DE2219050A1

DE2219050A1 - Vorrichtung zum Messen des Impulsverhaltens eines Vierpols

Info

Publication number: DE2219050A1
Application number: DE19722219050
Authority: DE
Inventors: Claude Lannion Aillet (Frankreich)
Original assignee: Societe annionnaise dElectronique, Lannion (Frankreich)
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1972-11-02
Also published as: JPS4737356A; GB1353863A; IT954700B; US3781668A; FR2134092B1; FR2134092A1

Description

C 2521

JS/U/R

• 19. APR. 1972

F 6167

8 MÖNCHEN 22, RCIiZkV-ilC
TELEFON 226110

SOCIEfE LANNIONNAISE D«ELECTRONIQUE Route de Perros-Guirec, 22- LANNION (Frankreich)

VORRICHTUNG ZUM MESSEN DES IMPULSVERHALTENS EINES VIERPOLS

Die Erfindung betrifft Kurvenmesschreiber und insbesondere eine Vorrichtung zur Analysierung der Ubertragungskennwerte eines durch eine impulsmodulierte Hochfrequenzschwingung angeregten Vierpols. Diese eignet sich zur Messung einer grossen Anzahl von Ubertragungsschaltungen, insbesondere in der Übertragungstechnik durch numerische Phasenmodulation.

Bei Untersuchungen auf dem Gebiet der Trägerfrequenzübertragung durch numerische Phasenmodulation ist es wichtig, das Verhalten der in bestimmten Anlagen verwendeten Vierpole in bezug auf ein durch Phasensprünge moduliertes Signal so genau wie möglich zu analysieren. Dies trifft insbesondere

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auf Bandpässe zu, denen eine grosse Bedeutung zukommt, da sie verschiedene Funktionen zu erfüllen haben wie Begrenzung des Sendespektrums, Trennung der einzelnen Empfangskanäle und Verringerung der Rauschbandbreite.

Derartige Bandpässe bewirken jedoch eine Verzerrung des' Signals infolge von Störungen, die dem Nebensprechen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen ähnlich und auf die Auswirkungen der Amplitudensiebung und der Gruppenlaufzeit zurückzuführen sind.

Um die wahrscheinliche Fehlerrate einer mit Rauschen behafteten numerischen. Ubertragungsstrecke bestimmen zu können, muss die Siebwirkung auf das Signal genau bekannt sein.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Bestimmung und Sichtbarmachung des Amplituden- bzw« Phasenverhaltens eines Vierpols zu verschiedenen Zeitpunkten eines Impulses oder einer Impulsfolge, mit der eine Hochfrequenzträgerwelle moduliert wird. Diese Vorrichtung eignet sich hervorragend zur Analyse des Verhaltens von Filtern für die numerische Phasenmodulation, sie kann jedoch zur Untersuchung einer beliebigen Schaltung verwendet werden, insbesondere der Auswirkungen eines nichtlinearen Netzwerkes wie Begrenzer, Sättigungsverstärker oder Mischstufen mit hohem Sendepegel auf die durch Phasensprung erfolgende Modulation.

Mit den bekannten Geräten ist eine Impuls-Analyse des Amplituden- und Phasenverhaltens von Vierpolen unmöglich.

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Die Betrachtung von Hochfrequenzimpulsen erfolgt in der Regel mit einem quadratischen Detektor und einem Impuls-Oszillographen. Eine Überwachung der Phase ist nicht möglich, und die Empfindlichkeit ist gering. Die beobachtete Grosse betrifft die augenblickliche Leistung, so dass ein Informationsverlust in bezug auf die Vorder- und Rückflanken der Impulse eintritt.

Ein anderes System arbeitet mit einem Synchrondetektor, der eine grössere Empfindlichkeit aufweist, jedoch die Phase und die Amplitude nicht unmittelbar angibt.

