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Nach dem Schwebungsverfahren arbeitender Frequenzanalysator Die Erfindung
betrifft einen Frequenzanalysator mit einem Oszillator, dessen veränderbare Frequenz
mit der zu messenden Frequenz nach dem Schwebungsverfahren verglichen wird.
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Es ist bekannt, die Frequenz einer Spannung dadurch zu messen, daß
diese Spannung der Spannung eines Oszillators mit veränderbarer Frequenz linear
überlagert wird. Die Amplitude einer derart gebildeten Spannung weist eine Welligkeit
auf, deren Frequenz gleich der Differenz der Frequenzen der einander isberlagertetl
Spannungen ist. Die Oszillatorfrequenz wird so eingestellt, da3 die Frequenz differenz
Null ist. Am Oszillator kann dann unmittelbar die zu messende Frequenz abgelesen
werden. Als Anzeigegerät für den Nullabgleich kann entweder ein Kopfhörer oder ein
Oszillograph, also ein unmittelbar zu beobachtendes Gerät verwendet werden.
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Soll dagegen die Frequenz derart angezeigt werden, daß ein'elektrisches
Signal abgegeben wird, wenn die zu messende Frequenz um weniger als einen bestimmten
Betrag von der Oszillatorfrequenz abweicht, dann ist dieses beschriebene Verfahren,
mit dem zwar die Frequenz sehr genau gemessen werden kann, nicht mehr geeignet.
Es werden daher häufig elektrische oder für größere Genauigkeiten mechanische Filter
zur Frequenzanalyse verwendet. Derartige Analysatoren erfordern einen erheblichen
Aufwand und ein großes Bauvolumen.
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Der Erfindung liegt die. Aufgabe zugrunde, einen Analysator zu schaffen,
der die Genauigkeit des Schwebungsanalysators hat und der ein elektrisches Signal
abgibt, wenn die zu messende Frequenz um weniger als einen vorgegebenen Wert von
der Frequenz des Oszillators abweicht, also innerhalb einer bestimmten Bandbreite
liegt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Oszillator
zwei Spannungen abgibt, die um 900 gegeneinander phasenverschoben sind und die in
jeweils einem Kanal mit dem Eingangssignal, dessen Frequenz zu messen ist, überlagert
sind, und daß die Ausgangssignale der beiden Kanäle einem Diskriminator zugeführt
sind, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal mindestens eines Kanals
von dem bei fehlend einEinganssignl vorhandenen Ausgangssignal verschieden ist.
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Ein solcher Frequenzanalysator hat die Vorteile, daß er rein elektronisch
arbeitet, daß die Bandbreite nahezu beliebig klein gemacht werden kann und daß auch
einmalige oder sehr kurze Signale registriert werden können.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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Figur 1 zeigt das Prinæipschaltbild eines neuer Frequenzanalysators.
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In den Piguren 2 und 3 ist der Frequenzgang des Analysators für eine
Oszillatoreinstellung dargestellt.
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In Figur 1 ist mit 1 ein Oszillator bezeichlet, der zwei um 900 phasenverschobene
Sinusspannungen U 1 und U 2 liefert, die einen geringen Klirrfaktoraufweisen. Der
Oszillator kann beispielsweise ein Phasenschieberoszillat-or sein, an dessen Phasenschieber
die um 900 phasenverschobenen
Spannungen unmittelbar abgegriffen
werden können. Die beiden Spannungen werden in je einer Einrichtung 2 bzw. 3 einer
Eingangsspannung UE überlagert. Die Ausgangsspannungen der Überlagerer 2 und 3 haben
die in Figur 1 eingezeichneten Formen. Bemerkenswert ist die Phasenverschietung
der Hüllkurve der beiden Spannungen. Bei der linearen Uberlagerung entsteht keine
neue Frequenz, auch nicht die Differenzfrequenz. Diese kann aber mittels eines nichtlinearen
Gliedes, z.B. mittels Gleichrichter 4 und 5 erzeugt werden. Die weiteren bei der
Gleichrichtung entstehenden neuen Frequenzen, die im wesentlichen die geradzahligen
Harmonischen der überlagerten Frequenzen sind, werden von Tiefpaßfiltern 6 und 7,
deren Grenzfrequenz variabel sein kann, unterdrückt, sofern die einander überlagerten
Frequenzen groß gegenüber ihrer Differenzfrequenz sind.
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Dies ist im allgemeinen der Fall; auch wird die Grenzfrequenz der
TiefpaBfilter häufig sehr niedrig gewählt, damit die zu messende Frequenz bis auf
eine kleine Bandbreite genau bestimmt wird.
