DE1616327B1 - Frequenzsynthesegeraet - Google Patents

Frequenzsynthesegeraet

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DE1616327B1
DE1616327B1 DE1968SC041858 DESC041858A DE1616327B1 DE 1616327 B1 DE1616327 B1 DE 1616327B1 DE 1968SC041858 DE1968SC041858 DE 1968SC041858 DE SC041858 A DESC041858 A DE SC041858A DE 1616327 B1 DE1616327 B1 DE 1616327B1
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DE
Germany
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frequency
oscillator
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mhz
filter
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Withdrawn
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DE1968SC041858
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Inventor
Herbert Knirsch
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Schlumberger Technologies GmbH
Original Assignee
Schlumberger Overseas Messgeratebau und Vertrieb GmbH
Schlumberger Overseas SA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/22Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using more than one loop
    • H03L7/23Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using more than one loop with pulse counters or frequency dividers

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Frequenzsynthesegerät. Bekanntlich benötigt man derartige Geräte, um irgendeine mittels Schaltern od. dgl. wählbare Frequenz aus einem bestimmten Frequenzband zu erhalten, und die von dem Synthesegerät abgegebene Frequenz muß ganz bestimmten Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Stabilität entsprechen.
  • Bei Frequenzsynthesegeräten geht man dabei gewöhnlich so vor, daß man in der Ausgangsstufe des Gerätes die Differenz aus einer festen und einer - gewöhnlich in Dekaden mit immer feinerer Unterteilung - mittels Schaltern wählbaren Frequenz bildet; die Differenzfrequenz ist dann die Ausgangsfrequenz. Der Grund dafür liegt darin, daß man auf diese Weise auch sehr niedrige Frequenzen mit erheblicher Genauigkeit erzeugen kann, was ohne diese Differenzbildung nur sehr schwierig wäre. Bekannt ist aber auch, daß man bei diesem System die feste Frequenz und auch die wählbare Frequenz um ein Vielfaches höher wählen muß als die höchste gewünschte Ausgangsfrequenz; da die Beherrschung der Schaltungen immer schwieriger wird, je höher die Frequenz wird, hat man bisher nur Frequenzsynthesegeräte für maximale Ausgangsfrequenzen in der Größenordnung von etwa 1 MHz geschaffen, wenn mit dem gleichen Gerät auch sehr tiefe Frequenzen erzeugt werden sollen.
  • Bei diesen bekannten Geräten müssen nicht nur die festen, sondern ebenso auch die wählbaren Frequenzen mittels Schwingquarzen stabilisiert werden. Für die feste Frequenz ist dies kein Problem, da man mit Vervielfachern bzw. Teilstufen arbeiten kann. Für die wählbare Frequenz dagegen sieht man einen in seiner Frequenz in bestimmten Grenzen steuerbaren Oszillator vor, der über eine Phasenrückkopplungsschleife gegen eine quarzstabilisierte Frequenz phasenverriegelt ist. Weicht die Oszillatorfrequenz von der quarzstabilisierten Frequenz ab, so wird in dem Phasendetektor ein Regelsignal zum Korrigieren der Oszillatorfrequenz erzeugt. Um nun die Ausgangsfrequenz des Oszillators zu ändern, speist man künstliche Frequenzfehler, die ihrerseits in Stufen wählbar sind, in die Phasenschleife ein, so daß ein Regelsignal entsteht, das den Oszillator im kompensierenden Sinne nachstellt.
  • Nach diesem relativ einfachen Prinzip kann man jedoch nicht bis zu unbegrenzt hohen Frequenzen arbeiten, weil dann bei der festen und der wählbaren Frequenz Phaseninkohärenzen auftreten (sogenanntes Phasenrauschen), das sich nicht mehr beherrschen läßt. Außerdem ist es im Interesse einer guten, in jedem Fall erforderlichen Langzeitstabilität erforderlich, die stabilisierende Quarzfrequenz von einem mit relativ niedriger Frequenz und geringer Amplitude schwingenden Quarzgenerator abzuleiten. Bei der für sehr hohe Frequenzen erforderlichen starken Vervielfachung ergibt sich dann für die erzeugte Ausgangsfrequenz eine schlechte Kurzzeitstabilität, was bei der Anwendung des Gerätes wiederum untragbar wäre.
  • Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Frequenzsynthesegerät zu schaffen, dessen Frequenzbereich zwischen niedrigsten Tonfrequenzen und Höchstfrequenzen von etwa 100 MHz liegt. Damit wird der durch bekannte Frequenzsynthesegeräte überdeckte Bereich um zwei Größenordnungen erweitert, womit sich dem erfindungsgemäßen Frequenzsynthesegerät eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
  • Die oben umrissenen Schwierigkeiten werden bei dem Frequenzsynthesegerät gemäß der Erfindung, das wie üblich eine Ausgangsstufe für die Abgabe der Ausgangsfrequenz als Differenz zwischen einer festen Frequenz und einer stufenweise wählbaren Frequenz enthält, das ferner mit einem Basisoszillator versehen ist und mit mindestens einem Hauptoszillator für die Erzeugung der wählbaren Frequenzen, dadurch umgangen, daß mindestens ein Quarzoszillator zur Erzeugung einer Hilfsfrequenz vorgesehen ist, die ein Vielfaches der Basisoszillatorfrequenz ist, und von der ein ganzzahliges Vielfaches die feste Frequenz ist, welcher Quarzoszillator eine gute Kurzzeitstabilität besitzt und gegen die. Frequenz des Basisoszülators, der eine gute Langzeitstabilität besitzt, über eine Phasenregelschleife mit Tiefpaßcharakteristik phasenverriegelt ist, sowie durch Mischen der wählbaren Frequenz mit einer Harmonischen eines durch Frequenzteilung gewonnenen Bruchteils der Hilfsfrequenz und mit stufenweise erzeugten, von der Basisfrequenz abgeleiteten Unterfrequenzen zur Erzeugung einer definierten Frequenz, die mit einem anderen ganzzahligen Vielfachen der Hilfsfrequenz verglichen wird, wobei die durch den Vergleich entstehende Fehlerspannung zur Nachstimmung der Hauptoszillatorfrequenz verwendet wird.
  • Damit wird erreicht, daß zunächst einmal der die Hilfsfrequenz erzeugende Quarzoszülator gegen den Basisoszillator phasenverriegelt ist, wobei der Ausgangsfrequenz einerseits die gute Langzeitstabilität des Basisoszülators zugute kommt, andererseits aber auch die gute Kurzzeitstabilität der Hilfsfrequenz gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn dem Synthesegerät sehr niedrige Frequenzen entnommen werden: Da nämlich dann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die feste Frequenz und die von ihr subtrahierte wählbare Frequenz von dem gleichen Quarzoszillator abgeleitet werden, können störende Phaseninkohärenzen nicht auftreten, und die Ausgangsfrequenzstabilität kann keinesfalls schlechter als die Stabilität des Basisoszillators sein.
  • Zweckmäßig weist die Phasenverriegelungsschleife für den Hilfsfrequenzquarzoszillator einen Phasendetektor auf, dessen einem Eingang eine durch Frequenzteilung aus der Basisoszillatorfrequenz abgeleitete Bezugsspannung zugeführt wird.
  • Wie oben erwähnt, wird die wählbare Frequenz dadurch geändert, daß in die Phasenverriegelungsschleife des Hauptoszillators Unterfrequenzen eingespeist bzw. mit der Hauptoszillatorfrequenz gemischt werden und die Hauptoszillatorfrequenz im kompensierenden Sinne durch das Regelsignal des Phasendetektors nachgestellt wird. Dabei ergibt sich jedoch eine Schwierigkeit, die in der Natur dieses Regelsystems begründet liegt. In der Regelschleife muß zwangläufig ein Dämpfungsglied vorgesehen werden, das der Unterdrückung von Regelschwingungen insbesondere während des Umschaltvorganges dient. Dieses Dämpfungsglied besitzt also eine Tiefpaßcharakteristik, dessen Grenzfrequenz sehr niedrig ist im Vergleich mit den Arbeitsfrequenzen; man kann das Regelsignal für die Nachstellung des Hauptoszillators als »langsam« veränderliche Gleichspannung bezeichnen. Die Frequenz des Hauptoszillators muß aber, nach dem Grundkonzept aller dieser Synthesegeräte, um maximal eine zehntel Frequenzdekade nachstimmbar sein.
  • Bei derartigen Umschaltungen ist jedoch die als Regelsignal dienende Gleichspannung aus dem Phasendetektor nicht mehr nur langsam veränderlich, und es besteht die Gefahr, daß das System aus dem »Fangbereich« der Phasenverriegelung herausgelangt.