Nach einem anderen Schwebungsverfahren, bei dem ein Abtast-Oszillograph verwendet wird, erfolgt die Herstellung einer Phasenbeziehung zwischen der empfangenen Trägerwelle und der Modulationsfrequenz. Die automatische Anzeige von Amplitude und Phase der Hochfrequenzwelle ist jedoch ebenfalls nicht möglich.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet durch gleichzeitige Abtastung, mit sehr kurzzeitigen Impulsen, der unmodulierten Hochfrequenzwelle und der pulsmodulierten Hochfrequenzwelle, wobei die zwischen dem Impulsbeginn und dem AbtastZeitpunkt liegende Zeitspanne während einer Modulationsfolge linear veränderlich ist. Die Dauer der kurzzeitigen Impulse ist bedeutend kürzer, beispielsweise zehnmal kürzer als eine Hochfrequenzperiode. Auf geeignete Weise wird zwischen den Modulationsfolgen und den sehr kurzzeitigen Impulsen eine Wechselbeziehung derart hergestellt, dass ein kurzzeitiger

Impuls auf jede Impulsfolge kommt und der Abtastzeitpunkt innerhalb der Impulsfolge regelmässig veränderlich ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird an Hand der Zeichung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung mit deren wichtigsten Bauteilen;

Fig. 2 ist eine abgewandelte Schaltungsart der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Betriebsweise eines in der Vorrichtung nach Fig. 1 befindlichen Bauteils.

Entsprechend Fig. 1 besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung aus folgenden Teilen, die wie folgt bezeichnet sind:

1 - Frequenzkonstanter Oszillator, Trägerfrequenz fo;

2 - Abtastvorrichtung, als Modulator ausgelegt, die an einem ersten Eingang die ungedämpfte Welle der Frequenz fo und an einem zweiten Eingang kurzzeitige Impulse empfängt, die von einer Schaltung 8 abgegeben werden ( siehe weiter unten);

3 - Bandfilter, das an den Ausgang der Abtastvorrichtung 2 angeschlossen ist und die Bezugsfrequenz fl durchlässt (siehe weiter unten);

4 - Verstärker mit Anschluss am Ausgang des Filters 3;

2 0 9 8 /, 5 / 0 8 5 0

5 - Phasenvergleicher bekannten Typs, der an einem Eingang die vom Verstärker 4 verstärkte Schwingung der Frequenz fl und an einem anderen Eingang eine Bezugsfrequenz fl empfängt (siehe weiter unten);

Der Phasenvergleicher ist beispielsweise vom analogen Typ und arbeitet nach dem Multiplikationsprinzip, oder er ist als logischer Vergleicher ausgebildet, der den Abstand zwischen den Impulsspitzen ermittelt. Im ersten Fall wird ein Differential-Demodulator einerseits mit der Summe der beiden Wellen und andererseits mit deren Differenz gespeist. Am Ausgang wird eine Gleichspannung erzielt, die dem Kosinus des Winkels der Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen proportional ist. Im zweiten Fall werden die beiden Wellen in kurze Rechteckimpulse verwandelt, und am Ausgang wird eine der Phasenverschiebung proportionale Spannung erhalten.

6 - Frequenzstabiler Oszillator, Bezugsfrequenz fl;

7 - Frequenzoszillator mit elektronischer Frequenz-Steuerung (VCO), die durch die Ausgangsspannung des Vergleichers 5 erfolgt. Aufgrund der Steuerung wird seine Frequenz f2 auf einen Wert geregelt, so dass die Frequenz zu beiden Seiten des Vergleichers 5 gleich ist (fl);

8 - Generator kurzzeitiger Impulse Jl der Breite bl und der Frequenz f2, die durch die Schwingung der Frequenz f2, die vom Oszillator 7 kommt, getaktet werden;

9 - Verzögerungsschaltung, die elektronisch gesteuert

2 0 ^C3 8 A ^r> / 0 8 B 0

und durch die Schwingung der Frequenz f2 des Oszillators 7 ausgelöst wird und selbst einen Impulsgenerator 10 taktet;

10 - Generator von Impulsen J2 der Breite d2, die" durch die Ausgangsspannung der Schaltung 9 getaktet werden. Die Breite d2 entspricht der Dauer einer Impulsfolge S (siehe weiter unten);

11 - Impulsgenerator S, dessen Modulationsbefehle insbesondere durch Phasensprung erfolgen und der durch die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 10 getaktet wird;

