DE1516907A1 - Verfahren zur Verminderung der Stoerungen,die durch elektromagnetische Strahlung von zeitgebergesteuerten Systemen verursacht werden - Google Patents

Description

WSIERH BLEOTRIB COMPANX, I_ttoorporated H.J.iseuscner 1 Sew Tork, Ν·Υ. 10007, USA 1 C1 ßQfi7

Verfahren zur Verminderung der Störungen, die durch elektromagnetische Strahlung von Zeitgeber-gesteuerten 'Systemen rerureacht werden·

Die Erfindung betrifft Systeme, bei denen eine oder mehrere Quellen zur Erzeugung einer bestimmten Hochfrequenz benutzt werden; insbesondere Verfahren zur Verminderung der Intensität unerwünschter elektromagnetischer Strahlung, die in derartigen Systemen örtlich erzeugt wird.

In zahlreichen Gebieten, insbesondere in der Nachrichtenübertragung in Sechenanlagen und in Date nver arbeit ungseinrichtunger werden verschiedene Systeme verwendet, die Signale benutzen oaer die durch Signale gesteuert WeI-IcH₁ weiche bei einer vorbestimmten Hochfrequenz auftreten. Die Quelle/lieser Signale nimmt häufig die ForM eines Oszillators oder exnes "Zeitgebers" an, um Zeitimpulse mit einer v<?rbe stimmt en Frequenz zu erzeugen, die an verschiedenen Punkten im System verwendet werden, um dessen Arbeitsweise zeitlich festzulegen oder zu synchronisieren. Die Quelle kann auch Schaltanordnungen enthalten, um aia vorbestimmt« Frequenz abzuzählen, so.daß Signale mit anderen ire; u-nscn entstenen, die Subharmonische der ü-rundfrequünz der Quelle sind* Eeim Bet leb dieser Systeme entstehen häufig Probleme infolge von hierbei erzeugten elektromagnetischen Strahlungen, von denen ein wesentlicher Teil in Beziehung zur örtlicnen üra^ugung der vorbes uiiumten Frequenz steht. Die elektromagnetiache Strahlung hat oftmals

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eine solche Intensität, daß eine übermäßige Störung anderer Einrichtungen entstellt, ζ·Β· von Nachrichtenempfängern.

Sin bereits bekanntes Verfahren zur Verminderung der abgestrahlten elektromagnetischen Inergie auf einen annehmbaren Wert g besteht darin, die.Einrichtungen des Systems abzuschirmen· Dies hat sich als sehr wirksam erwiesen, wenn die Einrichtungen eingekapselt werden und relativ kompakt sind· Jedoch ist bei Syitanen, bei denen die Einrichtungen normalerweise nicht eingekapselt sind, ferner bei größeren Systemen, und insbesondere bei Systemen, bei denen die Einrichtungen über ein beträchtliches Gebiet verteilt sind, di· Abschirmung weder wünschenswert noch stellt sie eine praktische Lösung dar. Der Umfang der erforderlichen Abschsirmung ist in solchen Fällen ziemlich groß und stellt somit eine teure Lösung des Problems dar. Weiterhin kann bei derartigen Systemen die Abschirmung infolge von Problemen in Besug auf die Kühlung und infolge schlechter Zugän^liohkeit eu den Einrichtungen Anlaß zu Schwierigkeiten im Betrieb und in der Unterhaltung geben·

Lösung des Problems der Verminderung der Intensität derartiger unerwünschter elektromagnetiscner Strahlung ohne

ie Notwendigkeit einer Abschirmung wurde in der deutschen Patentanmeldung W 40 135, eingereicht am 19.1O.1yo5, vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren, das die Tatsache mit Vorteil ben tzt, laß diese Strahlung auf die bosciunato jro-quena una ihre Harmonischen (und öubharniüriibctien für Signale, dm durch Abzählen, vun der erzeugten tx?fltim.n t"u Frequenz abgo-2ei let werden) konzentriert ist, ist djo Quölle mit einem

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Signal frequenzmoduliert, das einen ersten Frequenzbereich hat, der in einem wesentlich niedrigeren Sana liegt, alß die bestimmte frequenz, um die unerwünschte elektromagnetische Strahlung auf eine Vielzahl von Modulationsspektren 8U verteilen, die um die bestimmte Frequenz und die zugehörigen Harmoniechen liegen.

