DE1516907B2

DE1516907B2 - Verfahren zur Verringerung der Gefahr einer Sperrung und Überlastung nicht abgeschirmter Nachrichtenempfänger

Info

Publication number: DE1516907B2
Application number: DE1516907A
Authority: DE
Inventors: Hugh Jacob Oceanport N.J. Beuscher (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-07-22
Filing date: 1966-07-21
Publication date: 1974-04-04
Also published as: BE684495A; DE1516907A1; GB1154085A; DE1516907C3; NL155425B; FR1517737A; US3354410A; NL6610088A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Gefahr einer Sperrung und Überlastung nicht abgeschirmter Nachrichtenempfänger in der Umgebung eines nichtabgeschirmten Taktgebers, dessen Ausgangssignale normalerweise in Form hochfrequenter Impulse einer diskreten Wiederholungsfrequenz an beliebiger Stelle eines vorgegebenen Bandes vorliegen.

In zahlreichen Gebieten, insbesondere in der Nachrichtenübertragung, in Rechenanlagen und in Datenverarbeitungseinrichtungen werden verschiedene Systerne verwendet, die bei einer vorbestimmten Hochfrequenz auftretende Signale benutzen oder durch sie gesteuert werden. Die Signalquelle ist häufig ein Oszillator oder ein »Taktgeber« und erzeugt Taktimpulse mit einer vorbestimmten Frequenz, die an verschiedenen Punkten im System verwendet werden, um dessen Arbeitsweise zeitlich festzulegen oder zu synchronisieren. Die Signalquelle kann auch Schaltanordnungen enthalten, die die vorbestimmte Frequenz abzählen, so daß Signale mit anderen Frequenzen entstehen, die Subharmonische der Grundfrequenz der Signalquelle sind. Beim Betrieb dieser Systeme entstehen häufig Probleme, die auf die beim Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zurückzuführen sind, von der ein wesentlicher Teil im Zusammenhang mit der örtlichen Erzeugung der vorbestimmten Frequenz steht. Die elektromagnetische Strahlung hat oftmals eine solche Intensität, daß eine übermäßige Störung anderer Einrichtungen entsteht, z. B. von Nachrichtenempfängern.

Ein bereits bekanntes Verfahren zur Verminderung der abgestrahlten elektromagnetischen Energie auf einen annehmbaren Wert besteht darin, die Einrichtungen des Systems abzuschirmen. Dies hat sich als sehr wirksam erwiesen, wenn die Einrichtungen eingekapselt und relativ kompakt sind. Jedoch ist bei Systemen, bei denen die Einrichtungen normalerweise nicht eingekapselt sind, ferner bei größeren Systemen, und insbesondere bei Systemen, bei denen die Einrichtungen beträchtlich weit verteilt sind, die Abschirmung weder wünschenswert, noch stellt sie eine praktische Lösung dar. Der Umfang der erforderlichen Abschirmung ist in solchen Fällen ziemlich groß und stellt somit eine teure Lösung des Problems dar. Weiterhin kann die Abschirmung wegen Kühlungsproblemen und schlechter Zugänglichkeit zu den Einrichtungen bei derartigen Systemen zu Betriebsund Wartungsschwierigkeiten führen.

Eine Lösung des Problems der Verminderung der Intensität derartiger unerwünschter elektromagnetischer Strahlung ohne eine Abschirmung wurde bereits in der deutschen Patentschrift 1 466 603 vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren, das die Tatsache mit Vorteil benutzt, daß diese Strahlung auf eine vorgegebene Hochfrequenz und ihre Harmonischen (und Subharmonischen für Signale, die durch Abzählen von der erzeugten vorgegebenen Frequenz abgeleitet werden) konzentriert ist, wird die Signalquelle mit einem Signal frequenzmoduliert, dessen Frequenzbereich auf ein weit unterhalb des vorgegebenen Bandes liegendes Band beschränkt ist, so daß die unerwünschte elektromagnetische Strahlung auf eine Vielzahl von Modulationsspektren verteilt wird, die um die vorgegebene Frequenz und die zugehörigen Harmonischen liegen.

