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"Verfahren zur Messung von Frequenzgang und LauEzeitdifferenzen, insbesondere
von ausgetasteten Fernsehsignalen, und Schaltungsanordnung zur Durchführung des
Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur handgesteuerten und automatischen
Messung von Frequenzgang und Laufseitdifferenzen, insbesondere für Fernsehsignale
sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für die Erzeugung von Meßsignalen
und deren Eichung.
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Das bekannteste Verfahren zur Messung der Gruppenlaufzeit und des
Ämplitudenfrequenzganges beruht darauf, daß eine gewobbelte Trägerfrequenz amplitudenmoduliert
wird und die Phasenlage der Hüllkurve als Maß £Ur die Gruppenlaufzeit dient in bezug
auf ein Vergleichssignal der Modulationsfrequenz gemessen wird. Die Amplitude der
Hüllkurve ist dabei ein Maß des Amplitudenfrequenzganges.
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Dieses Verfahren besitzt für bestimmte Anwendungsfälle einige Nachteile.
Sh ist es nicht möglich, direkt Gruppenlaufzeit- und Frequenzgangdifferenzen zwischen
zwei bestimmten Frequenzen zu messen. Weiterhin müssen Trägerfrequenzen und Modulationsfrequenz
einen bestimmten Mindestabstand haben, so daß bestimmte Trägerfrequenzen nicht unterschritten
werden können, Werden diese Meßsignale beispielsweise beim Fernsehen mit Zeilen
und BildauStastungen versehen, dann ist das Prinzip wegen der sich durch die Äustastfrequenzen
ergehenden - nicht vernaohlässigbaren - zusätzlichen Seitenbänder nur bedingt bzw.
überhaupt nioht funktionsfähig.
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Bei einem ähnlichen Verfahren wird in zeitgesohachtelter, periodischer
Folge ein amplitudenmodulierter träger (Meßfrequenz) und eine amplitudenmodulierte
Vergleichsfrequenz benutzt. In diesem Falle wird die Hüllkurve des trägers mit der
der Vergleiohsfrequenz vergliohen und man erhält sofort die Frequenzgang- und Laufzeitdifferenzen.
Der Hauptnachteil besteht hier nur darin, daß aus den gleichen oben ersEhnten Gründen
das Meßsignal nicht mit Zeilen- und Bildaustastungen versehen werden darf.
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Speziell für Fernsehswecke ist ein anderes Meßverfahren bekannt, daß
diese Mängel nicht besitzt. Für Differenzmessungen werden dabei Impuls- und Sprungsignale
benutzt, die oszillografisch auswertbar sind. Nachteilig ist dabei, daß sich die
Auswertung nicht automatisieren läßt und Laufseit- und Pegeldifferenzen nicht eindeutig
unterschieden werden können. Durch die Breitbandigkeit der Messungen haben außerdem
Störsignale einen relativ großen Einfluß.
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Außerdem ist noch ein weiteres oszillografisches Meßverfahren bekannt,
das die gleichzeitige Beurteilung des Amplitudenfrequenzganges bei hohen und tiefen
Frequenzen, d.h. das Differenzmessungen ermöglicht. Abgesehen von den bekannten
Nachteilen der oszillografischen Messung sind mit diesem Verfahren auch keine Laufzeitmessungen
möglich.
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Auch das bekannte Wobbelverfahren, das nur zur Ermittlung des Amplitudenfreguenßganges
dient und einen selektiven Empfänger benutzt, hat zwei große Nachteile. Bs können
Frequensgangdiffereneen nicht unmittelbar gemessen werden und nur Meßschleifen erfaßt
werden.
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Zweck der Erfindung ist es, die angegebenen Mängel der bekannten Meßverfahren
zu beheben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe su Grunde, ein Meßverfahren zu schaffen,
das auch automatische Messungen von Laufzeit-und Frequenzgangdifferenzen gestattet,
wobei die Meßsignale im Falle des Fernsehens auoh Zeilen- und Bildaustastungen besitzen
können Dabei 8011 die Genauigkeit und Empfindlichkeit weitgehend von Störsignalen
und den übrigen tbertragungeparametern unabhängig sein.