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Die Differenz- oder SchwebungsSrequenz soll als möglichst reine Sinusspannung
gewonnen werden. Hierzu wird vorzugsweise die Amplitude der Oszillatorspannung wesentlich
größer als die Amplitude der zahnung mit der zu messenden Frequenz gewählt. Es hat
sich gezeigt, daß ein Verhältnis von '- 4 : 1 erforderlich i. Wie an den Diagrammen
in Figur 1 zu sehen ist, ist beim Ausführungsbeispiel etwa ein solches Verhältnis
eingehalten. An den Ausgängen der Tiefpässe 6 und 7 steht eine Spannung, die aus
einem Gleichspannungsanteil besteht, dem eine mehr oder weniger niederfrequente
sinusfarmigeWechselspannung überlagert ist. Der GleichspannuRgsanteil ist durch
die Ausgangsspannung des Oszillators 1 bestimmt. Die Amplitude d-es Wechselspannungsanteils
ist abhängig von der Amplitude der Eingangsspannung \ und der Dämpfung der Tiefnässe
6 und 7. Diese Dämpfung ist frequenzabhängig, und
zwar, wie in Figur
2 gezeigt ist, derart, daß von der Frequenz Null an mit steigenden Frequenzen zunächst
keine Änderung der Dämpfung eintritt und erst oberhalb einer bestimmten Frequenz
die Dämpfung zu- bzw. die Ausgangsspannung abnimmt. Die Frequenz, bei der die Ausgangsspannung
um den Faktor 0,7 abfällt, wird mit Grenzfrequenz U gbezeichnet. Da es für die'Schwebungsfrequenzunerheblich
ist, ob die Oszillatorfrequenz um einen bestimmten Betrag größer oder kleiner als
die zu messende Frequenz ist, beträgt die Bandbreite, innerhalb der bei fest eingestellter
Oszillatorfrequenz ein Lingangssignal US angezeigt wird, 2 wg. Dies ist in Figur
3 veranschaulicht, in der die Oszillatorfrequenz mit n bezeichnet ist. Die Grenzfrequenzen
der Durchlaßkurvesind dann n + w g und n- w g.
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Den Tiefpaßfiltern 6 und 7 ist jeweils eine Einrichtung 8 bzw. 9 nachgeschaltet,
in denen der GLeichspannungspegel der Ausgangsspannung der Tiefpässeum den Betrag
verschoben wird, der von der Amplitude der Oszillatorspannungen U 1 bzw. U 2 herrührt.
Man erhält dann als Ausgangsspannung dieser Potentialverschiebungsstufen eine smetrisch
um Null pendelnde Wechselspannung, sofern die Oszillatorfrequenz nicht gleich der
Frequenz der Eingangsspannung UE ist. Sind diese beiden Frequenzen gleich, dann
ist die Spannung nach den Potentialverschiebungsstufen 8 und 9 eine reine Gleichspannuilg,
die je nach der Phasenlage zlschen den verglichenen Spannungen positiv, negativ
oder auch Null sein kann. Da bei diesem letztgenannten Fall kein Signal am Ausgang
der Potentialverschiebungsstufe ansteht, wäre ein Eanal allein unbrauchbar. Auch
bei geringen Frequenzunterschieden könnte das Ergebnis nur eines Kanals schlecht
ausgewertet werden. Die Schwebungsfrequenz wäre so klein, daß die Ausgangsspannung
sich langsam ändernd verschiedene Werte, auch Null erreichen würde.
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Diese Schwierigkeit wird mit der Erfindung dadurch vollkommen beseitigt,
daß zwei Kanäle vorgesehen sind, die identisch aufgebaut sind, denen aber um 900
phasenverschobene Oszillatorspannungen zugeführt werden. Dies hat zur Folge, daß
auch die Ausgangsspannungen der Potentialverschiebungsstufen 8 und 9 um 900 phasenverschoben
sind und zwar unabhangig von der Schwebungsfrequenz. Aus die sen beiden Spannungen
wird nun eine Gleichspannung gewonnen, die proportional der Dämpfung der Tiefpaßfilter
6 und 7 und der Amplitude der Eingangsspannung UE ist. Hierzu werden die Ausgangsspannungen
der Potentialverschiebungsstufen 8 und 9 in Stufen 10 und ii quadriert und anschließend
in der Einheit 12 addiert. Das Ergebnis ist eine reine Gleichspannung, und zwar
auch dann, wenn Oszillatorfrequenz und die Frequenz der Eingangsspannung ungleich
sind. Die Ausgangsspannung der Addierstufe 12 kann in einer weiteren Stulpe 13 radiziert
werden, deren Ausgangssignal schließlich in einem Indikator 14 weiterverarbeitet
werden kann.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, selektive Frequenzen zu
messen und somit die Frequenzspektren von Sinalgeinischen aufzunehmen. Die Selektionsbandbreite
entspricht der doppelten Grenzfrequenz der verwendeten Tiefpaßfilter, wobei die
Durchlaßkurve keine Einbrüche aufweist.
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6 Patentansprüche 3 Figuren