DE1290959B

DE1290959B - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Synchronisieren eines oertlich erzeugten Signals mit einem Bezugssignal

Info

Publication number: DE1290959B
Application number: DEN28661A
Authority: DE
Inventors: Robinson Stephan Joseph; Alcock Robert Nicholas; Levy Ralph
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-06-14
Filing date: 1966-06-10
Publication date: 1969-03-20
Also published as: US3378787A; JPS4929771B1; GB1073552A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vier Ausführungsformen der Erfindung werder

Synchronisieren eines örtlich erzeugten Signals der nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert

' Winkelfrequenz o^, und der Form cos Oi₀ ί mit einem die blockschematisch Schaltungsanordnungen zui

Bezugssignal der Winkelfrequenz u>_s und der Form Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung

cos w, t und auf Schaltungsanordnungen zur Durch- 5 zeigen.

führung dieses Verfahrens. Nach F i g. 1 ist eine Eingangsklemme A1 mil Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren einem Schalter S3 verbunden, die auf einen Freund dazugehörige Schaltungsanordnungen, die beim quenzdiskriminator FD entweder ein Signal von dei Empfang eines Signals beliebiger Frequenz dadurch Klemme A 1 oder ein Signal von einer Vorrichtung E ansprechen, daß sie an einer Ausgangsklemme ein i_O die weiter unten näher beschrieben wird, Übertrager Signal nahezu der gleichen Frequenz erzeugen. Der- kann.

artige Schaltungsanordnungen können zum Syn- Der Frequenzdiskriminator FD kann von einem

chronisieren eines Ortsoszillators mit einem Bezugs- Signal der Form A cos o>t zwei Ausgangsgleichspan-

signal benutzt werden. Sie können z.B. auch als nungen ableiten, die A² cosmo> und A² sin/n™ pro- »Frequenzspeicher« benutzt werden, also auf Si- i₅ portional sind, wobei m gleich L/C ist, wobei C die

gnale unbekannter Frequenz und kurzer Dauer an- Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Diskriminator unc

sprechen, und dann zu einem späteren Zeitpunkt ein L die elektrische Differenzlänge der zwei Strecken im

Ausgangssignal der gleichen Frequenz, aber mit Diskriminator bezeichnet. Jeder Ausgang wird einem

längerer Dauer derart erzeugen, daß die Frequenz Schalter zugeführt, der das empfangene Signal einem gemessen werden kann. _z0 Speicher und von dort einem Vervielfacher M odei

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 183 537 sind direkt einem Vervielfacher des anderen Zweiges zu-

Frequenzdiskriminatoren zum Vergleich zweier Si- fuhren kann. Diese Zweige werden nachstehend

gnalc zwecks Herbeiführung einer sehr geringen näher beschrieben. Der Ausgang der zwei Verviel-

Frequenzabweichung derselben an sich bekannt. Hier- fächer Ml und Ml wird in einer Differenzstufe J zu werden drei Mischstufen verwendet. Die Erfin- 25 subtrahiert, von der eine Regelspannung abgeleitel

dung schlägt ein Verfahren vor, das zu einfacheren wird, die einer Frequenzregelstufe zugeführt wird

Schaltungsanordnungen durch Anwendung anderer die an sich die Frequenz eines elektrisch gesteuerter

Verfahrensschritte als beim Stand der Technik führt. Oszillators // regelt, der z. B. ein Rückwärtswellen-

Das Verfahren der eingangs genannten Art ist oszillator sein kann. Ein Teil der von der Stufe H nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß _3O erzeugten Energie wird über eine Schwächungsvor

von dem Bezugssignal ein erstes Paar von Gleich- richtung und ein Kupplungsnetzwerk E einer Ein

Spannungen mit Amplituden proportional cos mm_s gangsklemme von S3 zugeführt.

