DE1927669A1 - Frequenzumsetzer - Google Patents

Description

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PATENTANWALT DIPL.-ING. R MÖLLER- BORNER PATENTANWALT D I P L. -1 N G. HANS-H WEY IBERLIN-DA HLEM 33- PODBIE LS KIALLEE 68 »MÜNCHEN 22. WIDENMAYERSTRASSE 4» TEL. 0311 . 762907 · TELEGR. PROPINDUS ■ TELEX 0184057 TEL. 0811 . 225585 . TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0524244

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GENERAL RADIO COMPANY Massachusetts, (USA)

Frequenzumsetzer

Die Erfindung betrifft einen Frequenzumsetzer mit einer Einrichtung zum Empfang eines EingangssignalS₉ einem Normalfrequenzgenerator, einem Addierer_t der mit der Empfangseinrichtung und dem Generator zur Erzeugung einer ersten Summenfrequenz verbunden ist und einer Frequenzstellenwähleinrichtung.

Aus der USA-Patentschrift 3 300 731 ist ein Frequenzumsetzer bekannt, in dem ein Eingangssignal! eine feste Frequenz und eine Ste1lenwählfrequenz addiert werden, um eine Sutamenfrequenz zur weiteren Verarbeitung, d. h. zur Erzeugung einer gewünschten Ausgangsfrequenz, zu erzeugen·

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DLe Umsetzung erfolgt durch wiederholte Frequenzadditionen und -teiluiigen in im wesentlichen identischen Schaltungagruppen, die als S telleneinf ügungseinrichtungen bezeichnet sind, von denen jede eine Wahl irgendeiner Zahl von ü bis 9 als eine Stelle in einer Mehrstellen-Dezimalzahl ermöglicht*, die die gewünschte umgesetzte Ausgangsfrequenz bestimmt. Es werden so viele Stelleneinfügungseinrichtungen verwendet, wie in Kaskade zur Erzeugung eines vorbestimmten Grades an Auflösungsfeinheit in der umgesetzten Ausgangsfrequenz gewünscht wird. Zum Zwecke der weiteren Erfe läuterung wird diese Art der Synthese als "Addier- und Teiler-" Art bezeichnet.

Insbesondere werden in einem derartigen Frequenzumsetzer eine Eingangsfrequenz für jede von mehreren Stelleinfügungseinheiten (eine derartige Eingangsfrequenz liegt beispielsweise zwischen 5 und 5|1 MHz) eine feste Normalfrequenz von beispielsweise kZ MHz und die Ausgangsfrequenz eines Stellen- wähloszillators, der wahlweise auf eine von zehn zur Verfügung stehenden Normalfrequenzen eingerastet ist, die bei spielsweise in 100-kHz-Intervallen von 3 bis 3»9 MHz voneinander entfernt sind, zur Erzeugung einer zwischen 50 und 51 MHz liegenden Frequenz addiert« Diese Frequenz wird ψ durch 10 geteilt, um eine neue Frequenz zu erzeugen, die wieder zwischen 5 und 5t1 HHz liegt, die als Eingangsfrequenz für die folgende Stelleneinfügungseinrichtung in einem System solcher Einrichtungen verwendet werden kann. Jede Einheit in dem System liefert eine Stelle in einer mehrstelligen Zahl, die die gewünschte Ausgangsfrequenz bestimmt· Jede Eingangsfrequenz f, kann angesehen werden als ob sie aus einer unveränderlichen Trägerkomponente JV und einer informationstragenden Komponente CK> besteht«

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In Abwandlung von diesem Grundprinzip wird die Stellenwählfrequenz, die dem Endmischer gelief ei't wird, mit einem Crossbar-Iväliler von einer 10-Leitungsmatrix abgenoininen, die aiii' jeder Leitung eine der geforderten zelui Frequenzen tiiigt. .lach einem anderen üblichen \'orfaliren kann ein Oszillator auf aui'einanderfolgende harmonische der impulsfrequenz einer iNortnalfrequenzimpulsfoige mittels üblicher strohoskopischer Sample- und Ilaltetechniken eingerastet worden. Das Grundprinzip ist jedoch das gleiche, nämlich die Addiorung einer Eingangsfrequenz (die die Stelleninfoi'Hiation von vorhergehenden Schaltungen trägt), einer Kormalfrequenz und einer Stellenwählfrequenz, die in zehn Stufen wählbar ist, und die Teilung durch 1ü der sich ergebenden Sutnrnenf requenz. Die Summen— frequenz beträgt infolge der Addition von großen Normalfrequenzkomponenten ungefähr das Zehnfache der Eingangsfrequenz. Wenn die Stelleninformation des Eingangssignals durch -"V₁ dargestellt wird (so daß in dem Beispiel f.. = 5 MHz +<&.. ist), und die eingefügte Stelleninf ormation durch 10--L· dargestellt wird (so daß die SteUenwählfrequenz = 3»0 + 10Q₁ ist), dann beträgt die Summenfrequenz 5 +oC + h2 + 3 ·{- 10p = 50 +-3Ü + 10ä . Diese Summenfrequenz wird nun durch 10 geteilt, um eine Ausgangsfrequenz f =5 + '"Tr: + ^₁ zu erzeugen. Venn dieses Signal