  • Bei bekannten derartigen Geräten hat man diese Schwierigkeit dadurch zu umgehen versucht, daß man in die Phasenverriegelungsschleife eine Wobbelspannung einspeiste, um die Frequenz in den Fangbereich zurückzubringen, oder man hat gemeinsam mit der Hauptoszillatorfrequenz das Dämpfungsglied umgeschaltet und damit auch dessen Grenzfrequenz. Alle diese vorbekannten- Lösungen sind aufwendig und bieten trotzdem nicht die gewünschte Sicherheit gegen Regelschwingungen, oder aber der Umschaltvorgang dauert sehr lange - bis zu einigen Sekunden. Diese Zeitverzögerung, während der mit einer definierten Ausgangsfrequenz nicht gerechnet werden kann, ist besonders dann äußerst störend, wenn das Synthesegerät gemäß einem auf Lochkarten oder Lochstreifen gespeicherten Programm in Aufeinanderfolge für bestimmte - meist kurze - Zeiten bestimmte Frequenzen abgeben soll, beispielsweise für die Prüfung anderer Geräte.
  • Gemäß einer wichtigen weiteren Fortbildung der Erfindung wird eine Lösung für dieses Problem vorgeschlagen, die nicht mit den genannten Nachteilen behaftet ist. Wie üblich, wird auch bei der erfindungsgemäßen Lösung in dem Hauptoszillator eine sogenannte Kapazitätsdiode vorgesehen; diese ist in dem frequenzbestimmenden Schaltungsteil eingebaut. Die Kapazität dieses Bauelementes ist dadurch variabel, daß man ihm eine Steuergleichspannung zuführt, wodurch die Arbeitsfrequenz des Hauptoszillators geändert wird. Dieses bekannte Prinzip wird nun erfindungsgemäß dadurch abgewandelt, daß diese Steuerspannung nicht, wie üblich, allein das aus dem Phasendetektor in der Phasenverriegelungsschleife stammende Regelsignal ist, sondern die Summe einer Grobsteuerspannung, die in Abhängigkeit von der ausgewählten höchsten der Unterfrequenzstufen umgeschaltet wird, und einer Feinsteuerspannung, die vom Phasendetektor in die Phasenrückkopplungsschleife eingespeist wird. Bei dieser Anordnung dauert der Verriegelungsvorgang für die neue Hauptoszillatorfrequenz höchtens einige Schwingungsperioden des letzteren, und da die maximale Ausgangsfrequenz des Gesamtgerätes, wie oben erläutert, immer wesentlich unter der Arbeitsfrequenz des Hauptoszillators liegt - den es erfolgt ja in einer weiteren Stufe erst die Differenzbildung gegen die feste Frequenz -, so macht sich diese geringfügige Verzögerung überhaupt nicht bemerkbar: Der schädliche Einfluß der Dämpfungsglied-Grenzfrequenz ist ausgeschaltet, da die Schleife beim Umschalten bereits recht genau bei der Fangfrequenz liegt.
  • Wird nur ein Hauptoszillator vorgesehen, so läßt sich der Frequenzbereich des Synthesegerätes mit den erfindungsgemäßen Merkmalen um eine Größenordnung erweitern. Zwar ist mit erheblichem Aufwand schon mit dieser Anordnung eine Erweiterung auch um zwei Größenordnungen möglich; gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung läßt sich jedoch eine Vereinfachung erreichen, mit der dasselbe Ziel mit insgesamt weniger Aufwand ereichbar ist. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Merkmal geht man so vor, daß das Synthesegerät eine Dekade von Hauptoszillatoren aufweist, die gemeinsam mit Filtereinrichtungen für die Auswahl der erforderlichen Harmonischen eines Bruchteils der Hilfsfrequenz umschaltbar sind, um so eine erste Zwischenfrequenz innerhalb einer von einem ersten Filter definierten Bandbreite zu erzeugen, welche erste Zwischenfrequenz mit der ausgewählten höchsten der Unterfrequenzen zur Erzeugung einer zweiten Zwischenfrequenz gemischt wird, die innerhalb einer durch ein zweites Filter für -die untere Seitenbandfrequenz der zweiten Zwischenfrequenz definierten Bandbreite liegt, welche jedoch viel geringer ist als die des ersten Filters, daß die zweite Zwischenfrequenz mit der ausgewählten niedrigen Unterfrequenz zur Erzeugung einer dritten Zwischenfrequenz innerhalb der durch ein drittes Filter für die untere Seitenbandfrequenz der dritten Zwischenfrequenz definierten Bandbreite gemischt wird, welche untere Seitenbandfrequenz identisch mit der bestimmten Frequenz ist.
