DE2406001C3

DE2406001C3 - Intermodulations-Verzerrungsanalysator für einen Nachrichtenübertragungskanal

Info

Publication number: DE2406001C3
Application number: DE2406001A
Authority: DE
Inventors: Norris C. Rockville Hekimian, Md.; James F. Oakton Va. Turner
Original assignee: Hekimian Laboratories Inc
Current assignee: Hekimian Laboratories Inc
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1974-02-08
Publication date: 1980-11-27
Also published as: FR2325252B1; DE2406001B2; DE2406001A1; FR2325252A1; US3862380A

Description

Die Erfindung betrifft einen Intermodulations-Verzerrungsanalysator für einen Nachrichtenübertragungskanal gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Intermodulations-Verzerrungsanalysator ist in der Zeitschrift »Frequenz«, Band 9, 1955, Nr. 3, Seiten 84 bis 94, beschrieben. Bei diesem bekannten Verzerrungsanalysator wird ein Prüfwechselspannungspaar mit geringem Frequenzabstand erzeugt, und es werden die Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung analysiert mittels Regelverstärker und Filter. Diese bekannte Einrichtung weist mehrere Nachteile auf. Das Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung tritt lediglich bei der Differenzfrequenz der

so Prüfwechselspannungen auf. Liegen die beiden Prüfwechselspannungen frequenzmäßig sehr nahe beieinander, besteht die Gefahr, daß das Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung aus dem Bandpaß herausfällt. So beginnt beispielsweise ein üblicher Telefonkanal-Bandpaß bei 300 Hz. Daher muß der Abstand zwischen den beiden Prüfspannungen wenigstens 300 Hz betragen, um noch sinnvoll das Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung messen zu können. Durch diesen großen Frequenzabstand zwischen den diskreten Prüfwechselspannungen ergeben sich Schwebungen und Aufaddierungen auf das gemessene nicht-lineare Verzerrungsprodukt, wodurch ungenaue und zeitveränderliche Meßergebnisse hervorgerufen werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß lediglich ein einziges

es Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung für jede Frequenz erzeugt wird, wodurch keine große Meßgenauigkeit erzielbar ist

In der Veröffentlichung »Bell System Technical« PUB

41 008, Oct. 1971, ist unter dem Titel »Analog Parameters Affecting Voiceband Data Transmission — Description of Parameters« ein Intermodulations-Verzerrungsanalysator zum Messen nicht-linearer Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung auf Sprachkanälen beschrieben. Als Prüfsignale werden zwei schmale Rauschbänder mit Bandmittenfrequenzen von 860 und 1380 Hz verwendet Wenn auch dieses Meßverfahren theoretisch genau ist, so zeigt die Praxis jedoch, daß bis zur Stabilisierung der Meßvorrichtung und daher bis zu dem Zeitpunkt, in dem ein brauchbares Meßergebnis gewonnen werden kann, mehr als 30 Sekunden vergehen, bedingt durch die statistische Verteilung der Signale des Rauschbandes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Intermodulations-Verzerrungsanalysator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß die Messungen wesentlich schneller (innerhalb weniger Sekunden) durchführbar sind und die Meßergebnisse genauer werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden mit Hilfe zweier Paare von Prüfwechselspannungen zwei Rauschbänder simuliert, wobei jeweils die Frequenzen der Prüfwechselspannungen jedes Spannungspaares mit geringem Abstand (wenige Hz) gewählt werden, um so das Spektrum eines Rauschbandes zu approximieren. Hierdurch wird erreicht, daß das Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung stets in den Bandpaß des Nachrichtenübertragungskanals fällt und keine Schwebungseffekte auftreten. Die Meßzeit wird dadurch erheblich verkürzt und die Meßgenauigkeit erhöht. Ein weiterer Vorteil muß darin gesehen werden, daß mit der erfindungsgemäßen Ausbildung vier getrennte Intermo- J5 dulationsprodukte zweiter Ordnung in einem recht schmalen Frequenzbereich auftreten, für die ein einziges schmales Bandpaßfilter eingesetzt werden kann.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Verzerrungsanalysators,

F i g. 2 ein Blockdiagramm eines linearen automatischen Regelverstärkers, der in dem Verzerrungsanalysator gemäß F i g. 1 verwendet wird,

F i g. 3 ein detailliertes schematisches Schaltbild des Regclvcfsiärkers gemäß F i g. 2,

F i g. 4 ein detailliertes schematisches Schaltbild eines Effektivwert-Umwandlers, der in dem Verzerrungsanalysator gemäß F i g. 1 verwendet wird, und

F i g. 5 ein detailliertes schematisches Schaltbild einer nicht-linearen Verzerrerschaltung, die in dem Verzerrungsanalysator gemäß F i g. 1 verwendet wird.

