DE2342228C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung wiederkehrender Wechselstromsignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von ständig wiederkehrend im gleichen Abstand voneinander auftretenden frequenzveränderlichen Wechselstromsignalen gleicher Form und gleicher Dauer, die aus Ausschnitten aus dem ständig wiederkehrend den gleichen Frequenzbereich durchlaufenen Ausgangssigna! eines durch eine Steuerspannung in seiner Frequenz veränderbaren Oszillators bestehen, in Fernmeldeanlagen, insbesondere in Radaranlagen mit Pulskompression,

In vielen Fällen werden Folgen von abschnittsweise auftretenden Wechselstromsignalen benötigt, bei denen jedes Signal in sich, d.h. von seinem Anfang bis zu seinem Ende eine Frequenzänderung aufweist Mit derartigen Signalen läßt sich beispielsweise die sogenannte Pulskompression durchführen, welche zu einer Verbesserung des Geräuschabstandes durch Autokorrelation führt Ein Beispiel für die Anwendung derartiger Pulskompressionsverfahren mit frequenzmodulierten Signalen in der Radartechnik ist in dem Buch »Introduction to Radar-Systems« von Skolnik auf den Seiten 493 und 494 wiedergegeben. Ein weiterer Anwendungsfall ist die digitale Nachrichtenübertragung mit alternierenden Frequenz-Änderungsfunktionen, wie sie beispielsweise in der DT-PS 20 08 560 beschrieben ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wechselstromsignalen der eingangs genannten Art die Tastung und das Durchlaufen der Frequenz des Oszillators besonders exakt durchzuführen. Gemäß der Erfindung, weiche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht daß die Steuerspannung aus dem nahe des Nulldurchgangs bzw. des Wechselspunkts symmetrisch zu diesem liegend herausgeschnittenen, angenähert geradlinigen Teil einer sinusförmigen Wechselspannung besteht deren Frequenz gleich der Signalwiederholungsfrequenz der Wechselstromsignale ist. Die verwendete Sinusschwingung ergibt fortlaufend eine gleichmäßige Steuergröße für die Erzeugung der gewünschten Frequenzänderung. Die Genauigkeit der Dauer der periodischen Ausgangssignale des Oszillators und die Exaktheit der Variation der Frequenz als solche ist lediglich davon abhängig, wie genau die Sinusschwingung erzeugt werden kann und '.vie genau die Ausschnitte aus dem Spannungsverlauf der Sinusschwingung gebildet werden können.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in einfacher Weise besonders lineare Variationen der Frequenz erzeugt werden können, weil der Ausschnitt aus der Sinusschwingung im Bereich des Nulldurchganges ebenfalls linear verläuft.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Kennlinie einer Schaltung zur Variation der Frequenz,

Fig.2 den Zeitverlauf der Frequenz und der Steuerspannung,

Fig.3 den Zeitverlauf einer zur Gewinnung der Steuerspannung dienenden Sinusschwingung,

F i g. 4 im Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Frequenzvariation,

Fig.5 im Blockschaltbild eine Weiterbildung der Schaltung nach F i g. 4.

In Fig. 1 ist die Kennlinie eines in seiner Frequenz veränderbaren Oszillators dargestellt, der mittels einer von — Uc\ bis + l)& reichenden Steuerspannung beaufschlagt wird. Bei einer linearen Änderung der Spannung von - U_e\ nach + Ua ergibt sich eine lineare Änderung der Frequenz, deren Mittenfrequenz bei der Spannung Uc = O den Wert k aufweist. Einfache Beispiele für derartige Schaltungen sind gesteuerte Blindröhren oder

Kapazitätsdiode^

In F i g, 2 ist in Zeile (a) in Abhängigkeit von der Zeit / iie Momentanfrequenz f„ dargestellt. Zur Zeit t\ beginnt 3er Frequenzverlauf bei der Frequenz /ii und läuft für sine Zeit bis zur Zeit ti (Frequenz /,2). Während dieser Zeit wird ein linearer Frequenzanstieg durchlaufen. Zur Zeit i₃ beginnt ein erneuter Frequenzanstieg bei der Frequenz f,\, der sich bis zur Zeit u, fortsetzt (insgesamt wieder für eine Zeit τ) und bei der Frequenz /»2 endet usw. Die Dauer der getasteten Wechselspannungssignale beträgt somit jeweils r, die Periodendauer beträgt T= Mfp, wobei fp die Pulsfrequenz ist

In Zeile (b) ist der Verlauf der Steuerspannung U_e für die periodischen Ausgangssignale des Oszillators nach Zeile (a) dargestellt Diese Steuerspannung läuft entsprechend der Kennlinie nach F i g. 1 von — U_e\ bis + Ua, und zwar für die Dauer und mit der Periode 71