Q.US I vj ä

nun als Eingangssignal einer folgenden Stelleneinfügungseinrichtung verwendet wird, in der die eingefügte Stelleninformation durch 103 bezeichnet ist, dann ist bei einer gleichen Analyse das Ausgangssignal dieser folgenden Einrichtung f_aus = 5 ₊^ + % * (S₂.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Aufgabe einer jeden Stelleneirafügungseinrichtung ist, eine neue Stellen-

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BAD ORIGINAL

inforraation einzufügen und die relative Größenordnung der ankommenden Stelleninformation um 10 zu vermindern, d. h. die Dezimalstelle wurde an ihrer Stelle in der Zahl, die die ankommende Frequenz bezeichnet, verschoben und die neue Stelle wurde in die freigewordene Stelle eingefügt. Es ist zu beachten, daß jedoch die Endteilung durch 10 nur eine Frage der Zweckmäßigkeit ist, so daß die Ausgangsfrequenz ungefähr die gleiche ist, wie die Eingangsfrequenz und daher als Eingangssignal für eine identische Stelleneinfügungseinrichtung geeignet ist. Am Ende eines Systems von Stelleneinfügungseinrichtungen ist es offen-

^ sichtlich nicht notwendig, diese Teilung durchzuführen, wenn z. B. eine Ausgangsfrequenz in dem Bereich von 50 bis 51 MHz gewünscht wird. Die Endste1leneinfügungseinrichtung (ohne Teiler) fügt ihre Stelle in normaler Weise in einer Größenordnung ein, die um eine Dekade höher liegt als die höchste Größenordnung der Information des ankommenden Signals. Damit dieses Prinzip der wiederholten Rückkehr zu der gleichen Trägerkomponente f wirksam wird, ist es notwendig, daß die gesamte addierte Festfrequenzkomponente neunmal so groß wie die Festfrequenz-Trägerkomponente (5 MHz) von f, ist, so daß nach der Teilung durch 10 die Trägerkomponente auf ihren ursprüng-

fc liehen Wert zurückgebracht wird. Für einen lückenlosen, vollständigen Frequenzbereich,ist es notwendig, daß die maximal zur Verfügung stehende GrößeOOdes informationstragenden Teils des ankommenden Signals irgendeiner Stelleneinfügungseinrichtung in der Größe einem Einheitsschritt S der Stellenwählfrequenz dieser Einrichtung nahekommt. WennCV,= S ist, wird ein vollständiger Einheitsschritt von dem ankommenden Signal geliefert. Die

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Addition einer festen Frequenz, die exakt neunmal so groß wie die ankommende Trägerfrequenz ist, ist daher nur notwendig, wenn eine Ausgangsteilung durch 10 vorgesehen ist, vorausgesetzt, daß es wesentlich ist, zu der ursprünglichen Trägerfrequenz zurückzukehren« Wenn irgendeine andere Normalfrequenz addiert wird (nicht 9 f )» ist das einzige Ergebnis, daß die umgesetzte Frequenz (die aus dem Träger und der Informationsträgerverschiebung besteht) in irgendeinem neuen Frequenzbereich umgesetzt wird. Somit ist eine "Trägerwiederholung" nicht notwendig. Die einzige notwendige Forderung ist, daß 0 <C OO.fr-LS an jedem Stelleneinfügungspunkt ist, so daß eine Feineinste1lungssteuerung durch jeden diskreten Schritt erreicht werden kann.

Wie vorher festgestellt wurde, wird das obige Umsetzprinzip als "Addier- und Teiler-" Verfahren bezeichnet. Es ist auch ⁿ trägerwiederholendⁿ, da die "Träger^Komponente f (in dem Beispiel 5 MHz) sich an dem Ausgang einer jeden Stelleneinfügungseinrichtung wiederholt. Die Trägerwiederholung ist jedoch für das allgemeine Verfahren nicht wesentlich.

