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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Gewinnung periodischer Signale
aus dem Rauschen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung periodischer
Signale aus dem Rauschen, Aus der französischen Patentschrift 1 564 552 ist ein
Analysator für ein ieistungsspektrum bekannt, bei dem zwei Nultiplikationssbhaltungen
parallel mit dem zu analysierenden Leistungsspektrum beaufschlagt sind und außerdem
mit Je einem Teil eines Ausgangssignals eines frequenzvariablen Oszillators von
gegeneinander jeweils um 900 verschobener Phasenlage versorgt sind. Die Ausgangsspannungen
der Multiplikationsschaltungen sind an je ein iefpaßfilter angeschlossen. Die Tiefpaßfilter
beaufschlagen ihrerseits Quadrierschaltungen und diese wiederum eine Additionsschaltung.
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Dem Bekannten gegenüber soll mit dem Verfahren nach der Erfindung
kein Beistungsspektrum analysiert, sondern aus einem Rauschspektrum ein periodisches
Signal gewonnen werden. Diese Aufgabe ist beispielsweise von Bedeutung, wenn aus
einem verrauschten Meßsignal Triggerimpulse für einen Elektronenstrahloszillographen,
mit dem das verrauschte Meßsignal dargestellt werden soll, gewonnen werden müssen.
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Ein Verfahren zur Gewinnung periodischer Signale aus dem Rauschen
ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Rauschsignal in einem ersten
Verfahrensschritt
einer Frequenzanalyse unterzogen und in einem
zweiten Verfahrensschritt die einzelnen Frequenzkomponenten additiv überlagert werden.
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Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus
mehreren Analysatoren für Einzelfrequenzen, deren Ausgänge an die Eingänge einer
additiven Überlagerungsschaltung angeschlossen sind. Je größer die Anzahl der Analysatoren
ist, desto genauer können so aus einem Rauschsignal allgemeine periodische Signale
synthetisiert werden.
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Zweckmäßig besteht ein einzelner Analysator erstens in an sich bekannter
Weise aus iwe i zwei Multiplikationsschaltungen, die parallel mit dem Rauschsignal
beaufschlagt sind und außerdem mit Je einem Teil eines Ausgangssignals eines frequenzvariablen
Oszillators von gegeneinander jeweils um 900 verschobener Phasenlage gespeist und
die Ausgangsspannungen der Nultiplikationsschaltungen an zwei Tiefpaßfilter angeschlossen
sind. Weiter ist an einen der Tiefpässe ein Spannungsvergleicher und an den-anderen
der Tiefpässe eine dritte Multiplikationsschaltung angeschlossen. Die Ausgangsspannung
des Spannungsvergleichers ist einem veränderlichen Phasenschieber für das Ausgangssignal
des frequenzvariablen Oszillators im Sinne einer Regelung auf verschwindende Ausgangsspannung
des #Spannungsverglei#hers aufgegeben, und drittens ist der zu dem Teil des Ausgangssignals
des frequenzvariablen Oszillators einem Regelkreis des Spannungsvergleichers um
900 phasenverschobene Teil des Ausgangssignals auch an die dritte Multiplikationsschaltung
gelegt, an deren Ausgang das periodische Signal entnehmbar ist.
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Zweckmäßig ist der frequenzvariable Oszillator mit einer automatischen
Regelung auf konstante Frequenz für die jeweils eingestellte Frequenz ausgerüstet.
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Zur Synthetisierung eines allgemein periodischen Signals aus dem Rauschspektrum
sind mehrere Analysatoren mit den Ausgängen ihrer dritten Multiplikationsschaltung
auf die Eingänge der additiven Überlagerungaschaltung geschaltet.
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Zweckmäßig werden dabei anstelle mehrerer frequensvariabler Oszillatoren
ein einziger solcher Oszillator mit einem nachgeschalteten Frequenzvervielfacher
für die Speisung der Multiplikationsschaltungen der einzelnen Analysatoren vorgesehen.
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Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren, die Ausführungsbeispiele
als Blockschaltbilder zeigen, näher erläutert.
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Pigur 1 zeigt einen Frequenzanalysator und Figur 2 zeigt eine Schaltung,
mit der aus einem Rauschsignal ein allgemein periodisches Signal synthetisiert werden
kann.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei vorausgeschickt, daß bei
ihr folgende formelmäßige Zusammenhänge ausgenutzt werden: Werden einer Multiplizierschaltung
als Faktoren das Spektrum
und eine reine Sinusschwingung UO ~ sincj ~ t von einem frequenzvariablen Oszillator
zugeführt, und wird dann das Produkt über einen Tiefpaß geschickt, so wird folgende
Ausgangsspannung des Tiefpasses erhalten:
Daraus ergibt sich: U=0 wenn #o U = 1/2 Uo ~ Un cosÇ nwenn#n =
#o Eine Ausgangsspannung entsteht also nur, wenn: 1. das Spektrum eine Schwingung
mit derselben Frequenz wie der Oszillator enthält, 2. die Phasenverschiebung zwischen
der entsprechenden Schwingung des Spektrums und der Oszillatorschwingung ungleich
900 ist.