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Diese Aufgabe wird mit einem an sich bekannten Meßsignal, das ein
Verbundsignal aus einem amplitudenmodulierten Träger und der additiv Uberlagerten
Modulationsfrequenz ist, erfindungsgemäß daduroh gelöst, daß die Modulationsfrequenz
des Meßsignals ein vielfaches, besonders günstig das Zwei- oder Vierfache einer
8tUr- oder Austastrrequens bzw. der Zeilenfrequens des Fernsehsignals beträgt und
die Auswertung so
erfolgt, daß im Meßumformer das ankommende Signal,
soweit erforderlich, beispielsweise mittels eines Regelverstärkers auf einen genau
konstanten Pegel gebracht wird, anschließend in einer Frequenzweiche in seiner nieder-
und hochfrequenten Anteile aufgespalten, die amplitudenmodulierte Trägerfrequenz
demoduliert und direkt mit abschließender phasenempfindlichen Gleichrichtung oder
nach getrennter Gleichrichtung beider Signalanteile für den Frequenzgang die Differenz
der Pegel gebildet und die Laufzeit differenz durch Phasendemodulation gewonnen
wird und daß entweder nach der Differenzbildung und vor der phasenempfindlichen
Gleichrichtung oder vor der Gleichrichtung für beide Signalanteile getrennt, vorzugsweise
mittels elektronischer Schalter, die von der Stör- oder Austast- bzw.
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Zeilenfrequenz des Fernsehsignals gesteuert sind, die Austastungen
unterdrückt werden. Während dieser feiten werden dadurch die Gleiohstrommittelwerte
der niederfrequenten Signalanteile gebildet. Eventuell störende Oberwellen der niederfrequenten
Signalanteile können auf bekente Art durch Tief- oder andpaßfilter leicht vermindert
oder beseitigt werden. Besonders günstig ist es, dabei im Meßumformer für die niederfrequenten
Anteile eine Gruppenlaufzeit gleicher Größe u erzeugen, wie sie für die hochfrequenten
Anteile im Amplltudenglelchrichter entstehts So daß die beiden Signale immer zur
gleichen Zeit von den störenden Signalanteilen befreit werden können und der Phasennullabgleich
stabil ist.
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Wenn die beiden zu vergleichenden gleichartigen niederfrequenten Signale
Zeilen- und Bildaustastungen besitzen, ist für die Amplitudengleichriohtung die
Verwendung von Effektivwertgleiohrichtern oder von gesteuerten Gleichrichtern besonders
vorteilhaft, wobei letztere günstige Vor- und Rückwärtsverhältnisse besitzen und
so in den Austastzeiten keine nennenswerten Spannungsabfälle auftreten und außerdem
temperaturstabiler arbeiten.
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Die Phasendemodulation von zweifach ausgetasteten Signalen bereitet
Schwierigkeiten.
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Bei hohen Genauigkeitsforderungen, insbesondere für Fernsehsignale
sind dafür besondere Maßnahmen erforderlich. Im Phasendemodulator dürfen nur eindeutig
definierte Nulldurohgänge der Signale benutzt werden. Die Nulldurchgänge, die an
die Austastungen grenzen, müssen also ohne Einfluß bleiben.
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Bei n-fach ausgetasteten Signalen, insbesondere zReifachausgetasteten
Fernsehsignalen wird deshalb das n-faohe oder ein Vielfaches des n-fachen der Austastfrequenz,
insbesondere das Zwei- oder Vierfache der Zeilenfrequenz als Modulationsfrequenz
gewählt und durch Begrenzung, Differentiation und Gleichrichtung Nadelimpulse erzeugt,
die in jedem Intervall zwischen zwei Austastungen, vorzugsweise pro Zeile, nur einen,
drei oder ein ungeraden Vielfaches an ungestörten Nulldurchgängen erfassen.
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Bei Meßgeräten, die automatisierbar sind und außerdem auch Streckenmessungen
ermöglichen, sind Sende- und Empfangsteil nicht als eine Einheit aufzufassen, sondern
müssen unabhängig voneinander ihre Sollwerte halten und möglichst auch eichbar sein.