Aus der vorhergehenden Erläuterung folgt, daß es mathematisch möglich ist, eine Stelleneinfügungseinheit zu entwerfen, um zwei oder mehr Stellen einzufügen. Die Forderung für eine trägerwiederholende ZweiStelleneinrichtung wäre z. B_e, daß die addierte Festfrequenzkomponente 99 mal so groß wie der Träger des Eingangssignals sein muß, und daß eine Ausgangsteilung durch 100 vorgesehen ist. Unter Verwendung der Zahlen des vorhergehenden Beispiels würde eine 2-Stelfaieinfügungseinrichtung

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durch folgende Gleichung beschrieben!

f = 5 + V + ^95 + 100 3 sum

= 300 +Jv,+ 100f3

Bei Verwendung einer zeluimal niedrigeren Trägerfrequenz würde gelten»

f = 0,5+0^+^9,5 + 100-3

sum

50 + JW 100/3

Um eine wiederholte Folge von identischen 2-Stelleneinfügungseinheiten zu erzeugen, wäre es offensichtlich notwendig, die Summenfrequenz durch 100 zu teilen, um wieder zu dem Anfangsfrequenzpege1 zurückzukommen·

Die Möglichkeit der Ausdehnung dieses Prinzips auf eine 3-Stelleneinfügungseinrichtung und mehr ist offensichtlich. Das Problem, auf das sich die vorliegende Erfindung in erster Linie richtet, erwächst von der Überlegung, wie 100, 1000 oder mehr diskrete stabilisierte Schritte in das Stellenwählfrequenzeingangssignal des Endmischers eingefügt werden können. Ganz offensichtlich wäre der Oszillator, der auf eine Normalfrequenzfolge eingerastet wäre, nicht verwendbar, wenn 100 Frequenzen mit einem Abstand von 10 kHz oder 1000 Frequenzen mit einem Abstand von 1 kHz in dem 3- bis h MHz-Intervall vorhanden wären. Es wäre nicht nur unmöglich, manchmal eine Einrastung auf der falschen Frequenz zu vermeiden, sondern die Störphasenmodulation, die auf das Vorhandensein von eng beieinanderliegenden Frequenzen zurückgeht, würde nicht tragbar werden. Obwohl ein anderes oben beschriebenes Schema zur Ableitung von Stellenfrequenzen - die Umschaltung auf

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Crossbar-Leitimgen, von denen jede nur eine einzige HastfrequGiiz trägt - verwendet werden könnte, ist jedoch die praktische Schwierigkeit der Erzeugung, Filterung, Isolierung und selektiven Umschaltung von 100, 1000 oder mehr einzelnen Normalfrequenzen offensichtlich so groß, daß dieser Lösungsweg nicht empfehlenswert ist«.

Auf diesen Gründen fügt kein moderner Umsetzer, der nach dom grundlegenden Addier- und Teilerprinzip arbeitet, mehr als eine Stellendekade in einem gegebenen Satz von Frequeiizwählschaltungen ein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Frequenzumsetzer der genannten Art zu schaffen, bei dem die obigen Beschränkungen vermieden werden, und in dem zwei, drei, vier oder mehr Dekaden eingefügt und von einem einzelnen Satz von Schaltungen gesteuert werden können, die zum Zwecke der Erläuterung als "Dekadengenerator¹¹ bezeichnet sind. Bei dieser Erfindung wird ' das Prinzip der Trägerwiederholung nur verwendet, wenn es sich als günstig erweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Stellenoszillator, der mit einem 1»η-Teiler und einem Phasendetektor zur selektiven Mitnahme der Frequenz des Oszillators verbunden ist, eine Einrichtung, um eine Normal-Schrittbezugsfrequenz dem Phasendetektor zuzuführen, wobei der Phasendetektor, der den Stellenoszillator bei einer vorbestimmten Frequenz von mehreren in gleichem Abstand befindlichen Frequenzen mitnimmt, die kohärent mit den Normalfrequenzen verbunden sind., einen Addierer, der mit dem ersten Addierer und der Fre-

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quenzstellenwähleinrichtung zur Erzeugung einer zweiten Summenfrequenz verbunden ist und einen Teiler zur Erzeugung der zweiten Summenfrequenz durch Teilung durch einen vorbestimmten Faktor, um dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen.