Der in der F i g. 1 gezeigte Verzerrungsanalysator weist zwei Einrichtungen 10 und 11 (Generatoren) auf, die Prüfwechselspannungen (Prüfsignale) erzeugen, die dem zu prüfenden Nachrichtenübertragungskanal zugeführt werden sollen. Der Generator 10 erzeugt sinusförmige Prüfsignale mit Frequenzen von 856Hz und 863 Hz; der Generator 11 erzeugt sinusförmige Prüfsignale bei Frequenzen von 1374 Hz und 1385 Hz. Diess Signale werden bei 12 summiert und über Schalter 13 (in dessen Normalstellung) einem Verstärker 14 zugeführt. Der Schalter 13 hat zwei Stellungen: In seiner Normalstellung werden die vier summierten sinusförmigen Prüfsignale dem Verstärker 14 zugeführt; in seiner S/N-Teststellung werden nur die 1374-Hz- und 1385-Hz-Signale dem Verstärker 14 zugeführt Das Ausgangssignal des Verstärkers 14 wird dem Ausgangsübertrager 16 zugeführt, welcher die Prüfsignale auf den Nachrichtenkanal überträgt. Das Ausgangssignal des Übertragers 16 wird außerdem einem Monitor-Übertrager 17 zugeführt, welcher wiederum das Signal einem Trennverstärker 18 zuführt. Wie weiter unten beschrieben wird, kann das Ausgangssignal des Verstärkers 18 zur Überwachung des Pegels des dem Kanal zugeführten Prüfsignals gemessen werden.

Die vier bei 12 summierten sinusförmigen Testsignale werden außerdem einem nichtlinearen Schaltkreis Ϊ9 definierter Verzerrung zugeführt, der die Signale entsprechend seinem Verzerrungsgrad miteinander kombiniert. Der nichtlineare Schaltkreis 19 führt insbesondere definierte Größen von Verzerrungsprodukten zweiter und dritter Ordnung ein, die zur Überprüfung der Eichung und Betriebsbereitschaft des Verzerrungsanalysators herangezogen werden. Der Schaltkreis 19 wird genauer in Verbindung mit Fig.5 beschrieben.

Ein 2-poliger Normalverzerrungs-Prüfschalter 20 hat zwei Schaltarme 20a und 20b. In der Normalstellung verbindet der Arm 20a die Leitung Tdes Nachrichtenkanals mit dem Eingang des Übertragers 21; der Arm 206 verbindet die Kanalleitung R mit dem Eingang des Übertragers. Auf diese Weise wird das dem zu prüfenden Kanal zugeführte Signal dem Eingang des Verzerrungsanalysators zur Verarbeitung zugeführt In der Verzerrungs-Prüfsteilung des Schallers 20 wird das definiert eingestellte Ausgangssignal des nichtlinearen Schaltkreises 19 dem Eingang des Übertragers 21 zugeführt. Das Ausgangssignal des Übertragers 21 wird einem Rauschsperrfilter 22 zugeführt der lediglich Signale des Hörfrequenzbandes durchläßt

Das vom Filter 22 ausgefilterte Signal wird auf zwei Zweige aufgeteilt. Über den einen Zweig wird es einem extrem linearen automatischen Regelverstärker 23 zugeführt, der über einen Eingangssignalbereich von 40 db ein Ausgangssignal mit konstantem Pegel erzeugt Der konstante Pegel wird erreicht ohne daß verzerrungsbedingte Intermodulationskomponenten entstehen, die um weniger als 50 db unter dem Testsignal liegen, so daß das Signal in idealer Weise für eine genaue Verarbeitung durch den Verzerrungsanalysierteil der Einheit geeignet ist Der andere Zweig für das Signal vom Filter 22 umfaßt einen Arm 24a eines Schalters 24 mit vier Schaltstellungen und 3 Ebenen. Der Schalter 24 dient als Meßbereichsschalter und dient der Zuschaltung von vier verschiedenen Signalen zur selektiven Messung. Die vier Stellungen des Schalters 24 sind: 3, 2, »Eingang« und »Ausgang«. In der 3. Stellung wird das gemessene Intermodulationsprodukt dritter Ordnung zugeschaltet In der 2. Stellung wird das Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung zugeschaltet; in der Eingang-Stellung wird das Eingangssignal und in der Ausgang-Stellung das Testsignal zugeschaltet bevor es dem zu testenden Kanal zugeführt wird. Hierbei wird das vorher übertragene Testsignal vom Trennverstärker 18 dem Pol 24a in der Ausgang-Stellung zugeführt; das empfangene Signal vom Filter 22' wird jeder der Positionen 3, 2 und der »Eingang«-Position des Poles 24a zugeführt

Das Signal, das den Arm 24a des Meßbereichsschal-

ters 24 passiert, kann über einen 20-db-Verstärker 26 an einen Arm 27a eines Dreifach-Meßbereichsschalters 27 mit drei Schaltstellungen gelangen. Wahlweise gelangt über zwei weitere Schaltstellungen außerdem das nicht verstärkte Signal an den Arm 27a. Das den Schalter 27 passierende Signal wird einem linearen Gleichrichter 28 zugeführt, der das Wechselspannungssignal in ein proportionales Gleichspannungssignal umwandelt Dieses Gleichspannungssignal wird den »Eingang«- und den »Ausgangsstellungen der Ebene mit dem Arm 24i> ι ο des Schalters 24 zugeführt, der in der »Eingang«- und der »Ausgang«-Stellung das Signal zu einem Meßbereichsverstärker 29 durchschaltet. Die Arme 27b und 27cdes Meßbereichsschalters 27 stellen die Verstärkung des Verstärkers 29 auf den gewählten Verstärkungsgrad ein. Das Ausgangssignai des Verstärkers 29 wird einer logarithmischen Umformerstufe 31 zugeführt, die eine Meßeinrichtung 32 speist. Die logarithmische Umformerstufe liefert ein Ausgangssignal, dessen Amplitude proportional zum Logarithmus des Wertes des Pegels des zugeführten Eingangssignals ist. Eine geeignete Schaltung mit einer solchen Funktion ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 2 99 139 vom 19. Oktober 1972 beschrieben.

