DE1537323C - Frequenzgenerator mit Phasenvergleich, dessen Vergleichsfrequenz aus mindestens zwei Normalfrequenzkomponenten gemischt wird - Google Patents
Frequenzgenerator mit Phasenvergleich, dessen Vergleichsfrequenz aus mindestens zwei Normalfrequenzkomponenten gemischt wirdInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Prinzip der Frequenzanalyse, mit Phasenvergleich
arbeitenden Frequenzgenerator, bei dem die zur Regelung eines veränderbaren Ausgangsoszillators
dienende Vergleichsfrequenz in einer Umsetzer-Regelschleife durch Mischen aus mindestens zwei jeweils
in Schritten, insbesondere dekadisch einstellbaren Normalfrequenz-Generatorstufen erzeugten Frequenzkomponenten
gebildet wird.
In F i g. 1 ist schematisch ein derartiger bekannter Frequenzgenerator dargestellt. Ein beispielsweise im
Frequenzbereich zwischen 70 und 100 MHz veränderbarer Ausgangsoszillator 0 erzeugt eine Ausgangsfrequenz
F0, die einer Umsetzer-Regelschleife zugeführt wird, welche aus einer Mischstufe M1,
einem zwischengeschalteten Filter ZF und einer Phasenvergleichsschaltung P besteht. In der Mischstufe M1
wird die Frequenz des veränderbaren Ausgangsoszillators O mit der von der Normalfrequenz-Generatorstufe
G1 erzeugten Frequenzkomponente in die Zwischenfrequenz ZF umgesetzt. In der anschließenden
Phasenvergleichseinrichtung P wird die Zwischenfrequenz ZF mit der Frequenzkomponente der
Normalfrequenz-Generatorstufe G2 in der -Phase verglichen,
über die Regelschleife i? wird in Abhängig-Diese bekannte Schaltung nach F i g. 2 besitzt
jedoch den Nachteil, daß die Vergleichsfrequenz F0 stets relativ niedrig gewählt werden muß, wodurch
die Bandbreite der Regelschleife sehr klein und damit die Umschaltzeit des Frequenzgenerators ungünstig
groß wird. Soll beispielsweise eine Frequenzgeneratorstufe mit einer Ausgangsfrequenz F0 von 70... 100 MHz
gemäß F i g. 2 aufgebaut werden und soll diese Ausgangsfrequenz in Stufen von 100 Hz einstellbar sein,
so ergibt sich zwangläufig eine Vergleichsfrequenz Fq
von 100 Hz, da der Teilungsfaktor des Frequenzteilers N nur in ganzen Zahlen verändert werden
kann.
Da weiterhin von der Frequenzgeneratorstufe gleichzeitig noch ein hoher Störabstand gefordert wird,
muß im synchronisierten Zustand die Regelspannung frei von 100-Hz-Komponenten sein, d. h., es muß
in der Regelschleife R einen Tiefpaß T zum Absieben der 100-Hz-Komponenten geschaltet werden, wodurch
aber bei einer Frequenzänderung wieder die Umschaltzeiten relativ lang werden.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schaltung nach F i g. 2 besteht darin, daß der Frequenzteiler N
mit variablem Teilungsfaktor für die hohe Eingangsfrequenz von 70.. .100 MHz ausgelegt werden muß,
was aufwendige digitale Schaltkreise erfordert. Des weiteren ist der hohe Teilungsfaktor η von 7... 10 · 105
sehr nachteilig. Wie Gleichung (1) zeigt, erscheinen außerdem Phasenschwankungen der Vergleichsfrequenz
um den Teilungsfaktor vervielfacht am Ausgang des Frequenzgenerators.
Man hat auch schon zur Vereinfachung des Frequenzteileraufbaues im Sinne der F i g. 3 zwischen
Oszillator O und variablen Frequenzteiler JV einen
festen Vorteiler K eingefügt. Für diese Schaltung nach Fig. 3 gilt dann folgende Gleichung:
Bei einem angenommenen Teilungsfaktor k = 10 für den Vorteiler K wird die Eingangsfrequenz des
Frequenzteilers JV variablen Teilungsfaktors für einen Frequenzgenerator mit obigem Frequenzumfang auf
7.. .10 MHz herabgesetzt. Die Vergleichsfrequenz Fq
muß jedoch, wie Gleichung (2) zeigt, um den Teilungsfaktor k des Vorteilers K erniedrigt werden, im
angenommenen Beispiel also auf 10 Hz. Damit wird die Umschaltzeit für einen Frequenzwechsel noch
größer, da nunmehr 10-Hz-Komponenten durch den Tiefpaß Γ in der Regelschleife abgesiebt werden
müssen. Auch bleibt der hohe Teilungsfaktor von 7.. .10 · 105 für den veränderbaren Frequenzteiler JV.