Da eine möglichst genaue selektive Erfassung der Meßfrequen& vorteilhaft ist,
wird in diesem Balle die Information für die zu messende Frequenz bei Streckenmessungen
innerhalb der Prüfzeilen übertragen. Die Erzeugung von stabilen und unverzerrten
Meßsignalen und die absolute bsw. relative Eichung sind wichtige Voraussetzungen
für derartige Messungen.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung der Meßsignale
für das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß das Verbundsignal des Meßgenerators
mit einer Dlfferenspegelregelung erzeugt wird. Naohdsm die beiden Signalanteile
durch eine Frequenzweiche aufgespalten, die hochfrequenten Anteile demoduliert,
die Differenz gebildet, störende Signalanteile gegebenenfalls durch elektronische
Schalter unterdrückt sind, wird das Differenzsignal einem phasenrichtigen Gleichrichter
zugeführt und die so gewonnene Regelspannung einem Regelverstärker zugeführt, der
die hoch- und niederfrequenten Signalanteile vor der additiven Misohung in ihrer
Amplitude einander angleicht.
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Dabei kann die Regelspannungserzeugung selbstverständlich auch nach
dem oben angegebenen Verfahren zur Messung der Pegeldifferenz durchgeführt werden.
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Zur Eichung derartiger Meßumformer, die räumlich an den verschiedensten
Orten aufgestellt sein können, ist die Schaffung eines Meßumformers als Normal besonders
vorteilhaft. Die Eichung der übrigen Meßumfcrmer ist dann am wirtschaftlichsten
und die hohen relativen Meßgenauigkeiten sind hierbei völlig ausreichend. Die Weichung
eines derartigen Normals für die Pegeldifferenzen ist beispielsweise folgendermaßen
möglich: Von einem Amplitudenmodulator, dem die hoch- und niederfrequenten Signalanteile
zugeführt werden, wird der amplitudenmodulierte Träger einem Eingang eines frequenzlinearen
Differenzverstärkers zugeführt. Am zweiten Eingang, dem ein Thermoumformer mit Digitalvoltmet
er parallelgeschaltet ist, liegt über eine Elohleitung und einen Phasenschieber
der unmodulierte Träger. Danach wird der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem
Meßumformer verbunden, der aus dem hoohfrequenten Signalanteil gewonnene Träger
einem Oszillografen zugeführt und der amplitudenmodulierte Träger mit Hilfe der
Eichleitung und des Phasensohiebers im Maximum (U2) und Minimum (U1) sehr genau
zu Null kompensiert. Diese beiden Trägeramplituden werden vom Digitalvoltmeter abgelesen
und ergeben den genauen Modulationsgrad und die Spitzenamplitude der Hüllkurve Anschließend
wird statt des unmodulierten Trägers das niederfrequente Signal dem zweiten Eingang
zugeführt und eine Amplitude vom Betrag U2 - U1 eingestellt. Damit ist erreicht,
2 daß die Spitzenamplituden einer Hüllkurve und des NF-Signals gleioh sind und der
Nullpunkt des Meßuxformers kann eingestellt werden.
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Die Erfindung soll nachstehend an
Ausführungsbeispielen für Anwendungen im Fernsehen mit Anordnungen zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung näher erläutert werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Blooksohaltbild
fUr einen Meßumformer zur Messung von Frequenzgang und Laufseitdifferenzen und die
zugehörigen Signale Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Meßsignalerzeugung.
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Vom Eingang des Meßumformers gelangt das Meßsignal a zu einem Regelverstärker
1, der den Normpegel wieder herstellt. Dabei wird die Regelgröße 2 vom niederfrequenten
Signalanteil über einen Gleichrichter oder vom Prüfzeilen-Weißimpuls abgeleitet.
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Vom anschließenden Verstärker 3 wird das Signal einer Impulsformerstufe
4, die Horizontal- und Vertikalimpulse d erzeugt und der Frequenzweiche für die
hoch- und niederfrequenten Signalanteile zugeführt, die aus einem Tiefpaß 5 und
einem Bandpaß 6 besteht. Der Bandpaß 6 ist hinsichtlioh seiner Mittenfrequenz von
einem externen Programm 7 steuerbar.
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Ein Amplitudendemodulator 8 dient zur Gewinnung der Hüllkurve c.
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Aus den niederfrequenten Signalanteilen b werden durch eine Klammerschaltung
9 Brummstdrungen beseitigt und durch ein einstellbares Tiefpaßglied wird die Laufzeit
des Demodulators ausgeglichen und restliche Hochfrequenzanteile unterdrückt.
