DE1809005A1

DE1809005A1 - Schaltung zur Verminderung des Phasenrauschens eines Oszillators

Info

Publication number: DE1809005A1
Application number: DE19681809005
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Hans Kuhn
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1968-11-15
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2023404A1; ES373549A1; US3593181A; BE759381A

Description

STANDARD ELEKTRIK LORENZ

Aktiengesellschaft

Stuttgart - Zuffenhausen .

Hellmuth-Hirth-Straße 42 . , 180 9005

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Schaltung zur Verminderung'des Phasenrauschens eines Oszillators

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verminderung des Phasenrauschens eines Oszillators, dessen Frequenz Über eine Phasenregelschleife auf ein hoohkonstantes Bezugssignal nachgestimmt wird. \

Für die Wirtschaftlichkeit einer Funk-Nachrichtenverbindung ist der in dem System selbst erzeugte Rauschanteil von ausschlaggebender Bedeutung, weil dieser den Streckenabstand und die Senderleistung der beteiligten Stationen mitbestimmt. Neben Rauschquellen, die nicht eigens erwähnt werden sollen, tragen auch die zur Frequenzumsetzung dienenden Oszillatoren zur Erhöhung des Rauschpegels bei. Diese tritt in erhöhtem Maße ein, wenn die Frequenzen der Oszillatoren bis z.B. in den GHz-Bereich hinein vervielfacht werden müssen.

Um die geforderte Frequenzkonstanz zu erreichen, ist es be- λ

kannt, die Frequenz für einen Frequenzumsetzer direkt von einer hochkonstanten Bezugsfrequenz abzuleiten. Dieses Prinzip ist sehr aufwendig und die Herabsetzung des Rauschanteiles der so gewonnenen Oszillatorspannung ist nur durch einen ungewöhnlich hohen Mehraufwand erreichbar.

Deshalb ist es üblich, die gewünschte Frequenz durch einen freischwingenden Oszillator zu erzeugen und diesen über eine

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Phasenregelschleife auf ein hochkonstantes Bezugssignal nachzustimmen. 180 9005

Hier ergibt sich.jedoch die Schwierigkeit, daß bei einem Oszillatorkreis hoher Güte, der einen geringen Rauschantei'l zur Folge hat, der Fangbereich der Nachstimmung zu klein wird. Dieser läßt sich zwar durch einen Oszillatorkreis geringerer Güte vergrößern, aber der Zunahme der Bandbreite entsprechend erhöht sich auch das Rauschen des Oszillators, sodaß es notwendig ist, eine Kompromißlösung zu wählen.

Es ist zwar bekannt, dem geregelten Oszillator ein schmales Filter nachzuschalten, aber diese Maßnahme reicht in vielen Fällen noch nicht aus.

Ferner weist der Artikel von Kaneyuki Kurokawa 'Noise in Synchronized Oscillators' in IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-I6, Nr.4, April I968 als bekannt nach, daß sich das Phasenrauschen eines.freischwingenden Oszillators durch Zuführung eines hochkonstanten Synchronisationssignales vermindern läßt, jedoch im Grenzfall nur bis auf den Rauschabstand, den das zugeführte, hochkonstante Signal hat.

Es sind auch hochempfindliche, auf dem Prinzip der Frequenz (Phasen)-Hub-Gegenkopplung beruhende Empfänger bekannt (DAS 1 122 110), bei denen der untere Schwellwert für das Empfängerrauschen durch eine Rückführung des demodulierten Signales auf einen Empfangsoszillator zur gegensinnigen Frequenz (Phasen)-Modulation erreicht wird.

Der Erfindung liegt die.Aufgäbe zugrunde, das Phasenrauschen eines Oszillators über das bisher bekannte Maß hinaus zu vermindern, ohne hierdurch den Fangbereich der Nachstimmung einzuengen .

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasendemo- . dulator vorgesehen ist, der das Signal des Oszillators an einem

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Eingang über einen auf die Sollfrequenz des Oszillators abgestimmten Schwingkreis hoher Güte und an dem anderen Eingang über einen Phasenschieber erhält und daß das Ausgangssignal des Phasendemodulators der Raaktanzstufe des Oszillators zugeführt wird.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung werden nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben.