bzw. sinmoij, wobei m eine Konstante ist, abgeleitet Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise de:

wird und von dem örtlich erzeugten Signal ein zweites Systems wird das Resultat betrachtet, das durch di< Paar von Gleichspannungen mit Amplituden pro- 35 Zufuhr des Signals der Form A cos o>_st an die Ein

portional cosmOj₀ bzw. sinntW₀ abgeleitet wird, daß gangsklemme A1 entsteht. Wenn der Schalters^

dann diese zwei Gleichspannungspaare miteinander in der geeigneten Lage ist, wird dieses Signal dem

kreuzweise vervielfacht werden zur Erzielung zweier Eingang des Frequenzdiskriminators FD zugeführt

Spannungsprodukte mit Größen proportional der auf den Schalter S leine Spannung, die A² cos mm sinnt M_x ■ cosmaiQ bzw. cosntw, -sinmo^ und darauf 40 proportional ist und auf S2 eine Spannung propor-

diese Spannungsprodukte subtrahiert werden zur tional mit A² sin m «>_s überträgt. Die drei Schaltei

Bildung einer DifTerenzspannung, deren Größe Sl, S 2 und S 3 sind derart angeordnet, daß sie gemein-

sinm(m_s — O)₀) proportional ist, welche Differenz- sam wirksam sein können, und wenn der Schalter S3

spannung als Steuerspannung einem Frequenzregel- in der erwähnten Lage steht, nehmen Sl und S 2 je

kreis des Ortsoszillators so zugeführt wird, daß die 45 eine solche Lage ein, daß die Gleichspannung von

Frequenz des örtlich erzeugten Signals sich der des FD einem Speicher B1 oder Bl zugeführt wird,

erwähnten Bezugssignals nähert. Die Ableitungen kön- Diese Speicher haben vorzugsweise die Form von

nen auch gleichzeitig durchgeführt werden. Verzögerungsleitungen oder von Kondensatorspei-

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des ehern oder Digitalspeichern; sie speichern die Gleich-

Verfahrens nach der Erfindung enthält einen Orts- 50 spannungen von den Signalen an Klemme A1 wäh-

oszillator, Frequenzdiskriminatoren zum Ableiten des rend einer Zeitspanne nach der Beendigung dieser

ersten Paares von Gleichspannungen von dem Bezugs- Signale. Zu einem späteren Zeitpunkt werden Sl.

signal und zum Ableiten des zweiten Paares von S2 und S3 in ihre andere Lage geschaltet. In diesen

Gleichspannungen von dem Ortsoszillator, zwei Ver- Lagen wird ein von dem Oszillator H abgeleitetes

vielfachungsstufen zum Erzeugen der zwei Spannungs- 55 Signal der Form B cos O)₀1 von E über S3 dem Diskri·

produkte und eine Subtraktionsstufe zum Abziehen minator FD zugeführt. Von dem Diskriminator wire

der Spannungsprodukte zum Erzeugen einer Diffe- eine Gleichspannung proportional mit B² cos m ^

renzspannung, gemeinsam mit einer Frequenzregel- über Sl auf eine Vervielfachungsstufe M 2 übertragen

stufe, die durch die Differenzspannung betätigt werden während gleichzeitig eine Gleichspannung propor-

kann, damit die Frequenz des Ortsoszillators sich 6o tional mit B² sin mr% über S2 einer Vervielfachungs-

der des Bezugssignals nähern kann. Die Schaltungs- stufe M1 zugeführt wird.

anordnung kann Speicherorgane sowie Verzögerungs- Während diese von dem Oszillator// abgeleiteter leitungen enthalten, damit nur ein einziger Diskrimi- Spannungen der Vervielfachungsstufen M1 und MI nator erforderlich wird, der zwei Signale nachein- zugeführt werden, werden die gespeicherten, von dem ander unterscheidet; auch können gesonderte Diskri- 6s Signal der Klemme A1 abgeleiteten Spannungen auch minatoren vorgesehen werden, um gleichzeitig die diesen Vervielfachern zugeführt. Es treten somit Gleichspannungen von den zwei Signalen abzu- gleichzeitig zwei Eingangsspannungen an dem Verleiten. ' vielfacher M1 auf, die A² cos mm, bzw. B² sin nt «t