12 - Phasenmodulator, der die Schwingung der Frequenz fo der Schaltung 1 und die Modulationssignale des Generators 11 empfängt. Ausserhalb der Impulsfolgen S ist der Pegel der aus dem Modulator 12 austretenden Schwingung der Frequenz fo gleich Null;

X - Vierpol als Prüfobjekt, beispielsweise Bandfilter, das die Ausgangsspannung des Modulators 12 empfängt. Der Vierpol X liegt zwischen dem Ausgang des Modulators 12(A) und dem Eingang des Modulators 2«(B);

2» - Abtastschaltung ähnlich der Abtastschaltung 2, die am Ausgang des Vierpols X liegt;

V - Bandfilter ähnlich dem Bandfilter 3; 4^f - Verstärker ähnlich dem Verstärker 4;

Am Ausgang des Verstärkers 4" liegt eine Frequenz fl vor, die der Ausgangsspannung des Vierpols X entnommen ist;

2 0 9 8 4 S / 0 8 5 0 /

13 - "Vergleicher, bestehend aus zwei Teilen, d.h. Amplitudenvergleicher 13a und Phasenvergleicher 13b, der zwischen der Bezugsschwingung (Ao, <$ o) und dem Signal (A, φ) betrieben wird;

14 - Sichtgerät, beispielsweise Oszillograph;

15 - Zeitbasisgenerator, der eine Sägezahnspannung
liefert, die einerseits an die Schaltung 9 und andererseits
als Horizontalablenkung an das Sichtgerät 14 angelegt wird;

16 - Verarbeitungsgerät;

17 - Polarkoordinatenschreiber.

Im unteren Schaltungszweig sind die Teile 2*, 3⁹ und 4' ebenso aufgebaut wie die Teile 2, 3 bzw. 4. Der Modulator
2' wird mit dem Ausgangssignal des PrüfVierpols X und mit den aus 8 austretenden kurzzeitigen Impulsen gespeist.

Die Werte der Parameter betragen beispielsweise fo = 500 MHz und fl = 100 kHz, und es sei angenommen, dass die
Oberwelle k = 250 von f2 einen Wert habe, der um fl (= 100 kHz) grosser als fo (- 500 MHz) ist, so dass:

250 f2 - fo + fl = 500,1 MHz
f2 * 2,0004 MHzi

fo verändert sieh beispielsweise zwischen 500 und 600 MHz*
Wenn sich fo ändert, bleiben die Werte von k und f2 nicht unveränderlich, sondern werden von selbst derart geregelt, dass die Frequenzsteuerung einen Frequenzhub fl = 100 kHz liefert.

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Die kurzzeitigen Impulse haben beispielsweise eine Breite dl, die gleich l/lO der Periode der Frequenz fo ist, d.h. dl = 0,2 ns.

Bei der Breite d2, der Dauer.einer Impulsfolge S, handelt es sich nicht um einen kritischen Wert, und sie kann in diesem Beispiel gleich etwa 100 ns sein. In dem besonders wichtigen Fall der Analyse einer numerischen übertragungsleitung beträgt d2 ein Vielfaches der Dauer einer Binärziffer.

Die Art der vom Impulsgeber 11 gelieferten Impulsfolge bleibt dem Benutzer der Vorrichtung überlassen. Vorteilhafterweise wird eine der folgenden Arten gewählt:

a) ein Impuls

b) zwei Impulse der Phase 0° und 180°

c) zwei Impulse der Phase 0° und 90°

Die Verzögerung X kann maximal zwischen einem Bezugswert To, der beispielsweise Null beträgt und einem Wert To +ΔΤ liegen, wodurch die Zeitspanne erfasst wird, die den Beginn . zweier aufeinanderfolgende Impulsfolgen trennt. Ggf. kann sie einen niedrigeren Wert aufweisen.

Zur Eichung der Vorrichtung kann ggf. zwischen den Klemmen A und B (Fig. 2) ein zweipoliger Umschalter vorgesehen werden. In der in Fig. 2 gezeigten Stellung liegt der Versuchsvierpol in der Schaltung; in der anderen Stellung ist er durch einen Kurzschluss ersetzt.

Die drei graphischen Darstellungen in Fig. 3 machen 20984Ü/0850 /

die Betriebsweise der veränderlichen Verzögerungsschaltung 9 an einem Ausführungsbeispiel verständlich.