Zur Erzeugung einer linearen Frequenzänderung nach Zeile (a) von F i g. 2 wird demnach ein linearer Spannungsanstieg entsprechend Zeile (b) von Fig.2 benötigt Zur Gewinnung dieser Steuerspannung dient eine Sinusschwingung, wie anhand von Fig.3 näher erläutert wird. Aus Zeile (a) in F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Ausschnitte aus einer Sinusschwingung mit der Frequenz Zp= 1/ T in der Periodizität genau den gewünschten Verlauf der Frequenzfunktion ergeben. Die Sinusschwingung ist mit /äff) bezeichnet Wenn man somit die Frequenz eines Oszillators periodisch mit der Frequenz fp ändert und aus dieser so erhaltenen Dauermodulation einen Teil im Bereich des Nulldurchganges N dieser Sinusschwingung herausschneidet, so erhält man eine Folge von linear in der Frequenz sich ändernden periodischen Ausgangssignalen des Oszillators mit dem Hub f& — f,\. Diese periodischen Ausgangssignale des Oszillators dauern entsprechend der Breite des Ausschnitts eine Zeit und haben die Periode T.

Die Steuerspannung Ue(t) für die Veränderung des frequenzbestimmenden Teils des Oszillators ist in Zeile (b) dargestellt Sie weist dementsprechend ebenfalls sinusförmige Gestalt auf, und in der Zeit von t\ bis ti ändert sich Ue Steuerspannung U₁Jt) von — U_e\ bis + Ue2. Durch die Wahl der Amplitude dieser Sinusschwingung kann die Steilheit in einfacher Weise so eingestellt werden, daß der gewünschte Frequenzhub in der Zeit fi bis ti erhalten wird.

Damit die Linearität der Frequenzänderung ausreichend groß bleibt, ist es zweckmäßig, die Dauer eines periodischen Ausgangssignals des Oszillators entsprechend zu wählen, bevorzugt höchstens gleich 776.

Für den Fall, daß anstelle einer mit fortschreitender Zeit ansteigende Freqitönzfunktion eine abfallende Frequenzfunktion gewünscht wird, braucht lediglich anstelle dei ansteigenden Nulldurchgänge N von dem Ausschnitt um die abfallenden Nulldurchgänge N* Gebrauch gemacht zu werden. Es ist auch möglich, falls erwünscht, aufeinanderfolgend ansteigende und abfallende Frequenzmodulationen auf diese Weise zu gewinnen, indem abwechselnd der Ausschnitt um N und der Ausschnitt um N* als Steuerspannung verwendet wird. Dies ist z. B. für die digitale Nachrichtenübertragung von Bedeutung, wo der ansteigenden Frequenz beispielsweise die binäre 0, der abfallenden Frequenz die binäre 1 zugeordnet ist.

Bei der Anordnung nach F i g, 4 ist ein Taktgenerator zur Erzeugung von Steuerimpulsen mit einer Periodendauer T=* Mfp und einer Dauer τ mit TG bezeichnet Die von ihm gelieferte Impulsfolge hat somit die in S F,ig.3 in Zeile (c) dargestellte Form, Diese Impulse werden einem Bandfilter BF zugeführt, dessen Durchlaßbereich schmalbandig auf die Grundschwingung, also auf die Frequenz fp abgestimmt ist Oberwellen von fp müssen ausreichend unterdrückt werden. Am Ausgang dieses Bandfilters BF liegt demnach eine Sinusschwingung Ue(t) vor, die der von Zeile (b) in F i g. 3 entspricht Diese Schwingung wird einem veränderbaren Oszillaior FM zugeführt Die frequenzbestimmenden Teile sind nur schematisch angedeutet und mit Cund L bezeichnet

IS Als variables Element ist die Kapazitätsdiode CD verwendet, die parallel zu dem auf die Mittenfrequenz /0 abgestimmten Parallelresonanzkreis L, C liegt Da Ujt) eine periodische Sinusschwingung darstellt mit der Frequenz fp, liegt am Ausgang des Oszillators FM eine sinusförmige in der Frequenz und dem Mittelwert k geänderte Äusgangsspannung vor. Diese Ausgangsspannung wird einem elektronische Schalter ES zugeführt, welcher von den Impulsen dec Taktgenerators TG geöffnet wird, deren Dauer τ beträgt Dadurch treten am Ausgang AG des elektronischen Schalters ES periodische Ausgangssignale FMI des Oszillators auf, deren Dauer τ beträgt deren Periodendauer T ist und die in sich linear in der Frequenz variiert sind entsprechend der Steilheit des Anstieges der Spannung Ue(t) ^im Bereich des Nulldurchganges N bzw. N*. Ein besonderer Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Steuerimpulse, welche Beginn und Ende der periodischen Ausgangssignale FMl des Oszillators festlegen und die Spannung Ue(O fest miteinander verknüpft sind, da beide aus dem gleichen Taktgenerator TG hergeleitet sind. Schwierigkeiten sind auch dadurch vermieden, daß der Oszillator FM ständig im eingeschwungenen Zustand arbeitet Zur Kompensation etwaiger Phasenverschiebungen z. B. im Bandfilter BF kann eine Verzögerungseinrichtung VE vorgesehen sein.