Wenn auch die^e Lösung vorteilhaft ist, so hat man doch festgestellt, daß im allgemeinen fur die notwendige Zeii*- geberfrequenz-Mociuiati nsanordnung beträchtliche zusätzliche Schaltanordnungen enorderlich sind, um die mittlere Frequenz des Zeitgebei-fi-equenzosziliators des üyatema mit einem zweiten Bezugsquarzosziliators in der Phase zu syncnronisiereii· Somit sind in dem Zeitgeberöystem wenigstens zwei Oszillatoren erforderlich.

obigen Eine vorteilhaftere Losung des/Problems liefert die erfindungegemäße Anordnung» bei der die Phase und nicht die Trequenat des Systeazeitgebers mit einem Signal moduliert wird, das einen ersten Trequenzbereioh hat, der in einem wesentlich tieferen Ban* liegt, als die bestiamte Frequenz des Zeitgebers· Durch diese Anordnung wird nicht nur ^ie unerwünschte Strahlung vermindert, ohne daß eine Abschirmung notwendig ist; es ist auch im Zeitgebersyeten nur ein einziger Oszillator notwendig,(der ein quarzgesteuerter Oszillator sein kann).

Die ITauur und die Merkmale der vorliegenaen Erfindungen würden ahnar.d cer naehfolgenien eingehenden Erläuterung und der bei^exu^ten Zeiohuun_if Verona ein Ausiuhrun;;söeispiel

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einer Anordnung zur Durc hf ührung dee Verfahrens der Erfindung zeigt, voll verständlich werden.

Wie in der Zeichnung dargestallt ist, liefert der Zeitgeber 10 Zöitimpulee an der Impuls kl eiaae 15, die normalerweise zur Ausgan&sklemme 90 geleitet werden und die z.B. benutzt werden, um aie Arbeitsweise von Nachrichtenübertragungsoder Datenverarbeitungseinrichtungen zu steuern. Der Zeitgeber 10 kann beispielsweise «via einem Quarzoszillator mit vorbestimmter Frequenz bestehen, der die Zeit impulse an die Impulskleirune 15 liefert, wobei die Impulse abgestellt werden können, um andere Zeitimpulse mit Frequenzen iu liefern, die Subharmonische der vorbestimmten Frequenz des Zeitgebers 1ü darstellen. Das Spektrum der vom System' abgeetranlten elektromagnetiaahen Energie besteht somit aus bestimmten Frequenzen, die Harruonische eier vorbestimmten Zeitgebcrfrecjuenz Kind, die aber auch bestimmte Frequenzen umfassen, velcne Subharmonische der vorbestimmten Zeitgeberfrequenz sina, and zwar im Fall von Zeitimpulsen, die durch Abzählen von der Zeit^ebcrfrejuenz abgeleitet, sind. Es können Störungen von in der N-üb gelejenen Na hrichtenübertragung-einricht ungen durch e-bktromaLjnetisjhe Strahlung bei einer oder mehreren diefc-ir ue£tiramten Frequenzen entstehen. Erfinunl'So'-iaäk! werien dxese Störungen daaurch auf einen annehmbaren Wert vermindert, da.: lie Phase des Zeitgebers 10 moduliert wird, d.h. da!3 aie Phase der Zeitgeuer- iepulee moduliert wird, die durch den Zeitgeber 10 an 'die Klemme 15 geliefert werden.

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Die Phase des Zeitgebers 10 wird erfindungsgemäß durch u Ausgang der Modulationssignalquelle 50 unter Ve Zuwendung dea Phasenmodulatore 80 moduliert, der zwischen die Impu}.sklemme 15 un_d die Auagangsklemme 90 geschaltet ist. Der Phasenmodulator 80*beeteht bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung aus einem einfachen Widerstandskapazitätsnetzwerk, da· den Widerstand 81, den Kondensator 83 und die Varaktordiode- 85 enthält. Die Varaktordiode 85 wiattfc als veränderliche Kapazität, deren wirksame Kapaeität sich entsprechend dem Potential dee Modulation signals ändert» das duroh die Modi laticnssignal- .

50 über tea &eit*r 79 an die Kleaae 84 gelegt wird· iteht da· AusgaBgeeignal S₀ dee Phaeenmodulatore 80 an der AuegangekleBoie 90 sub lingangseignal B_Q, das vom Zeitgeber 10 an die Kleaine 15 angelegt wird, duroh die folgende Gleichung in Beziehung}

B_n

1 - ju> RO E_n («d) (1)

1 + U) ² R² O²

v/obei R der Wert aes Widerstands 61 und 0 die kombinierte effektive Kapazität aer Dicde op und des Kondensators.83 ist.