Es wurde daher auch schon im Sinne der Schaltung nach F i g. 4 versucht, mit einer festen Umsetzfrequenz
Fp die Oszillatorfrequenz Fa über die
Mischstufe M2 in eine tiefere Frequenzlage zu transponieren.
In diesem Fall gilt dann folgende Beziehung:
n-Fq.
Wird die Umsetzfrequenz bei einem Freqüenzgeneratorfür70:.
.100MHzbeispielsweisemit65MHz
gewählt, so wird die Eingangsfrequenz des Frequenzteilers variablen Teilungsverhältnisses auf 5. . .35MHz
reduziert, und das Teilungsverhältnis wird rund um den Faktor 2 auf 0,5.. .3,5 · 10s vermindert. Die tiefe
Vergleichsfrequenz Fq von 100 Hz und damit auch die Nachteile der großen Umschaltzeiten bleiben
jedoch auch hier.
Es ist schließlich auch bereits schon ein Frequenzgenerator dieser Art bekannt, bei dem die erste
Normalfrequenzgeneratorstufe G1 aus einem schaltungstechnisch
relativ aufwendigen umschaltbaren Filter besteht, welchem aus einer Normalfrequenzquelle
ein dieser frequenzmäßig höheren Generatorstufe entsprechendes Frequenzspektrum zugeführt
wird. Die frequenzmäßig tiefer liegende Generatorstufe besteht aus einer Schaltung nach Fig. 2,
wobei zur Erhöhung der Regelbandbreite und damit auch der Regelgeschwindigkeit zusätzlich noch zwischen
dem voreinstellbaren Frequenzteiler JV und der Phasenvergleichsschaltung P ein Frequenzvervielfacher
eingefügt ist. Letztere Maßnahme ist sehr problematisch, da ein Frequenzvervielfacher von
beispielsweise 1 :100. in diesen relativ tiefen Frequenzlagen
nur schwer mit erträglichem Schaltungsaufwand realisierbar ist.
Ls ist auch schon ein nach dem Prinzip der Frequenzanalyse
mit Phasenvergleich arbeitender Frequenzgenerator bekannt (niederländische Patentschrift
286 207), bei dem die zur Regelung des veränderbaren . Ausgangsoszillators dienende Vergleichsfre-
- quenz in einer Umsetzer-Regelsinieife durch Mischen
aus mindestens zwei jeweils in Schritten einstellbaren Normalfrequenz-Generatorstufen erzeugte Frequenzkomponenten
gebildet wird, die frequenzmäßig höher liegende Generatorstufe dieses Hauptregelkreises ist
in Form eines synchronisierten Oszillators und die frequenzmäßig tiefer liegende Generatorstufe nach
dem Prinzip der Frequenzanalyse mit Phasenvergleich aufzubauen, d. h., diese tiefer liegende Frequenzkomponente
wird in einem Nebenregelkreis durch einen veränderbaren Ausgangsoszillator-erzeugt, der über
eine Vergleichsfrequenz geregelt wird, die in einer Umsetzer-Regelschlcife durch Mischen aus mindestens
zwei jeweils in Schritten dekadisch einstellbaren Normalfrequenz-Generatorstufen erzeugte Frequenzkomponenten
gebildet wird, wobei sowohl die frequenzmäßig höher liegende als auch die frequenzmäßig tiefer liegende Generatorstufe dieses Nebeniegelkreises
aus einem regelbaren Oszillator, einem damit verbundenen Frequenzteiler variablen Teilungsfaktor
und einer Phasenvergleichsschaltung /um Vergleich der geteilten Oszillatorfrequenz mit
einer festen Vergleichsfrequenz besteht und bei der zusätzlich noch zwischen dem regelbaren Oszillator
der frequenzmäßig tiefer liegenden Generatorstufe und der ihr zugeordneten Mischstufe der Regelsehleife
ein Frequenzteiler geschaltet ist. Bei diesem ix'kannten Generator wird also für die frequenzmäßig
tiefer liegende Generatorstufe eine Schaltung verwendet, bei der zwei Generatorstufen mit Frequenzteilern
variablen Teilungsverhältnisses vorgesehen sind, so daß eindeutig definierte Umsetzfrequenzen erzielt
werden und eine fehlerhafte Synchronisation auf benachbarte Frequenzspektrumspunkte, wie dies bei
synchronisierten Oszillatoren zu befürchten ist, vermieden wird. Solche Schaltungen im Sinne des
Nebenregelkreises sind jedoch nur für relativ niedrige I requenzlagen brauchbar, wie dies im Zusammenhang
mit dem Schaltungsbeispiel nach Fig. 2 näher erläutert wurde. Aus diesem Grunde ist bei diesem
bekannten Generator für den Hauptregelkreis, in welchem auch eine gegenüber der Frequenzkompo-■