Das vom Regelverstärker 23 auf definiertem konstantem Pegel gehaltene Ausgangssignal wird drei Bandpaßfiltern 33, 34 und 35 zugeführt, wobei die Mittenfrequenz jeweils bei 520 Hz, 2240 Hz und 1900 Hz liegt. Diese Frequenzen werden gewählt, weil sie den spezifischen Intermodulationsprodukten der jo Testsignale entsprechen. Die gemittelte Frequenz der vom Signalgenerator !0 erzeugten Testsignale liegt ungefähr bei 860 Hz; die gemittelte Frequenz der vom Signalgenerator 11 erzeugten Testsignale liegt ungefähr bei 1380Hz. Intermodulations-Verzerrungsprodukte zweiter Ordnung wurden, falls sie durch die zwei Signalpaare erzeugt wurden bei 520 Hz (1380-860) und 2240 Hz (1380 + 860) liegen; ein Intermodulationsprodukt dritter Ordnung würde bei 1900 Hz (2x1380-860) liegen. Die Anforderung an die Bandbreite der Filter 33, 34 und 35 ist nicht kritisch. Es ist lediglich notwendig, daß der Bandpaß breit genug ist, um das gesamte Band der entspn .nenden Verzerrungsprodukte durchzulassen. Ein Nennpaßband von 50 Hz ist brauchbar für alle drei Filter.

Die die Filter 33 und 34 passierenden Verzerrungsprodukte zweiter Ordnung werden bei 36 addiert und einem Effektivwert-Gleichrichter 37 zugeführt. Der Gleichrichter 37, der in Einzelheiten in Verbindung mit der F i g. 4 beschrieben wird, liefert ein Signal mit einem Effektivwert, der dem der addierten Signale entspricht. Dieses Effektivwertsigna! wird der 2. Position des Arms 24ö des Meßbereichsschalters 24 zugeführt. Das Verzerrungsprodukt dritter Ordnung vom Filter 35 wird einem linearen Gleichrichter 38 zugeführt, der das Verzerrungsprodukt in ein proportionales Gleichspannungssignal umwandelt Dieses Gleichspannungssignal wird der 3. Position des Arms 24ö des Meßbereichsschalters zugeführt Auf diese Weise können die Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung einzeln gemessen werden, wenn sich der Schalter 24 in der jeweiligen Stellung befindet

Das Ausgangssignal des automatischen Regelverstärkers 23 mit konstantem Pegel wird außerdem Bandpaßfiltern 41 und 42 zugeführt, deren Mittenfrequenzen bei 860 Hz und 1380 Hz liegen. Wie zuvor beschrieben, entsprechen diese Mittenfrequenzen näherungsweise den gcmittelten Frequenzen der zwei Testsignalpaare. Die Breite der Bandpässe braucht nur so groß zu sein, daß alle entsprechenden Testsignalbänder untergebracht werden können. Eine Nennbandbreite von 50 Hz ist ausreichend. Die Ausgangssignale der Filter 41 und 42 werden bei 43 summiert und in Verbindung mit der Pegelsteuerungsfunktion des Regelverstärkers 23 ausgewertet. Dies wird genauer in Verbindung mit der F i g. 3 beschrieben. Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Filters 41 einem linearen Gleichrichter 44 zugeführt; das Signal vom Filter 42 wird einem linearen Gleichrichter 46 zugeführt. Die Gleichrichter 44 und 46 erzeugen Signale, deren Gleichspannungspegel proportional sind zu den Pegeln der Signale, die durch die Filter 41 und 42 durchgelassen werden. Diese Gleichspannungssignale werden einer Kanaivergieichsschaitung47 zugeführt. Diese Schaltung überwacht die relative Differenz zwischen den Amplituden der zwei Prüfsignale, die aus dem zu prüfenden Kanal empfangen werden. Wenn die Amplitudendifferenz zwischen den zwei Prüfsignalen 6 db oder mehr beträgt, schaltet die Kanalvergleichsschaltung 47 eine Warnlampe 48£> ein. Eine Differenz von 6 db oder mehr zeigt an, daß im geprüften Kanal Frequenzgangprobleme auftreten, die darin bestehen, daß ein Testsignalpaar stärker gedämpft wird als das andere Testsignalpaar. Unter solchen Umständen ist eine Verzerrungsanalyse ungenau. Der Bedienungsperson wird dies durch die aufleuchtende Warnlampe 486 angezeigt.

Das Ausgangssignal des Regelverstärkers 23 wird außerdem einem linearen Gleichrichter 45 zugeführt, der das Wechselspannungssignal gleichgerichtet und ein diesem proportionales Gleichspannungssignal erzeugt. Dieses Gleichspannungssignal wird einer Störsignalvergleichseinrichtung 49 zugeführt, welche als Schwellenwertdetektor arbeitet, der die zugeordnete Störungswarnlampe 486 einschaltet, wenn der Pegel des vom Detektor 45 kommenden Signals oberhalb eines vorbestimmten Grenzpegels liegt. Dies warnt die Bedienungsperson und weist auf die Tatsache hin, daß das Ausgangssignal des Regelverstärkers 23 eine unzulässige Signalkorrponente mit einem hohen Pegel aufweist. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers 23 sollte lediglich die Prüfsignale und ihre Verzerrungsprodukte umfassen. Wenn mehr vorhanden ist, kann ein Ablesefehler vorliegen.

