DE1053583B - Automatic frequency control device - Google Patents
Automatic frequency control deviceInfo
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- DE1053583B DE1053583B DEC15565A DEC0015565A DE1053583B DE 1053583 B DE1053583 B DE 1053583B DE C15565 A DEC15565 A DE C15565A DE C0015565 A DEC0015565 A DE C0015565A DE 1053583 B DE1053583 B DE 1053583B
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- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/02—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element
- H03L7/04—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element wherein the frequency-determining element comprises distributed inductance and capacitance
Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf die automatische Frequenzregelung von Reflex-Klystronoszillatoren.The invention relates to the automatic frequency control of reflex klystronic oscillators.
Wie bekannt, hängt die Schwingungsfrequenz solcher Klystronoszillatoren von der Spannung am Reflektor und der wirksamen Größe des Topfkreises ab.As is known, the oscillation frequency of such klystronic oscillators depends on the voltage Reflector and the effective size of the pot circle.
Ein Merkmal des Klystronoszillators ist seine Fähigkeit, in einer Vielzahl von Modi zu schwingen, die voneinander durch schwingungsfreie Zonen getrennt sind. Es ist im allgemeinen zweckmäßig, das Klystron immer in einem besonderen bestimmten Modus zu betreiben, und wenn nachfolgend vom Abstimmungsbereich des Reflektors die Rede ist, ist der Bereich der Reflektoi -Spannung gemeint, der durch den Modus bei einer gegebenen Topfkreiseinstellung umfaßt wird.A feature of the klystronic oscillator is its ability to vibrate in a variety of modes separated from one another by vibration-free zones. It is generally desirable to operate the klystron always in a particular determined mode, and when it is below the tuning range of the reflector's speech, the range of Reflektoi is - Voltage meant, which is embraced by the mode at a given pot loop setting.
Eine selbsttätige Frequenzregeleinrichtung muß den Oszillator auf die vorgeschriebene Frequenz bringen und auf dieser halten und für einen optimalen Betrieb in der Lage sein, das Klystron auf einen Schwingungsmodus einzustellen und in diesem zu halten. An automatic frequency control device must bring the oscillator to the prescribed frequency and hold on to it and be able to set the klystron to and maintain a vibration mode for optimal operation.
Gewöhnlich wird ein Frequenzdiskriminator dazu verwendet, diese Bedingungen aufrechtzuerhalten. Wenn das Klystron in einem verhältnismäßig geringen Maße verstimmt ist, wird dieser Zustand gewöhnlich als »Folgezustand« bezeichnet. Wenn die Abweichung so groß ist, daß sie durch den Frequenzdiskriminator nicht mehr bewältigt werden kann, werden zusätzliche Mittel in Wirkung gebracht, um die Abweichung zu verringern. Dieser Zustand wird gewöhnlich als »Suchzustand« bezeichnet. Usually a frequency discriminator is used to maintain these conditions. When the klystron is out of tune to a relatively small degree, this condition is usually referred to as the "follow-up condition." If the deviation is so great that it can no longer be dealt with by the frequency discriminator, additional means are brought into effect in order to reduce the deviation. This condition is ge wöhnlich called "search condition".
Wenn nachfolgend die Begriffe Folge- und Suchzustand gebraucht werden, sind sie in dem vorstehend angegebenen Sinne zu verstehen. Es wurde eine selbsttätige Frequenzregelung der vorerwähnten Art vorgeschlagen, um die Reflektorspannung durch einen vom Klystronoszillator und von einer Bezugsfrequenz gespeisten Frequenzdiskriminator einzustellen und außerdem den Topfkreis des Klystrons zu verstimmen, um ihn in einen bestimmten Schwingungsmodus zu bringen und in diesem zu halten. Bei diesem bekannten System haben diese Mittel die Einstellung und Aufrechterhaltung der mittleren Reflektorspannung so bewirkt, daß die Klystronoszillatoramplitude (Leistung) ein Maximum war. Dies ist fehlerhaft, denn oft tritt die maximale AmpJitude nicht in der Mitte des Modus auf, so daß der verfügbare Abstimmbereich um die mittlere Refiektorspannung asymmetrisch und auf eine Seite dieses Spannungsmittelwertes beschränkt ist. Dies bedeutet eine Beschränkung hinsichtlich der Geschwindigkeit der Feststellung von Frequenzabweichungen.If the terms follow and search condition are used below, they are in the one above to understand the given meaning. An automatic frequency control of the type mentioned was proposed, around the reflector voltage by one fed by the klystronic oscillator and by a reference frequency Set the frequency discriminator and also detune the pot circle of the klystron to to bring it into a certain mode of oscillation and to keep it in this. With this well-known This system has these means of adjusting and maintaining the mean reflector voltage so causes the klystronic oscillator amplitude (power) to be a maximum. This is flawed because often the maximum AmpJitude does not occur in the middle of the mode, so that the available tuning range asymmetrically around the mean reflector voltage and limited to one side of this mean voltage value is. This imposes a limitation on the speed of detection of Frequency deviations.
Wenn nachstehend von einer »Modusmitte« die Rede ist, so ist diejenige Ordinate gemeint, welche dieWhen a "mode center" is mentioned below, that ordinate is meant which the
Automatisclie FrequenzregelvorrichtungAutomatic frequency control device
Anmelder:
E. K. Cole Limited, Southend-on-Sear
Essex (Großbritannien)Applicant:
EK Cole Limited, Southend-on-Sea r
Essex (Great Britain)
Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46Representative: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, patent attorney,
Munich 22, Widenmayerstr. 46
Victor James Cox, Malmesbury, Wiltshire,
und Raymond John Dennis Reeves, Brinkworth,
Chippenham, Wiltshire (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt wordenVictor James Cox, Malmesbury, Wiltshire,
and Raymond John Dennis Reeves, Brinkworth,
Chippenham, Wiltshire (UK),
have been named as inventors
Flächen, die von der die Amplitude in Abhängigkeit von der Reflektorspannung darstellenden Kurve eingeschlossen werden, in zwei gleiche Teile teilt.Areas enclosed by the curve representing the amplitude as a function of the reflector voltage divided into two equal parts.
Zur automatischen Frequenzregelung von Klystronoszillatoren sind bereits zahlreiche Schaltungen vorgeschlagen worden, die aber alle davon ausgehen, die Frequenzregelung dadurch zu bewirken, daß man den Klystronoszillator auf einen Zustand optimaler Ausgangsleistung bringt, und zwar ohne Rücksicht auf den Schwingungsmodus und den Schwingungszustand in der Modusmitte.Numerous circuits have already been proposed for automatic frequency control of klystronic oscillators have been, but they all assume that the frequency control is effected by the Brings the klystronic oscillator to a state of optimal output power, regardless of the vibration mode and the vibration state in the middle of the mode.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine verbesserte automatische Regelvorrichtung zu schaffen, bei welcher der Klystronoszillaior in der Mitte eines Modus mit einer Frequenz schwingt, die einen vorgeschriebenen festen Frequenzunterschied von der Frequenz eines Bezugsoszillators hat, und zwar unabhängig von Änderungen in den Betriebsbedingungen, die z. B. durch Änderungen der Temperatur, veränderte Speisespan-, nungen usw. verursacht sein können. Die Reflektorspannung und der Topfkreis des Klystrons sind dabei gemeinsam derart veränderlich, daß die Klystronschwingungen auf die verlangte Frequenz gebracht werden können.The invention is directed to providing an improved automatic control apparatus in which the Klystronoszillaior in the middle of a mode vibrates at a frequency that is prescribed has a fixed frequency difference from the frequency of a reference oscillator, regardless of changes in the operating conditions that z. B. by changes in temperature, changed food chip, voltages, etc. can be caused. The reflector voltage and the pot circle of the klystron are included mutually variable in such a way that the klystron vibrations are brought to the required frequency can be.
Die Frequenzregelvorrichtung nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß sie Mittel zur Erzielung einer periodischen Abweichung der Klystronreflektorspannung von einem Mittelwert,, ferner einen Phasendiskriminator aufweist zur Feststellung, ob die durch die periodischen Abweichungen der Reflektorspannung eintretenden Veränderungen der Oszillator-The frequency control device according to the invention is characterized in that it has means for achieving a periodic deviation of the klystron reflector voltage from a mean value, also a Phase discriminator has to determine whether the by the periodic deviations of the reflector voltage occurring changes in the oscillator
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amplitude um einen Mittelwert symmetrisch sind, sowie zur Umwandlung einer Unsymmetrie dieser Veränderungen in ein stetiges Steuersignal, das dem Reflektor zugeführt wird, um die Mittelstellung in einem Modus zu zentrieren, daß ferner mechanische Alittel zur zyklischen Veränderung des Topfkreises im Oszillator zwecks weitgehender Änderung seiner Frequenz, weiterhin ein Frequenzdiskriminator vorgesehen sind zur Feststellung des Frequenzunterschiedes zwischen dem Klystronoszillator und der Bezugsfrequenz, wenn dieser Unterschied innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt, wobei der Frequenzdiskriminator dem Klystronreflektor ein Gleichstromsignal zuleitet und mit einem zweiten Ausgangskreis Schaltmittel zur Unterbrechung der Betätigung der mechanischen Mittel steuert und den Ausgang des Phasendiskriminators zur Regelung des Topfkreises des Oszillators umsteuert.amplitude are symmetrical about a mean value, as well as for converting an asymmetry of this Changes in a steady control signal that is fed to the reflector to move the center position into a mode to center that also mechanical means for cyclical change of the pot circle A frequency discriminator is still provided in the oscillator for the purpose of largely changing its frequency are used to determine the frequency difference between the klystronic oscillator and the Reference frequency if this difference is within predetermined limits, the frequency discriminator the klystron reflector feeds a direct current signal and with a second output circuit Switching means for interrupting the actuation of the mechanical means controls and the output of the Phase discriminator to regulate the cup circle of the oscillator reverses.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Regelvorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß ein die Topfkreisabstimmung steuerndes Relais auf eine Binärzählstufe einwirkt, die den Richtungssinn der Frequenzabweichungssignale des Frequenzdiskriminators für die wechselweisen Betätigungen des Relais umkehrt, damit das Klystron mit dem vorbestimmten Frequenzunterschied oberhalb oder unterhalb der Frequenz des Bezugsoszillators schwingen kann. Zu diesem Zweck weist die Frequenzregelvorrichtung nach der Erfindung eine Binärzählstufe zur Kontrolle der Arbeitsweise einer Schalteinrichtung, ferner ein im Stromkreis der Binärzählstufe angeordnetes Phasenrelais und dem Relais zugeordnete Schaltkontakte auf, die die Polarität des Gleichstromsignals derart korrigieren, daß es die Reflektorspannung stets in einer Richtung ändert, in der das Klystron der verlangten Schwingungsfrequenz näherkommt.According to a further feature of the invention, the control device is preferably designed so that a relay controlling the pot circle vote acts on a binary counting stage that controls the sense of direction the frequency deviation signals of the frequency discriminator for the alternate actuation of the Relay reverses to keep the klystron above or below the predetermined frequency difference the frequency of the reference oscillator can oscillate. For this purpose, the frequency control device according to the invention, a binary counting stage for controlling the operation of a switching device, Furthermore, a phase relay arranged in the circuit of the binary counter and switching contacts assigned to the relay which correct the polarity of the direct current signal in such a way that it always reflects the reflector voltage changes in a direction in which the klystron approaches the required frequency of oscillation.
Die Zeichnungen zeigen ein Beispiel für die Ausführung der automatischen Frequenzregelvorrichtung nach der Erfindung, und zwar zeigtThe drawings show an example of the implementation of the automatic frequency control device according to the invention, namely shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung undFig. 1 is a block diagram of an embodiment of the device according to the invention and
Fig. 2 a, 2 b und 2 c zusammen ein Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1.FIGS. 2 a, 2 b and 2 c together show a circuit diagram of the device according to FIG. 1.
In Fig. 1 wird bei 1 der Schaltungsanordnung eine Bezugsschwingung zugeführt. Diese wird mit den Schwingungen eines Klystrons 2 gemischt, wobei mit Hilfe eines Kristallmischers eine bestimmte Zwischenfrequenz auf den Leitungen 3 entsteht. Diese Zwischenfrequenz wird nach ihrer Verstärkung bei 4 einem Frequenzdiskriminator 5 zugeführt, der eine Gleichrichteranordnung umfaßt, von der Summenspannungen und Differenzspannungen erzeugt werden. Dies ist nachstehend näher beschrieben. Diese Differenzspannungen werden einem Integrator 6 zugeführt, welcher die Spannung am Reflektor des Klystrons steuert. Die Summenspannungen vom Diskriminator 5 werden bei 18 verstärkt und zur Betätigung des »Anschalt«-Relais RD verwendet. Ein Abzweig von den Leitungen 3 geht über einen Phasendiskriminator 8 zu einem KontaktarmDl des Anschaltrelais. DerPhasendiskriminator 8 wird außerdem von einem Sinuswellengenerator IQ gespeist. Beim Ansprechen des Relais RD wird der Stromkreis des Phasendiskriminators 8 über eine Motorsteuerstufe 11 geschlossen, die ein polarisiertes Relais RE betätigt, dessen Kontakte die Stromzufuhr zu einem Motor M steuern. Dieses Relais ist ein polarisiertes Relais- mit neutraler Ruhelage und hat demnach drei stabile Schaltstellungen. Die Kontakte sind den Motorrichtungen zugeordnet, jedoch kann die Zunge auch zwischen denIn FIG. 1, a reference oscillation is fed to the circuit arrangement at 1. This is mixed with the vibrations of a klystron 2 , a certain intermediate frequency being created on the lines 3 with the aid of a crystal mixer. After its amplification at 4, this intermediate frequency is fed to a frequency discriminator 5 which comprises a rectifier arrangement from which sum voltages and differential voltages are generated. This is described in more detail below. These differential voltages are fed to an integrator 6 which controls the voltage at the reflector of the klystron. The total voltages from the discriminator 5 are amplified at 18 and used to operate the "switch-on" relay RD . A branch from the lines 3 goes via a phase discriminator 8 to a contact armDl of the connection relay. The phase discriminator 8 is also fed by a sine wave generator IQ. When the relay RD responds , the circuit of the phase discriminator 8 is closed via a motor control stage 11 which actuates a polarized relay RE whose contacts control the power supply to a motor M. This relay is a polarized relay with a neutral rest position and therefore has three stable switching positions. The contacts are assigned to the motor directions, but the tongue can also switch between the
Kontakten ruhen, in welchem Falle der Motor zum Stillstand kommt. Eine Suchspannung ist ständig an den Reflektor angeschaltet. Da jedoch der Phasendiskriminator ebenfalls an den gleichen Punkt geschaltet wird, wird die Suchvorspannung durch Belastung geschwächt, so daß die Signale vom Phasendiskriminator ausreichen, sie nicht mehr zur Wirkung kommen zu lassen.Contacts rest, in which case the motor comes to a standstill. A search tension is constantly on switched on the reflector. However, since the phase discriminator is also switched to the same point is, the search bias is weakened by loading, so that the signals from the phase discriminator sufficient to stop them from having an effect.
Der erwähnte Motor bewirkt über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 14 die Drehung eines Schnekkennockens C dessen Stellung die Größe des Topfkreises des Klystrons regelt. Ein weiterer Kontaktarm D 2 des Anschaltrelais RD betätigt eine Binärzählstufe 17, die über ein Phasenrelais RC die Stellung eines Schalters Cl in der Ausgangsleitung des Frequenzdiskriminators 5 steuert.The mentioned motor causes a suitable reduction gear 14 to rotate a screw cam C, the position of which regulates the size of the cup circle of the klystron. Another contact D 2 of the connection relay RD actuates a Binärzählstufe 17, via a phase relay RC, the position of a switch Cl in the output line of the frequency discriminator 5 controls.
Die Regelvorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn beim Einschalten das Klystron weit abseits eines Modus arbeitet, so wird dem Diskriminator 5 keine Zwischenfrequenz zugeführt, das Anschaltrelais RD ist entregt, und seine Kontaktarme befinden sich in den dargestellten Stellungen. Unter diesen Bedingungen befindet sich am Reflektor des Klystrons eine mittlere Gleichspannung, die durch die Ladung des Integrationskondensators 21 bestimmt wird. Diese Spannung ist durch die der Konstruktion der Vorrichtung zugrunde liegenden Größen auf beispielsweise 15 Volt vom Rand eines Modus entfernt festgelegt. Die Abtastwelle stellt eine einzelne Periode einer Sinuswelle dar, deren Spannung beispielsweise 30 Volt Scheitel zu Scheitel beträgt und die von dem bei 1 zu empfangenden Impuls ausgelöst wird (oder gegebenenfalls asynchron mit diesem auftritt) und wechselstrommäßig an den Reflektor angekoppelt ist. Diese Welle steuert den Reflektor durch den ganzen Modus oder zumindest durch einen Teil davon hindurch. Die dabei entstehenden Stromschwankungen des Kristalls werden wechselstrommäßig an den Phasendiskriminator 8 gekoppelt, dessen Ausgangsgleichspannung über den Kontakt D l zum Integrator 6 gelangt. Diese Ausgangsspannung ist von solcher Polarität, daß der mittlere Gleichspannungspegel am Reflektor in Richtung auf die Mitte des Modus geändert wird. Die entstehende Spannung muß dabei nicht unbedingt der Maximalleistung des Klystrons entsprechen, wenn letzteres einen asymmetrischen Modus hat, aber sie wird sich auf einen Punkt des Modus einstellen, für den die Flächen auf beiden Seiten etwa gleich groß sind.The control device works as follows: If the klystron works far away from a mode when it is switched on, no intermediate frequency is fed to the discriminator 5 , the switch-on relay RD is de-energized, and its contact arms are in the positions shown. Under these conditions there is an average DC voltage at the reflector of the klystron, which is determined by the charge of the integration capacitor 21 . This voltage is fixed by the quantities underlying the design of the device at, for example, 15 volts from the edge of a mode. The scanning wave represents a single period of a sine wave, the voltage of which is, for example, 30 volts peak to peak and which is triggered by the pulse to be received at 1 (or possibly occurs asynchronously with it) and is coupled to the reflector in AC mode. This wave controls the reflector through the whole mode or at least through part of it. The resulting current fluctuations of the crystal are coupled to the phase discriminator 8 in terms of alternating current, the output DC voltage of which reaches the integrator 6 via the contact D 1. This output voltage is of such polarity that the mean DC voltage level at the reflector is changed towards the center of the mode. The resulting voltage does not necessarily have to correspond to the maximum output of the klystron if the latter has an asymmetrical mode, but it will adjust to a point in the mode for which the areas on both sides are approximately the same.
Wenn die Kontakte des Anschaltrelais RD in der gezeigten Stellung sind, ist die Steuerstufe des Topfkreisabstimmotors nur mit einer Suchvorspannung verbunden, wodurch das Umlaufen des Nockens C mit beispielsweise fünf Umdrehungen je Minute bewirkt wird. Die optimale Reflektorspannung ändert sich während dieses Vorganges, jedoch erzeugen der Kristallmischer und der Phasendiskriminator zusammen ein Steuersignal, weiches den Reflektor jeweils auf die optimale Einstellung bringt. Zu irgendeinem Zertpunlct während dieses SuchzykIus schwingt das Klystron mit einer Frequenz, die gleich der Differenz zwischen der Bezugsfrequenz und der vorgeschriebenen Zwischenfrequenz ist. In diesem Augenblick wird dem Eingang des Diskdminators 5 eine Spannung zugeführt,- welche über den Verstärker 18' das Ansprechen des Anschaltrelais RD bewirkt, dessen Kontaktarme die andere Stellung einnehmen. Der Reflektor ist dann mit dem Ausgang des' Differenzgleichrichters der Stufe 5 verbunden, während dem Relais RE für die Steuerung des: Motors M die Aus-When the contacts of the connection relay RD are in the position shown, the control stage of the pot circle tuning motor is only connected to a search bias voltage, which causes the cam C to rotate at, for example, five revolutions per minute. The optimal reflector voltage changes during this process, but the crystal mixer and the phase discriminator together generate a control signal which brings the reflector to the optimal setting. At any point during this search cycle, the klystron will vibrate at a frequency equal to the difference between the reference frequency and the prescribed intermediate frequency. At this moment a voltage is fed to the input of the disk determiner 5 which, via the amplifier 18 ', causes the connection relay RD to respond, the contact arms of which assume the other position. The reflector is then connected to the output of the 'differential rectifier of stage 5 , while the relay RE for the control of the : Motor M the output
gangsspannung des Phasendiskriminators 8 zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen regelt die Ausgangsspannung des Diskriminators 5 die Reflektorspannung so ein, daß die richtige Ausgangsfrequenz entsteht. Wenn sich bei dieser richtigen Ausgangsfrequenz der Reflektor in der Mitte von deren Modus befindet, gibt der Phasendiskriminator 8 keine Ausgangsspannung ab, und der Topfkreisabstimmotor bleibt in Ruhe. Wenn der Motor über die richtige Einstellung hinaus durchgestimmt hat, wird sich die vom Reflektor für die Erhöhung der richtigen Ausgangsfrequenz angenommene Spannung nicht in der Mitte des Modus befinden, so daß die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators eine Drehung der Motorwelle bewirkt. Daudurch ändert sich die Topfkreisabstimmung und folglich die Ausgangsfrequenz des Klystrons. Diese Frequenzänderung wird von der Ausgangsspannung des Diskriminators korrigiert, wobei dieser Vorgang von einer Änderung der Reflektorspannung begleitet ist. Wenn das Klystron zufällig auf der richtigen Seite der Bezugsfrequenz (d. h. nicht mit der Spiegelfrequenz) schwingt, erfolgt die Änderung der Reflektorspannung dabei in einer solchen Richtung, daß die Frequenz näher zur Mitte des Modus hin gesteuert wird.output voltage of the phase discriminator 8 is supplied. Under these conditions, the output voltage of the discriminator 5 regulates the reflector voltage so that the correct output frequency is obtained. If the Reflector is in the middle of their mode, the phase discriminator 8 does not give any output voltage and the pot circle tuning motor remains at rest. If the motor is beyond the correct setting has passed, the one assumed by the reflector to increase the correct output frequency Voltage is not in the middle of the mode, so the output voltage of the phase discriminator causes the motor shaft to rotate. This changes the pot circle vote and hence the output frequency of the klystron. This frequency change is determined by the output voltage of the discriminator is corrected, this process being accompanied by a change in the reflector voltage is. If the klystron happens to be on the correct side of the reference frequency (i.e. not with the image frequency) oscillates, the change in the reflector voltage takes place in such a direction that the Frequency is controlled closer to the center of the mode.
Die Regelvorrichtung hat dann einen stabilen Zustand erreicht,, bei welchem der Abstimmotor stillsteht und das Klystron sich in der Mitte seines Modus befindet.The control device has then reached a stable state, in which the tuning motor is at a standstill and the klystron is in the middle of its mode.
Es sei nun für den Augenblick angenommen, daß keine Binärzählstufe vorhanden ist und daß im Gegensatz zu dem obigen das Klystron mit der Spiegelfrequenz schwingt. In diesem Falle hat die Ausgangsspannung des Diskriminators 5 das umgekehrte Vorzeichen und verschiebt die Frequenz des Klystrons so lange, bis sich die Überlagerungsfrequenz auf einem auslaufenden Teil der Diskriminatorkennlinie befindet. Dann reicht die dem Summengleichrichter zugeführte Eingangsspannung nicht zur Erregung des Anschaltrelais RD aus, was eine Instabilität beim Anschalten nach sich zieht, bevor der Abstimmotor seine Suche nach der richtigen Schwingfrequenz fortsetzen kann. Diesem fehlerhaften Arbeiten der Regelvorrichtung wird mittels der Binärzählstufe 17 entgegengewirkt, wodurch am Ausgang des Diskriminators immer solche Differenzfrequenzspannungen abgenommen werden, deren Phasenlage das richtige Arbeiten der Regelvorrichtung verbürgt. Die Binärzählstufe erfaßt den jeweiligen Ausgangszustand des Anschaltrelais und betätigt bei jedem zweiten Ansprechen des Anschaltrelais ein Phasenrelais RC Auf diese Weise werden für aufeinanderfolgende Schaltvorgänge des Anschaltrelais jeweils entgegengesetzte Differenzspannungen ausgewählt. Wenn das Anschalten bei falscher Phasenlage erfolgt, bewirkt das »Ausweichen« des elektronischen Teils des Servosystems ein kurzzeitiges Abschalten der Regelvorrichtung. Unmittelbar darauf findet erneutes Anschalten statt, wobei das Plasenrelais aber jetzt für richtige Phasenlage sorgt.It is now assumed for the moment that there is no binary counter and that, in contrast to the above, the klystron oscillates at the image frequency. In this case, the output voltage of the discriminator 5 has the opposite sign and shifts the frequency of the klystron until the superimposition frequency is on a part of the discriminator characteristic curve that runs out. Then the input voltage fed to the summation rectifier is not sufficient to excite the connection relay RD , which causes instability when it is switched on before the tuning motor can continue its search for the correct oscillation frequency. This faulty operation of the control device is counteracted by means of the binary counter 17, whereby such differential frequency voltages are always taken at the output of the discriminator, the phase position of which guarantees the correct operation of the control device. The binary counting stage detects the respective output state of the connection relay and actuates a phase relay RC every second response of the connection relay. In this way, opposite differential voltages are selected for successive switching operations of the connection relay. If the system is switched on with the wrong phase position, the electronic part of the servo system "evades" causes the control device to be switched off for a short time. Immediately afterwards it is switched on again, but the phase relay now ensures the correct phase position.
Die Binärzählstufe kann beliebig aufgebaut und entweder elektronischer oder elektromagnetischer Art sein. In Anbetracht des nicht stabilisierten Stromversorgungsteils ist jedoch eine Relaiszählstufe vorzuziehen. The binary counting stage can be constructed in any way and can be either electronic or electromagnetic be. However, in view of the non-stabilized power supply part, a relay counting stage is preferable.
Aus der vorangehenden Beschreibung ergeben sich die allgemeinen Merkmale der Erfindung. Um im einzelnen zu zeigen, wie die Erfindung durchgeführt werden kann, wird auf das Schaltbild der Fig. 2 verwiesen, welche die bevorzugte Schaltungsanordnung zeigt, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.From the foregoing description the general features of the invention will emerge. To in detail to show how the invention can be carried out, reference is made to the circuit diagram of FIG. which shows the preferred circuit arrangement to which, however, the invention is not limited.
In den Fällen, in denen ein Relais, z. B. das Relais RA, ein Kontaktpaar betätigt, sind dessen Kontakte mit A1 bezeichnet. Wenn ein Relais, z, B. das Relais RD, zwei Kontaktpaare betätigt, sind dessen Kontakte mit Dl und D2 bezeichnet usw.; wenn eine Doppelröhre verwendet wird, ist der eine Teil mit A bezeichnet und der andere mit B; z. B. ist bei der Röhre V1 der eine Teil mit VlA und der andere mit VlB bezeichnet.In those cases where a relay, e.g. B. the relay RA, actuated a pair of contacts, the contacts of which are labeled A 1. If a relay, for example the relay RD, actuates two pairs of contacts, its contacts are labeled D1 and D2 , etc .; if a double tube is used, one part is labeled A and the other is labeled B; z. B. in the tube V 1, one part is designated VIA and the other is designated VIB.
Der SinuswellengeneratorThe sine wave generator
Der Aufbau des Sinuswellengenerators IQ ergibt sich aus Fig. 2 a. Er wird von einem Auslöseimpuls im gewünschten Zeitpunkt geöffnet und durchläuft daraufhin eine einzige volle Periode einer Sinusschwingung. Der Auslöseimpuls, der in bekannter Weise erzeugt wird, ist vorzugsweise negativ und hat eine Amplitude von einigen Volt und eine Dauer von einigen Mikrosekunden. Er trifft kurz vor der Abgabe eines Sendeimpulses durch den betreffenden Sender ein. Wenn also z. B. in einer Radaranlage die Sendung zwecks automatischer Frequenzregelung periodisch unterbrochen wird, wird der Auslöseimpuls kurz vor dem Auftreten eines Sendeimpulses auf den Sinuswellengenerator gegeben.The structure of the sine wave generator IQ is shown in FIG. 2a. He is triggered by a trigger pulse opened at the desired time and then runs through a single full period of a sinusoidal oscillation. The trigger pulse, which is generated in a known manner, is preferably negative and has an amplitude of a few volts and a duration of a few microseconds. He meets shortly before the delivery of a transmission pulse by the relevant transmitter. So if z. B. the broadcast in a radar system is periodically interrupted for the purpose of automatic frequency control, the trigger pulse is shortly before given the occurrence of a transmit pulse on the sine wave generator.
Der von außen zugeführte Auslöseimpuls geht durch die Diode VlA hindurch und gelangt zum Gitter von V2B und unterbricht hierbei den Strom, der normalerweise in der Primärwicklung des abgestimmten Transformators Tl fließt. Die hierdurch bedingte sinusförmige Signalwellenform, die sich über Tl entwickelt, wird von der Sekundärwicklung zum Gitter von V2A zurückgekoppelt, um den Auslöseimpuls zu verstärken und einen erneuten Stromfluß in V2B zu verhindern, bis eine volle Periode der Signalwellenform abgelaufen ist. Das Fehlen einer negativen Auslösespannung zu Beginn der zweiten Signalperiode gewährleistet, daß in diesem Augenblick ein Strom in der Kathode von V2B fließt und auf diese Weise eine niedrige Impedanz an der Kathode von V2B hervorruft, die den abgestimmten Kreis stark dämpft und das Signal abrupt beendet. Es wird daher eine Sinuswelle von der Länge einer einzigen Periode erzeugt. Diese Wellenform hat beispielsweise eine Dauer von 20 Mikrosekunden. The externally supplied trigger pulse goes through the diode V1A and arrives at the grid of V2B and interrupts the current that normally flows in the primary winding of the tuned transformer T1 . The consequent sinusoidal signal waveform developed across Tl is fed back from the secondary winding to the grid of V2A, to reinforce the trigger and to prevent a new current flow in V2B, to a full period of the signal waveform has expired. The absence of a negative trip voltage at the beginning of the second signal period ensures that at that moment a current is flowing in the cathode of V2B , thus creating a low impedance at the cathode of V2B , which severely attenuates the tuned circuit and abruptly terminates the signal. A sine wave one period in length is therefore generated. For example, this waveform has a duration of 20 microseconds.
Der PhasendiskriminatorThe phase discriminator
Ein Bruchteil der Signalwelle wird von der Primärwicklung von Tl abgezweigt und der Reflektorelektrode des Klystrons 2 zugeführt. Die sich hieraus ergebenden Veränderungen der Oszillatoramplitude in dieser Röhre, die sich aus dem Strom im Kristalldetektor, der mit dem Klystron 2 durch ein Hohlleitersystem gekoppelt ist, feststellen lassen, werden der Eingangsröhre V 4 einer Torschaltung zugeführt. Der Strom im Kristalldetektor fließt nämlich durch die Primärwicklung von T2 (mit Ausnahme der Hochfrequenzkomponenten, die durch Ll unterdrückt werden). Die Veränderungen dieses Stromes treten als Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung auf, die eine proportionale Veränderung des Anodenstroms in V&A hervorruft. Der Anodenstrom dieser Röhre fließt normalerweise durch die Diode V7B, da die Gitter von V3 durch die Sekundärwicklung von Tl eine Sperrvorspannung erhalten. Wenn jedoch die Sinuswelle erzeugt wird, erhält zuerst das eine Gitter und dann das andere von V3 eine stark positive Spannung gegen Erde, so daß der Anodenstrom von V& zur Röhre mit dem positiven Gitter umgeleitet wird, wodurch die Diode V7B gesperrt wird, d. h., geradeA fraction of the signal wave is branched off from the primary winding of T1 and fed to the reflector electrode of the klystron 2. The resulting changes in the oscillator amplitude in this tube, which can be determined from the current in the crystal detector, which is coupled to the klystron 2 by a waveguide system, are fed to the input tube V 4 of a gate circuit. The current in the crystal detector flows through the primary winding of T2 (with the exception of the high frequency components, which are suppressed by Ll ). The changes in this current appear as an output voltage in the secondary winding, which causes a proportional change in the anode current in V&A . The anode current of this tube normally flows through diode V7B, since the grids of V3 are reverse biased by the secondary winding of Tl . However, when the sine wave is generated, first one grid and then the other of V3 receives a strong positive voltage to ground, so that the anode current is diverted from V & to the tube with the positive grid, whereby the diode V7B is blocked, that is, straight
zu dem Zeitpunkt, in dem die mittlere Reflektorspannung des Klystrons 2 durch die Sinuswelle moduliert wird, werden die Kristallstrompegel in zwei Kanäle umgesteuert, die entweder als »frühe und späte« oder »negative und positive« Kanäle bezeichnet werden können, da sie der ersten bzw. der zweiten Halbperiode der Sinuswelle zugeordnet sind. Die in diesen beiden Kanälen fließenden Impulsströme gehen durch die eine oder die andere der Dioden V S A, VSB hindurch und laden die der jeweiligen Röhre zugeordneten Kondensatoren CW, CX, CY und CZ. Die sich hierdurch ergebenden Spannungen reichen aus, zu verhindern, daß die Dioden zwischen den Ladezeiten leitend sind. Während dieser Kipperiode können sich die Kondensatoren ineinander entladen. Da der eine Kondensator CX seine Ladung vom frühen Kanal erhalten hat und der andere, CY, vom späten Kanal und da sie im Kippkreis in Reihe geschaltet sind, ist die Spannung an der Kathode von V 5 A proportional der Differenz der mittleren Kristallströme, die während der positiven Reflektorverstimmung und während der negativen Verstimmung auftreten. Diese Spannung gibt das Maß an, wie weit die Reflektoreinstellung von der Mitte des Modus entfernt ist. Sie kann aus vielen solchen Messungen aufgebaut werden, je nachdem, was für ein Ableitungsstrom von der Kathode von V 5 A zur Erde vorgesehen ist. Dies ist jedoch ein Faktor, der nur die zulässige Korrekturgeschwindigkeit beeinflußt.At the point in time when the mean reflector voltage of the klystron 2 is modulated by the sine wave, the crystal current levels are redirected into two channels, which can be referred to as either "early and late" or "negative and positive" channels, since they are the first or the other . Associated with the second half period of the sine wave. The pulse currents flowing in these two channels pass through one or the other of the diodes VSA, VSB and charge the capacitors CW, CX, CY and CZ assigned to the respective tube. The resulting voltages are sufficient to prevent the diodes from conducting between charging times. During this tipping period, the capacitors can discharge into one another. Since one capacitor CX received its charge from the early channel and the other, CY, from the late channel and since they are connected in series in the breakover circuit, the voltage at the cathode of V 5 A is proportional to the difference in the mean crystal currents that occur during the positive reflector detuning and occur during the negative detuning. This voltage is the measure of how far the reflector setting is from the center of the mode. It can be constructed from many such measurements, depending on the intended leakage current from the cathode of V 5 A to earth. However, this is a factor that only affects the allowable speed of correction.
Das AnschaltrelaisThe connection relay
Dieses Signal, das der Abweichung von der Modusmitte entspricht, liegt am Schalterarm Dl des Anschaltrelais RD1 so daß es entweder den Abstimmmotor über die Röhre VTA und das polarisierte Relais RE regeln kann oder die mittlere Reflektorspannung über die Miller-Röhre V 8 und die Glimmröhren N1 bis N8, je nach der Lage des Relaisankers.This signal, which corresponds to the deviation from the center of the mode, is on the switch arm Dl of the connection relay RD 1 so that it can either regulate the tuning motor via the tube VTA and the polarized relay RE or the average reflector voltage via the Miller tube V 8 and the glow tubes N1 to N8, depending on the position of the relay armature.
Der FrequenzdiskriminatorThe frequency discriminator
Der Detektorkristallstrom enthält außer den niederfrequenten Anteilen auch noch eine Überlagerungsfrequenzkomponente von der Differenz zwischen der Klystronfrequenz und der Bezugsschwingungsfrequenz, so daß eine Spannung über den Resonanztransformator T 3 im Gitterstromkreis von V 9 erzeugt wird, wenn die Überlagerungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz dieses Transformators liegt.In addition to the low-frequency components, the detector crystal current also contains a superposition frequency component from the difference between the klystron frequency and the reference oscillation frequency, so that a voltage is generated across the resonance transformer T 3 in the grid circuit of V 9 when the superposition frequency is close to the resonance frequency of this transformer.
V 9, V IQ, Vll bilden mit den Resonanztransformatoren T4, TS und der Induktivität L2 weitere selektive Verstärkerstuf en, so daß eine Überlagerungsfrequenz in der Nähe der gewünschten Zwischenfrequenz für den Betrieb einer Frequenzdiskriminatorschaltung 5, die von einer an sich bekannten Art sein kann, ausreichend verstärkt wird. Eine solche Schaltung ist in der die Röhre V12 enthaltenden Stufe gezeigt. V 9, V IQ, Vll form with the resonance transformers T 4, TS and the inductance L2 further selective amplifier stages, so that a superposition frequency in the vicinity of the desired intermediate frequency for the operation of a frequency discriminator circuit 5, which can be of a type known per se , is amplified sufficiently. Such a circuit is shown the tube 12 V stage containing.
Der gezeigte Teil der Schaltung ist bekannt und zur Verwendung eines Impulssenders mit dem Frequenzdiskriminator bestimmt und erzeugt, wie bekannt, Niederfrequenzimpulse an den Gittern von V13. Die Anodenströme in V13 sind proportional ihren jeweiligen Gitterimpulsamplituden und laden alle Kondensatoren, die V14: und V15 zugeordnet sind. Die sich aus diesen Aufladungen ergebenden Spannungen verhindern, daß diese Dioden zwischen den Einsatzpunkten der Sendeimpulse leiten, wenn die Überlagerungsfrequenz fehlt. Die Gegenspannung, die an V14 in der Kipperiode auftritt, zeigt den Umstand an, daß ein Überlagerungsfrequenzimpuls (oder viele solcherThe part of the circuit shown is known and intended for the use of a pulse transmitter with the frequency discriminator and, as is known, generates low frequency pulses at the grids of V 13. The anode currents in V 13 are proportional to their respective grid pulse amplitudes and charge all capacitors, the V14: and V 15 are assigned. The voltages resulting from these charges prevent these diodes from conducting between the starting points of the transmission pulses if the superimposition frequency is absent. The counter voltage appearing at V 14 in the breakover period indicates the fact that a beat frequency pulse (or many such
Impulse) durch den selektiven Verstärker hindurchgetreten sind und daher die Klystronabstimmung nahezu richtig ist. Dieses stetige Signal wird daher zwischen den beiden Gittern von V 6 zugeführt, was zur Folge hat, daß das Anschaltrelais RD erregt wird und die den Abstand von der Mitte des Modus anzeigenden Signale zur Motorsteuerröhre VTA umleitet. Die restliche Abstimmungsabweichung wird nun durch die Ableitung eines Signals angezeigt, das proportional der Differenz in der Größe der beiden Impulse am Gitter von V13 ist. Für diesen Zweck arbeitet der Stromkreis der Röhre V13 in ähnlicher Weise wie der von V3. Die Kondensatoren, die durch Widerstände verbunden sind, haben ihre Ladung von entgegengesetzten Anoden von V13 erhalten, und die Abzweigverbindungen, welche mit den Kontakten C1 von RC verbunden sind, nehmen eine Spannung an, die proportional der Differenz in den Impulsgrößen ist. Es hängt jedoch von dem Zustand des Phasenrelais RC ab, welche von diesen Verbindungen geerdet und welche mit dem Gitter von V 8 zur Bildung des Abstimm-Regelabweichungssignals verbunden ist. Der einzige Unterschied zwischen ihnen besteht in der Polarität des Signals, das bei einer gegebenen Unsymmetrie in der Impulsgröße, d. h. bei einer gegebenen Abstimmungsregelabweichung, erzeugt wird. Das Anschal trelais RD weist Hilfskontakte D 2 auf, welche die Abstimmungs-Regelabweichungssignale (falls solche vorhanden sind) unterdrücken, bis die die Abweichung von der Mitte des Modus angebenden Signale von V8 abgeschaltet werden.Impulses) have passed through the selective amplifier and therefore the klystron tuning is almost correct. This steady signal is therefore fed between the two grids of V 6 , with the result that the connection relay RD is energized and redirects the signals indicating the distance from the center of the mode to the motor control tube VTA. The remaining misalignment is now indicated by the derivative of a signal proportional to the difference in the size of the two pulses on the grid of V 13. For this purpose, the circuit of tube V13 works in a similar way to that of V3. The capacitors connected by resistors have received their charge from opposite anodes of V13 , and the branch connections connected to contacts C1 of RC assume a voltage proportional to the difference in pulse sizes. However, it depends on the state of the phase relay RC which of these connections is grounded and which is connected to the grid of V 8 to form the tuning error signal. The only difference between them is the polarity of the signal that is generated for a given imbalance in pulse size, that is, for a given tuning control deviation. The connection relay RD has auxiliary contacts D 2 , which suppress the tuning control deviation signals (if any) until the signals from V8 indicating the deviation from the middle of the mode are switched off.
Die BinärzählstufeThe binary count level
Die Kontakte D 2 bewirken ferner eine Zählung in einer Relais-Zählanordnung 17, welche die Zählrelais RA und RB und das Ausgangsrelais RC umfaßt. Diese bekannte Anordnung gewährleistet, daß das Relais RC mit einer halben Geschwindigkeit des Relais RD arbeitet. Auf diese Weise ist bei aufeinanderfolgenden Anschaltvorgängen eine abwechselnde Regelpolarität vorhanden. Die Folge der auf das Schließen des Anschaltrelais folgenden Vorgänge hängt von dem Zustand des Phasenrelais RC ab. Wenn der Regelkreis die richtige Phasenlage hat, wird durch die Regelabweichungssignale vom Frequenzdiskriminator die Klystronreflektorspannung so verändert, daß die Abstimmungsabweichung verringert wird und das getrennte Anschaltsignal vom Frequenzdiskriminator aufrechterhalten wird. Wenn jedoch der Regelkreis nicht die richtige Phase hat, wird die Reflektorspannung so verändert, daß die Abstimmungsabweichung zunimmt und die Überlagerungsfrequenz zum Rand der Frequenzdiskriminatorkennlinie verstimmt wird. In diesem Bereich fällt das Anschaltsignal auf einen niedrigen Wert und wird das Anschaltrelais entregt. Hierdurch wird der Reflektor unter die Steuerung des Phasendiskriminators gebracht, der ihn sofort zur Mitte des Modus zurückstellt. Dies ist die Stellung, an welcher die Anschaltung vorher erfolgte und an der sie wieder erfolgt, jedoch dieses Mal mit umgekehrter Phase infolge der in die Binärzählstufe durch das Abfallen des Anschaltrelais hereingebrachten Zählung.The contacts D 2 also effect a count in a relay counting arrangement 17 which comprises the counting relays RA and RB and the output relay RC. This known arrangement ensures that the relay RC m working it half speed of the relay RD. In this way, there is an alternating control polarity for successive switch-on processes. The sequence of processes following the closing of the connection relay depends on the state of the phase relay RC . If the control loop has the correct phase position, the control deviation signals from the frequency discriminator change the klystron reflector voltage so that the tuning deviation is reduced and the separate switch-on signal from the frequency discriminator is maintained. If, however, the control loop does not have the correct phase, the reflector voltage is changed in such a way that the tuning deviation increases and the superposition frequency is detuned to the edge of the frequency discriminator characteristic. In this range, the switch-on signal drops to a low value and the switch-on relay is de-energized. This puts the reflector under the control of the phase discriminator, which immediately returns it to the center of the mode. This is the position at which the connection took place before and at which it takes place again, but this time with a reversed phase as a result of the counting brought into the binary counting stage by the dropping out of the connection relay.
Die MotorabstimmstufeThe engine tuning level
Der die Topfkreisregelung treibende MotorM besitzt einen Zweiphasenstator von z. B. 4 Watt und einen durch Wirbelstrom mitgenommenen glockenförmigen Anker. Die beiden Phasen werden von einem Dreiphasennetz durch einen Transformator T 6 inThe motor M driving the pot circle control has a two-phase stator of z. B. 4 watts and an eddy current entrained bell-shaped armature. The two phases are supplied by a three-phase network through a transformer T 6 in
Claims (2)
USA.-Patentschriften Nr. 2 523 537, 2 547 890;
französische Patentschrift Nr. 951 690.Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,523,537, 2,547,890;
French patent specification No. 951 690.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEC15565A DE1053583B (en) | 1956-07-23 | 1956-07-23 | Automatic frequency control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEC15565A DE1053583B (en) | 1956-07-23 | 1956-07-23 | Automatic frequency control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1053583B true DE1053583B (en) | 1959-03-26 |
Family
ID=7015864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEC15565A Pending DE1053583B (en) | 1956-07-23 | 1956-07-23 | Automatic frequency control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1053583B (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR951690A (en) * | 1943-05-11 | 1949-11-02 | Sperry Gyroscope Co Ltd | Frequency control device, especially for high-frequency systems |
| US2523537A (en) * | 1949-05-21 | 1950-09-26 | Gen Electric | Frequency control system |
| US2547890A (en) * | 1948-05-25 | 1951-04-03 | Raytheon Mfg Co | Electrical circuits |
-
1956
- 1956-07-23 DE DEC15565A patent/DE1053583B/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR951690A (en) * | 1943-05-11 | 1949-11-02 | Sperry Gyroscope Co Ltd | Frequency control device, especially for high-frequency systems |
| US2547890A (en) * | 1948-05-25 | 1951-04-03 | Raytheon Mfg Co | Electrical circuits |
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