nente des Nebenregelkreises höhere Frequenzkomponente nötig ist, wieder eine Generatorstufe verwendet,
die als synchronisierter Oszillator aufgebaut ist, der jedoch seinerseits wieder die obenerwähnten prinzipiellen
Nachteile besitzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Prinzip der Frequenzanalyse mit Phasenvergleich
arbeitenden Frequenzgenerator zu schaffen, der stets eine sichere Synchronisation gewährleistet,'also nicht
die Nachteile der bekannten Generatoren dieser Art mit synchronisierten Oszillatoren oder abgestimmtem
Filter, sondern vielmehr die Vorteile der mit Frequenzteilern variablen Teilungsverhältnisses %ufgebauten
Generatoren besitzt, jedoch gegenüber letzteren wiederum eine möglichst hohe feste Vergleichsfrequenz
und damit schnelle Umschaltzeiten aufweist, der außerdem einen sehr einfachen Aufbau besitzt und
. vor allem die Verwendung von Frequenzteilern relativ kleinen Teilungsverhältnisses, und zwar bei relativ
niedriger Frequenz für die höchsten Schritte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend^ von einem Frequenzgcnerator
der obenerwähnten Art, erfindungsucmäß
dadurch gelöst, daß zwischen dem Ausgangsos/illator und der die frequenzmäßig höhere Freqtienzkomponente
einmischenden Mischstufe ein weiterer Frequenzteiler geschaltet wird.
Vorzugsweise ist dabei in frequenzmäßig tieferen und/oder höheren Generatorstufen in an sich bekannter
Weise zwischen dem regelbaren Oszillator und dem Frequenzteiler eine durch eine feste Umsetzerfrequenz
gespeiste zusätzliche Mischstufe zum' Herabmischen der Oszillatorfrequenz auf eine tiefere
Zwischenfrequenz geschaltet (F i g. 6).
Bei einer Schaltung zum Nachregeln der Ausgangsfrequenz
eines Frequenzgenerators auf eine vorgegebene feste Vergleichsfrequenz ist es an sich
bereits bekannt, sowohl die Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators als auch die feste Vergleichsfrequenz mittels elektronischer Zähler um einen
vorbestimmten Faktor zu teilen und die Ausgangsimpulsfolgen niedrigerer Frequenz dieser beiden Zähler
in einer Phasenvergleichsschaltung zu vergleichen. Mit der Ausgangsspannung dieser Phasenvergleichsschaltung
wird in bekannter Weise dann der Frequenzgenerator im Sinne der Übereinstimmung mit der
festen Vergleichsfrequenz nachgeregelt (deutsche Auslegeschrift 1078 188). Dieses bekannte Verfahren
ist nicht unmittelbar mit einem nach dem Prinzip der Frequenzanalyse arbeitenden Frequenzgenerator
vergleichbar, bei dem eine zur Regelung eines veränderbaren Ausgangsoszillators dienende Vergleichsfrequenz
in einer Umsetzer-Regelschleife durch Mischen aus mindestens zwei Normalfrequenz-Generatorstufen
erzeugte Frequenzkomponenten gebildet wird.
Durch das crfindungsuemiil.ie Zwischonscluilicn des
Frequenzteilers zwischen Ausgangsoszillator und erster Mischstufe wird die Frequenzlage der ersten
Umsetzfrequenz und damit die des Oszillators und des variablen Frequenzteilers wesentlich herabgesetzt.
Oszillator und variabler Frequenzteiler können dadurch optimaler dimensioniert werden, als es bei der
ursprünglichen Ausgangsfrequenzlage möglich wäre.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 5 und 6 an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
Bei dem in F i g. 5 gezeigten Frequenzgenerator ist die erste Normalfrequenz-Generatorstufe G1, welche
die in Schritten einstellbare erste Umsetzfrequenz erzeugt, im Sinne der bekannten Generatorschaltung
nach F i g. 2 aufgebaut, allerdings nur mit einem dreistufigen Frequenzteiler N1 variablen Teilungsverhältnisses. Die in Schritten einstellbare zweite
Umsetzfrequenz wird ebenfalls in einer im Prinzip wie ein Generator nach Fig. 2 aufgebauten Stufe G2
erzeugt, jedoch wiederum mit einem Frequenzteiler JV2
von nur drei Dekadenstufen und zusätzlich mit einem festen Frequenzteiler L, der zwischen dem' Oszillator
O2 und der Phasenvergleichsstufe P in der Umsetzer-Regelschleife
angeordnet ist.
In die Umsetzer-Regelschleife ist zwischen dem Ausgangsoszillator O und der Mischstufe M1 ein Frequenzteiler
K mit dem Teilungsfaktor k geschaltet. Im synchronisierten Zustand gilt für die Ausgangsfrequenz
Fb der Generatorstufe G1 im * Sinne' der
Gleichung (1) folgende Beziehung:
— ϊϊλ * Fn
(4)
für die Ausgangsfrequenz Fd des Oszillators O2 der
Generatorstufe G2 gilt entsprechend folgende Beziehung:
= η, · F„
(5)
60
Durch den nachgeschalteten .Teiler L wird diese
Ausgangsfrequenz Fd um den Teilungsfaktor Z geteilt,
und für die eigentliche Ausgangsfrequenz Fc der Generatorstufe G2 gilt dann folgende Beziehung:
Die feste Vergleichsfrequenz Fq2 nimmt damit einen
um den Faktor I höheren Wert an als die kleinste Stufung des variablen Frequenzteilers. Damit kann
diese Vergleichsfrequenz Fq2 wesentlich größer gewählt
werden, und es können somit auch die Umschaltzeiten kleiner gehalten werden.
. In der Umsetzer-Regelschleife wird die um den Faktor K geteilte Ausgangsfrequenz des Oszillators 0 zunächst in der Mischstufe M1 mit der Frequenz F,, der Generatorstufe G1 umgesetzt, und dieses Mischprodukt wird dann in der nachfolgenden Phasenvergleichsschaltung P mit der Frequenz Fc der zweiten Generatorstufe G2 verglichen. Im synchronisierten Zustand gilt für die Ausgangsfrequenz des Oszillators 0 der Schaltung nach F i g. 5 folgende Beziehung:
. In der Umsetzer-Regelschleife wird die um den Faktor K geteilte Ausgangsfrequenz des Oszillators 0 zunächst in der Mischstufe M1 mit der Frequenz F,, der Generatorstufe G1 umgesetzt, und dieses Mischprodukt wird dann in der nachfolgenden Phasenvergleichsschaltung P mit der Frequenz Fc der zweiten Generatorstufe G2 verglichen. Im synchronisierten Zustand gilt für die Ausgangsfrequenz des Oszillators 0 der Schaltung nach F i g. 5 folgende Beziehung:
n2 ' Fq2 \
Für einen Frequenzgenerator mit der Ausgangsfrequenz Fa 70...100MHz und einer 100-Hz-Stufung
wird ein Oszillator O1 mit einem Frequenzbereich zwischen 6,9000 und 9,8900 MHz benötigt.
Der Teilungsfaktor H1 des variablen Frequenzteilers N1
ist von 690... 989 in drei Dekaden einstellbar. Die feste Vergleichsfrequenz Fql beträgt 10 kHz. Die Frequenz
Fd des Oszillators O2 ist 10.. .11 MHz, der
Teilungsfaktor n2 des Teilers N2 wird mit 1.. „1,1 · 104
gewählt, und die Vergleichsfrequenz Fi2 beträgt 1 kHz.
Der Teilungsfaktor Z des Frequenzteilers L ist 100. Die Frequenzlage der Frequenz Fc ist damit 100...
110 kHz, und entsprechend ist auch die Frequenzlage des Zwischenfrequenzfilters ZF in der Umsetzer-Regelschleife.
Der Teilungsfaktor des Teilers K ist fc = 10 gewählt.
Daraus wird deutlich, daß gegenüber den bekannten Anordnungen die feste Vergleichsfrequenz Fq uni
den Faktor 10 höher gewählt werden kann und außerdem die Teilungsfaktoren für die Frequenzteiler N1 und N2 wesentlich niedriger sein können.
Die Anordnung nach F i g. 6 entspricht grundsätzlich dem Aufbau der Anordnung nach F i g. 5.
Hier ist lediglich in der Generatorstufe G2 zwischen dem Oszillator O2 und dem dreistufigen Frequenzteiler
N2 eine zusätzliche Mischstufe M2 ■ und ein
Zwischenfrequenzfiiter ZF1 geschaltet. Der Mischstufe
M2 wird eine feste Umsetzerfrequenz Fq3 zugeführt.