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Figur 1 zeigt eine Schaltung, mit der ein in einem Rauschsignal enthaltenes
harmonisches Signal bzw. eine harmonische Komponente eines beliebigen Signals sowohl
nach der Amplitude als auch nach seiner Frequenz festgestellt werden kann. Zwei
Multiplizierschaltungen 1 und 2 wird parallel ein Rauschsignal zugeführt. Gleichzeitig
wird ein Signal eines frequenzvariablen Oszillators 3 über einen steuerbaren Phasenschieber
4 und einem diesen nachgeschalteten konstanten Phasenschieber 5 den beiden Multiplizierschaltungen
1 und 2 derart aufgegeben, daß die beiden Teil signale für die beiden Multiplizierschaltungen
1 und 2 einen Phasenunterschied von 900 aufweisen. Die doppelte Multiplikation des
Rauschsignals in zwei Multiplizier#chaltungen mit um 900 gegeneinander phasenverschobenen
Te#-len-eines Sinussignals ist notwendig um eine Spannung zu gewinnen, die proportional
der Amplitude des gesuchten Signales aus dem Rauschspektrum ist, denn es muß der
Phasenwinkel ? n zwischen Oszillator und gesuchtem Signal aus der Rauschapannung
konstant gehalten werden. Dies geht aus den vorstehend genannten Gleichungen hervor.
In der Multiplizierschaltung 2 wird der Winkel tun zu Null, in der Multipliziersohaltung
1 zu 900. Die Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 1 wird einem Tiefpaß 6
zugeführt, dessen
Ausgangsspannung -wiederum den einen Eingang
eines Spannungsvergleichers 7 beaufschlagt. Der andere Eingang des Spannungsvergleichers
liegt an Nullpotential. Die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers 7 ist mit
einem Steuereingang des Phasenschiebers 4 verbunden. Der Tiefpaß 6 muß als Ausgangsspannung
die Spannung Null haben, wenn die vorstehenden formelmäßigeniZusammenhänge gelten
sollen. Ist dies nicht der Fall, so gibt der Spannungsvergleicher 7 so lange eine
Regelspannung für den gesteuerten Phasenschieber 4 ab, bis die genannten Phasenbedingungen
erfüllt sind. Dabei hat der gesteuerte Phasenschieber 4 natürlich keinen Einfluß
auf die gegenseitige Phasenbeziehung der Ausgangsspannung des konstanten Phasenschiebers
5. Er verschiebt diese Ausgangsspannungen sozusagen parallel. Einem der Multiplizierschaltung
2 nachgeschalteten Tiefpaß 8 ist eine Gleichspannung zu entnehmen, die der Amplitude
des gesuchten Signals im Rauschspektrum proportional ist. In einer dritten Multiplizierschaltung
9 wird diese Spannung mit einer der Teilspannungen des Konstantphasenschiebers 5
multipliziert. Das Produkt ist eine rauschfreie Sinusspannung, die in Phase und
Frequenz gleich und in der Amplitude proportional dem gesuchten Signal im Rauschspektrum
ist.
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Um ein in einem Rauschspektrum enthaltenes periodisches Signal beliebiger
Kurvenform zu gewinnen, muß eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden, die die
Schaltung nach Figur 1 n-mal- anwendet. Eine derartige Schaltung ist in Figur 2
schematisch dargestellt. Mit ihr wird jede Oberwelle, die im Rauschspektrum enthalten
ist, nach Betrag und Phase erfaßt. Dazu sind n-Schaltungsanordnungen 10 vorgesehen,
die bis auf die Speisung mit dem frequenzvariablen Oszillator 3, der nur für die
oberste der Schaltungsanordnungen 10 vorgesehen ist, mit der Schaltung nach Figur
1 übereinstimmen. Die Ausgangsspannung des frequenzvariablen Oszillators 3 wird
auch einem Frequensvervielfacher
11 zugeführt, der die-weiteren
n-1-Schaltungsanordnungen 10 mit Oberwellen der im frequenzvariablen Oszillator
3 eingestellten Sinusspannung speist. Die Ausgangaspannungen der einzelnen n-Schaltungsanordnungen
10, die den dritten Multiplizierschaltungen jeder dieser Schaltungsanordnungen entnommen
werden, sind an die Eingänge einer additiven oberlagerungsschaltung 12 angeschlossen.
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Dem Ausgang dieser Schaltung ist ein aus dem Rauschspektrum gewonnenes
allgemein periodisches Signal entnehmbar.
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5 Patentansprüche 2 Figuren