Andere bekannte Umsetzverfahren verwenden die Frequenzmultiplikatiori einer relativ niedrigen Bezugs- bzw. Schrittfrequenz mittels des Teilungsverfahrens in einem voreinstellbaren Zähler, der Frequenz eines Auegangsoszillators und der Phaseneinrastung des Ausgängsoszillators durch Phasenvergleich der geteilten Frequenz und der niederfrequenten Normal-Bezugs-Frequenz. Wenn der voreingestellte Zähler bei η Eingangsimpulsen des Ausgangsoszillators einen Ausgangsimpuls zu dem Phasendetektor gibt, ist es offensichtlich, daß die Ausgangsfrequenz das η-fache der Bezugsfrequenzen beträgt· Solche Umsetzer, die auf irgendeinen erforderlichen Wert von η voreinstell— bare Zähler verwenden, werden manchmal als 1 in-Teiler-Zähler bezeichnet. Bei solchen Umsetzern ist die kleinste Schrittgröße der Bezugsfrequenz gleich, und es kann in der Ausgangsfrequenz keine feine Auflösung erreicht werden, da die Zeit, die für die phasenstarre Schaltung erforderlich ist, um eine Einfangwirkung zu erzielen, bald nicht annehmbar große Werte erreicht, weil die Normal— Bezugs-Frequenz f in solchen Systemen kleiner gemacht

wird, um eine feinere Auflösung zu erreichen· Darüber hinaus wir! in solchen Systemen das Ausgangsfrequenzsignal verschlechtert, da das Tellungsverhältnis wächst und jedes Phasenzittern, das unvermeidbar in der normalen Bezugsfrequenz vorhanden ist, um η vervielfacht in der Ausgangsfrequenz erscheint«

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In der vorliegenden Erfindung wird das 1»n-Teiler-Zusammensetzprinzip als ein Teil eines Addier- und Teilerumsetzers in einer Weise verwendet, die die oben erwähnten Beschränkungen vermeidet und zu einer größeren Vereinfachung solch eines möglicherweise unbegrenzten Auflösungsteilers führt.

Es werden mehrere eingerastete 1tn-Teiler-Oszillatoren verwendet, jedoch nicht als Ausgangsoszillatoren, sondern als Stellenoszillatoren.

Auf diese Weise verwendet, wird die begrenzte Auflösung eines eingerasteten bzw. mitgenommenen 1i8«Teiler-0szillators auf jede gewünschte Feinheit der Auflösung durch aufeinanderfolgende Teilung in dem Addier- und Teilerumsetzer vermindert. Aufgrund des gleichen Merkmales unterdrückt diese aufeinanderfolgende Teilung jedes Phasenzittern in dem Endausgangssignal infolge des Phasenzitterns der niederfrequenten Schritt—Bezugsspannung um einen Faktor, der dem folgenden Teilungsverhältnis gleich ist. Voreingestellte Tm-Teiler sind leicht programmierbar. Somit ist die Ausgangsfrequenz des Umsetzers nach Wunsch leicht durch externe logische Schaltungen oder durch einfache manuelle Schalter steuerbar.

In der Figur der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung anhand eines beispielsweisen Blockschaltbildes dargestellt und nachstehend näher erläutert.

Bezugnehmend auf die allgemeine Schaltung der Zeichnung ist die Eingangefrequenz f. ala einem Addierer 2 zuge-

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führt gezeigt, der in dem allgemeinen Fall für aufeinanderfolgende Dekadengeneratoren mit einem oder mehreren kohärenten festfrequenten EingangsSignalen k gespeist wird, die beispielsweise von einem einzelnen Steueroszillatorgenerator, der später erläutert wird, abgeleitet wird. Der Addierer kann einen oder mehrere Frequenzmischer enthalten, um die Frequenzaddition zu erreichen. Das Eingangssignal f. wird durch das vorher beschriebene Verhältnis f, β f + Λ/ dargestellt. Ein Stellenaddierer-Mischer 6 empfängt ein Summenfrequenz— L· Ausgangssignal des Addierers 2 bei 2' und die Stellenwähl frequenz bei 8* von einem Stellenoszillator 8. Anstelle des Zehnschritt--Stellenoszillators des bekannten Umsetzers, der von einem Phasendetektor gesteuert wird, dem die Hast-Normalfrequenzkomponenten, z.B. 3fOf 3»1*o.e. 3 »9 MHz zugeführt werden, wird gemäß der Erfindung ein 1i8-Teiler zwischen dem Stellenoszillator und dem Phasendetektor 20 verwendet. Auf die Phasen— detektor 20 wird eine Normalfrequenz f gegeben, die