Durch diese Anordnung wird es möglich, bei sonst gleichbleibenden Verhältnissen den Teilungsfaktor
H2 des Teilers N2 weiter zu verringern.
Dadurch wird der bereits erwähnte Vorteil, daß kleine Teilungsfaktoren die Phasenschwänkungen der
Vergleichsfrequenz nur entsprechend niedrig vervielfachen, weiter ausgebaut.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es mit einfachen Mitteln, beispielsweise die Synchronisation der Generatorstufe G2- abzuschalten, so daß
die kleinste Stufung der höherfrequenten Generatorstufe G1 auch allein mit dem veränderbaren Oszillator O2 oder einem zugeschalteten Intervall-Oszillator
mit einer Präzisionsabstimmung (Drehkondensator, Variometer) kontinuierlich überstrichen werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Nach dem Prinzip der Frequenzanalyse mit Phasenvergleich arbeitender Frequenz-Generator.
bei dem die zur Regelung eines veränderbaren Ausgangsoszillators dienende Vergleichsfrequen/
in einer Umsetzer-Regelschleife durch Mischen aus mindestens zwei jeweils in Schritten, insbesondere
dekadisch einstellbaren Normalfrequenz-Generatorstufen
erzeugten Frequehzkomponenten gebildet wird, von denen sowohl die frequenzmäßig höhere als auch die frequenzmäßig tiefere
Gencratorstufe aus einem regelbaren Oszillator, einem damit verbundenen Frequenzteiler variablen
Teilungsfaktors und einer Phasenvergleichsschaltung zum Vergleich der geteilten Oszillatorfrequenz
mit einer festen Vergleichsfrequenz besteht und zwischen dem regelbaren Oszillator der
frequenzmäßig tieferen Generatorstufe und der ihr zugeordneten Mischstufe der Umsetzer-Regelschleife
ein Frequenzteiler geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Ausgangsoszillator (O) und der die frequenzmäßig höhere Frequenzkomponente (F,,) einmischenden
Mischstufe (M1) ein Frequenzteiler
(K) geschaltet ist.
2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der frequenzmäßig tieferen
und/oder höheren Generatorstufe (G1 bzw. G2) in
an sich bekannter Weise zwischen dem regelbaren Oszillator (O2) und dem Frequenzteiler (N2)
eine durch eine feste Umsetzerfrequenz (Fa3) gespeis'te
zusätzliche Mischstufe (M2) zum Herabmischen der Oszillatorfrequenz (F,,) auf eine tiefere
Zwischenfrequenz (ZF1) geschaltet ist (F i g. 6).
keit von diesem Phasenvergleich der Oszillator O
auf die Summe oder Differenz der Frequenzkomponenten der Generatorstufen G1 und G2 nachgeregelt.
Bei den bisher üblichen Frequenzgeneratoren dieser Art sind die Normalfrequenz-Generatorstufen meist
sogenannte synchronisierte Oszillatoren, bei denen ein veränderbarer Oszillator mit einer Frequenzkomponente
eines von einem Quarz abgeleiteten Frequenzspektrums synchronisiert wird. Bei solchen
synchronisierten Oszillatoren besteht vor allem bei höheren Frequenzen im MHz-Gebiet die Gefahr
einer Fehlsynchronisation, wenn nämlich der Oszillator auf einen neben dem eigentlichen Soll-Frequenz-Spektrumspunkt
liegenden Spektrumspunkt synchronisiert wird.
Dieser Nachteil ist bei Frequenzgeneratorstufen mit Frequenzteilern variablen Teilungsfaktors nicht
zu befürchten, denn hier wird im Sinne der F i g. 2 bis 4 die Ausgangsfrequenz F0 eines variablen Ausgangsoszillators
O mittels eines Frequenzteilers N variablen Teiluhgsfaktors η: 1 geteilt und die so
geteilte Frequenz in einer Phasenvergleichsschaltung P mit der von einem Quarzoszillator abgeleiteten festen
Vergleichsfrequenz Fq verglichen. Die Frequenzeinstellung
der Frequenzgeneratorstufe erfolgt hier also durch Verändern des Teilungsfaktors η des Frequenzteilers
N. Die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung P beeinflußt wiederum in bekannter
Weise die Frequenz des Ausgangsoszillators O derart, daß er auf die Vergleichsfrequenz Fq
synchronisiert wird.
Für das in F i g. 2 gezeigte Schaltungsbeispiel gilt folgende Beziehung:
Fn = η F
ι ■
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DE1537323B1 DE1537323B1 (de) | 1969-09-25 |
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