Pig.l zeigt eine Schaltung mit getrennten Regelschleifen. Fig.2 zeigt eine Schaltung, in der die Nachstimmung über den Schwingkreis hoher Güte erfolgt.

In der Schaltung nach Fig.l liefert der Oszillator 1 das zur Frequenzumsetzung benötigte Signal an die Ausgangsklemme 2. Über ein Koppelglied J5 erhält der Phasendiskriminator 4 die Oszillatorfrequenz und über die Klemme 5 die hochkonstante Bezugsfrequenz. Die aus dem Phasenvergleich gewonnene Regelspannung erreicht dann über den Tiefpaß β die Reaktanzstufe des Oszillators 1. Durch diese Nachstimmung wird, in an sich bekannter Weise bereits eine Verbesserung -aes Störabstandes des Oszillatorsignales erreicht.

Um eine darüberhinausgehende Verbesserung des Störabstandes zu erhalten, ist erfindungsgemäß ein Phasendemodulator 8 vorgesehen, dem die Oszillatorfrequenz über das Koppelglied 9 und einen auf die Oszillatorfrequenz abgestimmten Schwingkreis hoher Güte 10 an dem einen Eingang und über das Koppelglied und einen Phasenschieber 11 an dem anderen Eingang zugeführt wird. Der Phasenschieber 11 ist so eingestellt, daß. die an dem Phasendemodulator 8 wirksamen Spannungen mit der Sollfrequenz des Oszillators eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Das Ausgangssignal der Stufe 8 gelangt über den Hochpaß an die Reaktanzstufe 7 des Oszillators 1. Aufgrund des Phasenganges der Spannung am Ausgang des Schwingkreises 10 erzeugen alle Einzelfrequenzen des Rauschspektrums, die nicht mit der Sollfrequenz des Oszillators übereinstimmen, ein Ausgangssignal

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des Phasendemodulators 8. Da der Gleichstromanteil desselben durch das Hochpaßfilter 12 gesperrt wird, gelangen nur die demodulierten Rauschspannungen an die Reaktanzstufe 7 und bewirken bei richtiger Polung der Anschlüsse eine Kompensation, die zu einer erheblichen Verminderung des Rauschanteiles des Oszillatorsignales an der Klemme 2 führt.

In der Fig.2 für ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Stufen, welche dieselbe Funktion ausführungen wie in der Schaltung nach Fig.l, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auch für die Wirkungsweise gelten im wesentlichen die Erläuterungen zur Fig.l. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist an den Schwingkreis hoher Güte eine Reaktanzstufe 13 angeschlossen, auf die über den Tiefpaß' 6 die Nachstimmspannung des Phasendiskriminators k wirkt. Auf diese Weise werden auch Frequenzablagen des Schwingkreises 10 nachgestimmt und die Rauschspannungskompensation wird nicht mehr durch Frequenzabwanderungen desselben beeinträchtigt. Das Hochpaßfilter 12 ist nicht mehr notwendig, weil das Nachstimmsignal an der Reaktanzstufe 7 die Gleichspannungskomponente und die demodulierte Rauschspannung enthält.

J) Patentansprüche

1 Bl. Zeichng. (2 Fig.)

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Claims

1 ■" ■' "ΐ, '■ ■■■ "■'■"■' * ■■"■■■:11 H.Kuhn 22 - ■& - ■ Patentansprüche 1 SO 9005

1. Schaltung zur Verminderung des Phasenrauschens eines Oszillators, dessen Frequenz über eine Phasenregelschleife auf ein hochkonstantes Bezugssignal nachgestimmt wird dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasendemodulator (8) vorgesehen ist, der das Signal des Oszillators (1) an einem Eingang über einen auf die Sollfrequenz des Oszillators abgestimmten Schwingkreis (10} hoher Güte und an dem anderen Eingang über einen Phasenschieber .'(11) erhält und daß das Ausgangssignal des Phasendemodulators (8) der Reaktanzstufe (7) des Oszillators (1) zugeführt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Prequenzstabilisierung und für die Rauschverminderung des Oszillators getrennte Regelschleifen vorgesehen sind.

J). Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingkreis (10) hoher Güte eine Reaktanzstufe (lj5) zugeschaltet ist, die von dem an das Bezugssignal angeschlossenen Phasendiskriminator (4) gesteuert wird.

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