  • Die genannten zehn Hauptoszillatoren benötigen aber nicht auch zehn Filtereinrichtungen für die Harmonischen des Bruchteils der Hilfsfrequenz; hierfür genügen natürlich fünf Filtereinrichtungen, da ja immer ein oberes und ein unteres Seitenband entsteht und das richtige in dem ersten Filter ausgesiebt wird. Die weiteren Glieder der Schleife, wie sie oben beschrieben wurde, sind nach dem üblichen Prinzip aufgebaut, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Bandbreite des ersten Filters größer als die des zweiten, die Bandbreite des zweiten größer als die des dritten Filters ist, so daß die Frequenz am Ausgang des dritten Filters direkt dem Phasendetektor zugeführt wird.
  • Die Verwendung von mehr als einem Hauptoszillator bringt allerdings eine Schwierigkeit mit sich: Die jeweilige Ausgangsfrequenz des gerade benötigten Hauptoszillators muß auch den Ausgangsklemmen zur Einspeisung in die differenzbildende Ausgangsstufe zugeführt werden. Hier kann von einer Schaltungsanordnung Gebrauch gemacht werden, die in der deutschen Auslegeschrift 1298 591 vorgeschlagen ist.
  • Für die meisten Anwendungszwecke von Frequenzsynthesegeräten benötigt man eine Ausgangsfrequenz konstanter Amplitude, oder man wünscht die Ausgangsfrequenz mit einer Niederfrequenz zu modulieren. Da in der Ausgangsstufe die feste Frequenz und die wählbare Frequenz direkt gemischt werden, und da die wählbare Frequenz die Mischerschaltung zwischen ihren beiden Sättigungszuständen umsteuert und deshalb eine wesentlich größere Amplitude besitzt als die feste Frequenz, ist es erforderlich, daß die Amplitudenregelspannung dem Ausgangsverstärker über die feste Frequenz zugeführt wird. An der gleichen Stelle läßt sich natürlich auch an Stelle der konstanten Bezugsspannung für die Bildung des Regelsignals eine variable niederfrequente Bezugsspannung als Modulationssignal einspeisen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung geht man so vor, daß die feste Frequenz aus einem Vielfachen der Hilfsfrequenz und der Hilfsfrequenz selbst additiv gemischt wird und daß die Eingangsleitung für diese Mischstufe einen Modulator aufweist, dem als Modulationsspannung ein Amplitudenregelsignal und/oder eine Modulationsfrequenz zugeführt wird. Es ist an sich bekannt, an Stelle der stufenweisen dekadisch wählbaren Unterfrequenzen die Ausgangsfrequenz eines kontinuierlich durchstimmbaren Unterfrequenzgenerators in die Phasenverriegelungsschleife für den Hauptoszillator einzuspeisen. Von dieser bekannten Anordnung wird auch bei dem erfindungsgemäßen Frequenzsynthesegerät mit Vorteil Gebrauch gemacht.
  • Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die ein vereinfachtes Blockschaltbild des gesamten Synthesegerätes darstellt, näher erläutert werden. In dem Blockschaltbild sind die Stromversorgungseinrichtungen, Thermostaten usw., weggelassen und die Schalter, die eigentlich in Form von elektronischen Umschaltern ausgebildet sein sollen, symbolisch als mechanische Schalter angedeutet. Zur Erleichterung der übersicht und zwecks besserem Verständnis der Gerätefunktion sind auch bestimmte Frequenzen bzw. Frequenzbänder angegeben; diese sind jedoch nur die Werte eines tatsächlich ausgeführten Synthesegeräts, denn es sind selbstverständlich andere Frequenzpläne möglich.
