DE1270626B - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer frequenzstabilen Wechselspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WÄW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H 03 b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 a4-8/02

1270 626
P 12 70 626.2-35
10. März 1964
20. Juni 1968

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Meßsender u. dgl. geeignete Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer frequenzstabilen Wechselspannung mit zwei durch je eine Spannung abstimmbaren Oszillatoren, die mit Eingängen eines Phasendiskriminators verbunden sind, der eine Spannung liefert, die von 'der Phasenbeziehung der ihm zugeführten Eingangssignale abhängt.

In der Elektronik werden häufig Wechselspannungssignale benötigt, deren Frequenz innerhalb eines breiten Frequenzbandes abstimmbar ist, wobei gleichzeitig gefordert wird, daß der das Signal liefernde durchstimmbare Oszillator die Frequenzstabilität eines Standard- oder Bezugsoszillators aufweist. Man verwendet hierzu häufig einen stabilen Bezugsoszillator, der nur in einem schmalen Frequenzband abstimmbar ist, und synchronisiert die Phase eines bei höheren Frequenzen arbeitenden, frequenzveränderlichen Oszillators mit einer gewünschten Oberwelle des Bezugsoszillators. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die prozentuale Frequenzänderung des mitgenommenen, höherfrequenten Oszillators nur gleich der prozentualen Änderung des Bezugsoszillators ist.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Schaltungsanordnung zur Synchronisation eines in einem breiten Frequenzband abstimmbaren Hochfrequenzoszillators durch einen nur in einem schmalen Frequenzband abstimmbaren niederfrequenten Bezugsoszillator angegeben werden. Weiterhin soll durch die Erfindung eine verbesserte Phasenmitnahme-Frequenzstabilisierungsschaltung angegeben werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz eines Bezugsoszillators in einem schmalen Frequenzband geändert, während ein Hochfrequenzoszillator von einer gewünschten Oberwelle des Bezugsoszillators mitgenommen wird. Die Frequenz des Bezugsoszillators wird vom unteren zum oberen Ende des Frequenzbandes geändert und dann rasch wieder auf eine niedrigere Frequenz innerhalb des Bandes zurückgestellt. Die Ansprechgeschwindigkeit des Mitnahme- oder Synchronisationskreises wird so klein bemessen, daß der Hochfrequenzoszillator, der ursprünglich von dem am oberen Ende seines Abstimmbereiches arbeitenden Bezugsoszillator phasensynchronisiert war, nun mit einer sukzessive höheren Oberwelle des Bezugsoszillators, der nun auf einer niedrigeren Frequenz innerhalb seines Abstimmbereiches arbeitet, in Tritt fällt. Durch eine wiederholte Durchstimmung des Bezugsoszillators über seinen kleinen Abstimmbereich läßt sich dabei eine sehr große, ununterbrochene und kontinuierliche Schaltungsanordnung zum Erzeugen
einer frequenzstabilen Wechselspannung

Anmelder:

Hewlett-Packard Company, Palo Alto, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, 8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Harley L. Halverson, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. März 1963 (265 278)

Frequenzänderung des Hochfrequenzoszillators innerhalb eines sehr großen Frequenzbereiches erzielen.

Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm der Frequenzbeziehungen zwischen einem Bezugsoszillator und einem zweiten Oszillator im Abstimmbereich,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer gegenüber F i g. 1 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Ausgangsfrequenz und der Rückkopplungsspannung des Bezugsoszillators der F i g. 3 zeigt.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einen mittels einer Spannung abstimmbaren Hochfrequenzoszillator 9 und einen mittels einer Spannung abstimmbaren Bezugsoszillator 11, die an einen Phasenvergleichskreis 13 angeschlossen sind. Bei dem Phasenvergleichskreis 13 kann es sich um einen getasteten Typ handeln, er liefert am Ausgang eine stetige Spannung V_e, die eine Funktion des Phasenunterschiedes zwischen dem Signal vom Hochfrequenzoszillator 9 und einer bestimmten Oberwelle des Signals vom Bezugsoszillator 11 ist. Phasenvergleichskreise dieser Art sind bekannt. Um eine kleine Änderung der Frequenz des vom Hochfrequenzoszillators 9 erzeugten Signals zu erreichen, werden

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die Abstimmspannung 17 und damit die Frequenz des nimmt aber auch die Breite des Bandes, in dem Stö-Bezugsoszillators 11 und. gleichzeitig die dem Hoch- rangen oder Rauschen übertragen werden, zu. Durch frequenzoszillator 9 zugeführte Abstimmspannung 15 die Begrenzung des Störpegels auf den maximal zuverändert. Etwaige Phasenabweichungen zwischen lässigen Wert werden daher die Größe des Einfangder Ausgangsspannung des Oszillators 9 und der ge- 5 und Haltebereiches der Schaltung in unerwünschter wählten Oberwelle der Ausgangsspannung des Be- Weise beschnittem Eine Erhöhung der Schleifenverzugsoszillators 11, die beispielsweise durch einen Stärkung zur Vergrößerung des Haltebereiches über ungenauen Gleichlauf der Abstimmspannungen oder einen festen Maximalwert der Schleifenverstärkung Unterschiede in der Frequenzabstimmspannungs- ist unzweckmäßig,

kennlinien der Oszillatoren im Abstimmbereich ver- io F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der in F i g. 1 darursacht sein können, lassen am Ausgang des Phasen- gestellten Schaltungsanordnung, bei der der Einfangvergleichskreises 13 eine Fehlerspannung V_e er- bereich ohne gleichzeitige Erhöhung der Störbandscheinen. Diese Spannung wird durch ein Tiefpaßfilter breite vergrößert und die Schleifenverstärkung unab-

19 gefiltert und in einer Addierstufe 21 mit der Ab- hängig vom Haltebereich sind. Diese Schaltungsanstimmspannung 15 vereinigt. Die Frequenz des Oszil- 15 Ordnung enthält zwei Rückkopplungsschleifen 27, 29. lators 9 wird dann entsprechend der von der Addier- Die Schleife 29 liefert die erforderliche Schleifenverstufe 21 zugeführten Summenspannung korrigiert. Die Stärkung und geeignete Filtercharakteristik, die den Fehlerspannung V_e geht mit abnehmendem Gleich- gewünschten Einfang- und Haltebereich bestimmen, lauffehler zwischen den Abstimmspannungen 15, 17 Die Schleifenverstärkung und Filtercharakteristik der gegen Null, und die Phasenmitnahme zwischen den 20 Schleife 27 sind so bemessen, daß sich die gewünschte Oszillatoren wird aufrechterhalten. Stabilität und Störbandbreite ergeben. Die «-te Ober-

Die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszilla- welle des Bezugsoszillators 11 synchronisiert die Phase _> tors 9 läßt sich auf diese Weise variieren, bis die des Hochfrequenzoszillators 9 mittels des Phasenverobere Grenze des Abstimmbereiches des Bezugs- gleichskreises 13 und der Rückkopplungsschleife 27 in Oszillators 11 erreicht ist. An diesem Punkt werden 25 der oben beschriebenen Weise. Der Bezügsoszillator die dem Bezugsoszillator 11 zugeführte Abstimm- 11 und der Hochfrequenzoszillator 9 sind in einem spannung und damit seine Betriebsfrequenz plötzlich weiten Frequenzbereich miteinander phasensynchroauf einen niedrigeren Wert herabgesetzt. Der Hoch- nisiert, und die Frequenz des Bezugsoszillators 11 wird frequenzoszillator 9 kann dieser raschen Frequenz- hierzu sägezahnartig zwischen den Maximal- und änderung nicht folgen, und die Rückkopplungsschleife 30 Minimalwerten geändert, wobei der Hochfrequenz-

20 wird unterbrochen, da keine Phasenmitnahme oszillator 9 durch aufeinanderfolgende Oberwellen mehr stattfindet. Die Zeitkonstante der Rückkopp- des Bezugsoszillators 11 mitgezogen wird. Wenn die lungsschleife 20 wird so groß bemessen, daß keine Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz des Bezugsmerkliche Änderung der Frequenz des Oszillators 9 Oszillators 11 von der Abstimmspannung linear ist, auftritt. Der Hochfrequenzoszillator 9 wird daher von 35 ist die dem Bezugsoszillator 11 zugeführte Abstimmder nächsthöheren Oberwelle des Bezugsoszillators spannung direkt proportional der Frequenz des 11 mitgezogen, welcher nun auf einer niedrigeren Hochfrequenzoszillators 9. Der phasensynchronisie-Frequenz arbeitet. Das Diagramm der Fig. 2 zeigt rende Bezugsoszillator 11 arbeitet dann in Verbindie Beziehung zwischen dem in Kurve 23 dargestellten dung mit der Rückkopplungsschleife 29 als Frequenz-Frequenzverlauf des Ausgangssignals des Bezugs- 40 diskriminator mit einer Spannungs-Frequenz-Kennoszillators 11 und der resultierenden Änderung der linie, wie sie in dem Diagramm der F i g. 4 dargestellt in Kurve 25 dargestellten Frequenz des Hochfre- ist. ία diesem Diagramm sind längs der Ordinate die quenzoszillators 9 im Abstimmbereich der Schaltungs- Rückkopplungsspannung V₁, die am Eingang einer anordnung. Die Kurve 23 zeigt auch, daß die Diffe- Stufe 33 zur Verfügung steht, und längs der Abszisse renz zwischen der maximalen und minimalen Fre- 45 die Ausgangsfrequenz / aufgetragen. Mit η, η + 1... quenz des Bezugsoszillators 9 abnimmt, wenn die sind die jeweils synchronisierenden Oberwellen be-Phasenmitnahme durch sukzessive höhere Oberwellen zeichnet Die Mittelfrequenz des durch den Bezugsbewirkt wird. Man erreicht auf diese Weise eine oszillator 11 in Verbindung mit der Rückkopplungs-Phasenmitnahme des Hochfrequenzoszillators durch schleife 29 gebildeten Frequenzdiskriminators folgt aufeinanderfolgende Oberwellen des Bezugsoszillators, 50 also der Frequenz des Hochfrequenzoszillators 9. Die und der Hochfrequenzoszillator läßt sich dadurch in Diskriminatorspannung am Ausgang eines Filters 35 einem breiten Frequenzband abstimmen, während wird in einem Differenzverstärker 31 mit dem Ausdie Frequenz des Bezugsoszillators nur in einem gang der Abstimmspannungsquelle 15 verglichen. Das schmalen Frequenzband veränderlich ist, dabei erzeugte Fehlersignal wird dem Hochfrequenz-

Die maximale Differenz- oder Fehlerfrequenz bei 55 oszillator 9 zur Korrektur von Abweichungen seiner offener Schleife, die ein Mitziehen und eine Phasen- Ausgangsfrequenz zugeführt. Der Bezugsoszillator 11 mitnähme des synchronisierten Oszillators erlaubt, ist also phasensynchronisiert mit dem Hochfrequenzalso der Einfangbereich, hängt vom Frequenzgang oszillator 9, und der Hochfrequenzoszillator 9 ist der Rückkopplungsschleife 20 ab. Dieser Einfang- frequenzsynchronisiert mit dem Bezugsoszillator 11. bereich soll möglichst groß sein, damit die Arbeits- 60 Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die weise der Schaltungsanordnung nicht wesentlich vom Phasensynchronisationsschleife 29 für optimale EinGleichlauf der von den Quellen 15, 17 gelieferten fang- und Halteeigenschaften bemessen werden kann, Abstimmspannungen abhängt. Der Bereich, in dem während die Frequenzsynchronisationsschleife 27 undie Phasensynchronisation bei einmal in Tritt gefalle- abhängig davon für optimale Rauschverhältnisse und nen Oszillatoren erhalten bleibt, hängt von der 65 Frequenzstabilität abgleichbar ist. Die Frequenz des Schleifenverstärkung in der Rückkopplungsschleife Ausgangssignals vom Oszillator 9 ändert sich also in 20 ab. Bei Vergrößerung der Bandbreite der Rück- einem weiten Frequenzband kontinuierlich, während kopplungsschleife oder der Schleifenverstärkung sich die Frequenz des Bezugsoszillators 11 sägezahn-

artig zwischen zwei nahe benachbarten Frequenzgrenzen ändert.

Die beschriebenen Schaltungsanordnungen ermöglichen also die Ausgangsfrequenz eines Oszillators in einem weiten Frequenzbereich zu ändern, während der Oszillator gleichzeitig eine einem Bezugsoszillator weitgehend entsprechende Stabilität aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß im ganzen Betriebsbereich zwischen zwei Oszillatoren eine Phasenmitnahme und eine Frequenzmitnahme bewirkt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer frequenzstabilen Wechselspannung mit zwei durch je eine Spannung abstimmbaren Oszillatoren, die mit Eingängen eines Phasendiskriminators verbunden sind, der eine Spannung liefert, die von der Phasenbeziehung der ihm zugeführten Eingangssignale abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination einer Abstimmspannung und der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators dem ersten Oszillator (9) derart zugeführt ist, daß eine Phasenmitnahmeschleife (20) zur kontinuierlichen Änderung der Frequenz des ersten Oszillators gebildet wird, daß die Frequenz des zweiten Oszillators (11) sägezahnartig im Bereich benachbarter Unterharmonischer des ersten Oszillators abgestimmt wird und daß die den ersten Oszillator enthaltende Phasenmitnahmeschleife eine frequenzändernde Zeitkonstante aufweist, die größer ist als die Frequenzänderungszeitkonstante des zweiten Oszillators derart, daß der erste Oszillator beim gleichzeitigen Durchstimmen der beiden Oszillatoren mit aufeinanderfolgenden Oberwellen des zweiten Oszillators in Tritt fällt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter (19) in der den ersten Oszillator (9) enthaltenen Phasenmitnahmeschleife.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit dem zweiten Oszillator (11) verbundene zweite Rückkopplungsscheife (29), durch die dem zweiten Oszillator die Kombination seiner Abstimmspannung und des vom Phasendiskriminator erzeugten Signals zugeführt ist, wobei die den ersten Oszillator enthaltende Rückkopplungsschleife (27) eine höhere Grenzfrequenz bzw. größere Bandbreite hat als die zweite Rückkopplungsschleife (29).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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