Ein anderes Ausgangssignal des automatischen Regelverstärkers 23 wird einer Vergleichsschaltung 51 für Eingangssignale mit einem niedrigen Pegel zugeführt Diese Schaltung schaltet die Pegelwarnlampe 48a ein, wenn das Signal des Regelverstärkers 23 unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt. Die Funktion dieser ung besteht

rin die Bedienungsperson zuni

Erhalten einer genauen Verzerrungsmessung zu warnen, wenn der Signalpegel zu niedrig ist.

Die Pegelwarnlampe 48a wird außerdem durch eine Vergleichseinrichtung 52 zum Leuchten gebracht, wenn das Ausgangssignal des Filters 22 zu groß ist Unter solchen Bedingungen würde der Regelverstärker 23 durch das Eingangssignal gesättigt sein und würde keine verzerrungsfreien Signale mit konstantem Pegel erzeugen.

Bei normaler Messung der Verzerrung werden die beiden Paare der siusförmigen Testsignale mit gleichem Energiepegel dem zu prüfenden Nachrichtenkanal über den Ausgangsübertrager 16 zugeführt Diese Prüfsignale werden nach Durchlauf des Kanals zusammen mit allen möglichen Intermodulationsprodukten, die durch, den Kanal erzeugt werden, dem Eingangsübertrager 21

zugeführt, von wo sie zum Regelverstärker 23 gelangen. Der Regelverstärker stellt die Signale auf einen konstanten Pegel ein und führt sie den Filtern 33,34 und 35 zu. Sämtliche Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung, die in dem Kanal bei 520 Hz und 2240 Hz erzeugt werden, werden von den Filtern 33 und 34 durchgelassen, anschließend summiert und dem Effektivwert-Gleichrichter 37 zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Gleichrichters ist ein Gleichspannungssignal, dessen Pegel proportional ist zu dem Effektivwert der kombinierten Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung. Dieser Pegel kann relativ zum Prüfsignalpegel direkt von der Meßeinrichtung 32 abgelesen werden, wenn sich der Meßbereichsschalter 24 in der 2. Position befindet.

Das Mehrkomponenten-Ausgangssignal mit konstantem Pegel vom Regelverstärker 23 wird außerdem dem Filter 35 zugeführt, das lediglich Intermodulationsprodukte dritter Ordnung durchläßt, die in dem Kanal bei 1900 Hz erzeugt werden. Das durchgelassene Signal dritter Ordnung wird durch den linearen Gleichrichter 38 gleichgerichtet, der ein Gleichspannungssignal erzeugt, dessen Pegel proportional zu der Amplitude des 1900-Hz-Intermodulationsproduktes ist. Dieser Pegel kann relativ zum Prüfsignalpegel an der Meßeinrichtung 32 abgelesen werden, wenn der Meßbereichsschalter sich in seiner 3. Position befindet.

Der Verzerrungsanalysator gemäß F i g. 1 erlaubt die Messung des Pegels des vom Kanal empfangenen Gesamteingangssignals. Diese Messung wird bewerkstelligt mit dem Meßbereichsschalter 24 in der Eingang-Position, wobei das Signal vom Filter 22 dem linearen Gleichrichter 28 zugeführt wird. Das gleichgerichtete Gleichspannungssignal wird zunächst logarithmisch umgewandelt und dann mit der Meßeinrichtung 32 gemessen.

Es ist auch möglich, den Pegel der kombinierten Testsignale zu messen, die dem Kanal zugeführt werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß der Meßbereichsschalter 24 in die »Ausgangsstellung gebracht wird, wodurch der Trennverstärker 18 mit dem Gleichrichter 28 verbunden wird. Das resultierende Gleichspannungssignal wird logarithmisch umgewandelt und dann mit der Meßeinrichtung 32 gemessen.

Sämtliche bisher beschriebenen Messungen werden mit dem Prüfschalter 20 in der Normalstellung durchgeführt. In der Verzerrungs-Prüf stellung gestattet der Schalter 20 das Prüfen der Arbeitsweise des Verzerrungsanalysators. Insbesondere werden die zwei Testsignalpaare, die bei 12 addiert werden, dem nichtlinearen Verzerrungsschaltkreis 19 zugeführt, der Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung ■mit bekanntem Pegel einführt. Dieses als Eichsigna! verwendete Signal wird dann dem Eingangsübertrager 21 über den Schalter 20 zugeführt und wird dann auf die gleiche Art und Weise verarbeitet und analysiert wie das Testsignal, das vom getesteten Kanal empfangen wird. Während der Messung der Intermodulationsprodukte zweiter und dritter Ordnung des Eichsignals an der Meßeinrichtung 32 kann sich die Bedienungsperson über den Betriebszustand des Systems Gewißheit verschaffen. Wenn die gemessenen Komponenten des Eichsignals nicht auf einem vorbestimmten Pegel liegen, kann angenommen werden, daß der Analysator fehlerhaft arbeitet

Das System erlaubt noch eine andere Prüfung, bei der Rauscheinflüsse des Testkanals auf das System bestimmt werden können. In diesem Zustand befindet sich der Schalter 13 in der S/N-Prüf-Stellung und der Schalter 20 in der Normalposition. Unter dieser Bedingung wird nur das 1374-Hz- und 1385-Hz-Signalpaar dem Kanal zugeführt, jedoch ist der Pegel dieser Prüfsignale annähernd um 3 db höher als im Normalprüfzustand, wenn beide Signalpaare dem Kanal zugeführt werden. Der Nutzeffekt ist der, daß der Kanal noch mit der gleichen Energie gespeist wird, die durch die vier Signale bei Normalbetrieb erzeugt wird. Es tritt