Wenn diese Lösung auch vorteilhaft ist, so hat man doch festgestellt, daß die notwendige Taktfrequenz-Modulationsanordnungen im allgemeinen beträchtliche zusätzliche Schaltungsanordnungen erforderlich macht, um die mittlere Frequenz des taktfrequenzgebenden Oszillators des Systems mit einem zweiten Bezugsquarzoszillator in der Phase zu synchronisieren. Somit sind in dem Taktgebersystem wenigstens zwei Oszillatoren erforderlich.

Nach der vorliegenden Erfindung besteht die Lösung des obigen Problems, ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art, darin, daß zur Verringerung der maximalen Störstrahlungsintensität vom Taktgeber dieser mit einem Signal phasenmoduliert wird, dessen Frequenzbereich auf ein weit unterhalb des vorgegebenen Bandes liegendes Band beschränkt ist, so daß die Impulsenergie auf eine Vielzahl von Komponenten innerhalb des Bandes verteilt wird und die Amplitude jeder Komponente innerhalb des Bandes weit kleiner als die Amplitude der diskreten Frequenzkomponente ist, die ohne eine solche Modulation auftritt.

Der erfindungsgemäße Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Taktfrequenz des Taktgebers mit nur einfachen Mitteln phasenmoduliert und die maximale Intensität der betrachteten Störstrahlung durch passende Umverteilung der Störstrahlungsenergie über das Modulationsspektrum so weit herabgesetzt werden kann, daß keine schädliche Beeinflussung von nicht abgeschirmten Nachrichtenempfängern, z. B. durch Sperrung oder Überlastung, mehr möglich ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.

Der in der Zeichnung dargestellte Taktgeber 10 liefert Taktimpulse an den Taktgeberausgangsanschluß 15, die normalerweise zum Ausgangsanschluß 90 geleitet und z. B. benutzt werden, um die Arbeitsweise von Nachrichtenübertragungs- oder Datenverarbeitungseinrichtungen zu steuern. Der Taktgeber 10 kann beispielsweise ein Quarzoszillator mit vorbestimmter Frequenz sein, der die Taktimpulse an den Taktgeberausgangsanschluß 15 liefert, wobei die Impulse abgezählt werden können, um andere Taktimpulse mit Frequenzen zu liefern, die Subharmonische der vorbestimmten Frequenz des Taktgebers 10 darstellen. Das Spektrum der vom System abgestrahlten elektromagnetischen Energie besteht somit aus bestimmten Frequenzen, die Harmonische der vorbestimmten Taktgeberfrequenz sind, die aber auch bestimmte Frequenzen umfassen, welche Subharmonische der vorbestimmten Taktgeberfrequenz sind, und zwar im Fall von Taktimpulsen, die durch Abzählen von der Taktgeberfrequenz abgeleitet sind. In der Nähe gelegene Nachrichtenübertragungseinrichtungen können durch elektromagnetische Strahlung bei einer oder mehreren dieser bestimmten Frequenzen gestört werden. Erfindungsgemäß werden diese Störungen dadurch auf einen annehmbaren Wert vermindert, daß die Phase des Taktgebers 10, d. h. die Phase der Taktgeberimpulse, moduliert wird, die durch den Taktgeber 10 an seinen Ausgangsanschluß 15 gelegt werden.

Die Phase des Taktgebers 10 wird erfindungsgemäß durch das Ausgangssignal der Modulationssignalquelle 50 im Phasenmodulator 80 moduliert, der zwischen die Impulsklemme 15 und die Ausgangsklemme 90 geschaltet ist. Der Phasenmodulator 80 besteht bei dem erläuternden zeichnerischen Ausführungsbeispiel aus einem einfachen Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk, das den Widerstand 81, den Kondensator 83 und die Varaktordiode 85 enthält. Die Varaktordiode 85 wirkt als veränderliche Kapazität, deren wirksame Kapazität sich entsprechend dem Potential des Modulationssignals ändert, das durch die Modulationssignalquelle 50 über den Leiter 79 an den Knotenpunkt 84 gelegt wird. Somit hängt das Ausgangssignal E₀, des Phasenmodulators 80 an dem Ausgangsanschluß 90 vom Ausgangssignal E_n, das vom Taktgeber 10 an den Anschluß 15 angelegt wird, folgendermaßen ab:

	j OiC	1	1	-j RC
R	1	4	-.²K²C
j ω C	-En(Oi)
	(1)

wobei R der Wert des Widerstandes 81 und C die kombinierte effektive Kapazität der Diode 85 und des Kondensators 83 ist.

Das Modulationssignal auf dem Leiter 79, das von der Modulationssignalquelle 50 herrührt, ist bei dem zeichnerischen Ausführungsbeispiel ein zufälliges Signal oder ein Rauschsignal, das vom Lawinendurchschlag der Diode 52 herrührt, wobei ein Gleichstrom von der Quelle 51 über die Diode 52 und den Widerstand 53 zur Erde fließt. Das Rauschsignal der Diode 52 im Knotenpunkt 55 zwischen der Diode 52 und dem Widerstand 53 gelangt über den Kondensator 57 zu einem zweistufigen Verstärker, der aus den Transistoren 60 und 70 besteht. Die aus dem Transistor 60 bestehende Verstärkerstufe ist als Emitterfolge geschaltet und für Impedanzanpaßzwecke vorgesehen. Die aus dem Transistor 70 bestehende Verstärkerstufe liefert eine geeignete Verstärkung für das Rauschsignal, um die Varaktordiode 85 im Phasenmodulator 80 zu steuern.

ίο Die Wirkung der Modulation der Phase des Taktgebers 10 im Phasenmodulator 80 besteht darin, daß der Zeitpunkt des Anstiegs und des Abfalls, d. h. der Vorder- und der Rückflanke, der an den Anschluß 15 angelegten Taktgeberimpulse verändert wird.

Diese Impulsflankenänderung wird gelegentlich auch als »Jitter« bezeichnet. Je größer die Taktgeberphasenabweichung ist, um so größer ist das Jittern der Taktimpulsflanken. Zur größtmöglichen Herabsetzung der Störungen entsprechend der Erfindung soll die Phasenabweichung so groß sein, wie es innerhalb der Grenzen des jeweiligen Systems möglich ist, bei dem die Taktimpulse verwendet werden. Allgemein gesprochen, ist die Größe des zulässigen Jitterns ohne schädliche Beeinflussung der Arbeitsweise

as des Systems sehr gering, so daß nur eine Taktimpulsphasenabweichung möglich ist, die nicht größer als etwa 0,05 Bogengrade ist, die jedoch ausreicht, um Störungen infolge elektromagnetischer Strahlung wesentlich zu verringern.

Mit dem Faktor der Phasenabweichung des Taktgebers steht die Frequenz des Modulationssignals in Beziehung. Das Phasenmodulationsspektrum besteht aus einer Anzahl von Seitenbändern um die Taktgeberfrequenz und um jede ihrer Harmonischen, wobei die gewählte Phasenabweichung die Frequenzabweichung um die Taktgeberfrequenz und ihre Harmonischen bestimmt. Die Anzahl der Seitenbänder im Phasenmodulationsspektrum im Verhältnis zur Taktgeberfrequenz und zu jeder ihrer Harmonischen ist durch die Frequenz des Modulationssignals bestimmt. Je geringer die Frequenz des Modulationssignals ist, um so größer ist die Anzahl der Seitenbänder, um so größer ist auch die Verteilung der Frequenzen, bei denen die elektromagnetische Energie vom System abgestrahlt wird. Obgleich die gesamte abgestrahlte Energie im wesentlichen die gleiche ist wie bei Konzentration auf der Taktgeberfrequenz und ihre Harmonischen, wird die Intensität bei Verteilung der Energie über das Phasenmodulationsspektrum bei jeder bestimmten Frequenz doch beträchtlich vermindert.

Im Idealfall wird daher die Taktgeberfrequenz mit einer sehr niedrigen Frequenz im Tonbereich, z. B. mit 100 Hz moduliert, ferner mit einer so großen Phasenabweichung, wie es innerhalb der Grenzen des Systems möglich ist. Wenn man z. B. eine Phasenabweichung von 0,03 Bogengraden und eine Taktgeberfrequenz von 300 kHz annimmt, wird die vom System abgestrahlte elektromagnetische Energie auf ein 9-kHz-Band bei der Taktgeberfrequenz verteilt, ferner auf ein 18-kHz-Band bei 600 kHz, auf ein 27-kHz-Band bei 900 kHz usw. Bei einer Modulationssignalfrequenz von 100 Hz besteht jedes Band aus einem Phasenmodulationsspektrum, das die Taktgeberfrequenz oder ihre Harmonische enthält, ferner Seitenbänder, die in 100-Hz-Intervallen von ihnen entfernt liegen. Bei dem oben angenommenen Beispiel besteht das Ergebnis der Verteilung der ab-