kohärent von dem Steueroszillator bzw. Generator abgeleitet wird, wobei f gleich der gewünschten Schritt— größe in dem Stellenoszillator ist. Der Phasendetektor 20 nimmt selektiv den Stellenoszillator 8 in dieser " Schaltung mit und die Stellenwählfrequenz des Stellenoszillators 8 ist f_ + mS, wobei m die ganze Zahl des gewählten Schrittes des Frequenzintervalls S ist und f„ die Stellenoszillatorfrequenz für m = 0. Wenn k in einem auf Dezimalstellen aufgebauten Umsetzer die Zahl der Stellendekadeniist, die gesteuert werden sollen, dann erhält man die Bedingung 0-< m ^SL]J 10 -1)· Der Stellenwähloszillator mit der Ausgangsfrequenz gleich f_ + raS rastet somit selektiv auf irgendeine von 10 , gleich.—

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mäßig voneinander entfernte Frequenzen ein, die kohärent mit der festen Steuernormalfrequenz von f_ß bis f^ + (1O^C -I)¹S einschließlich verbunden ist. Die Festfrequenz-Eingangssignale des Addierers 2 können für dieses Beispiel als sich auf (TO -1) f - f_T1 belaufend definiert

^x ' c D

werden und das veränderbare Eingangssignal des Addiex'ers 2 ist f -+ JIV , so daß die Summenfrequenz des Addierers 2

C _

(f ) c 10 f - f +i-Oist. Die Summenfrequenz des Addierers 6 wird dann (f )_c = 1Of + CX/ + mS.

^x sum'ο c

Das Summenfrequenz-Ausgangssignal des Mischers 6 ist ein Filter 14, das gemäß der Erfindung auf 10 f + (Xj+ mS

abgestimmt ist; sein Ausgangssignal wiederum wird von einem Teiler 16 geteilt, der ein Teilerverhältnis bzw. einen Teilerfaktor 10^p liefert, wobei ρ der 1Og_1o des gewünschten Ausgangsteilerverhältnisses ist» Dies schlägt sich in der Dekadengenerator-Ausgangsfrequenz f nieder, die durch c ^^^ι gegeben ist. Es ist zu beachten,

ToP

daß, wenn ρ = k ist, der Dekadengenerator ^Mträgerwiederholend¹¹ ist, da f am Ausgang gleich f am Eingang ist. Wenn Ic ist, beide jedoch ganze Zahlen sind, ändert sich der Trägerfrequenzpegel in einer oder mehreren Dekadenschritten zwischen dem Eingang und dem Ausgang.

In irgendeinem gegebenen Dekadengenerator kann der Wert k (die Zahl der Stellendekaden, die gesteuert werden soll) willkürlich gewählt werden, wie die 0-Stellenfrequenz f^ des Stellenoszillators.

Der Wert ρ dagegen ist nicht frei wählbar, sondern wird durch die gewählte Schrittgröße S„ in dem nächstfolgenden Dekadengenerator bestimmt. Der maximal verfügbare Wert

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von Ovfür dennächsten Dekadengenerator ist offensichtlich

1 o^p 1 o^p

Da aufgrund des zuvor erläuterten Prinzips (<Χλ,) β S

2'max 2

ist, ist ^ _m ^k_{1 Si} _. 1Q-' _e 2^

10^p1 ^S1

Bei sich ändernden Schrittgrößen (S^ / S₁) ist P₁ nicht k.. gleich und der Träger wiederholt sich nicht, somit gilt:

1O^k1 f _c β f2 f_t ι Ο ι ι

In dem vollständigen Umsetzer kann die Tatsache vorteilhaft ausgenutzt werden, daß am Beginn des Systems von Dekadengeneratoren das Eingangssignal keine Stelleninformationskomponente enthält, sondern nur aus einer Trägerkomponente f besteht. Bezugnehmend auf die Zeichnung

ist für diesen Anfangsdekadenzähler OOc O und die Serienschaltung kann wie folgt vereinfacht werden· Der Addierer 2 kann weggelassen werden und die Eingangssignale des Mischers 6 erhalten eine feste Normal-Startfrequenz f J* - ^fn ^{bei 2}' ^vaid (^fT* + ^mS) ^{bei 81}I ^das Filter

O - ±J XJ

wird auf 10 f +°C+ ms (β f + ms) abgestimmt, wobei c sum /w w

f willkürlich gewählt werden kann, sum

Bei einem besonderen Aueführungsbeispiel kann unter Verwendung der zuvor erläuterten Frequenzbereiche für einen Anfangs-Vierdekadengenerator mit f β 3 MHz und mit einer

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Ausgangsteilung durch einen Faktor von 100 an dem Teiler \6 da» Eingangssignal bei 2' eine Frequenz von 47 WHz und das Phasendetektor-Normalfrequenz-Eingangssignal f

eine Frequenz von 100 Hz besitzen. Der 1m-Teiler 12 versetzt den Stellenoszillator 8 in die Lage, Stellenwählfrequenzen von beispielsweise 3 bis 3,9999 MHz in 10,000 Schritten mit einem Abstand von 100 Hz zu erzeugen. Dies verursacht eine Änderung von η in dem Teiler 12 von einem Minimum von 30*000 (für m » θ) bis zu einem Maximum von 39t999 (für m β 9999). Das Filter 14 wird dann auf 50 bis 50,9999 MHz abgestimmt und die Ausgangsfrequenz f

b·trägt nach der Teilung 0,5-0,509999 MHz mit einem Ausgangsträgerpegel f s 0,5 MHz zur Eingabe in einen folgen-

den Dekadengenerator.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines typischen Zweidekadengenerators, der die Stellen 0 bis 99 (k » Z) steuert und gemäß der Erfindung aufgebaut ist und dem soeben erläuterten Vierdekadengenerator folgen soll und eine Ausgangsteilung bei 16 um einen Faktor 10 (pe i) besitzt, könnte wie folgt dargestellt werdenι Das Anfangseingangssignal besteht aus 4-Stellendekaden mit 10,000 Schritten von 1 Hz von 0,5 bis 0,509999 einschließlich und wird von dem soeben beschriebenen 4-Dekadengenerator gesteuert. Dieses Signal kann z. B. in einem ersten Mischer in dem Addierer 2 zu einer 4,5 MHz Normalfrequenz addiert werden, um eine erste Summenfrequenz: in dem Addierer 2 von 5 bis 5,009999 MHz zu erzeugen.

Xn dem Addierer 2 kann ein zweiter Mischer enthalten sein, um zu diesem Signal die feste Frequenz von 42 MHz zu addieren und ein Ausgangesignal 2< fUr de-n Mischer 6 von 47 bis

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k7fOO9999 MHz zu erzeugen. In diesem Falle ist der maximale Wert von C\J 91999 KiIz, der der maximalen Schritt— größe des Stellenoszillators 8 entsprechen muß, Für TOO Steuerschritte zwischen 3 vcxxd 3,99 MHz beträgt diese Schrittgröße 0,01 MHz oder 10 KHz. Deshalb werden 10 KHz als f dem Phasendetektor 20 zugeführt. Der 1:n-Teiler 12 besitzt einen minimalen Teilungsfaktor η von 300 und einen maximalen von 399 und erzeugt bei 8' Stellenwiihlfrequenzen von 3,0 bis 3,99 in Schritten von 10 KHz. Wenn das Filter 14 auf 50 bis 51 MHz abgestimmt und, wie vorher festge— stellt wurde, der Teiler 16 einen Teilungsfaktor von 10 besitzt, besitzt die Ausgangsfrequenz der 2-Dekadengeneratoren sechs Auslösungsdekaden (10 Schritte). Die Ausgangsfrequenz reicht von 5,0 bis 5,099, 999,9 MHz in Schritten von 0,1 Hz. Bei diesem zweiten Dekadengenerator beträgt die Trägerfrequenz am Ausgang f =5 MHz. Ein solcher Ausgangsträgerpegel eignet sich zum Betreiben eines nachfolgenden 1-Dekadengenerators der beschriebenen Art, wenn dies als Fortsetzung des Umsetzvorganges gewünscht sein sollte. Da bei diesem Beispiel eine Ausgangsteilung von nur 10 angewandt wird, anstelle einer Teilung um ein Verhältnis, das der Zahl der einfügbaren Schritte (lOO) gleich ist, ist die Einrichtung nicht ⁿträgerwiederholend" (f = 0,5 am Eingang und 5»0 am Ausgang).