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proportional sind; es treten in ähnlicher Weise gleichzeitig zwei Eingangsspannungen an Λ/2 auf, die A² sin IUtU_x bzw. B² cos Mo₀ proportional sind. An dem Ausgang von Ml werden diese Signale eine Spannung erzeugen, die A² B² cos wm_s-sin nn-i₀ proportionai ist, und am Ausgang von Ml eine Spannung, die A² B² hin ma)_s· cos IHo₀ proportional ist. Bd Subtraktion dieser Spannungen in der Stufe J einsieht als Regelspannung für die Frequenzregel-.stuie C eine Spannung proportional mit A² B² sin m _[0

Wenn «■■»;, = m_s ist, also wenn die Frequenz des elektrisch gesteuerten Oszillators H gleich der Frequenz des Signais an A 1 ist, ist die Ausgangsspannung von J Null. Ferner ist die Frequenzregelstufe G der- _[5 an angeordnet, daß sie auf die Ausgangsspannung von J derart anspricht, daß die Frequenz des Oszilialoi s H sich der des Signals an A 1 nähert. Die Ausgangsspaiiiitiag von H erscheint nach Durchgang durch den Abschwächer und die Kupplungsvorrichtung E an der Ausgangsklernme A 2.

F j e. 2 zeigt eine zweite Ausführungsforrn mit den Frequenzdiskriminatoren FDl und FD 2, die parallel über eisen Schalter S3 gespeist werden, der den Eiiigangsklemmen der beiden Diskriminatoren entweder ein Signal von der Klemme A1 oder ein Signa! von dein Abschwächernetzwerk E zuführen kann. Im Betrieb, wenn A Ϊ über S3 mit FD1 und FDI 'verbunden ist, werden Gleichspannungen proportional mit A² cos/h™, und A² sin/Hw₅ von FDI übei die Schalter Sl und S2 den Speichern Bl bzw. Bl zugeführt, während Gleichspannungen proportional mit A² cosHi-j, und A² sin H^₅ von FDl über die Schalter S4 und SS den Speichern B3 bzw. B4 zugeführt werden; in ist gleich L/C fiir den Diskriininalor FiJ 1, und η ist gleich L/C für den Diskriminator Fi>2 und, wie dies weiter unten ersichtlich sein wiid. haben die Diskriminatoren verschiedene Kennlinien, so daß m und η nicht einander gleich Sinti.

Z"i einem späteren Zeitpunkt werden die fünf Schulter SI bis SS in die anderen Lagen umgeschaltet, so daß Gleichspannungen proportional mit B¹ sinBIiH₁), B²COSfHw₀, JS² sin Rw₀ an Ml, Ml, M3 bzw. MA zugeführt werden, während die Spannungen der Speichel· B1 bis B4 gleichzeitig an die anderen Kiellinien der Vervielfachungsstufen zugeführt weiden. Die den Ver/ielfachungsstufen zugefiihrten Spannungen können wie folgt aufgestellt werden:

Ml A² cosmω,, und B² skiHi-W₀ M2 i^r>2cosiiii»_rt und Α^Λ sinmo^ M 3 /I²COSiHo.; und B² sin η W₀ M 4 S²COSHw₀ und A²SmH(Ds

Nach Subtraktion in den Stufen /I und Jl erhält

man von

■/1 A² B² sin m ((·>„ Jl A² B² SiJiHK

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Es stciien somit zwei Spannungen zur Verfügung, die über einen Wählschalter £6 der Frequenzregelsltifczugeführt werden können, und durch geeignete Wahl verschiedener Diskrhninatorkennlinien in und η kann eine als eine »grobe« Frequenzregelspannung und die andere als eine »feine« Regelspannung benutzt werden. Durch geeignete Umschaltung von S6 von Grob auf Fein kann der Oszillator H über einen großen Frequenzbereich geregelt werden.