In F i g. 5 ist eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 dargestellt. Der Taktgenerator TG, der elektronische Schalter £5, das Bandfilter ÖFund die Verzögerungseinrichtung VE sind ebenso aufgebaut und funktionieren in der gleichen Weise wie bei F i g. 4. Aus dem am Ausgang des Oszillators FM vorliegenden diskreten Linienspektrum DS wird die Mittenfrequenz /0 mittels eines Quarzfilters QF ausgefiltert und einem Frequenzdiskriminator FD zugeführt. Dieser ist an einen Quarzoszillator QO angeschlossen, dessen Frequenz hochgenau die gewünschte Mittenfrequenz Z₀ des Oszillators FM liefert Der Ausgang des Frequenzdiskriminators FD liefert eine Nachstimm-Regelspannung,

SS welche einem frequenzbestimmenden Element des Oszillators FM zugeführt wird, beispielsweise der Kapzität C. Danach ist die Mittenfrequenz des Oszillators FM quarzgenau und an die Frequenz /0 des Oszillators QO gebunden. Der Anschluß des Quarzfilters QFmuß vor dem Schalter £5 erfolgen, weil nur hier das diskrete Linienspektrum DS vorliegt Nach dem elektronischen Schalter FS liegt ein kontinuierliches Spektrum KSvor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von ständig wiederkehrend im gleichen Abstand voneinander auftretenden frequenzveränderlichen Wechselstromsignalen gleicher Form und gleicher Dauer, die aus Ausschnitten aus dem ständig wiederkehrend den gleichen Frequenzbereich durchlaufenden Ausgangssignal eines durch eine Steuerspannung in >° seiner Frequenz veränderbaren Oszillators bestehen, in Fernmeldeanlagen, insbesondere in Radaranlagen mit Pulskompression, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (U_c) aus dem nahe des Nulldurchganges bzw. des Wechselpunktes *5 symmetrisch zu diesem liegend herausgeschnittenen, angenähert geradlinigen Teil einer sinusförmigen Wechselspannung besteht, deren Frequenz gleich dar Signalwiederholungsfrequenz der Wechselstromsignale ist *>

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der sinusförmigen Wechselspannung so gewählt ist, daß die Steilheit des Ausschnittes gleich der Steilheit der für den gewünschten Frequenzhub benötigten Steuer- ²S spannung (U_e) ist

3. Schaltungsanordnung nach sinem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines periodischen Ausgangssignals des Oszillators (τ) höchstens gleich 776 gewählt ist, wobei T die Periodendauer der sinusförmigen Wechselspannung ist

4. Schaltungsanordnung nach ?^;nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Taktgenerator (TG \ vorgesehen ist, der Taktspannungsimpulse erzeugt, deren Dauer und Wiederholfrequenz gleich der gewünschten Wiederholfrequenz der periodischen Ausgangssignale des Oszillators ist, daß daraus über ein schmalbandiges Bandpaßfilter (BF) die Grund- 4P schwingung ausgefiltert ist, daß diese sinusförmige Grundschwingung fortlaufend dem veränderbaren Oszillator (FM) zugeführt wird und daß die Taktspannungsimpulse des Taktgenerators (TG) einem am Ausgang des Oszillators (T⁷A^ angeordneten Schalter (ES) öffnen und während der Dauer der Taktspannungen eine Ausgangsspannung aus dem Oszillator (FM) austasten.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Oszillators (FM) vor dem Schalter (ES) eine Spannung abgenommen wird, die über ein auf die Grundschwingung (fo) abgestimmtes zweites Filter (QF) einem Frequenzdiskriminator (FD) zugeführt ist, der mit einem auf die Grundschwingung (T^abgestimm- SS ten hochkonstanten weiteren Oszillator (QO) verbunden ist und daß die so erzeugte Nachstimm-Regelspannung einem frequenzbestimmenden Teil (C) des ersten Oszillators (FA^zugeführt ist

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