Die Kurve a stellt die sinusförmige Ausgangsspannung des Oszillators 7 dar. Aus dieser Sinuswelle wird auf bekannte Weise eine Rechteckwelle b gewonnen, und aus dieser Rechteckwelle b wird mit Hilfe eines bekannten Integrators eine Säge~ zahnspannung c erzielt. Eine vom Generator 15 der Fig. 1 abgegebene Spannung mit dem Wert Dl bewirkt die Auslösung des Generators 11 zum Zeitpunkt ti in bezug auf eine Zeit to, die als Anfangswert gilt, während ein höherer Spannungswert D2 die Auslösung zu einem auf den Zeitpunkt ti folgenden Zeitpunkt t2 bewirkt, wobei zu den Zeitpunkten ti und t2 usw. die Sägezahnspannung c gleich dem Momentanspannungswert Dl bzw* D2 usw. ist.

Die Betriebsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Die Vergleichsschaltung 5 steuert die Frequenz des Oszillators 7 auf einen derartigen Wert, dass die am linken Eingang der Vergleichsschaltung 5 empfangene Frequenz fl gleich der vom rechten Eingang empfangenen Frequenz fl ist,die vom Oszillator 6 mit hoher Frequenzstabilität stammt.

Die Phasenrestverschiebung zwischen den beiden Wellen liefert das zur Steuerung erforderliche Fehlersignal» Der Oszillator der Frequenz f2 dient zum Takten der vom Generator 8 abgegebenen kurzzeitigen Impulse Ji. Diese Impulse haben eine Dauer dl, die einen Bruchteil der Periode der vom frequenss-

2Q98U/O8SO ■*»/

AO

stabilen Generator 1 abgegebenen Schwingung darstellt, beispielsweise beträgt dl für eine Frequenz fo = 500 MHz und 1/fo = 2 ns, 0,2 ns.

Die Frequenz f2 dient ebenfalls zur Taktung des Impulsgenerators J2, und die von diesem abgegebenen Impulse dienen wiederum zur Taktung des Impulsgenerators 11.

Die von den Impulsen J2 getakteten Impulsfolgen S dienen zur Modulation und insbesondere zur Phasenmodulation der mittels des Modulators 12 vom Generator 1 erzeugten Trägerwelle fo.

Die von den Impulsfolgen S modulierte Trägerwelle fo wird auf den Eingang des Vierpols X gegeben. Die aus dem Vierpol X austretende Welle wird mit Hilfe von Impulsen Jl in der Schaltung 2^? abgetastet, und die gleichen Impulse dienen zur Abtastung der in der Abtastschaltung 2 nicht modulierten Trägerwelle. Der Verstärker 4* gibt eine Schwingung der Frequenz (fl) ab, die gleich der Frequenz der aus dem Verstärker 4 austretenden Welle ist, jedoch eine unterschiedliche Phase und Amplitude aufweist.

Die Vergleichsschaltung 13 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Amplitudenvergleicher 13a und einem Phasenvergleicher 13b. Diese Vergleicher liefern ein Amplitudensignal A in bezug auf die Amplitude Ao der Bezugsfrequenz bzw. ein Phasensignal Cp in bezug auf die Phase ψο der Bezugsfrequenz. Die Signale werden abwechselnd durch Vertikalablenkung auf

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einen Oszillographen 14 gegeben, der zur Steuerung der Horizontalablenkung eine vom Generator 15 abgegebene Sägezahnspan-r nung D empfängt.

Der Oszillograph 14 kann ebenfalls als Gerät mit zwei Strahlen ausgebildet sein, so dass die Signale A und (o gleichzeitig sichtbar gemacht werden können.

Zur Anzeige der Messergebnisse kann ein Gerät l6 bekannter Bauart verwendet werden, dass aus den Eingangsgrössen A und'G) die Grossen A Kosinus <e bzw. A Sinus G bildet, die auf ein Anzeigegerät 17 gegeben werden, bei dem es sich beispielsweise um einen Polarkoordinatenschreiber handelt (Smith-Diagramm).

Durch Veränderung des Beginns der Impulsfolge J 2 in bezug auf den AbtastZeitpunkt (Impuls Jl) werden somit durch das Gerät die während der Impulse einer Impulsfolge, insbesondere während der Übergangsperioden auftretenden Amplituden- und Phasenänderungen genauestens analysiert. Da die Impulse zu Beginn der Impulsfolge J2 mit den Abtastimpulsen Jl synchronisiert sind, erfolgt ein Abtastimpuls Jl je Impulsfolge. Ggf. können die Parameter Werte erhalten, die einen Abtastimpuls pro m Impulsfolgen liefern, wobei m eine ganze Zahl ist*Die vom Gerät 9 hervorgerufene veränderliche Verzögerung bewirkt eine fortschreitende Verschiebung des Abtastimpulses während der gesamten Impulsfolge, wodurch am Ausgang der Vergleichsschaltung 13 eine sehr genaue Analyse der Amplituden- bzw. Phasenänderungen am Ausgang des Vierpols X gewährleistet ist.

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Durch die Verzögerung wird der Zeitpunkt der Abtastung in bezug auf den Beginn der Impulsfolge verändert. Es kann auch anders vorgegangen werden, indem der Beginn der Impulsfolge feststehend bleibt und der Zeitpunkt der Abtastung verändert wird. Die erfindungsgemässe Lösung ist vorteilhafter und technisch einfacher sowie sicherer, da der Bezugswert unveränderlich ist.

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- Patentansprüche -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

• \ 1.) Vorrichtung zum Messen des Impulsverhaltens eines Vierpols, bestehend aus einem Trägerfrequenzgenerator, einem Bezugsfrequenzgenerator und einem Abtastfrequenzgenerator, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgerüstet ist mit einer ersten Schaltung (10) zur Erzeugung erster Impulse (J2), die nacheinander Impulsfolgen (S) auslösen, mit einer zweiten Schaltung zur Modulation des Trägerfrequenzsignals durch die Impulsfolgen und zur Anlage der modulierten Trägerfrequenz an den Eingang des Vierpols (X),mit einer dritten Schaltung (8) zur Erzeugung von kurzzeitigen Impulsen, deren Dauer kürzer als die Periode der Trägerwelle ist, mit einer vierten Schaltung (9) zur Änderung des ZeitIntervalls zwischen einem ersten Impuls und einem kurzzeitigen Impuls, mit zwei Schaltungen (2^v \ zur Abtastung der Trägerfrequenz bzw. des Ausgangssignals des PrüfVierpols (X) durch die kurzzeitigen Impulse und mit einer Schaltung zum Vergleich der Amplitude (13a) und der Phase (13b) der von den beiden Schaltungen durchgeführten Abtastungen«
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Impulse und die kurzzeitigen Impulse von zwei Generatoren (10, 8) erzeugt werden, deren Steuerung durch eine Abtastfrequenz (f2) erfolgt, die von einem Oszillator (7) mit elektronischer Durchstimmung geliefert wird, dessen Steuerung durch das Ausgangssignal eines

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Phasenvergleichers (5), der an einem Bezugsfrequenz-Oszillator (fl) liegt, und das Ausgangssignal eines Bandfilters (3) erfolgt, das mit dem Ausgang der einen der beiden Abtastschaltungen (2, 2') verbunden ist. .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch g e k e η η ζ e ichnet, dass die erste und die zweite Schaltung (10, 12) durch Phasensprung modulierte Impulse liefern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schaltung (9) durch einen Sägezahnspannungsgenerator (15) gesteuert wird, der gleichzeitig den Synchronlauf eines Sichtgeräts (14) gewährleistet, das am Ausgang des Amplituden- und Phasenvergleichers (13) angeschlossen ist, dessen eine Schaltung die Amplitude und die andere Schaltung die Phase (<£>) anzeigt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Umschalter (A, B) aufweist, mit dem der Prüfvierpol (X) durch einen Kurzschluss ersetzt werden kann. ^v
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale des Amplituden- und Phasenvergleichers (13) auf eine Verarbeitungsschaltung (l6) gegeben werden, die an einen Kurvenschreiber (17) angeschlossen ist, der unmittelbar ein Polarkoordinatendiagramm aufzeichnet.

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