DE4024438C2

DE4024438C2 - Digitaler Echtzeit-Frequenzmesser mit räumlicher Abtastung

Info

Publication number: DE4024438C2
Application number: DE4024438A
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Montardy; Eric Chamouard; Daniel Jahan
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: GB2263554A; IT9067580A0; GB9017032D0; FR2686702A1; SE9002654D0; SE9002654L; IT9067580A1; SE513753C2; DE4024438A1; FR2686702B1; IT1242719B

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzmesser, bei welchem eine räumliche Frequenzmessung an der Hüllkurve einer ste henden Welle vorgenommen wird, die durch das Signal, dessen Frequenz gemessen werden soll, in einer kurzgeschlossenen Übertragungsleitung erzeugt wird.

Bei einem derartigen Frequenzmesser erfolgt die Frequenzmes sung durch Spektralanalyse, wobei das signifikante Maximum des Betrags der Fouriertransformierten der Hüllkurve der stehenden Welle aufgesucht wird, die durch eine Anzahl von Dioden detektiert wird, welche entlang der Übertragungslei tung verteilt sind. Da man in der Praxis nur über eine dis krete Fouriertransformierte mit einer begrenzten Anzahl von Punkten verfügt, erfolgt diese Messung durch Bestimmung des jenigen Punktes der diskreten Fouriertransformierten, welcher im Betrag dem Maximum entspricht, woraufhin eine Interpola tion um diesen Punkt herum vorgenommen wird.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik kann die Interpola tion, wenn sie präzise sein soll, nur digital erfolgen, so daß die Punkte der diskreten Fouriertransformierten digita lisiert werden müssen oder gegebenenfalls auch die entlang der Übertragungsleitung erfaßten Spannungen, wobei die Spek tralanalyse dann gleichfalls digital erfolgt.

Aus der US-Patentschrift Nr. 3,541,443 ist ein Verfahren zur Frequenzmessung bekannt, das auf der Untersuchung der Hüll kurve von stehenden Wellen beruht, die durch das Signal, dessen Frequenz gemessen werden soll, in einer kurzgeschlos senen Übertragungsleitung erzeugt werden. Dieses Meßver fahren besteht darin, auf der Übertragungsleitung zwei Detektoren an zwei Punkten anzuordnen, die experimentell so bestimmt werden, daß man am Ausgang der Detektoren ein Spannungsverhältnis erhält, das sich über den zu messenden Frequenzbereich möglichst linear verändert. Dieses Span nungsverhältnis wird dann digitalisiert, um einen digitalen Wert der gemessenen Frequenz zu erhalten. Die Digitali sierung wird mit Hilfe analoger Verstärker mit einem inver tierten Ausgang und einem nichtinvertierten Ausgang, Wider standsnetzwerken und Schwellwertkomparatoren bewirkt.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 313 765 A1 ist ein weiteres Frequenzmeßverfahren bekannt, das auf dem Interferometerprinzip beruht. Die Anordnung zum Durchführen des Verfahrens weist N Detektorzellen auf, wobei jede Detek torzelle eine Codestelle des zu ermittelnden N-Bit breiten digitalen Frequenzwerts darstellt. Bei N=4 Detektorzellen können deren Kennlinien so ausgebildet sein, daß die erste Detektorzelle bis zur Hälfte des zu messenden Frequenz bereichs einen Frequenzwert von -1 und ab der Hälfte des zu messenden Frequenzbereichs einen Frequenzwert von +1 aus gibt. Von der zweiten bis zur vierten Detektorzelle ist der Frequenzbereich zunehmend feiner aufgeteilt und die Anzahl der Nulldurchgänge der Kennlinie erhöht sich.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Frequenzmesser ge schaffen werden, der präzise arbeitet und einfach aufgebaut ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein digitaler Echtzeit-Frequenz messer, der mit räumlicher Abtastung arbeitet und versehen ist mit:

- einer Übertragungsleitung, die ausgangsseitig kurzgeschlos sen ist und eingangsseitig ein Signal mit der unbekannten, zu messenden Frequenz empfängt, wobei dieses Signal in der Übertragungsleitung stehende Wellen erzeugt;
- Detektoren, die entlang der Übertragungsleitung verteilt sind und die Amplitude der Hüllkurve der stehenden Welle abtasten, die im Inneren der Übertragungsleitung entsteht;
- ersten Mitteln, um eine Diskriminierung der räumlichen Frequenz vorzunehmen, deren Anteil gleich m ist, worin m eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist, wobei diese Mittel an ihren Eingängen parallel an die Ausgänge der De tektoren angeschlossen sind und die eine periodische Fre quenzantwort aufweisen, mit abwechselnden Durchlaßbändern und Sperrbändern, die durch Übergänge getrennt sind, wel che gleichmäßig in dem gesamten Frequenzbereich des Fre quenzmessers verteilt sind, wobei sich ihre Anzahl verdop pelt, wenn man von einer räumlichen Frequenzdiskriminator einrichtung zu einer anderen übergeht, wobei ferner diese Anzahl von einem einzigen Übergang in der Nähe der Hälfte des gesamten Frequenzbereiches des Frequenzmessers für eine erste räumliche Frequenzdiskriminatoreinrichtung aus geht, um in einem anderen 2^m-1 Übergänge zu erreichen;
- zweite Frequenzdiskriminatormittel, deren Anzahl gleich m ist und die an ihren Eingängen parallel mit den Ausgängen der Detektoren verbunden sind sowie über eine Frequenzant wort verfügen, die jeweils komplementär zu der der ersten räumlichen Frequenzdiskriminatormittel ist; und
- eine Menge von m Komparatoren, die jeweils das Ausgangssi gnal eines ersten räumlichen Frequenzdiskriminatormittels mit dem des zweiten räumlichen Frequenzdiskriminatormit tels vergleichen, dessen Frequenzantwort jeweils komple mentär zur eigenen Frequenzantwort ist, und gemeinsam ein Wort aus m Bits abgeben, das charakteristisch für die zu messende Frequenz ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante werden die zweiten räum lichen Frequenzdiskriminatormittel, deren Frequenzantwort komplementär zu der der ersten räumlichen Frequenzdiskrimi natormittel sind, durch eine einzige zweite räumliche Fre quenzdiskriminatoreinrichtung ersetzt, deren Frequenzantwort vom Typ eines Bandpasses ist, mit einem Ausgangssignalpegel, der dem mittleren Signalpegel an den Ausgängen der ersten räumlichen Frequenzdiskriminatormittel entspricht, wobei die m Komparatoren jeweils das Ausgangssignal eines ersten räum lichen Frequenzdiskriminatormittels mit dem des zweiten räumlichen Frequenzdiskriminatormittels vergleichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Frequenz messers;

Fig. 2 ein Diagramm, welches jeweils die Frequenzantwort der räumlichen Frequenzdiskriminatormittel zeigt, die bei dem erfindungsgemäßen Frequenzmesser ver wendet werden;

Fig. 3 ein Prinzipschema einer Ausführungsform des Fre quenzmessers;

Fig. 4 ein Diagramm, dessen Kurven jeweils die Frequenz antwort darstellen, die am Ausgang der Differenz verstärker in dem Prinzipschema nach Fig. 3 er scheint;

Fig. 5 eine praktische Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Frequenzmessers;

Fig. 6 eine weitere praktische Ausführungsform des Fre quenzmessers; und

Fig. 7 eine Ausführungsvariante, die darin besteht, daß zwei der in den vorausgehenden Figuren gezeigten Frequenzmesser in Kaskade geschaltet werden.

In Fig. 1 ist eine Übertragungsleitung 1 zu erkennen, deren eines Ende 2 kurzgeschlossen ist und deren anderes Ende 3 ein Signal sin wt aufnimmt, dessen Frequenz gemessen werden soll. In dieser Übertragungsleitung entsteht eine stehende Welle, deren räumliche Frequenz Fs mit der Frequenz f des ankommenden Signals durch folgende Beziehung verknüpft ist.

f = c Fs/2 (1)

Darin ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen in der Übertragungsleitung. N Quadratdetektoren, die jeweils durch eine Diode 11, 12, 13, 14, 15 bzw. 16 verdeutlicht sind, gefolgt von einem Tiefpaßfilter 21, 22, 23, 24, 25 bzw. 26, sind eingangsseitig an Abgriffe angeschlossen, die gleich mäßig entlang der Übertragungsleitung 1 verteilt sind. Der Teilungsschritt dieser Abgriffe entspricht, um dem Abtast theorem zu genügen, der Hälfte der minimalen räumlichen Pe riode der Hüllkurven von stehenden Wellen, die in der Über tragungsleitung 1 entstehen können, wenn ein zu messendes Signal die maximal für den Frequenzmesser zulässige Frequenz aufweist. Die Kenntnis des Abstandes des Kurzschlusses von dem nächsten Quadratdetektor ermöglicht die Ausnutzung des Spiegeleffektes, der durch den Kurzschluß erzeugt wird, um eine Übertragungsleitung von doppelter Länge zur räumlichen Abtastung zu simulieren, die an zwei Enden das Signal auf nimmt, dessen Frequenz gemessen werden soll.