Das Modulatlunssignal auf dem Leiter 79» dats von de ■ Modulati jnesignalquelle 50 herrührt, ist bei dem Au3führungsbeispiel der Zeiohnung ein zufälliges Signal oder ein Rauach signal., da· vom L&winendurohsohlag der Diode 5^ horriihrt, wobei ein Gleich strom von der Quelle 51 über die Diode 52 und den Widerstand 53 Bur Brde fließt· Das Kauochaignal der Diode 52 an der

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Kl β nun β 55 sswischen der Diode 52 und dem Widerstand 53 geht über den Kondensator 57 zu einem zweistufigen Verstärker, der aus den Transistoren 60 und 70 *besteh-t, Die aus dem Transistor 60 bestehende Verstärkerstufe ist als Emitterfolger geschaltet und für Impedanzanpaßzwecke vor-* gesehen. Die aus dem Transistor 70 bestehende Veratärkerstufe liefert eine geeignete Verstärkung fur das P.auBchsignal, um aie Varaktordiode 85 im Phasenmodulator 80 zu steuern·

Die Wirkung der Modulation der Pfcase des Zeitgebers "10 unter Verwendung des Phasenmcaulators 80 besteht darin, daß der Zeitpunkt des Anstiegs und des Abfalls, d.h. der Vorder- und der Rückflanke der an die Kleame 15 angelegten Z£itgeberimpulse verändert wird. Diese Impulsflankenänderung wird gelegentlich auch als "Jitter" bezeichnet. Je größer die Zeitgeberphasenabweichung ist, umso größer isx das Jittern der Zeitimpulsflanken.8ar größtmöglichen tier ab Setzung der Störungen entsprec end der Erfindung soll ie Phaaenabweichung so groß sein, wie es Innerhalb der Brennen des jeweiligen Systems möglich ist, Dei dem die Zeitimpulse verwendet werden, i-llgemein gesprochen, ist die Größe des zulässigen Jittern· ohne schädliche Beeinflussung der Arbeitsweise des Systeme iehr gering, eo daß nur eine Zeitiapulephasenabweiohung möglich ist, die nicht größer als etwa 0,05 Bogengrade ist·, die jedooh ausreicht, ua Störungen Infolge elektromagnetischer Strahlung wesentlich au verringern.

Mit dem Faktor der Phaeenabweichung des Zeitgebers steht die Frequenz dea Modulationesignals in Be^iehuög. Das

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Phasenmodulationsspektrum besteht aus einer Anzahl von Seitenbändern um die Zeit^ebejrfrequenz und um jede ihrer* Harmonischen» wobei die jawählte Phasönabweichung 'die.Frequenzabweichung um die Zeitgefcerfrequenz und ihre Harmoniechen bestimmt· Die Anzähl der Seitenbänder in Phasenmodulationsspektrum im Verhältnis zur Zeitgeberfrequenz und zu -jeder ihrer Harmonisenen ist durch die frequenz des Modulationesignale bestimmt. Je geringer die Frequenz des Hodulationseignals ist, umso größer ist die Anzahl der Seitenbänder, umso größer ist auch die Terteilung der Frequenzen, bei denen die elektromagnetische Energie rom System abgestrahlt wird·' Obgleioh die gesamte abgestrahlt lnergie im wesentlichen die gleiche ist, wie bei Konzentration auf die Zeitgeberfrequen* und ihre Harmonie ο hen, ao ist die Intensität bei Terfceilung der Energie über das Phasernodulaticnsspektrua bei jeder bestimmten Frequenz beträchtlich Terminiert.

Im Idealfall wird daher die Zeitgeberfrequenz mit einer sehr niedrigen Preqtfezn iu Tonbereich, e.B. mit 100 Hz moduliert,-ferner mit einer so großen Phasenatroeichung, wie es innerhalb der Grenzen des Systems möglich ist, Venn man z.B. eine Phasenabweichung von 0,03 Bogengraden und eine Zeit^eberfre^uenz von 300 KHz a.ininuit, wiru ''ie vom System abgestrahl; elektromagnetische Energie auf ein S KHz-2ufid bei der ieitgeberfrequenz verteilt, ferner auf ein 18 KHz-B and bei oOü &Άζ,3.·^ϋ ein 27 KH ζ-B an α bei 900 KHz 'usw. i>ei einar Koauiationssignalfretiuenz von 1^0 riz besteht jedes Band aus e nem Ptiasenmoaulationsspektrum, das cfie Zeitgeberi're^uenz oder i:je Harmonie ehe enthalt, lernar