Somit sind Frequenzumsetzer gemäß der Erfindung geeignet, eine nahezu unbegrenzte Auflösung mit vergleichsweise wenig Stellensteuerelementen zu besitzen· Es ist außerdem offensichtlich, daß eine Vielzahl von Dekadengeneratoren gemäß der Erfindung unter Verwendung identischer Zentralkernschaltungen, die sich nur in relativ geringeren Einzelheiten unterscheiden, wie z. B. den Bereich des 1 jn-Teiler-Verha.lt-

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nisses und der Wahl der Ausgangstellung· Solche Änderungen des grundlegenden Dekadengenerators können in verschiedenen Anwendungsfällen außerdem kombiniert werden, um Umsetzer herzustellen, die auf die besonderen Anforderungen zugeschnittene Eigenschaften besitzen. Als ein weiteres Ausführungsbeispiel kann ein 8-Dekadenumsetzer aus zwei 4-Dekadengeneratoren mit relativ geringen Kosten und geringem Raumbedarf als eine geringere Anwandlung des oben beschriebenen 6-Dekaden-Ergebnisses zusammengestellt werden. Weiterhin kann leicht ein 10-Dekadenumsetzer aus einem 4-Dekaden-, einem 3-Dekaden-, einem 2-Dekaden— und einem 1—Dekadengenerator zusammengestellt werden. Dieser würde eine schnelle Programmierung für die größeren Frequenzschritte und eine relativ langsame Programmierung für die geringen Frequenzschritte besitzen, in denen im allgemeinen keine hohe Geschwindigkeit erforderlich ist. Eine große Vielzahl von Umsetzern kann so aus einer· relativ geringen Anzahl von Dekadengeneratorbauteilen zusammengesetzt werden.

Eine geeignete Einrichtung zur Verwendung in diesem System enthält z· B. einen 1:n-Frequenzteiler, wie er beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 050 685 oder in dem Artikel "A High-Speed Digital Frequency Divider of Arbitrary Scale", erschienen in Instrumentation and Industrial Electronics, Convention Record of the Xnstitude of Radio Engineers, I95*l·, Band 10, Seiten 52 bis 57 beschrieben ist und Phasendetektoren oder symmetrische Modulatoren, wie z. B. Ringmodulatoren oder andere bekannte Arten von

-en
Phasendetektor, die mittels des 1 in-Teiler-Ausgangssignals

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nach der Samplingmethode einer linear ansteigenden Spannung mit der Wiederholfrequenz f arbeiten. Andere

bekannte Bauteile können selbstverständlich ebenfalls verwendet werden*

Die verschiedenen Normalfrequenzen, die erwähnt wurden, werden selbstverständlich kohärent von einer einzelnen Steuerfrequenz abgeleitet, auf die alle Frequenzen arithmetisch bezogen sind. Verwendet man die Frequenzen, die in den verschiedenen konkreten Ausführungebeispielen gegeben sind, kann man beispielsweise eine Steuerfrequenz von 10 MHz annehmen, die von einem kristallgesteuerten Oszillator abgeleitet wird, der wiederum gegebenenfalls phasenstarr mit einem Hauptfrequenznormal, wie z. B. einem Cäsiumstrahl oder einem Wasserstoffmaser gekoppelt ist.

Die Bezugsfrequenzen f , die verwendet werden, um die Steueroszillatoren mitzunehmen, können leicht durch einen einfachen TeilungeVorgang von der Normalfrequenz abgeleitet werden. Z.B. 10 KHz « 10 MHz/1000 und durch eine weitere Teilung (in üblicher We'ise mittels Stellentechniken) sind 100 Hz e IOKHz/100. 42 MHz β 5 χ 10 MHz - ' oder 42 MHz = 42 χ JSJp oder 42 MHz =

' . Solche Multiplikationen, Divisionen. Subtraktionen und Additionen der Frequenz können leicht durch bekannte Techniken erreicht werden.

Obwohl die oesonderen Frequenzen, die zum Zwecke der Erläuterung verwendet wurden, bevorzugt sind für Überlegungen hinsichtlich einer guten Konstruktionspraxis, um geeignete Frequenzverhältnisse an den Eingängen der verschiedenen Mischer zu erzeugen und die Erzeugung von Störfre-

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quenzen hoher Ordnung zu vermindern, können auch andere geeignete Frequenzen ausgewählt werden· Außerdem ist die Erfindung nicht auf das Dezimalsystem der Zahlen beschränkt, sondern kann ebenso auch ζ» ϋ· auf einem Binärumsetzer angewandt werden, der nach dem gleichen Prinzip aufgebaut ist und sogar in den Teilersystemen zu einer einfacheren digitalschal-tanordnung führt.

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Claims (1)

1. Patentansprtiche

   1J Frequenzumsetzer mit einer Einrichtung zum Empfang eines Eingangssignals, einem Normalfrequenzgenerator, einem Addierer, der mit der Empfangseinrichtung und dem Generator zur Erzeugung einer ersten Summenfrequenz verbunden ist und einer Frequenzsteilenwähl·- einrichtung, gekennzeichnet durch einen StellehQszdLl— lator (8), der mit einem t sn—Teller- (T2) und einem Phasendetektor (20) zur selektiven Mitnahme der Frequenz des Oszillators verbunden ist, eine Einrichtung» um eine Normal-Schrittbezugefrequenz dem Phasendetek— tor (SO) zuzuführen, wobei der Phasendetektor (2O)_f der den Stellenoszillator bei einer vorbestimmten. Frequenz von mehreren in gleichem Abstand befindlichen Frequenzen mitnimmt, die kohärent mit den Normalfrequenzen verbunden sind, einen Addierer (6), der mit dem ersten Addierer (2) und der Frequenzsteilenwähl- «inrichtung zur Erzeugung einer zweiten Summenfrequenz verbunden ist und einen Teiler (l6) zur Erzeugung der zweiten Summenfrequenz durch Teilung durch einen vorbestimmten Faktor, um dadurch ein Ausgangesignal zu erzeugen.

   2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal _K£, durch die Beziehung f. « f -C-I

   jLXX X XX O

   gegeben ist, wobei f eine unveränderliche Trägerkorapo-

   nente und oC eine informationstragende Komponente ist, dass die' Frequenz des Stellenoszillators (8) gleich f_Q + mS ist, wobei S die Größe des Frequenzschrittes darstellt und m eine ganze Zahl des gewählten Schrittes und

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   f die Frequenz des Stellenoszillators (8) bei m = 0 ist, daß die Normalfrequenzen durch (10 -1) f - f_ß gegeben sind, wobei k die Zahl der steuerbaren Dekaden ist,die verwendet werden soll und außerdem die Bedingung erfüllt, daß 0-SL.m "^i 1 π -1) ist und daß ein Filter (14] zwischen dem zweiten Addierer (6) und dem Teiler (16) geschaltet und auf eine durch (10 f +(Λ/+ ^m^) gegebene

   Frequenz abgestimmt ist.

   3· Umsetzer nach Anspruch Z, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler (16) auf einen Teilungsfaktor 10** eingestellt ist, wobei ρ der log_1o dessen gewünschten Ausgangsteilungsverhältnisses ist und die Ausgangsfrequenz f des Teilers (i6) dann durch die Gleichung

   10^kf

   f = c

   aus

   10^P

   gegeben ist.

   k» Umsetzer nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch'eine Einrichtung zur Einstellung des Ausgangsteilungsverhältnisses auf einen Wert, der gleich der Zahl der Schritte ist, um dadurch den Umsetzer trägerwiederholend zu machen.

   5. Umsetzer nach Anspruch 3f gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung des Ausgangsteilungsverhältnisses auf einen Wert, der der Zahl der Schritte ungleich ist, um dadurch den Umsetzer nichtträgerwiederholend zu machen.

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   6, Umsetzer nach Anspruch 3i gekennzeichnet durch im wesentlichen folgende Kenndaten:

   Λ,= Ο

   erste Summenfrequenz β 47 MHz Schrittbezugsfrequenz = tOO Hz η minimum m 30.000 für tu « 0 η maximum « 39_%999 für m β 9999 FiIterfrequenz « 50 bis 50,9999 MHz ρ = 2.

   7. Umsetzer nach Anspruch 3t gekennzeichnet durch im wesentlichen folgende Kenndaten:

   maximum β 10 KHz
   erste Summenfrequenz » 47 bis 47.01 MHz Schrittbezugsfrequenz «10 KHz η minimum i* 300
   η maximum ■ 399

   Filterfrequenz β 50 bis 51 MHz ρ β 1 .

   8. Umsetzer nach Anspruch 3» -'gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung der maximalen informationstragenden Komponente ckj auf einen Wert, der

   PlCtJC

   dem gewählten Frequenzschrittintervall (s) nahekommt.

   9. Umsetzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere gleiche bzw. ähnliche Umsetzer in Kaskadenanordnung, so daß das Ausgangesignal eines ersten Umsetzers als Eingangssignal des folgenden Umsetzers dient.

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