ίο jedoch keine Intermodulation auf, da das niederfrequente Signalpaar weggelassen wird. Unter diesen Bedingungen, mit dem Meßbereichsschalter 24 in der 2. und 3. Position, mißt die Meßeinrichtung 32 den Restrauschpegel des Kanals. Die Kenntnis dieses Restrauschpegels

gestattet der Bedienungsperson die genaue Auswertung der Ablesungen während der wirklichen Verzerrungstests, insbesondere wenn das gemessene Restrauschen den gleichen Pegel oder nahezu den gleichen Pegel aufweist wie die gemessene Verzerrung, überdeckt das Rauschen die Verzerrungskomponenten, und eine genaue Verzerrungsmessung ist nicht möglich.

Das kennzeichnendste Merkmal des Verzerrungsanalysators besteht in der Verwendung zweier Signalpaare anstelle zweier Rauschbänder, wie sie als Testsignale in der eingangs erwähnten Druckschrift »Bell System Technical Reference« PUB 41 008 beschrieben sind. Während die Verwendung zweier Rauschbänder eine lange Zeit (in der Größenordnung von einer Minute) für die Einstellung des Meßgerätes erforderlich macht, sind bei Anwendung zweier Signalpaare im ungünstigsten Falle lediglich einige wenige Sekunden erforderlich. Die Signalpaare sind leichter zu erzeugen als die Rauschbänder, und ihr Eichpegel kann schneller gemessen werden.

Bei Verwendung zweier Signalpaare ergibt sich kein wesentlicher Nachteil, da die Amplitudenverteilung der vier Signale sehr der Amplitudenverteilung eines Gaußschen Rauschens entspricht. Man nimmt normalerweise an, daß das Gaußsche Rauschen einen Spitzenfaktor von 10db hat; d.h. das Verhältnis der Spitzenamplitude zum Effektivwert ist 10 db. Der Spitzenfaktor für die vier Signale beträgt 9 db. Daher sind für alle praktischen Zwecke vier diskrete Signale genausogut geeignet zum Prüfen des nichtlinearen Frequenzgangbereiches auf einem Nachrichtenübertragungskanal (Telefonkanal) als zwei Rauschbänder.

Ein bedeutendes Merkmal des Verzerrungsanalysators besteht darin, daß an der Meßeinrichtung 32 Verzerrungsablesungen direkt möglich sind, ohne daß viele Einstellungen oder Berechnungen erforderlich sind. Dies wird ermöglicht durch den extrem linearen Regelverstärker 23, der den Pegel des empfangenen Testsignals automatisch einem Bezugspegel anpaßt, mit dem sämtliche Verzerrungsmeßergebnisse verglichen

werden können. Der Regelverstärker 23 erzeugt darüber hinaus keine wesentlichen Verzerrungsprodukte, die die Verzerrungsmessung beeinflussen könnten. Ein Blockdiagramm des Regelverstärkers ist in der F i g. 2 dargestellt

Der in der F i g. 2 dargestellte automatische Regelverstärker 23 umfaßt einen Zerhacker, der schematisch als Relais 53 mit einem normalerweise offenen Kontakt 54 dargestellt ist. Der Zerhacker 53 tastet das Eingangssignal diskret mit einer vorbestimmten Frequenz ab, die wenigstens zweimal so hoch ist wie die Frequenz der größten Komponente von Interesse im Eingangssignal. Für den Verzerrungsanalysator ist dies das Hörfrequenzband in einem Nachrichtenübertragungskanal, so

daß eine Abtastfrequenz von 1OkHz geeignet ist. Das abgetastete Signal wird einem Tiefpaßfilter 56 zugeführt, um die Abtast-Frequenzkomponente und die durch die Abtastung hervorgerufenen harmonischen Komponenten zu entfernen. Das resultierende Signal ist das Bezugssignal für den Verzerrungsanalysator und wird zu einem Pegeldetektor 57 zurückgeführt, der das Wechselspannungssignal in ein Gleichspannungssignal umwandelt. In alternativer Weise können zwei Bandpaßfilter entsprechend den Filtern 41, 42, die auf die Nennmittenfrequenzen der Testsignalpaare abgestimmt sind, in den Rückkopplungszweig vor dem Pegeldetektor 57 eingefügt werden, um sicherzustellen, daß nur die Testsignale statt irgendwelche Hörfrequenzsignale die Einstellung des Bezugspegels für den Verzerrungsanalysator steuern. Das gleichgerichtete Signal vom Detektor 57 wird weiterhin durch den Seiektivverstärker 58 gefiltert, durch welchen eine hohe Gleichspannungsverstärkung erzielt wird. Das verstärkte Gleichspannungssignal wird der Vergleichseinrichtung 59 zugeführt.

Ein Dreiecksignal-Generator 61 erzeugt Dreiecksignale fester Frequenz bei Auftreten der Abtastsignale. Die Dreiecksignale werden der Vergleichseinrichtung 59 zugeführt, die das Relais 53 nur während eines Teils der Periode der Dreiecksignale betätigt, der durch das rückgekoppelte Gleichspannungssignal des Selektivverstärkers 58 bestimmt wird. Das Rückkopplungssignal variiert daher das Tastverhältnis des dem Relais 53 zugeführten Tastsignals. Wenn der Pegel des Gleichspannungssignals steigt, wird die Abtastperiode verkürzt, und wenn der Pegel des Gleichspannungssignals sinkt, wird die Abtastperiode vergrößert. Auf diese Weise wird die Amplitude des abgetasteten Signals konstant auf einem Bezugspegel gehalten, der erforderlich ist für einen nutomatischen Betrieb des Verzerrungsanalysators.

Der besondere Vorteil der Abtasttechnik in dem Regelverstärker 23 besteht in dessen Linearität. Da diese Linearität extrem hoch ist, werden nur vernachlässigbare Verzerrungen erzeugt wodurch diese Technik für Verzerrungsanalysatoren bestens geeignet ist, die Bauteile erfordern, die die Verzerrungsmessungen nicht mit durch in der Meßeinrichtung selbst entstandene Verzerrungen überlagern. Es ist zum Beispiel mit dieser Technik möglich, einen konstanten Pegel der Eingangssignalamplitude über einen 40-db-Bereich einzuhalten, wobei Verzerrungsprodukte um nicht weniger als 60 db unter dem Bezugspegel erzeugt werden. Eine spezielle Schaltungsanordnung, durch die dies erreicht wird, ist schematisch in der F i g. 3 dargestellt.

Bei der Schaltung gemäß Fig.3 werden zwei Abtaststufen verwendet, die Feldeffekttransistoren Q1 und Q3 aufweisen. Diese Transistoren werden gemeinsam zu- und abgeschaltet durch einen PNP-Transistorschalter Q 8 in Emitterschaltung, der abwechselnd durch das Abtastsignal ein- und ausgeschaltet wird. Das bei Transistor Q\ abgetastete Signal wird durch einen NPN-Transistor Q 2 in Basisschaltung verstärkt und zu einem aktiven Tiefpaßfilter weitergeleitet der einen Operationsverstärker A 1 und zugeordnete ohmsche und kapazitive Elemente aufweist Das gefilterte Signal wird wiederum bei Q 3 abgetastet durch den NPN-Transistor Q 4 verstärkt und nochmals gefiltert durch

einen aktiven Tiefpaßfilter, der einen Operationsver-

stärker A 2 und zugeordnete ohmsche und kapazitive Widerstandselemente aufweist Am Ausgang des R zweiten Filters ist eine weitere Verstärkerstufe in Form R10 eines Operationsverstärkers A3 vorgesehen, der das All Ausgangssignal des Regelverstärkers erzeugt.

Das Ausgangssignal wird jedem zweier aktiver Filter zugeführt, die den Filtern 41 und 42 in der F i g. 1 entsprechen. Der eine Filter enthält zwei aktive Bandpaßfilterstufen, die Operationsverstärker A 4 und A 5 aufweisen. Die den Verstärkern A 4 und A 5 zugeordneten ÄC-Elemenie erzeugen ein Bandpaß, dessen Mittenfrequenz bei 860 Hz liegt und dessen Bandbreite ungefähr 50 Hz beträgt. Das andere Filter enthält zwei aktive Bandpaßfilterstufen, die Operationsverstärker A 6 und A 7 aufweisen. Die den Verstärkern A 6 und A 7 zugeordneten /?C-Elemente erzeugen ein Bandpaß, dessen Mittenfrequenz bei 1380 Hz liegt und dessen Bandbreite ungefähr 50 Hz beträgt.

Die zwei von den Filtern durchgelassenen Signale werden am Verbindungspunkt der Widerstände Ä37 und R 142 addiert und einem Pegeidetektor zugeführt, der eine Diode D6, einen Kondensator C23 und einen Widerstand R 34 umfaßt. Das gleichgerichtete Gleichspannungssignal wird einem aktiven Tiefpaßfilter zugeführt, das einen Operationsverstärker hoher Gleichspannungsverstärkung A 8 und diesem zugeordnete /?C-Elemente aufweist. Das Ausgangssignal des Verstärkers A 8 wird dem invertierenden (-)-Eingang eines Operationsverstärkers A 9 zugeführt, der als Vergleichseinrichtung dient. Das Eingangssignal zum nicht-invertierenden ( + )-Eingang des Verstärkers Λ 9 ist ein dreieckförmiges Signal, das durch einen Dreiecksignal-Generator erzeugt wird, der einen Operationsverstärker A 10 und diesem zugeordnete ÄC-Elemente umfaßt. Die Verstärker A 9 wiederum steuern den Transistor Q 8 an, derart, daß die Abtasttransistoren Q1 und Q 3 abwechselnd in den leitenden und nichtleitenden Zustand geschaltet werden. Das vom Verstärker A 9 erzeugte Signal betätigt die Abtasttransistoren nur, wenn die Amplitude des dreieckförmigen Signals kleiner ist als der Pegel des vom Verstärker A 8 erzeugten Gleichspannungssip Is. Dementsprechend ändert sich die Dauer des Teils., der Dreiecksperiode, in der abgetastet wird mit der Änderung der Amplitude des Rückkopplungssignals. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Regelverstärkers 23 auf dem gewünschten konstanten Bezugspegel gehalten.

Die Verwendung der 860-Hz- und 1380-Hz-Bandpaßfilter im Rückkopplungszweig des Regelverstärkers gewährleistet, daß nur die Testsignalkomponenten des Signals die Amplitude des Bezugssignals steuern. Es können preisgünstige Bauteile verwendet werden, die keine Einstellungen und Abgleichungen in regelmäßigen Abständen notwendig machen.

Die verschiedenen Verstärker, Filter, Abtasteinrichtungen und Signaigeneratoren, die in der Schaltung nach Fig.3 verwendet werden, sind herkömmlicher Art Daher sind die einzelnen Schaltkreise nicht im Detail beschrieben. Beschrieben und gezeichnet sind auch nicht die verschiedenen Spannungsversorgungsleitungen der Operationsverstärker.

Die Bauteile der in der Fig.3 dargestellten Schaltungsanordnung haben folgende in der Tabelle aufgeführte Werte:

Bauteil

Wert

7.2 kOhm

4.3 kOhm
1.5 kOhm

13

14

Fortsetzung

Bauteil

RIl RU R 15 RU RYl RlS Λ 19 Λ 20 Λ 21 Λ 22 Ä23 Λ 24 «25 Λ 26 RTl R 28 Λ 29 Λ 30 Λ31 Λ 32 Λ 33 /?34 Λ 35 Λ 36 R 37 Λ 38 Λ 39 Λ 40 «41 Λ 42 /?43 Λ 44 Λ 45 Λ 46 Λ 47 Λ 48 Λ 49 Λ 50 Ä51 Λ 52 Λ 53 Λ 66 Λ 67 Λ 68 Ä69 Λ 70 Λ 71 Λ 72 Λ 73 Λ 74 Λ 75 «90 Λ 91 Λ ClO CIl C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19

Wen

10 kOHm 3.9 kOHm 43 kOHm 22 kOHm 20 kOhm 39 kOhm 4.3 kOHm

11 kOhm 1 kOHm 36 kOhm 1 kOhm 3.9 kOHm 750 kOhm 4.3 kOhm 3.9 kOhm 100 kOHm 100 Ohm 43 kOhm 22 kOhm 20 kOhm 100 kOhm 10 kOhm

5 kOhm 150 kOhm 22 kOhm 39 kOhm 4.3 kOhm 36 kOhm 22 kOhm 36 kOhm 13 kOhm 51 kOhm 576 kOhm 200 Ohm 511 kOhm 13 kOhm 51 kOhm 576 Ohm 200 Ohm 510 kOhm

510 kOhm 100 kOhm 9.1 Ohm 205 Ohm 100 Ohm

511 kOhm 100 kOhm 9.1 kOhm 205 Ohm 100 Ohm 511 kOhm 50 kOhm 50 kOhm 22 kOhm 100 pH

.01 μΡ 150 μΡ .01 μΡ .039 μΡ 2.2 μΡ 6800 pF 1200 pF 2.2 μΡ

Bauteil

Wert

C20

C21

C22

C23

C24

C25

C26

C27

C28

C31

C32

C33

C34

C35

C36

C37

C44

C45

C46

C47

C48

C49

C69

Λ 9 und AlO

Al bis /18

Gl, Q3

02. 04

08

.0075 μΡ

22 μΡ

2.2 μΡ

22 μΡ

.022 μΡ

2.2 μΡ

6800 pF

1200 pF

2.2 μΡ

47 pF

.01 μΡ

47 pF

.01 μΡ

18OpF

.01 μΡ

.01 μΡ

18OpF

.01 μΡ

2.2 μΡ

MC1437L(Motorola)

MC1458 (Motorola)

MPFl02 (Motorola)

2Ν3566

2Ν5138

Ein anderes bedeutendes Sauteil des Verzerrungsanalysators ist der Effektivwertgleichrichter 37, der in Einzelheiten in der Fig.4 dargestellt ist. Die zwei Verzerrungssignale zweiter Ordnung werden an der Verbindungsstelle der Widerstände R 81 und Λ 82 addiert und wechselspannungsmäßig an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers Ali gelegt. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers Λ 11 ist geerdet. Der Signalpegel am Ausgang des Verstärkers /4 11 wird im wesentlichen konstant gehalten mit Hilfe eines Rückkopplungsschaltkreises, der einen Operationsverstärker A 12 verwendet. Letzterer kann beispielsweise der von RCA Solid State Division hergestellte Verstärker CA3080 sein. Er liefert einen Ausgangsstrom, der der Steilheit des Verstärkers proportional ist, welche wiederum dsm auf der

so Vorspannungseingangsleitung 61 eingespeisten Strom proportional ist. Dem nicht-invertierenden ( + )-Eingang des Verstärkers A 12 wird das Ausgangssignal des Verstärkers All zugeführt. Der invertierende ( — )-Eingang des Verstärkers All ist geerdet. Der Strom auf der Steuerleitung 61 wird über den Kollektor-Emitter-Zweig des PNP-Transistors Ql und eine ohinsche Teilerschaltung gesteuert. Der Basisstrom des Transistors Ql wird gesteuert durch den Rückkopplungs-Operationsverstärker A15, der linear durch die Gesamtausgangsspannung Vo für den Effektivwert-Gleichrichterschaltkreis aussteuerbar ist. Der Verstärker A15 und der Transistor Q1 bilden einen Spannungs-Strom-Wandler für die rückgekoppelte Ausgangsspannung Vo. Auf diese Weise ist der Strom

b5 auf der Steuerleitung 61 des Verstärkers A12 proportional zu der Ausgangsspannung Vo- Dementsprechend ist die Verstärkung des Verstärkers A 12 proportional zu Vo-

