DE1276134C2 - Wobbelsender mit elektronischer frequenzsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wobbeisender mit elektronischer Frequenzsteuerung, der als Schwebungssender ausgebildet ist und bei dem zur Erzielung einer vorgegebenen, nichtiinearen Zeitabhängigkeit der Ausgangsfrequenz ein die letztere bestimmendes Schaltelement mittels einer periodischen Wobbelspannung mit vorgegebener Zeitabhängigkeit in seinen Kennwerten steuerbar ist, wobei ein Diskriminator zur Bildung einer von der Ausgangsfrequenz abhängigen Gleichspannung vorgesehen ist, die zusammen mit einer periodischen Kontrollspannung den Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung als Wobbeispannung dient.

Ein derartiger Wobbeisender ist aus der GB-PS 7 82 878 bekannt. Dieser Patentschrift ist entnehmbar (vgl. Seite 1, Zeile42 bis Zeile 61), daß der Diskriminator üblicherweise eine von der Ausgangsfrequenz linear abhängige Gleichspannung erzeugt und daß zwischen der Sendefrequenz und der Kontrollspannung ein linearer Zusammenhang besteht.

ίο Ein sehr ähnlicher Wobbeisender ist aus der US-PS 29 27 279 bekannt, wobei der Unterschied darin besteht, daß er nicht als Schwebungssender aufgebaut ist. Zur Erzeugung der nichtlinearen Zeitabhängigkeit der Ausgangsfrequbnz werden die Frequenz-Gleichspan-

nungs-Charakteristik des Diskriminators und die Zeitabhängigkeit dier Kontrollspannung nichtlinear ausgebildet, wobei die FrequemvGleichspannungs-Charakteristik des Diskriminators gegebenenfalls auch linear sein kann, in welchem Fall die gewünschte Nichtliniarität der Zeilabhängigkeil der Ausgangsfrequenz allein von der nichtlinearen Zeitabhängigkeit der Kontrollspannung bestimmt wird.

Aus dem »Hewlett-Packard-Journal«, Band 15, Nr. 4, Dezember 1963, Seiten I bis 6, ist andererseits ein Mikrowellen-Wobbeisender bekannt, bei dem eine lineare Zeitabhängigkeit der Sendefrequenz durch die Anwendung einer periodischen Kontrollspannung linearer Zeitabhängigkeit erzeugt wird. Die Kontrollspannung wird dabei von einem Miller-Integrator geliefert, dessen Alisgangsspannung mit ihren Extremwerten auf vorgegebenen Spannungspegeln gehalten wird. Über eine Spannungsteilerschaltung wird aus der Kontrollspannung und einer zu ihr inversen Hilfsspannung eine sägezahnförmige Wobbeispannung abgeleitet, wobei mittels in der Spannungsteilerschaltung enthaltener, getrennt einstellbarer Potentiometer beide Wobbelbereichsgrenzen getrennt voneinander einstellbar sind.

Weiterhin ist aus der US-PS 30 47 820 ein Dreieckspannungsgenerator bekannt, der einen Integrator enthält, welcher in einem Rückkopplungszweig einen Komparator aufweist, dem zwei variierbare Schwellwertspannungen zugeordnet sind, bei deren Überschreiten Komparatorimpulse gebildet werden, die zur Umsteuerung eines bistabilen Schaltkreises von einer vorgegebenen ersten Ausgangsspannung auf eine vorgegebene zweite, entgegengesetzt gepoite, dient, wobei die rechteckförmige Ausgangsspannung des bistabilen Schaltkreises dem Integratoreingang zugeführt wird. Eine Anwendung dieses Dreieckspannungsgenerators auf einen Wobbeisender der eingangs genannten Art ist jedoch in dieser Patentschrift nicht beschrieben.
Aus »British Communications and Electronics«, August 1960, S. 590 bis 593, ist ein im Mikrowellenbereich arbeitender Klystron-Sender beschrieben, der einen dem Senderausgang nachgeschalteten Begrenzer und einen Frequenzdiskriminator aufweist, dessen Ausgangsspannung mit einer Kontrollspannung gemischt wird. Die Differenzspannung der miteinander gemischten Spannungen wird dann dem Sender als eine Wobbeispannung zugeführt. Hierbei besteht die Kontrollspannung jedoch aus einem Nachrichtensignal, das die Sendefrequenz nach einer linearen Funktion

fts moduliert. Eventuell auftretende Kennwerteschwankungen der eigentlichen Senderschaltung stören den linearen Zusammenhang zwischen der Kontrollspannung und der abgegebenen Sendefrequenz nicht.