gestrahlten elektromagnetischen Energie darin, daß sich die Energie bei jeder Frequenz innerhalb der Bänder um die Taktfrequenz und um ihre Harmonischen in vorteilhafter Weise auf einen Wert verringert, der bei diesen Frequenzen unterhalb der Energie ohne Phasenmodulation des Taktgebers liegt. Bei den höheren Harmonischen der Taktgeberfrequenz wird die Energie noch stärker herabgesetzt, da die Bandbreite, auf die die Energie verteilt wird, noch größer ist. Somit ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäß bewirkte Strömungsminderung bei der Taktgeberfrequenz wesentlich ist, aber bei den Frequenzen in den Frequenzspektren der höheren Harmonischen noch ausgesprochener ins Gewicht fällt. Dies ist besonders vorteilhaft, da im allgemeinen die größten Störungen durch die elektromagnetische Abstrahlung bei den höheren Frequenzen auftreten, z. B. bei den Frequenzen im Megahertzbereich.

Wenn das Modulationssignal, wie oben angenommen wurde, eine diskrete Tonfrequenz ist, kann es bei den verschiedenen Taktgeberfrequenzen und ihren Harmonischen Anlaß zu einer Kohärenz in Form von hörbaren Tonsignalen in Nachrichtenempfängern geben. Das ist schädlich und kann erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß ein zufälliges Signal oder ein Rauschsignal zur Modulation der Taktgeberphase benutzt wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Die Wirkung eines Rauschsignals auf Nachrichtenempfänger besteht schlimmstenfalls in einer geringen Zunahme des Hintergrundrauschpegels. Jedoch kann das Rauschsignal vorteilhafterweise auf den Tonfrequenzbereich begrenzt werden, z.B. durch Verwendung eines aus dem Kondensator 63 bestehenden Tiefpaßfilters in der Modulationssignalquelle 50. Die Frequenz des phasenmodulierten Taktgeberausgangssignals an dem Ausgangsanschluß 90 ist von Frequenz und Amplitude des Modulationssignals auf dem Leiter 79 der Modulationssignalquelle 50 abhängig. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die Abhängigkeit des Taktgeberausgangssignals von der Modulationssignalfrequenz zu vermeiden. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß das Ausgangssignal der Modulationssignalquelle 50 integriert und über den Leiter 79 an den Phasenmodulator 80 angelegt wird. Bei der als Beispiel gewählten, in der Zeichnung dargestellten Anordnung geschieht dies tatsächlich teilweise durch den Kondensator 63, der das Modulationssignal bei den Frequenzen oberhalb des Tonbereichs integriert, wodurch die Abhängigkeit der modulierten Taktgeberausgangsfrequenz von den höheren Frequenzen des Modulationssignals beseitigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verringerung der Gefahr einer Sperrung und Überlastung nicht abgeschirmter Nachrichtenempfänger in der Umgebung eines nicht abgeschirmten Taktgebers, dessen Ausgangssignale normalerweise in Form hochfrequenter Impulse einer diskreten Wiederholungsfrequenz an beliebiger Stelle eines vorgegebenen Bandes vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der maximalen Störstrahlungsintensität vom Taktgeber dieser mit einem Signal phasenmoduliert wird, dessen Frequenzbereich auf ein weit unterhalb des vorgegebenen Bandes liegendes Band beschränkt ist, so daß die Impulsenergie auf eine Vielzahl von Komponenten innerhalb des vorgegebenen Bandes verteilt wird und die Amplitude jeder Komponente innerhalb des Bandes weit kleiner als die Amplitude der diskreten Frequenzkomponente ist, die ohne eine solche Modulation auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber mit einem zufälligen Rauschsignal phasenmoduliert wird, dessen Frequenzgehalt auf ein weit unterhalb des vorgegebenen Bandes liegendes Band beschränkt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber mit einem Signal phasenmoduliert wird, dessen auf ein weit unterhalb des vorgegebenen Bandes liegendes Band beschränkter Frequenzbereich aus einer einzigen bestimmten Frequenzkomponente besteht.

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