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Die anschließenden elektronischen Schalter 11 und 12, die von den
verbreiterten Horizontal- und Vertikalaustastimpulsen d gesteurt werden, unterdrücken
alle zeilen- und bildfrequenten Signalanteile, so daß sich das niederfrequente Signal
e und die Hüllkurve mit nullsymmetrischen Austastungen ergeben.
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Durch Je einen anschließenden Tiefpaßverstärker 13 und 14 werden der
Pegel angehoben und die Signale von restlichen hochfrequenten Störanteilen befreit.
Zur Erfassung von Pegeldifferenzen wird anschließend Je ein Gleichrichter 15 und
16 angesteuert, und durch einen Differenzverstärker 17 die Pegeldifferenz ermittelt,
die am Ausgang 18 abnehmbar ist.
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Zur Gleichrichtung eignen sich besonders gesteuerte Gleichrichter,
um Störungen durch die zeilen- und bildfrequenten Austastungen und Temperaturabhängigkeiten
vernachlässigbar klein zu halten. Diese Eigenschaften sind aber auch durch
Effektivwertgleichrichter
zu erreichen.
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Zur Empfindlichkeitseiohung kann in einem Kanal eine definierte Dämpfung
eingeschaltet werden.
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Zur Ermittlung der Laufzeit differenz werden ebenfalls die Ausgangssignale
aus den beiden Tiefpaßverstärkern 13 und 14 benutzt. Da das Hüllkurvensignal allen
Frequenzschwankungen der Meßobjekt unterworfen ist, wird es durch einen weiteren
Regelverstärker 19 auf dine konstante Amplitude gebracht.
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Anschließend wird es in einem Begrenzer 20 zu Rechteokimpulsen f begrenzt,
durch ein Differenzierglied 21 Nadelimpulse erzeugt und die positiven Impulse mittels
eines Gleiohriohters 22 unterdrückt. Die verbleibenden negativen Nadelimpulse g
korrespondieren mit den ungestörten Nulldurchgängen des niederfrequenten Signalanteils.
Der anschließende Phasendemodulator 23 gibt dann bei gleichzeitiger Zuführung des
ausgetasteten NF-Signals eine phasenlineare und polaritätsrichtige Ausgangsspannung
der Laufzeit 24 im Bereich von + 100 ab.
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Zur Meßsignalerzeugung wird wie in Fig. 2 dargestellt, einem Modulator
25 in bekannter Weise das NF-Signal vom Generator 26 und das HF-Signal vom Generator
27 zugeführt. Dem in einem Bandpaß 28 von Nebenwellen befreiten und in einem Verstärker
29 verstärkten amplitudenmodulierten Träger (m*30%) wird das NF-Signal additiv tiberlagert.
Im anschließenden Mischer 30 wird das Verbundsignal ausgetastet und mit Synchronsignalen
versehen und über einen EndverBtErker 31 abgegeben. Bei Frequenzänderungen des HF-Trägers
wird der HF-Generator und der im Modulator befindliche Bandpaß entsprechend von
einer Steuergröße 32 beeinflußt0 Bei einem derartigen Meßsignalgeber ist es nur
mit einer Regelung möglich, für ein ganzes Frequenzband und den üblichen Betriebsparameterschwankungen
fehlerfreie Mebsignale abzugeben- Zur Regelung des Eigenfehlers der Pegeldifferenz
ist eine Funktionseinheit nach dem Prinzip des oben angegebenen Meßumformers oder
eine vereinfachte im Blookschaltbild angegebene Variante zu verwenden, wobei gleiche
Ziffern gleiche Elemente wie in Fang, 1 bedeuten. Nach der in
Fig.
2angegebenen Variante wird das Verbundsignal wieder durch eine Frequenzweiche aufgespalten,
die Hüllkurve des Trägers gewonnen, das XF-Signal und das Hüllkurvensignal einem
Differenzverstärker zugeführt. In einem anschließenden elektronischen Schalter 33
werden die Zeilen- und Bildaustastungen und Synchronsignale unterdrückt und vom
nachfolgenden phasenrichtigen gesteuirten Amplitudengleichriohter 34 der Differenzpegel
ermittelt. Diese Regelspannung wird einem Hegelverstärker 35 zugeführt, der den
jeweiligen liFt-Träger auf die Sollamplitude bringt