (33) ansteuert, dessen anderer Eingang von dem Quarzoszillator (34) angesteuert wird, und dadurch, daß den Eingängen der Vergleichsschaltung (37) einerseits die subtraktive Zwischenfrequenz des dritten Mischers (33) und andererseits eine Frequenz zugeführt ist, die durch Teilung der Ausgangsfrequenz einer Frequenzsyntheseschaltung (39) in einem Frequenzteiler (38) erzeugt ist, dessen Teilungsverhältnis dem Vervielfachungsfaktor des Oberwellengenerators (31) entspricht, und durch eine Einstellmöglichkeit der Frequenzsyntheseschaltung (39) in Schritten, die kleiner sind als die Frequenz des Quarzoszillators (34), und durch eine Verbindung des Ausganges des Yttrium-Granatoszillators (3) sowie des Ausganges des Oberwellengenerators (31) mit den Eingängen des Phasenkomparators (32), wobei der Ausgang des Phasenkomparators (32) den Ausgang der Frequenzschaltung bildet.
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8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: SP. 1, Z. 19 "PHASENKOMPERATOR" AENDERN IN "PHASENKOMPARATOR" SP. 1, Z. 43/44 "FREQUENZSCHALTUNG" AENDERN IN "FREQUENZSTEUERSCHALTUNG" SP. 3, Z. 61 "SPANNUNGSUEBERHOLUNGSKOEFFIZIENTEN" AENDERN IN "SPANNUNGSUEBERHOEHUNGSKOEFFIZIENTEN" |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |