DE2348650C3

DE2348650C3 - Device for synchronizing a frequency-modulated oscillator

Info

Publication number: DE2348650C3
Application number: DE19732348650
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing 8000 München Deserno
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1977-09-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Synchronisation eines frequenzmodulierten Oszillators mit einer festen Vergleichsfrequenz, mittels einer einen Phasendiskriminator enthaltenden Regelschleife, bei der die modulierte Oszillatorfrequenz in einem derartigen Verhältnis geteilt wird, daß der maximale eindeutige Erfassungsbereich eines Phasendemodulators auch bei den tiefsten Modulationsfrequenzen nicht überschritten wird.The invention relates to a device for synchronizing a frequency-modulated oscillator with a fixed comparison frequency, by means of a control loop containing a phase discriminator which the modulated oscillator frequency is divided in such a ratio that the maximum unambiguous detection range of a phase demodulator even with the lowest modulation frequencies is exceeded.

Bei frequenzmodulierien Oszillatoren für sehr hohe Frequenzen bereitet normalerweise eine lineare Modulation keine großen Schwierigkeiten, jedoch besteht für solche Oszillatoren das Problem, die Grundfrequenz über längere Zeiten äußerst genau einzuhalten. Bei einem frequenzmoduiierten Oszillator ist es nämlich mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, dessen Mittenfrequenz in üblicher Weise zu bestimmen und diese beispielsweise mittels eines Quarzes möglichst phasenstarr zu stabilisieren. Es ist üblich, einen derartigen frequenzmodulierten Oszillator so zu stabilisieren, daß ihm nach einem Mischer oder einem Frequenzteiler ein Frequenzdiskriminator nachgeschaltet ist, und daß durch die von der Frequenzabweichung abhängige Gleichspannung, die dieser Diskriminator abgibt, eine Frequenznachstelleinrichtung so gesteuert wird, daß d-;r Oszillator wieder auf die gewünschte Sollfrequenz hingezogen wird. Jedoch ist der Nachteil eines solchen Systems stets eine gewisse, durch das Regelsystem bedingte Abweichung von der eigentlichen Sollfrequenz. Es handelt sich nämlich um eine Proportionalregelung. Die Frequenzablage soll jedoch möglichst Null werden. Bei frequenzmodulierten Oszillatoren kann daher die Osziilatorfrequenz in einem derartigen Verhältnis heruntergeteilt weiden, daß der maximale, durch die niedrigste Modulationsfrequenz verursachte Frequenzhub den Erlassungsbereich des Phasenhubes eines Phasendemodulators nicht überschreitet. Mit einer derartig aufgebauten Einrichtung kann zwar eine phasenstarre Synchronisation eines auch auf sehr hohen Frequenzen schwingenden, frequenzmoduiierten Oszillators erreicht werden. Wird jedoch die modulierte Osziilatorschwingung durch Teilung auf die erforderliche niedrige Frequenz gebracht, so entsteht besonders für niedrige Modulationsfrequenzen die Gefahr, daß im Phasendemodulator Modulationsprodukte entstehen, die auch durch nachgeschaltete Tiefpässe nicht zu beseitigen sind. Die Modulationsfrequenzen des frequenzmoduiierten Oszillators bilden nämlich mit der Vergleichsfrequenz des Phasendiskriminators Interferenzen. Phaser.diskriminatoren, bei denen Klirrprodukte aufgrund ihres Aufbaus vermieden sind, haben einerseits hohen Aufwand zur Folge oder sie lassen sich kaum in integrierter Schaltungstechnik realisieren. Die besonders störenden Interferenzen liegen unterhalb der Vergleichsfrequenz und ergeben eine Störmodulation des HF-Oszillators über dessen Nachsieuerungseinrichtung. Durch den Tiefpaß in der Frequenznachstelleitung kann nur erreicht werden, daß die heruntergeteilte niedrige Frequenz, also die Mittenfrequenz des Phasendiskriminators selbst unterdrückt wird, jedoch keineswegs, daß derartige im Verhältnis zu dieser Mittenfrequenz wesentlich frequenzniedrigere, durch die Modulationsfrequenzen des Oszillators im Phasendiskriminator erzeugte Klirrprodiikte unterdrückt werden. Dies ist auch nicht durch dem Oszillator unmittelbar nachgeschaltete Amplitudenbegrenzer vermeidbar, da diese zwar die Dynamik der Klirrmodulation beseitigen, jedoch keineswegs die Klirrmodulation selbst.In the case of frequency-modulated oscillators for very high frequencies, a linear modulation is normally used no major difficulties, but the problem with such oscillators is the fundamental frequency to be adhered to extremely precisely over long periods of time. In the case of a frequency-modulated oscillator, it is with associated considerable difficulties in determining the center frequency in the usual way and this stabilize as phase-locked as possible by means of a quartz, for example. It is common to have one of these to stabilize frequency-modulated oscillator so that it is after a mixer or a frequency divider Frequency discriminator is connected downstream, and that depends on the frequency deviation DC voltage emitted by this discriminator, a frequency adjustment device is controlled so that d-; r Oscillator is pulled back to the desired setpoint frequency. However, the disadvantage of such is System always has a certain deviation from the actual setpoint frequency caused by the control system. This is because it is a proportional control. The frequency offset should, however, be as zero as possible will. In the case of frequency-modulated oscillators, the oscillator frequency can therefore be in such a Ratio divided down that the maximum caused by the lowest modulation frequency Frequency deviation does not exceed the decree of the phase deviation of a phase demodulator. With a A device constructed in this way can indeed have a phase-locked synchronization of a very high Frequencies oscillating, frequency-modulated oscillator can be achieved. However, the modulated Oscillator oscillation brought to the required low frequency by division, so particularly arises for low modulation frequencies there is a risk that modulation products will arise in the phase demodulator, which cannot be eliminated by downstream low-pass filters. The modulation frequencies of the frequency-modulated This is because the oscillator interferes with the comparison frequency of the phase discriminator. Phaser discriminators, in which distortion products are avoided due to their structure on the one hand result in high costs or they can hardly be implemented in integrated circuit technology. the Particularly disturbing interferences are below the comparison frequency and result in an interference modulation of the HF oscillator via its tracking device. Through the low-pass filter in the frequency adjustment line can only be achieved that the divided low frequency, i.e. the center frequency of the Phase discriminator itself is suppressed, but by no means that such in relation to this Center frequency significantly lower frequency due to the modulation frequencies of the oscillator in the phase discriminator generated distortion products are suppressed. This is also not due to the oscillator Immediately downstream amplitude limiters can be avoided, as these admittedly reduce the dynamics of the distortion modulation remove, but by no means the distortion modulation itself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Störkomponenten zu unterdrücken.The invention is based on the object of suppressing such interference components.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem System der in der Einleitung geschilderten Art dadurch gelöst, daß die im Phasendiskriminator durch Überlagerung der um seine Mittenfrequenz herumliegenden Stör- oder Modulationsfrequenzen ((mod) mit der Mittenfrequenz selbst entstehenden und durch den in der nachfolgenden Regelleitung liegenden Tiefpaß nicht unterdrückbaren Interferenzkomponenten durch eine Kompensationsspannung unterdrückt werden, die durch zusätzliche Mischung des Vergleichsfrequenzsignals und der Modulationssignale gewonnen und mit zur Kompensation geeigneter Phase dem Regeleingang des Oszillators zusätzlich zugeführt ist.According to the invention, this object is achieved in a system of the type described in the introduction in that the interfering or modulation frequencies ((mod) which arise in the phase discriminator by superimposing the interference or modulation frequencies ((mod) around its center frequency with the center frequency itself and which are in the subsequent control line) are achieved in a system of the type described in the introduction Low-pass interference components that cannot be suppressed are suppressed by a compensation voltage which is obtained by additional mixing of the comparison frequency signal and the modulation signals and is additionally fed to the control input of the oscillator with a phase suitable for compensation.

Es ist zwar allgemein bekannt, unerwünschte Schwingungen durch Kompensation aus einem Spektrum zu entfernen, wie beispielsweise aus der Literatur-It is generally known to compensate for undesired oscillations from a spectrum to be removed, for example from the literature

teile »NWDR, Techn. llausmitteilungen«, 1951, N. 1/2, »eilen 15, ',*>, hervorgeht. Für den vorliegenden Fall ist edoch, wie der eingangs geschilderten Problematik Mitnehmbar ist, mit dem normalerweise zur Kompen^aion angewendeten Konzept kein Erfolg zu erzie!·: n.parts »NWDR, Techn. llausmitteilungen«, 1951, N. 1/2, »Hurry 15, ', *>, emerges. For the present case is However, as the problem described at the beginning can be taken along with that normally for compensation applied concept to achieve no success! ·: n.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfin-Jungsgegenstandes finden sich in den Ansprüchen 2 bisFurther advantageous embodiments of the Erfin-Jungs object can be found in claims 2 to

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren naher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.

Wie eingangs bereits dargelegt, entstehen bei einem frequenzmodulierten Oszillator mit Phasenregelschleife, wie er in F i g. 1 dargestellt ist, unter anderem Störkomponenten durch Überlagerung der Vergleichsfrequenz fv mit Modulationsfrequenzen. In F i g. 1 bedeutet 1 einen freischwingenden Oszillator mit dem Ausgang A, Jer zu einem Verbraucher führt. Der Oszillator 1 hat eine Möglichkeit zur Frequenzmodr'ation, die hier durch Varaktordioden 2 angedeutet isi. Zweckmäßigerweise werden zwei Varaktordioden vorgesehen, eine, die lediglich als Stellglied für die Phasenregelung dient und eine weitere, die für die Frequenzmodulation des Oszillators vorgesehen ist. Letzterer wird das Signal fniod zugeführt. Der Oszillator hat für die Phasenregelung einen weiteren Ausgang B, normalerweise eine schwache Ankopplung an die Ausgangsleitung des Oszillators, an die ein Frequenzteiler 3 mit dem Teilerverhältnis n/l angeschlossen ist. Der Frequenzteiler ist in feinen Stufen einstellbar, so daß hierdurch letztlich die Oszillatorausgangsfrequenz regelbar wird. Der Ausgang des Teilers liegt an einem Phasendiskriminator 4. In diesem wird das Ausgangssignal ft des Teilers 3 mit einer stabilen Frequenz fv verglichen. Die Vergleichsfrequenz wird normalerweise von einem quarzstabilisierten Oszillator 10 abgeleitet. Sie wird relativ niedrig liegen, da der Frequenzteiler in seinem Teilerverhältnis so hoch ausgebildet werden muß, daß auch bei tiefen Modulationsfrequenzen der maximale eindeutige Phasenerfassungsbereich des Phasendiskriminators 4 nicht überschritten wird. Im Ausgang des Phasenvergleichers liegt wie üblich ein Tiefpaßglied 5 zur Unterdrückung gegenkoppelnd wirkender Modulationskomponenten, dessen Ausgangsspannung letztlich dem Stellglied 2 des Oszillators wieder zugeführt wird. Da im Ausgangssignal des Phasendiskriminators durch Überlagerung der Vergleichsfrequenz mit der geteilten Oszillatorfrequenz schon wegen Unlinearitäten des Phasendiskriminators die bereits eingangs erwähnten Störinterferenzen, z. B.As already stated at the outset, a frequency-modulated oscillator with a phase-locked loop, as shown in FIG. 1 is shown, inter alia, interference components by superimposing the comparison frequency fv with modulation frequencies. In Fig. 1 means 1 a free- running oscillator with the output A, Jer leads to a consumer. The oscillator 1 has the possibility of frequency modulation, which is indicated here by varactor diodes 2. Expediently, two varactor diodes are provided, one that serves only as an actuator for the phase control and another that is provided for the frequency modulation of the oscillator. The latter is fed the signal fniod. The oscillator has a further output B for phase control, normally a weak coupling to the output line of the oscillator, to which a frequency divider 3 with the division ratio n / l is connected. The frequency divider can be set in fine steps, so that ultimately the oscillator output frequency can be regulated. The output of the divider is applied to a phase discriminator 4. In this, the output signal ft of the divider 3 is compared with a stable frequency fv . The comparison frequency is normally derived from a quartz-stabilized oscillator 10. It will be relatively low because the division ratio of the frequency divider must be made so high that the maximum unambiguous phase detection range of the phase discriminator 4 is not exceeded even at low modulation frequencies. As usual, the output of the phase comparator has a low-pass element 5 for suppressing negative feedback modulation components, the output voltage of which is ultimately fed back to the actuator 2 of the oscillator. Since the above-mentioned interference, z. B.

wie in Fig. 2 dargestellt, die Produkte Ai = /Vi inunl entstehen, würden ohne Anwendung der erfmdungsgemäüen Kompensation diese Siörkomponenien eine neue Modulation des Oszillators bewirken, die nicht mehr ausgleichbar ist. Der in der Regelleitung vorgesehene Tiefpaß 5 würde nämlich nur eine Begrenzung ähnlich der in F i g. 2 dargestellten Amplitudenkurve bewirken. Gerade die nahe der Vergleichsfrequenz fv liegenden Überlagerungskomponenten sehr niedriger Frequenz würden den Oszillator zusätzlich modulieren. Ähnliche Störprodukte entstehen, wenn die Vergleichsfrequenz unter den tiefsten Modulationsfrequenzen liegt für gegebenenfalls vorhandene Oberwellen der Vergleichsfrequenz, die in den Bereich des Modulationsfrequenzbandes fallen.As shown in FIG. 2, the products Ai = / Vi inunl arise, without the use of the compensation according to the invention, these Siörkomponenien would bring about a new modulation of the oscillator, which can no longer be compensated. The low-pass filter 5 provided in the control line would only have a limitation similar to that in FIG. 2 cause the amplitude curve shown. It is precisely the superimposition components of very low frequency that are close to the comparison frequency fv that would additionally modulate the oscillator. Similar interference products arise when the comparison frequency is below the lowest modulation frequencies for any harmonics of the comparison frequency which may be present and which fall within the range of the modulation frequency band.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, diese Störungen durch Kompensation zu beseitigen. Es muß also eine geeignete Kompensationsspannung gewonnen werden. Es ist hierzu vorteilhaft, die Vergleichsfrequenz und die Modulationsfrequenzen in einem besonderen Mischer zu überlagern, woraus zumindest die Störprodukte erster Ordnung fv±fmod gewonnen werden können. Eine solche Einrichtung ist in F i g. 3 dargestellt. Dort ist der Mischer mit 6 bezeichnet. An seinem Ausgang liegt ein Tiefpaß 7 mit der gleichen Charakteristik wie der Tiefpaß 5 in der Regelleitung, und ein Phasendrehglied 8. Über eine Weiche 9 wird die Kompensationsspannung dem Regeleingang des Oszillators zugeführt. Das Phasendrehglied 8 zur phasenrichtigen Gewinnung der Interferenzkomponenten kann jedoch als Weiterbildung auch im Eingang des Mischers 6 für die Modulationsspannung liegen und beispielsweise aus einem einfachen RC-Glied bestehen. Ferner kann der Tiefpaß 7 dann eingespart werden, wenn die Kompensationsspannung zwischen dem Tiefpaß 5 und dem Phasendiskriminator 4 eingeführt wird.The invention is based on the idea of eliminating these disturbances by means of compensation. A suitable compensation voltage must therefore be obtained. For this purpose, it is advantageous to superimpose the comparison frequency and the modulation frequencies in a special mixer, from which at least the first-order interference products fv ± fmod can be obtained. Such a device is shown in FIG. 3 shown. There the mixer is designated with 6. At its output there is a low-pass filter 7 with the same characteristics as the low-pass filter 5 in the control line, and a phase shifter 8. The compensation voltage is fed to the control input of the oscillator via a switch 9. The phase shift element 8 for obtaining the interference components in the correct phase can, however, as a further development, also be located in the input of the mixer 6 for the modulation voltage and consist, for example, of a simple RC element. Furthermore, the low-pass filter 7 can be saved if the compensation voltage is introduced between the low-pass filter 5 and the phase discriminator 4.

Der Phasenschieber 8 ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß er die zur Beseitigung der störenden Modulationskomponenten auf der Leitung LIR notwendige, aus der Modulationsspannung LJmod durch Integration gewonnene Kompensationsspannung liefert. Die Integration ist notwendig, da die im Phasendiskriminator vorliegende Störspannung durch die im Oszillator O frequenzmodulierte HF-Spannung (zusammen mit dem festen Vergleichssignal /Y) erregt wird. Da die hieraus entstehende Phasenabweichung des Signals ft das Integral der wirksamen Frequenzabweichung durch die Modulation ist, muß die Kompensationsspannung integriert werden.The phase shifter 8 is expediently designed in such a way that it supplies the compensation voltage which is necessary to eliminate the interfering modulation components on the line LIR and which is obtained from the modulation voltage LJmod by integration. The integration is necessary because the interference voltage present in the phase discriminator is excited by the HF voltage frequency-modulated in the oscillator O (together with the fixed comparison signal / Y). Since the resulting phase deviation of the signal ft is the integral of the effective frequency deviation due to the modulation, the compensation voltage must be integrated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for synchronizing a frequency-modulated oscillator with a fixed comparison frequency by means of a control loop containing a phase discriminator, in which the modulated oscillator frequency is divided in such a ratio that the maximum unambiguous detection range of a phase demodulator is not exceeded even at the lowest modulation frequencies, characterized in that the in the phase discriminator (4) by superimposing the interference or modulation frequencies ((mod) around its center frequency with the center frequency itself and by the

The low-pass filter (5) in the downstream control line, which cannot be suppressed, is suppressed by a compensation voltage, which is obtained by additional mixing (mixer 6) of the comparison frequency signal (fv) and the modulation signals ({mod) and, with a suitable phase for compensation, to the control input of the oscillator ( ^ is additionally supplied.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the phase shifter required for the correct phase setting of the compensation voltage (8) is at the output of the mixer (6) for the modulation frequency (FIG. 3).

3. Device according to claim 1, characterized in that what is necessary to correct phase setting of the compensation voltage phase shifter (8) at the input of the mixer (6) lie. ¹

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output of the Mixer (6) is followed by a low-pass filter (7).

5. Device according to one of claims t to 3, characterized in that the compensation voltage via a switch (9) is the control input of the oscillator is supplied.

6. Device according to one of claims 1 to 3 and 5, characterized in that the feed the compensation voltage between the phase discriminator (4) and the low-pass filter (5) in the Control line takes place.