Die beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen wirken nach dem Prinzip des Ableitens von Gleichspannungen von einem Bezugssignal und des Speichers derselben in einer Speichervorrichtung, worauf andere Spannungen von dem örtlich erzeugten Signal abgeleitet, die gespeicherten Spannungen den Speichern entnommen und die Vervielfachung, die Subtraktion und die Regelung vorgenommen werden. Gewünschtenfalls können die verschiedeilen erwähnten Spannungen gleichzeitig durch verschiedene Frequenzdiskriminatoren abgeleitet werden, anstatt einen Frequenzdiskriminator zu benutze», der zwischen den zwei Signalquellen umgeschaltet wird; eine solche Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt, die ähnlich der Anordnung nach Fig. 2 ist; sie liefert nur eine Regelspannung, die der Frequenzregelstufe G zugeführt wird.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß ein Bezugssignal der Klemme A ί direkt einem Frequenzdiskriniinalor FD1 und ein örtlich erzeugtes Signal des Oszillators H über £ einem Frequenzdiskriminator FD2 zugeführt wird. Von FD2 wird eine Gleichspannung proportional mit A² cos mo)_s dem Vervielfacher Λ/1 und eine Gleichspannung, proportional mit A² sin mindern Vervielfacher M2 zugeführt; von FDl wird eine Gleichspannung proportional mit B² cos»im_a an Af 2 und eine Gleichspannung proportional mit B² sin ItIo₀ an MI zugeführt. Die Stufen M1, M 2, J und G wirken auf gleiche Weise, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben ist. Es ist selbstverständlich von Bedeutung, daß die Frequenzdiskriminatoren FD1 und FD 2 in dieser Ausführungsform die gleichen Kennlinien und somit eine gleiche Konstante m haben.

Ähnlich wie von der in F i g. I dargestellten Ausführungsform die· in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform abgeleitet werden kann, kann von der in F i g. 2 dargestellten Ausföhrungsform eine vierte. Ausfiihrungsform nach Fig. 4 abgeleitet- werden, die vier Frequenzdiskriminatoren FD1, FD 2, FD 3 und FD4 enthält; es entstehen dadurch feine und grobe Frequenzregelspannungen, die durch den Schalter ,56 gewählt werden können, mit gleichzeitiger Ableitung von dem Bezugssignal und dem örtlich erzeugten Signal.

Claims

Patentansprüche:

ί. Verfahren zum Synchronisieren eines örtlich erzeugten Signals der Winkelfrequenz <% und der Form cos W₀ f mit einem Bezugssignai der Winkelfrequenz fi>_s und der Form cos o>_st, dadurch gekennzeichnet, daß von dein Bezugssignal ein erstes Paar von Gleichspannungen mit Amplituden proportional cos nip*,, bzw. sin/H M₁, wobei m eine Konstante ist, abgeleitet wird und von dem örtlich erzeugten Signal ein zweites Paar von Gleichspannungen mit Amplituden proportional COSfHw₀ bzw. sin Hi^ abgeleitet wird,daß dann diese zwei Gleichspannungspaare miteinander kreuzweise vervielfacht werden zur Erzielung zweier Spannungsprodukte mit Größen proportional sin rn m, · cos m M₁₁ bzw. COSHiPi₁ ■ sin JWfO₀ und darauf diese Spamiungsprodukte subtrahiert werden zur Bildung einer Differenzspannung, deren Größe sin m (ω_χ — m_o| proportional ist, welche Diflercnzspanaung ais

Steuerspannung einem Frequenzregelkreis des Ortsoszillators so zugeführt wird, daß die Frequenz des örtlich erzeugten Signals sich der des erwähnten Bezugssignals nähert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Bezugssignal noch ein drittes und von dem örtlich erzeugten Signal noch ein viertes Paar von Gleichspannungen mit Amplituden proportional cosh</j_s bzw. sin/ir».,, wobei « eine Konstante ist, abgeleitet werden, daß auch diese dritten und vierten Gleichspannungspaare miteinander zur Erzielung von zwei weiteren Spannungsprodukten mit Größen proportional sin η o>_s ■ cos η O)₀ bzw. sin η O)₀ · cos η ™_s vervielfacht und darauf diese Spannungsprodukte zur Bildung einer weiteren Differenzfrequenz subtrahiert werden, deren Größe sin η (o>_s — O)₀) proportional ist und die zwei Differenzspannungen gleichzeitig dem Frequenzregelkreis zugeführt und die Konstanten m und η derart gewählt werden, daß eine feine bzw. grobe Frequenzregelung erhalten wird.
. 3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Bezugssignal abgeleiteten Gleichspannungen einem Verzögerungssystem oder einer anderen Speichervorrichtung zugeführt werden, daß dann die Gleichspannungen von dem örtlich erzeugten Signal abgeleitet werden, woraufhin die gespeicherten Spannungen den Speicher- vorrichtungen entnommen und dann die Vervielfachung, die Subtraktion und die Frequenzregelung vorgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungen von dem Bezugssignal und von dem örtlich erzeugten Signal gleichzeitig abgeleitet werden.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ortsoszillator, Frequenzdiskriminatoren zum Ableiten des ersten Paares von Gleichspannungen von dem Bezugssignal und zum Ableiten des zweiten Paares von' Gleichspannungen von dem örtlich erzeugten Signal, zwei Vervielfachungsstufen zum Erzeugen von zwei Spannungsprodukten und eine Subtraktionsstufe zum Subtrahieren der Spannungsprodukte zum Erzielen einer Differenzspannung und eine zur Annäherung der Frequenz des Ortsoszillators an die des Bezugssignals durch die Differenzspannung betätigbare Frequenzregelstufe vorgesehen sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Diskriminatoren vorgesehen sind, durch die das dritte und vierte Paar von Gleichspannungen abgeleitet werden, und zwei weitere Vervielfachungsstufen zum Erzeugen der zwei weiteren Spannungsprodukte vorhanden sind sowie eine weitere Subtraktionsstufe zum Subtrahieren der zwei weiteren Spannungsprodukte zum Erzielen einer weiteren Differenzspannung und Selektionsmittel zum Wählen der der Frequenzregelstufe zuzuführenden Differenzspannung.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Frequenzdiskriminator, zwei Speichervorrichtungen zum Speichern des ersten Paares abgeleiteter Gleichspannungen mit ersten Schaltmitteln zum Schalten des Eingangs des Diskriminators entweder an den Ortsoszillator oder an eine Bezugssignalquelle und mit zweiten Schaltmitteln zum Schalten des Ausgangs des Diskriminators entweder direkt an die Vervielfachungsstufen oder über die Speichervorrichtungen an die Vervielfachungsstufen vorgesehen sind.
8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 6 und 7 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Einzelfrequenzdiskriminator, dessen Eingang zu dem des ersten Einzeldiskriminators parallel geschaltet ist, derart vorgesehen ist, daß die Eingänge beider Diskriminatoren durch die genannten ersten Schaltmittel betätigt werden können, wobei zwei weitere Speichervorrichtungen zum Speichern des dritten Paares von Gleichspannungen des weiteren Diskriminators weitere Schaltmiltel zum Verbinden der Ausgänge des weiteren Diskriminators entweder direkt mit den Vervielfachungsstufen oder über die weiteren Speichervorrichtungen mit den weiteren Vervielfachungsstufen vorgesehen sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zum Durchführen eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Diskriminator zum Ableiten des ersten Paares von Gleichspannungen von dem Bezugssignal und ein zweiter Diskriminator zum gleichzeitigen Ableiten des zweiten Paares von Gleichspannungen von dem Ortsoszillator vorgesehen sind.
10. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 6 und 9 zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Diskriminator zum Ableiten des dritten Paares von Gleichspannungen von dem Bezugssignal und ein vierter Diskriminator zum gleichzeitigen Ableiten des vierten Paares von Gleichspannungen von dem Ortsoszillator vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen