DE1222125B

DE1222125B - Circuit arrangement for generating a selectable frequency grid

Info

Publication number: DE1222125B
Application number: DES66057A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Schroeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-11-30
Filing date: 1959-11-30
Publication date: 1966-08-04

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines wählbaren Frequenzrasters Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines wählbaren Frequenzrasters.Circuit arrangement for generating a selectable frequency grid The invention relates to a circuit arrangement for generating a selectable Frequency grid.

Bei frei schwingenden Sendern und bei den überlagerungsoszillatoren von Empfängern läßt sich im Bereich sehr hoher Frequenzen nicht mehr die für die meisten Funkverbindungen notwendige Frequenzgenauigkeit einhalten. Es ist deshalb für diese Zwecke erforderlich, für hohe Anforderungen auf eine Frequenzstabilisierung der entsprechenden Oszillatoren zurückzugreifen. Dies geschieht meist durch sogenannte Quarzoszillatoren, das sind Schwingungserzeuger, deren Frequenz mittels eines piezoelektrischen Quarzes sehr genau auf einem vorgegebenen Wert festgehalten wird. Tritt für derartige Oszillatoren die zusätzliche Forderung auf, sie in einem größeren Bereich auf verschiedenen Frequenzen arbeiten zu lassen, so führt dies zu komplizierten Anordnungen, die häufig eine größere Anzahl der Stabilisierung dienender elektromechanischer Schwinger benötigt.With freely oscillating transmitters and with the local oscillators of receivers can no longer be used for the very high frequencies comply with the frequency accuracy required for most radio links. It is therefore required for these purposes, for high demands on frequency stabilization of the corresponding oscillators. This is usually done through so-called Quartz oscillators are vibration generators whose frequency is controlled by a piezoelectric Quartz is held very precisely at a given value. Stand for such Oscillators have the additional requirement to differentiate them in a larger range Making frequencies work, this leads to complicated arrangements that are common a larger number of electromechanical oscillators serving for stabilization is required.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde daher der Weg beschritten, daß an Stelle einer Vielzahl von elektromechanischen Schwingern, von einem in der Frequenz stabilisierten OsziRator ein entsprechend feinstufiges Frequenzraster durch Vervielfachung abgeleitet und eine der hierbei entstehenden Frequenzen mit der Frequenz des zu stabilisierenden Oszillators verglichen und aus dem Vergleich eine Frequenznachstellung des zu stabilisierenden Oszillators vorgenommen wurde. Bei dieser bekannten Anordnung tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß die mögliche Frequenzabweichung des zu stabilisierenden Oszillators größer als der halbe Abstand aufeinanderfolgender Frequenzen im Frequenzraster ist und sich somit der Oszillator über seine Nachregelschaltung auf einer falschen Frequenz fängt. Abgeholfen werden kann diesem Nachteil nur durch die Anwendung komplizierter selektiver Abstimmvorrichtungen, die alle Frequenzen außer der gewünschten Vergleichsfrequenz im Frequenzraster hinreichend gut unterdrücken. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich bei solchen Systemen, bei denen ein feinstufiges Frequenzraster durch überlagerung in eine höhere Frequeinzlage transponiert wird.In order to avoid these difficulties, the path was therefore taken that instead of a multitude of electromechanical oscillators, one in the Frequency stabilized OsciRator through a correspondingly finely graduated frequency grid Multiplication derived and one of the resulting frequencies with the frequency of the oscillator to be stabilized and a frequency adjustment from the comparison of the oscillator to be stabilized. In this known arrangement However, the problem arises that the possible frequency deviation of the to be stabilized Oscillator greater than half the distance between successive frequencies in the frequency grid and thus the oscillator is set to a wrong one via its readjustment circuit Frequency catches. This disadvantage can only be remedied by making the application more complicated more selective tuners that use all frequencies except the desired comparison frequency Suppress sufficiently well in the frequency grid. Similar difficulties arise in systems where a finely graduated frequency grid is superimposed is transposed to a higher frequency position.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines in der Frequenz mittels Schwingquarzen stabilisierten einstellbaren Frequenzrasters, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß ein auf eine Frequenz eines feinstufigen Frequenzrasters, mittels Abstimmung einstellbarer, mitgezogener Oszillator und ein den geforderten Frequenzabstand der endgültigen Rasterfrequenzen mitbestimmender und in der Frequenz wesentlich höher liegender weiterer Oszillator an einen Frequenzumsetzer als überlagerungsoszillatoren angeschaltet sind, von dessen Ausgangsfrequenzen die Differenzfrequenz unterdrückt und die dem geforderten Rasterfrequenzabstand entsprechende Summenfrequenz einer aperiodischen Frequenzvervielfachung unterworfen wird.The invention is based on the task of addressing these difficulties easy way to encounter. This task is based on a circuit arrangement to generate an adjustable frequency stabilized by means of quartz oscillators Frequency grid, solved according to the invention in such a way that a frequency a finely stepped frequency grid, adjustable by means of coordination, dragged Oscillator and the required frequency spacing of the final screen frequencies co-determining oscillator with a much higher frequency are connected to a frequency converter as local oscillators, of which Output frequencies suppressed the difference frequency and the required grid frequency spacing corresponding sum frequency subjected to an aperiodic frequency multiplication will.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung dieser Schaltungsanordnung als aktives Frequenznormal zur Synchronisierung einer mit Nachstimmvorrichtung versehenen selbsterregten Schwingstufe erwiesen. Hierfür soll die Frequenz des weiteren den Frequenzabstand im endgültigen Raster bestimmenden Oszillators größer als der Fangbereich der Nachregelschaltung der selbsterregten Schwingstufe sein.The use of this circuit arrangement has proven to be particularly advantageous as an active frequency standard for the synchronization of a retuning device self-excited vibration level. For this purpose, the frequency should also be Frequency spacing in the final grid-determining oscillator larger than the capture range the readjustment circuit of the self-excited oscillation stage.

Es ist zwar ein Normalfrequenzgenerator bekanntgeworden, bei dem ebenfalls die Oberwelle aus einem Quarzfrequenzspektrum durch einen auf die einzelne Oberwelle dieses Spektrums synchronisierbaren Oszillator gewonnen wird. Bei dieser Anordnung wird jedoch nur eine einzige Frequenz erzeugt, die durch stufenweise Addition bzw. Subtraktion einzelner Oberwellen von im rationalen Verhältnis stehenden Grundfrequenzen gewonnen wird. Zur Aussiebung dieser Frequenz werden außerdem zusätzliche Filter benötigt, die jeweils einer zur Addition zweler Frequenzen dienenden Mischstufe nachgeschaltet sind.It is true that a normal frequency generator has become known in which also the harmonic from a quartz frequency spectrum through one to the single harmonic this spectrum synchronizable oscillator is obtained. With this arrangement However, only a single frequency is generated, which is added or Subtraction of individual harmonics from the rationally related fundamental frequencies is won. Additional filters are also used to filter out this frequency required, each of which is used to add two frequencies to the mixer are downstream.

Die Anwendung dieses Prinzips zur Lösung der vorliegenden Aufgabe würde einerseits einen untragbar hohen Aufwand erfordern und andererseits eine Frequenzumstellung erschweren, da hierfür zumal bei einem dekadisch aufgebauten System viele Einstellungen des Normalfrequenzgebers notwendig würden. Nach dieser Methode der Einzelfrequenzsynthese arbeiten auch noch weitere bekannte Schaltungen. Bei einigen werden die zusammenzumischenden Frequenzen durch Umschaltung mehrerer Quarze gewonnen. Dies bedeutet aber noch eine zusätzliche Erhöhung des Aufwandes.The application of this principle to solve the problem at hand would require an unacceptably high level of effort on the one hand and a frequency changeover on the other more difficult, as there are many settings for this, especially in a decadic system of Normal frequency generator would be necessary. According to this method of single frequency synthesis other known circuits also work. For some, they will be mixed together Frequencies obtained by switching several crystals. But this means one more thing additional increase in effort.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail.

In der F i g. 1 der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines um kleine Beträge innerhalb des Bereiches sehr hoher Frequenzen verschiebbaren Frequenzrasters gezeigt. Von einem Quarzoszill ' ator 1, der beispielsweise auf einer Frequenz von 0,2 MHz schwingt, wird über einen Verzerrer 2 ein breites Frequenzspektrum, beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 18 und 30 MHz, abgeleitet. Die einzelnen Frequenzen dieses Spektrums haben dann einen Frequenzabstand von 0,2 MHz. An den Ausgang dieser Verzerrungsstufe 2 ist ein mitgezogener Oszillator 3 angeschaltet, der an sich bekannt ist, und zwar beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1023 797. Dieser mitgezogene Oszillator besteht aus einer Mischstufe, der dem Frequenzspektrum der Stufe 2 zugeführt wird und einem frei schwingenden Oszillator, der diese Mischstufe speist. Der frei schwingende Oszillator ist durchstimmbar und mit einer Nachregelschaltung im der Weise versehen, daß bei wenigstens ungefährer übereinstimmung der Frequenz dieses Oszillators mit einer der Rasterfrequenzen über die entsprechende Nachregelschaltung dieser Oszillator auf der entsprechenden Rasterfrequenz festgehalten wird. Es wird auf diese Weise erreicht, daß der Oszillator nur eine der ihm zugeführten Rasterfrequenzen an seinem Ausgang abgibt. Diese eine Frequenz wird einem Frequenzumsetzer 4 zugeführt, der außerdem die Ausgangsenergie eines quarzstabflisierten weiteren Oszillators 5 eingespeist erhält, dessen Frequenz beispielsweise auf 113 MHz liegt. Im Ausgang der Mischstufe entstehen dann die Differenz aus den Frequenzen des mitgezogenen Oszillators 3 und des Oszillators 5 sowie die Summe dieser Frequenzen. Für die weiteren Betrachtungen wird als Ausführungsbeispiel angenommen, daß lediglich die Summe der erwähnten Frequenzen über ein Filter 6 ausgesiebt und dann einer nachfolgenden aperiodischen Frequenzvervielfachung in einer Stufe 7 mit Ausgang 7 unterworfen wird. Beispielsweise soll diese Vervielfachung sich bis zur 40. Harmonischen erstrecken.In FIG. 1 of the drawing shows a circuit arrangement for generating a frequency grid which can be shifted by small amounts within the range of very high frequencies. From a Quarzoszill 'ator 1, for example, vibrates at a frequency of 0.2 MHz is supplied through a distorter 2, a broad frequency spectrum, for example in the frequency range of 18 to 30 MHz is derived. The individual frequencies of this spectrum then have a frequency spacing of 0.2 MHz. At the output of this distortion stage 2, a dragged oscillator 3 is connected, which is known per se, for example from the German Auslegeschrift 1023 797. This dragged oscillator consists of a mixer, which is fed to the frequency spectrum of stage 2 and a freely oscillating oscillator that feeds this mixer stage. The freely oscillating oscillator is tunable and provided with a readjustment circuit in such a way that if the frequency of this oscillator coincides with one of the grid frequencies via the corresponding readjustment circuit, this oscillator is held at the corresponding grid frequency. In this way it is achieved that the oscillator emits only one of the raster frequencies supplied to it at its output. This one frequency is fed to a frequency converter 4, which also receives the output energy of a quartz-stabilized further oscillator 5 , the frequency of which is, for example, 113 MHz. The difference between the frequencies of the dragged oscillator 3 and the oscillator 5 and the sum of these frequencies then arise at the output of the mixer stage. For further considerations, it is assumed as an exemplary embodiment that only the sum of the frequencies mentioned is filtered out via a filter 6 and then subjected to a subsequent aperiodic frequency multiplication in a stage 7 with output 7 . For example, this multiplication should extend up to the 40th harmonic.

Bei der gezeigten und beschriebenen Anordnung ergibt sich dann ein Frequenzverteilungsbild, wie es in F i g. 2 als Beispiel für die 33. bis 37. Harmonische gezeigt ist. Im Abstand der Summenfrequenz folgen diskrete Frequenzen aufeinander, so daß ein grobes Frequenzraster entsteht. Dieses Frequenzraster hat die Qualität eines Quarzrasters und somit sehr hohe Genauigkeit. Durch Veränderung der Ab- stimmung des mitgezogenen Oszillators auf eine ändere Spektrumsfrequenz, beispielsweise eine um 0,2 MI-Iz höhere Frequenz fl", läßt sich das gesamte in der F i g. 2 dargestellte Spektrum - so wie gestrichelt angedeutet - um einen der Vervielfachung entsprechenden Faktor nach höheren Frequenzen verschieben, so daß mittels zweier quarzstabilisierter Oszillatoren eine außerordentlich große Anzahl definierter Festfrequenzen gewonnen wird. Eine gleichartige Verschiebung kann auch in Richtung niedrigerer Frequenzen vorgenommen werden.The arrangement shown and described then results in a frequency distribution image as shown in FIG. 2 is shown as an example for the 33rd through 37th harmonics. Discrete frequencies follow one another at a distance from the sum frequency, so that a coarse frequency grid is created. This frequency grid has the quality of a quartz grid and therefore very high accuracy. By changing the exhaust of the entrained oscillator humor to a change range of frequency, such as a higher by 0.2 MI-Iz frequency fl "spectrum shown 2 can be the whole in F i g. - such as indicated by broken lines - one of the move multiplication factor corresponding to higher frequencies, so that an extremely large number of defined fixed frequencies is obtained by means of two quartz-stabilized oscillators. a similar shift can also be carried out in the direction of lower frequencies.

In der F i g. 3 sind in einem Frequenzschaubild die sich durch die Rasterung ergebenden Verhältnisse angedeutet. Es ist beispielsweise angenommen, daß der Synchronoszillator 3 auf die 120. Harmonische von 0,2 MHz, also auf 24 MHz, eingestellt ist. Die Frequenz des Oszillators 5 liegt bei 113 NHU. Verwertet wird das als Summe sich ergebende Mischprodukt. Die Frequenzen der 34., 35. und 36. Harmonischen werden betrachtet und sind hierzu auf drei Frequenzskalen untereinander dargestellt. Wird der Synchronoszillator 3 stufenweise um 0,2 MHz weitergeschaltet, so ergeben sich jeweils die gestrichelt eingezeichneten Frequenzen. Zum Beispiel in der Nähe der Frequenz 4,8 GHz lassen sich dann die drei dargestellten Raster der 34., 35. und 36. Harmonischen mit folgender Einstellung des Synchronoszillators 3 erreichen. 34. 35. 36. fi + /2 (MHz) Harmonische Harmonische Harmonische 28,0+ 113 4794,0 ...... ...... 28 ' 2+ 113 4800,8 ...... ...... 28,4+ 113 4807,6 ...... ...... 24,0+113 ...... 4795,0 ...... 24,2+113 ...... 4802,0 ...... 24,4+ 113 ...... 4809,0 ...... 20,0+ 113 ...... ...... 4788,0 20,2+ 113 ...... ...... 4795,2 20,4+ 113 ...... ...... 4802,4 Es ist hieraus ersichtlich, daß sich mit den beiden Quarzen somit Raster unterschiedlicher Rastfrequenzabstände in einfachster Weise erzielen lassen. Bei'Störungen einer Rastfrequenz z. B. im Spektrum der 35. Harmonischen ist es daher möglich, durch Verwendung z. B. der 34. oder 36. Harmonischen ei ' ne der gestörten Frequenz eng benachbarte Frequenz zu benutzen.In FIG. 3 , the relationships resulting from the rasterization are indicated in a frequency diagram. It is assumed, for example, that the synchronous oscillator 3 is set to the 120th harmonic of 0.2 MHz, that is to say to 24 MHz. The frequency of the oscillator 5 is 113 NHU. The sum as resulting mixed product is recycled. The frequencies of the 34th, 35th and 36th harmonics are considered and are shown on three frequency scales one below the other. If the synchronous oscillator 3 is incremented by 0.2 MHz, the frequencies shown in dashed lines result in each case. For example, in the vicinity of the frequency 4.8 GHz, the three rasters shown for the 34th, 35th and 36th harmonics can then be achieved with the following setting of the synchronous oscillator 3 . 34. 35. 36. fi + / 2 (MHz) Harmonics Harmonics Harmonics 28.0+ 113 4794.0 ...... ...... 28 ' 2+ 113 4800.8 ...... ...... 28.4+ 113 4807.6 ...... ...... 24.0 + 113 ...... 4795.0 ...... 24.2 + 113 ...... 4802.0 ...... 24.4+ 113 ...... 4809.0 ...... 20.0+ 113 ...... ...... 4788.0 20.2+ 113 ...... ...... 4795.2 20.4+ 113 ...... ...... 4802.4 It can be seen from this that the two quartz crystals can be used to achieve rasters of different raster frequency spacings in the simplest way. In the case of disturbances of a rest frequency z. B. in the spectrum of the 35th harmonic, it is therefore possible by using z. As the 34th or 36th harmonic ei 'ne to use the disturbed frequency closely adjacent frequency.

In der F i g. 4 ist die besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung m* emiem Senderoszillator wiedergegeben. Der Senderoszillator besteht beispielsweise aus einem Reflexklystron 8, an dessen Ausgang ein einen geringen Anteil der Hochfrequenzenergie entnehmender Richtungskoppler 9 angeschaltet ist, der eine dem Frequenzvergleich dienende Mischstufe 10 speist. Diese Mischstufe 10 erhält außerdem die von der Vervielfacherstufe 7 der Anordnung nach F i g. 1 verfügbare Hochfrequenzspannung. Auf die Mischstufe folgt ein selektiver Zwischenfrequenzverstärker 11, der den Nachregelbereich der Frequenznachstellung der Sendestufe 8 bestimmt. Gegebenenfalls ist noch ein Amplitudenbegrenzer 12 vorgesehen, der dem entsprechenden Nachstelldiskriminator 13 vorgeschaltet ist. Der Nachstelldiskriniinator 13 betätigt die Frequenznachstelliing der Sendestufe 8, beispielsweise mittels einer Regelung der Speisespannung des Reflexklystrons.In FIG. 4 shows the particularly advantageous application of the inventive circuit m * emiem transmitter oscillator. The transmitter oscillator consists, for example, of a reflex klystron 8, at the output of which a directional coupler 9 is connected, which draws a small proportion of the high-frequency energy and which feeds a mixer 10 used for frequency comparison. This mixer stage 10 also receives that from the multiplier stage 7 of the arrangement according to FIG. 1 available high frequency voltage. The mixer stage is followed by a selective intermediate frequency amplifier 11, which determines the readjustment range of the frequency readjustment of the transmission stage 8 . If necessary, an amplitude limiter 12 is also provided, which is connected upstream of the corresponding readjustment discriminator 13. The adjustment discriminator 13 actuates the frequency adjustment of the transmission stage 8, for example by regulating the supply voltage of the reflex klystron.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt. Wird beispielsweise vorausgesetzt, daß die Frequenz des Reflexklystrons 8 im Bereich von 4600 bis 5000 MHz liegen soll, so wird ihm über den Vervielfacher 7 die 35. Harmonische u. a. zugeführt, wenn man die an Hand der F i g. 1 als Beispiel festgelegten Frequenzen verwendet. In diesem Falle ergibt ein Sprung in der Einstellung des Oszillators 3 um den feinstufigen Rasterabstand von 0,2 MHz in der Endlage einen Rasterabstand von 7 MHz. Die ersten ungewollten Vergleichsfrequenzen, die sich durch die 34. oder 36. Harmonische ergeben, liegen am unteren Ende des vorstehend zwischen 4600 und 5000 MHz angegebenen Endfrequenzbereiches um 131 bzw. am oberen Ende des Endfrequenzbereiches um 143 MHz von der gewünschten 35. Harmonischen entfernt. Da die Zwischenfrequenz des Verstärkers 11 relativ niedrig gewählt werden kann, beispielsweise in der Größenordnung von 50 bis 100 MHz, und die Selektivität in diesem Zwischenfrequenzverstärker den Nachregelbereich der Nachregelanordnung 9, 10, 11, 12, 13 bestimmt, der wesentlich geringer als der Abstand der nächsten störenden Vergleichsfrequenzen ist, kann sich eine Fehlabstimmung nicht mehr ergeben. Von besonderem Vorteil bei der beschriebenen Anordnung ist es noch, daß sich durch den zwischengeschalteten mitgezogenen Oszillator 3 für alle Rasterfrequenzen praktisch etwa gleiche Amplituden ergeben und daß durch schrittweise Weiterschaltung dieses Oszillators 3 um beispielsweise 0,2 MHz im Dezimeterwellengebiet zwischen 4500 und 5000 MHz Rasterfrequenzen im Abstand von 7 MHz gewinnen lassen, denen gegenüber störende Vergleichsfrequenzen weit entfernt liegen.The arrangement described works as follows. If, for example, it is assumed that the frequency of the reflex klystron 8 is to be in the range from 4600 to 5000 MHz, then the 35th harmonic is fed to it via the multiplier 7, among other things, if the one shown in FIG. 1 used as an example. In this case, a jump in the setting of the oscillator 3 by the finely graduated grid spacing of 0.2 MHz results in a grid spacing of 7 MHz in the end position. The first unwanted comparison frequencies, which result from the 34th or 36th harmonic, are at the lower end of the final frequency range specified above between 4600 and 5000 MHz by 131 MHz and at the upper end of the final frequency range by 143 MHz from the desired 35th harmonic. Since the intermediate frequency of the amplifier 11 can be selected to be relatively low, for example in the order of 50 to 100 MHz, and the selectivity in this intermediate frequency amplifier determines the readjustment range of the readjustment arrangement 9, 10, 11, 12, 13 , which is much smaller than the distance between the next interfering comparison frequencies, a mismatch can no longer occur. It is of particular advantage in the described arrangement that the interposed oscillator 3, which is drawn along with it, results in practically the same amplitudes for all screen frequencies and that by stepwise switching this oscillator 3 by, for example, 0.2 MHz in the decimeter wave area between 4500 and 5000 MHz screen frequencies in Let gain a distance of 7 MHz, compared to which disturbing reference frequencies are far away.

Claims

Patent claim circuitry for generating an in frequency by oscillating crystals stabilized adjustable frequency raster, characterized d a d u rch that a to a frequency of a finely stage frequency grid by means of waste adjustable humor, entrained oscillator and the, required frequency spacing of the final screen frequencies of the determining and the Frequency much higher lying further oscillator are connected to a frequency converter than superposition oscillators, of whose output frequencies the difference frequency is suppressed and the sum frequency corresponding to the required grid frequency spacing is subjected to an aperiodic frequency multiplication. Considered publications: German Patent Specifications No. 838 788, 968 714; French Patent No. 920,796; . USA. Patent No. 2,398,694; "Proceedings of the IRE", December 1956, pp. 1697 to 1702; "Electronies for Communication Engineers", March 1948, pp. 512 to 514.