Die N Ausgänge der Quadratdetektoren sind mit den N Leitern einer Busleitung 4 verbunden, welche an die Eingänge von zwei Bänken von m räumlichen Frequenzdiskriminatoren 31, 32, 33 sowie 41, 42, 43 verbunden sind. Die erste Bank von räum lichen Frequenzdiskriminatoren 31, 32, 33 besteht aus m räum lichen Frequenzdiskriminatoren, die eine periodische Fre quenzantwort haben, mit abwechselnden Durchlaß- und Sperr bändern, die durch Übergänge getrennt sind, welche gleich mäßig in dem gesamten Frequenzbereich des Frequenzmessers verteilt sind, wobei ihre Anzahl von einem räumlichen Fre quenzdiskriminator zum anderen verdoppelt wird, wenn man in einem räumlichen Frequenzdiskriminator 31 mit einem einzigen Übergang in der Nähe der Hälfte des gesamten Frequenzberei ches des Frequenzmessers ausgeht, um letztlich bei einem anderen räumlichen Frequenzdiskriminator 33 eine Anzahl 2 ^m-1 Übergänge zu erreichen, wobei in den Zwischenstufen 2 ¹, 2 ^{2
.} . . 2^m-2 Übergänge vorhanden sind. Die zweite Bank von m räumlichen Frequenzdiskriminatoren 41, 42, 43 besteht aus räumlichen Frequenzdiskriminatoren, deren Frequenzantwort jeweils komplementär zu der der räumlichen Frequenzdiskrimi natoren 31, 32, 33 der ersten Bank ist. Die Ausgänge jedes Paares von räumlichen Frequenzdiskriminatoren 31, 41 bzw. 32, 42 sowie 33, 43 der beiden Bänke, deren Frequenzantwort jeweils komplementär ist, sind mit den Eingängen eines Kom parators 51 bzw. 52 bzw. 53 verbunden, der ausgangsseitig ein binäres Signal erzeugt, welches den einen oder anderen Zustand aufweist, je nachdem, ob die zu messende Frequenz innerhalb des Durchlaßbandes oder des Sperrbandes des räum lichen Frequenzdiskriminators liegt, der in dem betrachteten Paar zur ersten Bank gehört. Die Ausgänge der Komparatoren 51, 52, 53 geben ein Binärwort aus m Bits ab, das kennzeich nend für die relative Lage der zu messenden Frequenz im In neren des gesamten Frequenzbandes des Frequenzmessers ist und an einen Codierer 60 angelegt wird, welcher eine Umco dierung dieses Wortes aus m Bits in einen natürlichen Binär code vornimmt.

Die in Fig. 2 gezeigten Diagramme stellen jeweils die Fre quenzantwort der ersten und der zweiten Bank von räumlichen Frequenzdiskriminatoren dar, als Funktion der zeitlichen Frequenz des an die Übertragungsleitung 1 angelegten Signals, welche sich aus der räumlichen Frequenz der stehenden Welle in der Übertragungsleitung 1 über die lineare Beziehung (1) ableitet.

Die Kurve V₁ entspricht der Frequenzanwort des räumlichen Frequenzdiskriminators 31 der ersten Bank. Sie zeigt einen einzigen Übergang in der Nähe der Mitte des gesamten Fre quenzbereiches des Frequenzmessers zwischen einem Sperrband, das den niedrigen Frequenzbereich einnimmt, und einem Druch laßband, das den oberen Frequenzbereich einnimmt.

Die Kurve V'₁ entspricht der Frequenzantwort des räumlichen Frequenzdiskriminators 41 der zweiten Bank. Ihre Form ist komplementär zur Kurve V₁. Sie zeigt einen einzigen Übergang in der Nähe der Mitte des gesamten Frequenzbereiches des Frequenzmessers zwischen einem Durchlaßband, das den niedri gen Frequenzbereich einnimmt, und einem Sperrband, das den oberen Frequenzbereich einnimmt.