Ferner ist ein frequenzmodulierbarer Sender bekannt (vgl. Electronics, 1.6.1964, Seite 76 bis 80), der einen Varaktor als frequenzbestimmendes Element aufweist, (Jessen Kapazität mittels einer Steuerspannung (Modu-Yationsspannung) einstellbar ist. Zusätzlich ist dem Senderausgang ein Diskriminator nachgpschaltet, der eine von der Meßfrequenz abhängige Gleichspannung bildet; die dem Varaktor als Regelspannung zugeführt wird und dessen Arbeitspunkt und damit die Trägerfrequenz unabhängig von langsamen Kennwertesdv.vankungen infolge von Temperaturänderungen oder AlterserscheJnungen jeweils auf den Sollwert nachstellt. Der den Diskriminator enthaltende, von dem erstgenannten Steuerkreis unabhängige Regelkreis ist dabei so ausgebildet und dimensioniert, daß keine Beeinflussung der Frequenzsteuerung eintritt. Das bedeutet, daß trotz einer verhältnismäßig einfach durchzuführenden Stabilisierung des Steuerspannungsgenerators schnellere Kennwerteschwankungen der außerhalb desselben angeordneten Schaltelemente des Senders, die z. B. auf Schwankungen der Betriebsspannungen zurückgehen, nicht ausgeregelt werden können, was sich sowohl in entsprechenden Änderungen der Größe und Lage des Frequenzhubes als auch in einer Abweichung der Modulationskennlinie vom gewünschten Verlauf und damit in einer Abweichung der Frequenz-Zeit-Funktion vom Sollverlauf ausdrückt.

Der deutschen Patentschrift 11 60 039 ist entnehmbar, daß bei Richtfunksystemen mit Pilotüberwachung das frequenzmodulierte Nutzsignal im ZF-Bereich durch eine Frequenzregelung innerhalb der vorgesehenen Übertragungsbänder gehalten wird. Ein Diskriminator leitet zu diesem Zweck aus dem demodulierten Zwischenfrequenzsignal eine Gleichspannung ab, die den Sender derart nachregelt, daß sich die Trägerfrequenz auf die ZF-Bandmitte einstellt. Auch hierbei wird jedoch lediglich eine feste Frequenz auf einen Soliwert nachgeregelt, während die infolge von Temperaturschwankungen und Alterungen auftretenden Verfälschungen des Frequenzhubes und der Modulationskennlinie unausgeglichen bleiben. Dieser Nachteil fällt bei einer Weiterbildung dieser Regelschaltung, bei der das Regelkriterium aus einem Amplitudenvergleich der ersten Seitenschwingungen der Pilotfrequenz in der ZF-Lage miteinander oder mit einer Normalfrequenz gewonnen wird, zwar teilweise weg, doch sind hiermit nur Verzerrungen mit geradzahligen Ordnungszahlen ausregelbar. Davon abgesehen wird der Schaltungsaufwand durch die zur Piloterzeugung und -aussiebung erforderlichen Schaltungsteile wesentlich erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wobbeisender der eingangs genannten Art mit logarithmischer Zeitabhängigkeit der Ausgangsfrequenz so auszubilden, daß trotz der logarithmisehen Zeitabhängigkeit der Ausgangsfrequenz eine sehr große Konstanz der Größe und Lage ihres Frequenzhubes erreicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Diskriminator eine eine logarithmische Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz von der Zeit bestimmende, logarithmische Kennlinie aufweist, daß die periodische Kontrollspannung eine Dreieckspannung mit linearer Zeitabhängigkeit ist und mittels eines Dreieckspannungsgenerators erzeugt wird, der einen Integrator enthält, welcher in einem Rückkopplungszweig einen Komparator aufweist, dessen Eingängen einerseits die Integratorausgangsspannung und andererseits zwei einstellbare Vergleichsspannungen zugeführt werden, und daß die bei Amplitudengleichheit gebildeten Komparatorimpulse zur Umsteuerung eines bistabilen Multivibrators dienen, dessen rechteckförmige Ausgangsspannung dem Integratoreingang zugeführt wird.

Bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Wobbelsender ist eine konstante relative Genauigkeit der einstellbaren Wobbelbereichsgrenzen auch in solchen Teilbereichen des insgesamt überstreichbaren Ausgangsfrequenzbereichs gewährleiste*, die einen flachen Funktionsverlauf der Ausgangsfrequenz über der Zeit aufweisen. Dies hängt damit zusammen, daß sowohl die Dreieckspannung als auch die ihr durch die Wirkung des Regelkreises weitgehend angeglichene, über den Diskriminator abgeleitete Gleichspannung trotz des logarithmischen Verlaufes der Frequenz-Zeit-Funktion ihre lineare Zeitabhängigkeit behalten, so daß ihre amplitudenmäßige Begrenzung zum Zwecke einer Wobbelbereichseinstellung immer mit derselben relativen Genauigkeit vorgenommen werden kann. Würde dagegen die Kennlinie des Diskriminators bei einem logarithmischen Verlauf der Frequenz-Zeit-Funktion ihrerseits linear ausgebildet sein, so müßte die Dreieckspannung durch eine Frequenzsteuerspannung mit einer logarithmischen Zeitabhängigkeit ersetzt werden, die in einem oder mehreren Teilen des einstellbaren Frequenzbereiches starke Genauigkeitseinbußen bei der Einstellung konkreter Wobbelbereichsgrenzen mit sich bringen würde.

Die Erfindung sei an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Schaltbeispiels näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein nach dem Schwebungsprinzip aufgebauter Wobbeisender dargestellt, der aus einem Hochfrequenzgenerator 1 mit konstanter Ausgangsfrequenz f\ und einem Hochfrequenzgenerator 2 mit variabler Ausgangsfrequenz /2 besteht. Die Ausgangsspannungen beider Hochfrequenzgeneratoren werden in einem Modulator 3 gemischt, wobei ein nachgeschalteter Tiefpaß 4 die Differenzfrequenz /"= f\ — h aussiebt. Die Ausgangsspannung der Frequenz /"wird in einem Verstärker 5 verstärkt und dem Ausgang 6 des Schwebungssenders zugeführt. Der Wobbeibereich ergibt sich daraus, daß der Hochfrequenzgenerator 2 über einen einstellbaren Frequenzbereich Ah elektronisch verstimmbar ist. Die elektronische Frequenzsteuerung dieses Generators erfolgt mittels einer Wobbelspannung L/4, die über eine Steuerleitung 7 einem frequenzbestimmenden, elektronischen Schaltelement (z. B. Reaktanzröhre, Varaktor od. dgl.) zugeführt wird.

Ein an den Senderausgang 6 geschalteter Diskriminator 8 leitet aus der Ausgangsfrequenz feine Gleichspannung L) ab, deren Amplitude ein Maß für den Momentanwert der Ausgangsfrequenz darstellt. Die Spannung U wird dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers 9 zugeführt, an dessen zweiten Eingang die Ausgangsspannung LJ \ eines Dreieckspannungsgenerators IO geschaltet ist. Hierbei wird die Ausgangsspannung U4 des Differenzverstärkers 9, die der Spannungsdifferenz beider Eingangsspannungen proportional ist, über die Steuerleitung 7 dem frequenzbestimmenden Schaltelement als Wobbeispannung zugeführt.

Der Dreieckspannungsgenerator 10 erzeugt eine Ausgangsspannung Ui, deren Amplitude und Folgefrequenz in an sich bekannter Weise einstellbar sind. Dabei kann die Spannung UI als Führungsgröße eines geschlossenen Regelkreises angesehen werden, der aus den Schaltelementen 9, 7, 2, 3, 4, 5 und 8 besteht. Die

Betätigung des als Stellglied aufzufassenden, frequenzbestimmenden Schaltelements des Hochfrequenzgenerators 2 erfolgt dabei automatisch in der Weise, daß sich der Momentanwert der Diskriminatorausgangsspannung U dem jeweiligen Momentanwert der Spannung Ui weitgehend angleicht. Diese Momentanwerte nähern sich dabei mit größer werdendem Verstärkerungsgrad des Differenzverstärkers 9 immer mehr. Durch entsprechende Einstellung der positiven und/oder negativen Spitzenwerte von L/l wird der Wobbelbereich Af₂ der Größe nach festgelegt.

Wird nun die /fL/^Kennlinie des Diskriminators 8 derart ausgebildet, daß sie einen gewünschten logarithmischen Verlauf und eine große Langzeitkonstanz aufweist, und wird der Dreieckspannungsgenerator 10 weiterhin mit genauen und konstanten Kennwerten ausgebildet, so wird eine große Frequenzgenauigkeit und -konstanz der Größe und Lage des Frequenzhubes der Ausgangsspannung bei 6 erreicht, obwohl die Senderschaltung selbst eine wesentlich geringere Frequenzgenauigkeit und -konstanz hat. Wesentlich ist hierbei, daß durch die Regelschaltung nach der Erfindung die Eckfrequenzen des Wobbclhubes mit gleich großer Genauigkeit und Konstanz erzeugt werden.

Der Dreieckspannungsgenerator 10 ist in Fig.2 dargestellt. Hierbei ist ein Integrator 11, z. B. Miller-Integrator, vorgesehen, der in einem Rückkopplungszweig einen Komparator 12 aufweist, dessen Eingängen einerseits die Ausgangsspannung des Integrators und andererseits zwei einstellbare Verglcichsspannungcn L/2 und L/3 zugeführt werden, wobei der Komparator bei Amplitudengleichhcit der ersten Spannung mit einer der beiden Vcrgleichsspannungcn jeweils einen Ausgangsimpuls abgibt, der einem bistabilen Multivibrator 13 zugeführt wird. Durch jeden einzelnen dieser Ausgangsimpulse wird der Multivibrator umgesteuert, so daß er eine Rcchtcckspannung 14 ausgangsscilig erzeugt, die wiederum dem Eingang des Integrators 11 als Stcucrspannung zugeführt wird. Die Ausgangsspannung L/l des Integrators 11 wird hierbei dem einen Eingang des Diffcrcnzvcrstttrkcrs 9 in F i g. 1 zugeführt. Die maximale Amplitudenschwankung sowie der Glcichspannungsantcil der Integratorausgangsspannung U1 lüßt sich durch Einstellung der Vergleichsspannung U2 und L/3 festlegen, wobei die Amplitudendifferenz beider Vcrgleichsspannungcn dem Spannungshub der Integratorausgangsspannung entspricht. Die Flankensteilheltcn der Integratorausgangsspannung lassen sich beispielsweise durch Wahl der Zeitkonstanten oder durch Überlagerung der Rechteckspannung 14 mit einer Vorspannung einstellbarer Größe verändern. Falls die Vcrglelchsspannungen U 2 und LJ 3 In Frequonzwertcn entsprechend der f(U)· Kennlinie des Diskriminator 8 geeicht werden, können die Eckfrcqucnzcn des Wobbeihubes mit ihrer Hilfe unmittelbar eingestellt werden.

Zur Erzielung der logarithmischen Abhängigkeit f(t) der Ausgangsfrequenz t von der Zeit t wird bei einer linearen Zoltabhttnglgkclt U lft)dcr Ausgangsspnnnung r,₀ L/l des Drelccksponnungsgcncrators 10 die Kennlinie des Diskriminators 8 so gewählt, daß die durch sie bestimmte Funktion ((V), auf die Funktion LJ\(t) angewendet, die gewünschte logarithmische Abhängigkeit f(t) ergibt.Somit wird f(t)= f[U \(t)\.

Eine einstellbare Gleichspannung 15 wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung zusammen mit der Diskriminatorausgangsspannung U einem Komparator 16 zugeführt, der bei Amplitudengleichheit einen Markierungsimpuls 17 abgibt. Dieser kann mit besonderem Vorteil in einem zugeordneten Registrier- bzw. Sichtgerät zur Bildung einer Frequenzmarke verwendet werden, die dann ebenfalls mit großer Genauigkeit und Konstanz einstellbar ist.

In Fi g. 1 ist ein Sichtgerät 18 dargestellt.welches eine Kathodenstrahlröhre 19 enthält. Der Eingang des Sichtgerätes ist mit 20 bezeichnet, wobei ein Meßobjekt darstellender Vierpol X, dessen Frequenzcharakteristik 21 mit Hilfe dieser aus dem Wobbeisender und dem Sichtgerät 18 bestehenden Kombination bildlich dargestellt werden kann, zwischen den Senderausgang 6 und den Eingang 20 geschaltet ist. Die an der Klemme 20 anliegende Meßspannung wird in einem Verstärker 22 verstärkt und nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 23 der vertikalen Ablenkeinrichtung der Kathodenstrahlröhre 19 zugeführt, während die horizontale Ablenkung beispielsweise durch die Ausgangsspannung eines an der Meßfrequenz liegenden Diskriminators gesteuert wird. Dieser dem Sichtgerät 18 zugeordnete Diskriminator kann bei Kombination von Wobbelsender und Sichtgerät 18 zu einem Meßplatz am gleichen Ort insbesondere mit dem zum Wobbelscnder gehörigen Diskriminator 8 identisch sein, wie in F i g. 1 gezeigt ist. Die Markierungsimpulse 17 werden zur Bildung einer Frequenzmarke auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 19 der vertikalen Ablenkeinrichtung bei 24 zugeführt. Hierbei entsteht eine zusätzliche vertikale Auslenkung 25 des Elektronenstrahls an dem zu kennzeichnenden Punkt der Frequenzcharakteristik 21. Es ist möglich, die Frequenzmarkierungen mittels der Impulse 17 auch auf andere Weise vorzunehmen, z. B. durch eine an sich bekannte Helligkeitssteuerung des Elektronenstrahls, bei der die Impulse einer Hclligkeitsstcucrclcktrodc der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden.

Wie in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist, kann bei 24 auch ein Registriergerät angeschaltet werden, z. B, ein sogenannter Streifenschreiber 26, dessen Aufzeichnungsträger nach dem Einschalten mit einer konstanten Geschwindigkeit an dem Schreibmine! vorbeibewegt wird. Da die Frequcnz-Zcit-Funktion innerhalb einer Wobbclperiodc nach einer logarithmischen Kurve verlauft und durch eine entsprechende Verformung dev /fLZ/Kcnnlinic des Diskriminators 8 gegeben ist, kann der an sich mit einer konstanten Vorschubbewegung laufende Aufzeichnungsträger für alle Frequenzen entsprechend vorgcelcht werden. Zwcckmttßigerwelse erhalt der Aufzeichnungsträger eine vorgedruckte Frcqucnzrastcrung, in die die Meßkurve automatisch eingeschrieben wird. Hierbei ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß der Beginn der Vorschubbewegung des Aufzeichnungsträgers mit dem Beginn der Anstiegsbzw. Abfallflankc der Ausgangsspannung des Generators 10 synchronisiert wird. Bei diesem zuletzt genannten automatischen Schrclbcrbctrlcb ist die Mcßgcnaulgkeil praktisch genauso groß wie bei dem Wobbclbctricb unter Verwendung des Sichtgerätes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Palentansprüche:

   I. Wobbeisender mit elektronischer Frequenzsteuerung, der als Schwebungssender ausgebildet ist und bei dem zur Erzielung einer vorgegebenen, nichtlinearen Zeitabhängigkeit der Ausgangsfrequenz ein die letztere bestimmendes Schaltelement mittels einer periodischen Wobbeispannung mit vorgegebener Zeiiabhängigkeit in seinen Kennwerten steuerbar ist| wobei ein Diskriminator zur Bildung einer von' der Ausgangsfrequenz abhängigen Gleichspannung vorgesehen ist, die zusammen mit einer periodischen Kontrollspannung den Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung als Wobbelspannung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (8) eine eine logarithmische Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz (fjvon der Zeit beslimmende, logarilhmische Kennlinie (f(U)) auf weist, daß die periodische Kontrollspannung (U I) eine Dreieckspannung mit linearer Zeitabhängigkeit ist und mittels eines Dreieckspannungsgenerators erzeugt wird, der einen Integrator (11) enthält, welcher in einem Rückkopplungszweig einen Komparator (12) aufweist, dessen Eingängen einerseits die Integratorausgangsspannung (U 1) und andererseits zwei einstellbare Vergleichspannungen (U2, L/3) zugeführt werden, und daß die bei Amplitudengleichheit gebildeten Komparatorimpulse zur Umsteuerung eines bistabilen Multivibrators (13) dienen, dessen rechteckförmige Ausgangsspannung (14) dem Integratoreingang zugefünrt wird.
2. 2. Wobbeisender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare, entsprechend der Diskriminatorkennlinie (f(U)) in Werten der Sendefrequenz (Q geeichte Gleichspannung (15) vorgesehen ist, die zusammen mit der vom Diskriminator (8) abgeleiteten und gleichgerichteten Spannung (U) einem weiteren Komparator (16) zugeführt wird, der bei Amplitudengleichheit einen Markierungsimpuls (17) erzeugt.
3. 3. Wobbeisender nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung mit einem Pegelmesser, der ein Registrier- bzw. Sichtgerät, z. B. Zweikoordinatenschreiber, Kathodenstrahlröhre (19) od. dgl., enthält, wobei die Diskriminatorspannung gleichzeitig zur Zeitablenkung des Schreibmittels dient.
4. 4. Wobbeisender nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung mit einem Pegelmessei, de: als Registriergerät einen Streifenschreiber (26) enthält.