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• - B -

Seitenbänder, die in 100 Ha-I_ntervallen von ihnen entfernt liegen. Bei dem oben angenommenen Beispiel besteht das Ergebnis der Verteilung der abgestrahlten elektromagnetischen Energie darin, daß die Energie bei jeder Frequenz innerhalb der Bänder um die UhrzeitfretuOjiz und um ihre Harmonischen in vortei 1-hafter Weise auf einen Wert verringert ist, der unterhalb der e Energie bei diesen Frequenzen'ohne Phasenmodulation dea Zeitgebers liegt. Bei den höheren Harmonischen der Zeitgeberfrequenz wird die Energie 'in noch größerem Maße herab-

ei iö .gesetzt, da die Baldbreite,auf cd. e/Energie verteilt wird, noch größer ist» Somit ist offensichtlich die Verringerung der Störung , die dir ch die vorliegende" Erfindung bewirkt' wird, bei der Zeitgeberfrequenz wesentlich,sie ist aber bei den Frequenzen in den Frequenzspektren der höheren Harmonisoheh noch ausgesprochener· Dies ist besonders vorteilhaft, da la allgemeinen die groß*η Störungen durch die elektromagnetische Abstrahlung bei den h.heren Frequenzen auftreten, z.B. bei den Frequenzen in Megahertzbereich·

Wenn dae Modulatioatiignal,tie oben angenommen wurde, eine bett lern te fonJürequtna ist, kann «ie AnIaS su einer Kohäreae in Tora tob hörbaren Toneignaleη in Naohriohtenenpfängern bei den verschiedenen Zeitgeberfrequenren und ihren Haraonisohr geben· Dies ist schädlich; es kann entsprechend einen Aspekt der Erfindung dadurch k vermieden werden, daß ein aufälligee Signal oder ein Kauscheignal zur Modulation der Zeitgeberphase benutzt wird, *io es im AuQiührunssOeispiel der 'Zeichnung dargestellt ist· Die Wirkung eines liauschsignals auf Nachrichtenempfänger bc-s-cant i;cbiiiiui3tenfaiis in ejner , geringen Z.uiahme des Hintergrundrauschpe^eis. Jedoch kann

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das Eausohsignal Yorteilhafterweise auf den Tonfrequenzl»#r«ioh begrenzt werden, ζ ·Β·. durch-Verwendung eines aus dem Kondenstor CI bestehenden !Tiefpaßfilters in der Mod UIa¹IiO W sign^lquellß 50.

Die Trequenz des phasenmodulierten Zeitgeberausgangs an de Ausgangsklemme 90 ist; von. der Frequenz und von ier Amplitude des ModulationsBignals auf dem Leiter 7¹J der Molulationssignalquelle 50 abnängig. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die Abnängigkeit des Zeitgeberausgpngs von der Modulati nssignali'requenz zu vermeiden. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß der Ausgang der Mcdulationssigiialquelle 50 integriert und der integrierte Ausgang über den Leiter 79 an den Phaseruaodi lator Bö m gelebt v;ird. Böi der alt. Beispil gewählten, in der Zeichnung darget ielite-i Anordnung ges.hieht dies tatsächlich teilv.'eise durch den Kondensator 63, der das I-Iodulationseignal bei a-en rrzi-jv^z.n oberhalb des Tenbereiche integriert, wodurch die Abhängigkeit der modulierten Zeügeberausgangsfrequenz von aen höheren Prequen#zän des Modulationssignals beseitigt wird·

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Claims (2)

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Patentansprüche.

1· Verfahren zur Verringerung der Intensität einer Örtlich erzeugten unerv.'ünschten elektromagnatischen Strahlung, die normalerweise auf eine bestimmte Hochfrequenz und ihre Harmonische konzentriert ist, deren Harmonieohen in einem Sys.tem, bei dem wenigstens eine Quelle zur Erzeugung der bestimmten frequenz verwendet wird, dadurch gekennzeichnet» daS dl· Quelle mit eines Signa), phasenmoduliert wird, dme einen ersten Trequeneuereich hat, der in einem ι weeentlioh niedrigeren Band liegt, als die bestimmte frequenz, um die" elektromagnetische Strahlung auf eine Vielzahl von Modulationsspektren zu verteilen, di· einzeln um die bestimmte Frequenz und die zugehörigen Harmonischen herum liegen·

2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mit einem zufälligen Rauschsignal phasenmoduliert wird, dos en Frequenz^e:iait auf den ersten Frequenzbereich begrenzt ist.

-j. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dab die Quelle mit einein Signal frequenzmoduliert wira, dessen erster irequenzbereich einer einzigen bestimmten PrequenzKompo enten

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