Die Kombination dieser beiden Frequenzantworten V₁ und V_'1 am additiven und am subtraktiven Eingang des Komparators 51 ermöglicht es, am Ausgang desselben ein Binärsignal im Zu stand 0 abzunehmen, wenn die Frequenz des zu messenden Si gnals innerhalb des Sperrbandes des räumlichen Frequenzdis kriminators 31 der ersten Bank und innerhalb des unteren Frequenzbereiches des Frequenzmessers liegt, oder ein Signal im Zustand 1, wenn die Frequenz des zu messenden Signals im Durchlaßband des räumlichen Frequenzdiskriminators 31 der ersten Bank und im oberen Frequenzbereich des Frequenzmes sers liegt.

Die Kurve V₂ entspricht der Frequenzantwort des räumlichen Frequenzdiskriminators 32 der ersten Bank. Sie weist zwei Übergänge, die in der Nähe der Mittelwerte des niedrigen und des hohen Frequenzbereiches des Frequenzmessers liegen und ein zentrales Durchlaßband begrenzen, das zwischen zwei Sperrbändern liegt, wobei die Breite des Durchlaßbandes der der beiden gesperrten Bereiche entspricht.

Die Kurve V'₂ entspricht der Frequenzantwort des räumlichen Frequenzdiskriminators 42 der zweiten Bank. Ihre Form ist komplementär zu der der Kurve V₂.

Die Kombination dieser beiden Frequenzantworten V₂, V'₂ am additiven und am subtraktiven Eingang des Komparators 52 ermöglicht es, am Ausgang desselben ein Binärsignal im Zu stand 0 abzunehmen, wenn die Frequenz des zu messenden Si gnals im Sperrband des räumlichen Frequenzdiskriminators 32 und in der ersten Hälfte des niedrigen Frequenzbereiches oder in der zweiten Hälfte des oberen Frequenzbereiches des Frequenzmessers liegt, bzw. ein Signal im Zustand 1, wenn die Freuqenz des zu messenden Signals im Durchlaßband des räumlichen Frequenzdiskriminators 32 sowie in der zweiten Hälfte des niedrigen Frequenzbereiches oder in der ersten Hälfte des oberen Frequenzbereiches des Frequenzmessers liegt.

Der Zustand des Binärsignals am Ausgang des Komparators 52 ermöglicht die Bestimmung der zu messenden Signalfrequenz in bezug auf eine alternierende Reihe von 1 + 2¹ Bereichen, wo durch der Gesamtfrequenzbereich des Frequenzmessers unter teilt ist. In Kombination mit dem Zustand des Binärsignals am Ausgang des Komparators 51 ermöglicht er die Bestimmung der zu messenden Signalfrequenz in bezug auf eine Folge von 2² Bereichen gleicher Breite, die den Gesamtfrequenzbereich des Frequenzmessers einnehmen.

Die Kurve V_m entspricht der Frequenzantwort des letzten räum lichen Frequenzdiskriminators 33 der ersten Bank. Sie weist 2^m-1 Übergänge zwischen Durchlaßbereichen und Sperrbereichen auf, welche gleichmäßig innerhalb des Gesamtfrequenzberei ches des Frequenzmessers verteilt liegen.

Die Kurve V'_m entspricht der Frequenzantwort des letzten räumlichen Frequenzdiskriminators 43 der zweiten Bank. Ihre Form ist komplementär zu der der Kurve V_m.

Die Kombination dieser beiden Frequenzantworten am additiven und am subtraktiven Eingang des Komparators 53 ermöglicht es, am Ausgang desselben ein Binärsignal im Zustand 0 abzu nehmen, wenn die Frequenz des zu messenden Signals in einem Sperrband des räumlichen Frequenzdiskriminators 33 liegt, oder ein Signal im Zustand 1, wenn die Frequenz des zu mes senden Signals in einem Durchlaßband des räumlichen Fre quenzdiskriminators 33 liegt, um so die zu messende Signal frequenz in bezug auf eine alternierende Reihe von 1 + 2^m-1 Bereichen zu bestimmen, wodurch der Gesamtfrequenzbereich des Frequenzmessers unterteilt ist.

Aufgrund dieses Binärsignals, das durch die Gesamtheit der Ausgangssignale der anderen Komparatoren 51, 52 vervollstän digt wird, kann die zu messende Signalfrequenz bestimmt wer den, indem ihre Lage in bezug auf eine Aufeinanderfolge von 2^m Bereichen gleicher Breite bestimmt wird, die den gesamten Frequenzbereich des Frequenzmessers einnehmen und eine Art Abstufung bilden, die um so feiner ist, je größer die Zahl m ist.

Die Synthese der räumlichen Frequenzdiskriminatoren erfolgt dadurch, daß in geeigneter Weise die Frequenzantworten der schmalbandigen Frequenzdiskriminatoren kombiniert werden, die in dem Gesamtfrequenzbereich des Frequenzmessers ver teilt liegen und die Punkte der diskreten Fouriertranforma tion bilden, welche aus den Spannungen berechnet wird, die von den N Quadratdetektoren abgegeben werden.

Diese Punkte der diskreten Fouriertransformation bilden näm lich ein reelles Spektrum, da die Übertragungsleitung kurz geschlossen ist und die detektierten Spannungen symmetrisch in bezug auf den Kurzschluß sind. Sie haben folgende Werte:

Darin ist p(n) die normierte Position des n-ten Detektors (im allgemeinen 1, 2, 3 . . . oder 0, 5-1, 5-2, 5 . . .), wobei die Detektoren in wachsender Reihenfolge numeriert sind, ausgehend von dem, der an das freie Ende 3 der Übertragungs leitung angeschlossen ist, um zu dem überzugehen, welcher in der Nähe des kurzgeschlossenen Endes 2 der Übertragungslei tung angeschlossen ist, während k die Ordnung der Abtastpro be der diskreten Fouriertransformierten ist, die in anwach sender Reihe numeriert wird, indem man von den niedrigen Frequenzen zu den hohen Frequenzen übergeht; V_n ist die durch den n-ten Detektor detektierte Spannung.

Zur Verwirklichung eines Filters, dessen Frequenzantwort eine bestimmte Form hat, müssen nur die Punkte der diskreten Fouriertransformierten an den Abszissenwerten

dieser mit der betrachteten Frequenzantwort X(F) gewichtet werden:

Wenn F(k) durch seinen Wert ausgedrückt wird, erhält man:

was auch geschrieben werden kann, indem die Aufsummierungen permutiert werden:

Der letztere Ausdruck zeigt, daß die gesuchte Frequenzant wort X(f) durch eine Linearkombination der detektierten Spannungswerte V_n erhalten werden kann, wenn sie mit den reellen Koeffizienten C_n von folgendem Wert gewichtet werden:

Bei der vorausgehenden Betrachtung wurden die Auswirkungen der Abtastung nicht berücksichtigt, die aber groß sind, denn die Anzahl N von Detektoren ist im allgemeinen klein, so daß in der Praxis die Wichtungskoeffizienten in Abhängigkeit von der angestrebten Leistungsfähigkeit optimiert werden müssen.

Die Fig. 3 zeigt ein Prinzipschema des digitalen Frequenz messers, worin jedes Paar von räumlichen Frequenzdiskrimina toren, die an den Eingang eines Komparators 51', 52', 53' angeschlossen sind, durch einen einzigen Differenzverstärker 71, 72 oder 73 gebildet ist, der an seinen Eingängen die Spannungen V_n empfängt, welche die Detektoren abgeben, je weils über einen Widerstand, dessen Funktion der Wichtung entspricht. Jeder Widerstand weist einen Wichtungskoeffi zienten C"_n auf, der positiv ist, wenn er an den nichtinver tierenden Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, oder negativ, wenn er an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, entsprechend der Summe von Wichtungskoeffizienten C_n, C'_n gleicher Ordnung der Diskriminatoren des betrachteten Paares.

Die Fig. 4 zeigt die Ausgangsspannungen V₇₁ bis V₇₃ der Dif ferenzverstärker 71 bis 73 in Fig. 3, die unmittelbar die Differenz der Ausgangssignale der komplementären räumlichen Frequenzdiskriminatoren der in Fig. 2 gezeigten Art bilden. Die Ausgangskomparatoren 51' bis 53' vergleichen mit der Re ferenzgröße 0 und arbeiten folglich als Polaritätsdetektoren.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines digitalen Frequenz messers, bei welchem der Differenzverstärker jedes Paares von Diskriminatoren aus zwei aufeinanderfolgenden invertie renden Operationsverstärkerstufen 710, 711 bzw. 720, 721 so wie 730, 731 besteht, die jeweils mit einem Gegenkopplungs widerstand 712, 713 bzw. 722, 723 sowie 732, 733 versehen sind.

Die Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer vereinfachten Ausfüh rung des Frequenzmessers, bei welchem die Differenzverstär ker der Paare von räumlichen Frequenzdiskriminatoren eine erste gemeinsame Stufe 700 und verschiedene zweite Stufen 714, 715, 716 aufweisen. Die gemeinsame Verwendung der er sten Stufe 700 der Differenzverstärker vermindert die Anzahl von verwendeten Operationsverstärkern sowie die Anzahl von Wichtungswiderständen. Sie rechtfertigt sich durch die fol gende Gleichung, welche die Frequenzantwort X"m(f) desselben Paares von räumlichen Frequenzdiskriminatoren wiedergibt:

Wenn die Koeffizienten Xn so gewählt werden, daß der Term C"m, n-Xn negativ ist, unabhängig von dem jeweiligen Paar von räumlichen Frequenzdiskriminatoren, so ist ersichtlich, daß die Wichtungskoeffizienten aller Paare von räumlichen Fre quenzdiskriminatoren zerlegt werden können in einen Satz von Wichtungskoeffizienten (C"m, n-Xn), die alle negativ sind und für jedes Paar von räumlichen Frequenzdiskriminatoren va riieren, sowie in einen Satz von Wichtungskoeffizienten Xn, die alle positiv sind und für alle Paare von räumlichen Fre quenzdiskriminatoren invariant sind. Der Satz von postiven Wichtungskoeffizienten Xn wird mittels der ersten gemeinsa men invertierenden Operationsverstärkerstufe 700 verwirk licht, die eingangsseitig über Widerstände mit den verschie denen Ausgängen der Detektoren verbunden ist, während der Satz von negativen Wichtungskoeffizienten durch die zweiten, individuellen und invertierenden Operationsverstärkerstufen 714, 715, 716 gebildet wird, die eingangsseitig über Wider stände mit dem Ausgang der ersten Stufe sowie mit den ver schiedenen Detektoren verbunden sind. Diese Schaltungsaus führung läuft in der Praxis darauf hinaus, daß als zweiter Diskriminator jedes Paares ein einziger räumlicher Frequenz diskriminator verwendet wird, dessen Frequenzantwort vom Typ eines Allpasses ist und der ausgangsseitig ein Signal abgibt, dessen Pegel dem mittleren Ausgangspegel des ersten räumli chen Frequenzdiskriminators jedes Paares entspricht.

Die Fig. 7 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsvariante, die darin besteht, daß zwei Frequenzmesser der vorstehend beschriebenen Art in Kaskade geschaltet werden, mit einem gemeinsam verwendeten Codierer, unter Verwendung von Über tragungsleitungen verschiedener Länge. Die erste Schaltungs anordnung 100 arbeitet mit einer Übertragungsleitung 101, deren Zwischenabgriffe einen Abstand aufweisen, der in Ab hängigkeit vom gesamten Betriebsfrequenzbereich gewählt ist, und liefert ein Wort aus m' Bits, welches die zu messende Frequenz darstellt. Die zweite Schaltungsanordnung 200 ar beitet mit einer Übertragungsleitung 201, deren Zwischenab griffe einen größeren Abstand haben, für ein Betriebsfre quenzband, das 2^m'-mal kleiner ist, und liefert ein Binär wort aus m" Bits, welches die zu messende Frequenz mit einer Genauigkeit darstellt, die 2^m'-mal so groß ist wie die des Binärwortes der ersten Stufe 100, wobei jedoch die Mehrdeu tigkeiten durch das Binärwort dieser ersten Schaltungsanord nung aufgelöst sind. Das von der ersten Schaltungsanordnung 100 abgegebene Binärwort aus m' Bits und das von der zweiten Schaltungsanordnung 200 abgegebene Binärwort von m" Bits werden an einen gemeinsamen Codierer 300 angelegt, der einen Meßwert für die Frequenz im natürlichen Binärcode auf m' + m" Bits ausgibt.

Die Genauigkeit dieser beiden in Kaskade geschalteten Schal tungsanordnungen ist die einer Anordnung, die m' + m" Bits als Frequenzmeßwert abgibt und etwa 2^m'+m' Detektoren benötigt, während nur 2^m' + 2^m' vorhanden sind.

In der Praxis hat die Abtastung in diesen beiden, in Kaskade geschalteten Schaltungsanordnungen zur Wirkung, daß die Emp findlichkeit der zweiten Schaltungsanordnung 200 periodisch in Abhängigkeit von der Frequenz gegen Null geht. Der Kom paratur 400 hat die Aufgabe, festzustellen, ob die zweite Schaltungsanordnung 200 in einer Zone geringer Empfindlich keit arbeitet. Wenn dies zutrifft, muß die von der zweiten Schaltungsanordnung gemessene Frequenz durch die ersetzt werden, die der Zone geringer Empfindlichkeit entspricht. Für den Fall, daß sich der am Ende des Übertragungsleitung 200 liegende Kurzschluß in einem Abstand von dem ersten De tektor befindet, der gleich der Hälfte des Teilungsabstandes zwischen den Detektoren ist, ist dieser zu ersetzende Wert 0. Diese Ersetzung erfolgt durch AND-Torschaltungen 500, die durch den Komparator 400 gesteuert werden und zwischen die zweite Schaltungsanordnung 200 und den Codierer 300 einge fügt sind.

Claims

1. Digitaler Echtzeit-Frequenzmesser, der mit räumlicher Abtastung arbeitet, mit

- einer Übertragungsleitung (1), die am Ausgang (2) kurzge schlossen ist und am Eingang (3) ein Signal der zu messen den Frequenz aufnimmt, wobei dieses Signal eine stehende Welle in der Übertragungsleitung (1) erzeugt; und
- Detektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16), die entlang der Über tragungsleitung (1) verteilt sind und die Amplitude der Hüllkurve der stehenden Wellen abtasten, die in der Über tragungsleitung (1) erzeugt werden, gekennzeichnet durch:
- erste räumliche Frequenzdiskriminatormittel (31, 32, 33), deren Anzahl gleich m ist, worin m eine ganze Zahl größer als 1 ist, deren Eingänge parallel an die Ausgänge der De tektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16) angeschlossen sind und deren Frequenzantwort periodisch mit alternierenden Durch laßbändern und Sperrbändern ist, die durch Übergänge ge trennt sind, welche regelmäßig innerhalb des Gesamtfre quenzbereiches des Frequenzmessers verteilt sind, wobei ihre Anzahl sich verzweifacht, wenn man von einer ersten Filtereinrichtung zu einer anderen übergeht, wobei ferner diese Anzahl von einem einzigen Übergang in der Nähe der Hälfte des Gesamtfrequenzbereiches des Frequenzmessers für eine erste räumliche Frequenzdiskriminatoreinrichtung (31) ausgeht, um in einem anderen (33) 2^m-1 Übergänge zu errei chen;
- zweite räumliche Frequenzdiskriminatormittel (41, 42, 43), deren Anzahl gleich m ist und deren Eingänge parallel an die Ausgänge der Detektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16) ange schlossen sind, und deren Frequenzanwort jeweils komple mentär zu der der ersten räumlichen Frequenzdiskriminator mittel (31, 32, 33) ist; und
- eine Menge von m Komparatoren (51, 52, 53), die jeweils das Ausgangssignal eines ersten räumlichen Frequenzdiskri minatormittels (31 bzw. 32, 33) mit dem des zweiten Fre quenzdiskriminatormittels (41 bzw. 42, 43) vergleicht, dessen Frequenzantwort komplementär zu der jeweils eigenen ist, und die gemeinsam ein Wort von m Bits ausgeben, das für die zu messende Frequenz charakteristisch ist.

2. Frequenzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Codierer (60) aufweist, der am Ausgang der Menge von m Komparatoren (51, 52, 53) angeordnet ist und das von den Komparatoren (51, 52, 53) abgegebene Wort von m Bits in einen natürlichen Binärcode umsetzt.

3. Frequenzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten räumlichen Frequenzdiskrimi natormittel gemeinsam durch Differenzverstärker (71, 72, 73) gebildet sind, die eingangsseitig an die Detektoren über Wichtungswiderstände angeschlossen sind, wobei die Menge von m Komparatoren (51', 52', 53') dann jedes Ausgangssignal der Differenverstärker (71, 72, 73) mit einer Spannung vom Wert Null vergleichen, um daraus das Vorzeichen zu bestimmen.

4. Frequenzmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzverstärker (71, 72, 73) jeweils zwei auf einanderfolgende invertierende Operationsverstärkerstufen (710, 711 bzw. 721, 722 sowie 731, 732) aufweisen, die je weils mit einem Gegenkopplungswiderstand (712, 713 bzw. 723, 726 und 733, 734) versehen sind.

5. Digitaler Echtzeit-Frequenzmesser, der mit räumlicher Abtastung arbeitet, mit

- einer Übertragungsleitung (1), die am Ausgang (2) kurzge schlossen ist und am Eingang (3) ein Signal unbekannter Frequenz empfängt, wobei dieses Signal in der Übertra gungsleitung (1) stehende Wellen erzeugt; und
- Detektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16), die entlang der Über tragungsleitung (1) verteilt sind und die Amplitude der Hüllkurve der stehenden Wellen im Inneren der Übertra gungsleitung (1) abtasten, gekennzeichnet durch:
- erste räumliche Frequenzdiskriminatormittel, deren Anzahl gleich m ist, worin m eine ganze Zahl größer als 1 ist, deren Eingänge parallel mit den Ausgängen der Detektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbunden sind und deren Frequenz antwort periodisch ist mit abwechselnden Durchlaßbändern und Sperrbändern, die durch Übergänge getrennt sind, wel che regelmäßig über den gesamten Frequenzbereich des Fre quenzmessers verteilt sind, wobei ihre Anzahl sich verdop pelt, wenn man von einem ersten räumlichen Frequenzdiskri minatormittel zu einem andern übergeht, und wobei diese Anzahl von einem einzigen Übergang in der Nähe der Hälfte des gesamten Frequenzbereiches des Frequenzmessers für ein erstes räumliches Frequenzdiskriminatormittel ausgeht, um bei einem anderen 2^m-1 Übergänge zu erreichen;
- zweite räumliche Frequenzdiskriminatormittel, deren Ein gänge parallel mit den Ausgängen der Detektoren (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbunden sind, und deren Frequenzantwort vom Typ eines Allpasses ist, mit einem Pegel des Ausgangs signals, der dem mittleren Pegel der Ausgangssignale der ersten räumlichen Frequenzdiskriminatormittel entspricht; und
- eine Gruppe von m Komparatoren, die jeweils das Ausgangs signal eines ersten räumlichen Frequenzdiskriminatormit tels mit dem Ausgangssignal der zweiten räumlichen Fre quenzdiskriminatormittel vergleichen, um gemeinsam ein Wort von m Bits auszugeben, welches kennzeichnend für die zu messende Frequenz ist.

6. Frequenzmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Codierer (60) aufweist, der am Ausgang der Gruppe von m Komparatoren angeordnet ist und das von diesen abgegebene Wort von m Bits in einen natürlichen Bi närcode umcodiert.

7. Frequenzmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten räumlichen Frequenzdiskrimi natormittel Differenzverstärker enthalten, die mit den Aus gängen der Detektoren über Wichtungswiderstände verbunden sind und die aus zwei aufeinanderfolgenden invertierenden Operationsverstärkerstufen bestehen, wobei die erste Stufe (700) der Menge von Differenzverstärkern gemeinsam ist, die zweite, individuelle Verstärkerstufen (714, 715, 716) ent halten.

8. Anordnung von Frequenzmessern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei dieser Frequenzmesser vorhanden sind, von denen der erste (100) eine Übertragungsleitung (101) aufweist, deren Zwischenabgriffe einen Abstand haben, der in Abhängigkeit von dem gesamten Betriebsfrequenzbereich der Anordnung gewählt ist, um ein binäres Wort aus m' Stellen zu liefern, worin m' eine ganze Zahl größer als 1 ist, das für die zu messende Frequenz re präsentativ ist, und daß der zweite Frequenzmesser (200) eine Übertragungsleitung (201) aufweist, deren Zwischenabgriffe Abstände aufweisen, die in Abhängigkeit von einem Betriebs frequenzband gewählt sind, das 2^m'-mal kleiner ist als das der Anordnung, um ein binäres Wort von m" Stellen zu lie fern, welches die Genauigkeit des Binärwortes von m' Stellen steigert, das der erste Frequenzmesser (100) abgibt.