  • Der Basisoszillator 1 schwingt in dem angegebenen Beispiel mit 1. MHz; er ist so ausgebildet und mit Thermostaten temperaturstabilisiert, daß er eine ausgezeichnete Langzeitkonstanz besitzt. Bei Auswahl des Schwingquarzes für den Basisoszillator und bei der Wahl von dessen Schwingamplitude ist ebenfalls auf gute Langzeitkonstanz zu achten. Das Frequenzsynthesegerät weist ferner zehn Unterfrequenzstufen 2 auf, die jeweils einen stabilisierenden Schwingquarz mit guter Kurzzeitstabilität als frequenzbestimmendes Organ enthalten. Diese Unterfrequenzstufen sind phasenverriegelt gegen eine von der Basisoszillatorfrequenz abgeleitete, aus dieser durch Teilung gewonnene Bezugsfrequenz von 50 kHz. Die Unterfrequenzstufen schwingen mit 18,9, 19,0, 19,1... 19,8 MHz. Die Frequenz des Basisoszillators wird in einer Teilerstufe 3 auf 100 kHz geteilt und in einer Vervielfacherstufe 4 auf 2,1 MHz vervielfacht. Die letztere Frequenz wird in einer Mischstufe 5 mit derjenigen der Unterfrequenzen gemischt, die mittels des Schalters 6 ausgewählt werden. Am Ausgang der Mischstufe 5 kann also eine Frequenz zwischen 21 und 21;9 MHz liegen, welches Frequenzband dem Durchlaßbereich des Filters 7 entspricht. Diese Frequenz wird einer weiteren Untersetzerstufe 8 mit einem Untersetzungsverhältnis von 10:1 zugeführt und die untersetzte Frequenz in einer Mischstufe 9 mit einer weiteren Unterfrequenz gemischt, welche mittels des Schalters 10 ausgewählt worden ist. An Stelle einer Unterfrequenz kann auch das Ausgangssignal eines konstant durchstimmbarenUnterfrequenzgenerators 11 eingespeist werden, der in dem Frequenzband von 21 bis 22 MHz schwingt.
  • Ein weiteres Filter 12 besitzt ein Durchlaßband von 21 bis 22,5 MHz und zwischen dem Filter 7 und dem letzten Filter 12 lassen sich beliebig viele jeweils aus einem Untersetzer 8, einem Mischer 9, einem Schalter 10 und einem Filter 12 bestehende Stufen einschalten. Je mehr Stufen vorgesehen sind, desto genauer ist die Ausgangsfrequenz des Synthesegerätes einstellbar. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nur die erste und die letzte Einheit von einer Vielzahl identischer Einheiten dargestellt.
  • Die Mischstufe 5 und die ihr entsprechenden folgenden Mischstufen für die Aufbereitung der Unterfrequenzen müssen ganz bestimmten Anforderungen für die sogenannte Gleichtakt-Unterdrückung genügen. Da die beiden zu mischenden Frequenzen Jeweils um etwa eine Größenordnung unterschiedlich sind, liegt die Ausgangsfrequenz der Mischstufen ziemlich nahe bei einer der Eingangsfrequenzen. Bei dem Synthesegerät gemäß der Erfindung wird deshalb mit Vorteil von einer Anordnung zum Mischen von Frequenzen Gebrauch gemacht, die in, der deutschen Auslegeschrift 1616 325 in Einzelheiten vorgeschlagen ist.
  • Mit der Frequenz des Basisoszillators wird ferner eine Teilerstufe 13 (Teilverhältnis 20: 1) gespeist, an deren Ausgang mithin die Frequenz von 50 kHz erscheint. Das 50-kHz-Signal ist auch das Bezugssignal für den Phasendetektor 14 in der Phasenverriegelungsschleife für den Quarzoszillator 15. Der Quarzoszillator 15 erzeugt die Hilfsfrequenz von 40 MHz; die Phasenverriegelungsschleife enthält eine Teilerstufe 16, eine weitere Teilerstufe 17 und das Dämpfungsglied 18. Infolge der Frequenzuntersetzung in der Teilerstufe 17 von 400: 1 gelangen die Kurzzeit-Phaseninkohärenzen nicht in den Regelkreis bzw. werden vom Dämpfungsglied 18 unterdrückt. Das Ausgangssignal des Quarzoszillators 15 wird nach Teilung in der Teilerstufe 16 noch einmal in einer Teilerstufe 19 durch 2 geteilt, an deren Ausgang mithin eine Frequenz von 10 MHz liegt. Von dem Quarzoszillator 15 wird auch die feste Frequenz von 480 MHz abgeleitet, und zwar so, daß in einer Vervielfachungsstufe 20 (1:11) ein Signal von 440 MHz erzeugt und in einer Mischstufe 21 nochmals mit dem Ausgangssignal des Quarzoszillators 15 additiv gemischt wird. In der Eingangsleitung der Mischstufe 21, über die die Frequenz von 40 MHz zugeführt wird, befindet sich ein Modulationsmischer 22, an dessen Eingang die Amplitudenregelspannung für die feste Frequenz eingeführt wird. Diese Spannung ist die verstärkte Differenz aus der Amplitude des in der Stufe AVC aufbereiteten Ausgangsspannungssignals und einer Vergleichsspannung in Form einer Gleich-oder Niederfrequenzspannung.
  • Es sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zehn Hauptoszillatoren 23 vorgesehen, die jeweils Frequenzbänder von 10 MHz überdecken: 480 ... 490 ... 500; ... ; 570 ... 580 MHz. Die einzelnen Hauptoszillatoren sind durch (mechanische oder elektronische) Schalter 24 wählbar; auf diese Weise werden die 10-MHz-Schritte der Ausgangsfrequenz des Synthesegerätes eingestellt. Gemeinsam mit dieser Umschaltung wird auch der Umschalter 25 für sechs Filtereinrichtungen 26 betätigt, um aus der Ausgangsfrequenz des Teilers 19 deren Grundfrequenz, die erste, zweite ... oder fünfte Harmonische auszufiltern. Auf diese Weise ist immer dafür gesorgt, daß hinter der Mischstufe 27, in der die Hauptoszillatorfrequenz mit der zugeordneten Harmonischen des Hilfsfrequenzbruchteils gemischt wird, das Frequenzband 530... 540 MHz vorhanden ist, das dem Durchlaßbereich eines ersten Filters 28 entspricht. Auf das Filter 28 folgt eine weitere Mischstufe 29, in der die höchste der gewählten Unterfrequenzstufen zugemischt wird. Diese wird aus den Unterfrequenzen 18,9 ... 19,8 durch Vervielfachen in einem Vervielfacher 30 (1:10) abgeleitet. Für die Auswahl ist ein Schalter 31 vorgesehen, der gekoppelt ist mit einem Umschalter 32 für die Auswahl einer entsprechenden Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle 33 zur Einspeisung in die Regelsignalleitung für die grobe Nachstellung der Hauptoszillatorfrequenz, wie oben erläutert.
  • Auf die Mischstufe 29 folgt ein zweites Filter 34 mit einem Durchlaßband von 341 ... 342,5 MHz, womit der Frequenzbereich weiter eingeengt wird. An sich brauchte nur ein Frequenzband von 341 bis 342 MHz vorgesehen zu sein, doch ist es erwünscht, im Falle der Verwendung eines Unterfrequenzgenerators 11 dessen Frequenz über den Nullpunkt hinaus durchzusteuern, und zwar um etwa 1/z MHz, so daß dieses Frequenzband von dem Filter 34 noch durchgelassen werden muß. In der folgenden Mischstufe 35 wird eine Frequenz eingespeist, die bereits aus der Mischung der weiteren Unterfrequenzen entstanden ist, wie oben erläutert. Am Ausgang dieser Mischstufe 35 wird mittels des dritten Filters 36 eine definierte Frequenz-in diesem Beispiel 320 MHzausgefiltert und in dem Phasendetektor 37 mit einer Referenzfrequenz verglichen, die durch Verachtfachen in der Vervielfacherstufe 38 aus der Ausgangsfrequenz des Quarzoszillators 15 gewonnen wurde. Die in dem Phasendetektor 37 erzeugte Regelspannung wird über das Dämpfungsglied 39 dem jeweils benutzten Hauptoszillator 20 zur Feinnachstellung von dessen Frequenz zugeführt. Dessen Ausgangsfrequenz liegt einmal, wie oben ausgeführt wurde, an einem der Eingänge der Mischstufe 27, zum anderen aber auch an einem der Eingänge der Ausgangsmischstufe 40, an deren anderem Eingang die feste Frequenz von 480 MHz liegt. Die von dem Synthesegerät gemäß der Erfindung abgegebene Frequenz liegt also zwischen 0,000 ... und maximal 99,999 ... MHz.
  • An einem Beispiel soll erläutert werden, wie irgendeine gewünschte Ausgangsfrequenz innerhalb dieses Bandes auf dem Wege der Frequenzsynthese in dem erfindungsgemäßen Synthesegerät erzeugt wird.
  • Es sei angenommen, daß die Ausgangsfrequenz 32,3642 MHz betragen soll. Den Stellungen des Schalters 24 -sind in aufsteigender Frequenzfolge die Werte 0 bis 10, 10 bis 20, . . ., 90 bis 100 MHz zugeordnet. Dieser Schalter ist also auf die vierte Stellung »30 bis 40 MHz« zu bringen, da die Ausgangsfrequenz zwischen 30 und 40 MHz liegen soll. (Eine entsprechende Skalenbezeichnung gilt auch für die übrigen Wahlschalter 6, 10, 31 usw.) Dann ergibt sich am Ausgang eine Frequenz von (510... 520) - 480 MHz = 30 ... 40 MHz. Tatsächlich muß aber der (vierte) Hauptoszillator definiert auf 512,3642 MHz schwingen, damit sich die gewünschte Ausgangsfrequenz ergibt. Dies wird über die Phasenverriegelung gegen die Referenzfrequenz von 320 MHz erzwungen: Wenn der Hauptoszillator auf der genannten Frequenz schwingt, so erscheint hinter der Mischstufe 27 eine Frequenz von 512,3642 MHz plus die zugemischte Harmonische aus der Filtereinrichtung 26, nämlich diejenige, die eine Mischfrequenz in dem Band 530 ... 540 MHz ergibt, das ist also die erste Harmonische mit 20 MHz. Durch die Kopplung der beiden Schalter 24 und 25 ist dafür gesorgt, daß stets die richtige Harmonische ausgewählt wird. In die Mischstufe 29 wird in dem angegebenen Beispiel also eine Frequenz von 532,3642 MHz eingespeist. Damit die Mischfrequenz am Ausgang in die Bandbreite des folgenden Filters 34 fällt, muß die höchste zugemischte Unterfrequenz 191 MHz betragen: 532,3642 - 191 MHz ergibt 341,3642 MHz. Der Schalter 31 ist mithin auf die dritte Stellung »2 bis 3 MHz« zu setzen, um die zweite Stelle der gewünschten FrequenzzifEer richtig zu definieren. Gemeinsam mit dem Schalter 31 wird der Schalter 32 betätigt, um die Phasenverriegelung praktisch sofort wiederherzustellen. Damit die Ausgangsfrequenz der nun folgenden Mischstufe 35 genau 320 MHz beträgt, muß dieser aus dem Filter 12 eine Unterfrequenz von 341,3642 - 320 MHz zugeführt werden, also 21,3642 MHz.
  • Diese Frequenz wird in an sich bekannter Weise gewonnen, doch sei der Weg der Vollständigkeit halber noch einmal kurz beschrieben: Der Mischstufe 5 wird die feste Frequenz 2,1 MHz und eine wählbare Frequenz aus den Stufenfrequenzen 2 zugeführt. In dieser ersten Stufe wird die letzte Stelle der gewünschten Frequenzziffer definiert: Es muß also die dritte der zur Verfügung stehenden Frequenzen, nämlich 19,1 MHz, ausgewählt werden. Die Mischfrequenz (19,1-I- 2,1= 21,2 MHz) wird 10: 1 geteilt und wiederum mit einer der Stufenfrequenzen gemischt, um so die vorletzte Stelle zu definieren: Fünfte Stufenfrequenz 19,3 -i- 2,12 = 21,42 MHz. Entsprechend ist fortzufahren mit den nicht in der Zeichnung dargestellten Einheiten, die jeweils eine Untersetzerstufe 10: 1, eine Mischstufe und ein Filter sowie einen Schalter zur Auswahl der zuzumischenden Stufenfrequenz aufweisen.
  • 21,42 MHz untersetzt ergeben 2,142 MHz, gemischt mit 19,5 MHz ergibt 21,642 MHz, deren untersetzte Frequenz von 2,1642 MHz ergibt, gemischt mit 19,2 MHz, die gewünschte Frequenz von 21,3642 MHz hinter dem Filter 12. Die Anzahl der Zwischenstufen kann erhöht werden, so daß man am Ende sogar Stufen von zehntel Hertz schalten kann.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Frequenzsynthesegerät zum Erzeugen einer bestimmten Ausgangsfrequenz aus einem Frequenzband zwischen niedrigen Tonfrequenzen und Höchstfrequenzen (etwa 100 MHz) mit einer Ausgangsstufe für die Abgabe der Ausgangsfrequenz als Differenz zwischen einer festen und einer stufenweisen wählbaren Frequenz, mit einem Basisoszillator und mindestens einem Hauptoszillator für die Erzeugung der wählbaren Frequenzen, gekennzeichnet durch mindestens einen Quarzoszillator (15) zur Erzeugung einer Hilfsfrequenz, die ein Vielfaches der Basisoszillatorfrequenz ist und von der ein ganzzahliges Vielfaches die feste Frequenz ist, welcher Quarzoszillator (15) eine gute Kurzzeitstabilität besitzt und gegen die Frequenz des Basisoszillators (1), der eine gute Langzeitstabilität besitzt, über eine Phasenregelschleife (14 bis 18) mit Tiefpaßeharakteristik phasenverriegelt ist, sowie durch Mischen der wählbaren Frequenz mit einer Harmonischen eines durch Frequenzteilung gewonnenen Bruchteils der Hilfsfrequenz und mit stufenweise erzeugten, von der Basisfrequenz abgeleiteten Unterfrequenzen zur Erzeugung einer definierten Frequenz, die mit einem anderen ganzzahligen Vielfachen der Hilfsfrequenz verglichen wird, wobei die durch den Vergleich entstehende Fehlerspannung zur Nachstimmung der Hauptoszillatorfrequenz verwendet wird.
  2. 2. Frequenzsynthesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverriegelungsschleife für den Hilfsfrequenz-Quarzoszillator (15) einen Phasendetektor (14) aufweist, dessen einem Eingang eine durch Frequenzteilung aus der Basisoszillatorfrequenz (1) abgeleitete Bezugsfrequenz zugeführt wird.
  3. 3. Frequenzsynthesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptoszillator (23) in an sich bekannter Weise eine Kapazitätsdiode für die Steuerung der Hauptoszillatorfrequenz aufweist, welcher Kapazitätsdiode eine Steuergleichspannung zugeführt wird, jedoch derart abgewandelt, daß die Steuergleichspannung die Summe einer Grobsteuerspannung (33), die in Abhängigkeit von der ausgewählten höchsten der Unterfrequenzenstufen umgeschaltet wird, und einer Feinsteuerspannung ist, die vom Phasendetektor in die Phasenrückkopplungsschleife der wählbaren Frequenz eingespeist wird.
  4. 4. Frequenzsynthesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesegerät eine Dekade von Hauptoszillatoren (23) aufweist, die gemeinsam mit Filtereinrichtungen (26) für die Auswahl der erforderlichen Harmonischen eines Bruchteils der Hilfsfrequenz umschaltbar sind, um so eine erste Zwischenfrequenz innerhalb einer von einem ersten Filter (28) definierten Bandbreite zu erzeugen, welche erste Zwischenfrequenz mit der ausgewählten höchsten der Unterfrequenzen zur Erzeugung einer zweiten Zwischenfrequenz gemischt wird, die innerhalb einer durch ein zweites Filter (36) für die untere Seitenbandfrequenz der zweiten Zwischenfrequenz definierten Bandbreite liegt, welche jedoch viel geringer ist als die des ersten Filters, daß die zweite Zwischenfrequenz mit der ausgewählten niedrigeren Unterfrequenz zur Erzeugung einer dritten Zwischenfrequenz innerhalb der durch ein drittes Filter für die untere Seitenbandfrequenz der dritten Zwischenfrequenz definierten Bandbreite gemischt wird, welche untere Seitenbandfrequenz identisch mit der definierten Frequenz ist.
  5. 5. Frequenzsynthesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Frequenz aus einem Vielfachen der Hilfsfrequenz und der Hilfsfrequenz selbst additiv gemischt wird und daß die Eingangsleitung für diese Mischstufe einen Modulationsmischer (22) aufweist, dem als Modulationsspannung ein Amplitudenregelsignal und/ oder eine Modulationsfrequenz zugeführt wird.
  6. 6. Frequenzsynthesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Phasenverriegelungsschleife des Hauptoszillators an Stelle der stufenweise wählbaren Unterfrequenzen das Ausgangssignal eines kontinuierlich durchstimmbaren Unterfrequenzgenerators einspeisbar ist.
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