Der Zweck des im Rückkopplungszweig des Verstärkers AU befindlichen Verstärkers A 12 besteht darin, die Ausgangsspannung des Verstärkers AW konstant zu halten. Für diese Ausgangsspannung gilt folgende Formel:

V„ =

AU

1 +

(1)

in der Vn die vom Verstärker A 11 gelieferte Ausgangsspannung, (A 11) die Verstärkung des Verstärkers A 11, K\ eine Konstante, die in Beziehung zu der Nennverstärkung des Verstärkers A 12 steht, V₀ die Ausgangsspannung des Schaltkreises, der die Verstärkung von A 12 steuert, und V_1n die Eingangsspannung bedeuten, die an den Schaltkreis angelegt wird. Die Gleichung (1) kann aufgrund der Tatsache, daß (A 11) sehr viel größer als 1 ist, vereinfacht werden zu

κ,

(2)

und da K₁ und Γ Konstante sind.

YvJ

Γη =

<⁴>

(5)

worin K₂ eine Konstante ist, die gleich K₁ · | Γ ist. Die Eingangssignale darstellenden Signale # 1 und # 2 in der Fig. 4 bestehen in Wirklichkeit jeweils aus vier sinusförmigen Wellen, die den Intermodulationsprodukten zweiter Ordnung mit einer Mittenfrequenz von 520 Hz und 2240 Hz entsprechen. Zur einfachen Darstellung der Arbeitsweise des Schaltkreises sei angenommen, daß V,„ die Summe zweier sinusförmiger Signale sei, die durch die Ausdrücke A cos λ und B cos ß beschrieben werden können. V_1n kann dann dargestellt werden als

V_in = A cos \ + B cos

(6)

und nach Quadrierung
K_n ² = A² cos² \ + B² cos² β + 2AB cos \ cos fi.

H)

20

Die Ausgangsspannung des Verstärkers Λ 11 wird sowohl dem nicht-invertierenden (-(-)-Eingang als auch der Steuerleitung 62 eines Verstärkers A 13 zugeführt. 2ϊ Dieser Verstärker entspricht dem Verstärker A 12 und gibt eine Ausgangsspannung ab, die in der gezeigten Schaltung dem Quadrat der Eingangsspannung proportional ist. Da das Eingangssignal (Vn) des Verstärkers A 12 im wesentlichen konstant ist und das Ausgangssi- 3ii gnal des Verstärkers A13 dem Quadrat von Vu proportional ist, muß das Ausgangssignal von A 13 ebenfalls im wesentlichen konstant sein. Für die Ausgangsspannung des Verstärkers A 13 gilt daher:

(3)

worin C eine Konstante ist. Die Auflösung der Gleichung (3) nach In ergibt: w

so

55

bo

b5

Durch Verwendung der trigonometrischen Beziehung:

cos²! = '/i(l +cos 2 λ), (8)

kann die Gleichung (7) umgeformt werden in:

Vj² = — + -y + A² COS 2 % + ß² COS 2 fi

+ 2AB cos\ cos/i. (9)

Bis auf die ersten zwei Ausdrücke sind sämtliche Ausdrücke der Gleichung (9) Wechselspannungsgrößen; die ersten beiden Ausdrücke sind Gleichspannungsgrößen, die die mittleren Quadrate der zwei sinusförmigen Eingangsgrößen darstellen. Wenn wir uns einmal für den Augenblick die Wechselspannungsgrößen von Vj_n ² in der Gleichung (9) wegdenken und lediglich die Gleichspannungsgrößen in der Gleichung (5) einsetzen, so ergibt sich mit

K,

(10)

das gewünschte Resultat, nämlich die Proportionalität der Ausgangsspannung V₀ zu dem Effektivwert (oder Quadratwurzel aus dem mittleren Quadrat) der Eingangsspannung. Um die Vernachlässigung der Wechselspannungsgrößen in der Gleichung (9) und damit die gewünschte Effektivwert-Umwandlung zu erreichen, ist am Ausgang des Verstärkers A 13 ein aktiver Tiefpaßfilter mit einer hohen Gleichspannungsverstärkung vorgesehen. Dieser aktive Tiefpaßfilter ist in Wirklichkeit ein Integrator mit einem Operationsverstärker A 14 und einem Rückkopplungskondensator C62. Die Ausgangsspannung dieses Tiefpaßfilters ist V₀ die Effektiv-Ausgangsspannung.

Das Bedeutende beim Effektivwert-Schaltkreis besteht in der Anwendung einer Kompensationstechnik, bei der die Ausgangsspannung in einer Gegenkopplungsschaltung verwendet wird, um den Pegel des Eingangssignals des Quadrierkreises konstant zu halten. Diese Technik stellt minimale Anforderungen an den Pegelbereich der durch den Quadrierkreis verarbeiteten Signale. Auf diese Weise kann durch Verwendung einer preiswerten Quadrierschaltung eine genaue Effektivwert-Darstellung von Eingangssignalen in einem großen Pegelbereich erhalten werden.

Die Diode D 2 in dem aktiven Tiefpaßfilter dient dazu, die positive Schwingung des Ausgangssignals V₀ bei Einschwing- und Schaltzuständen zu begrenzen, so daß der Filter-Kondensator C62 nicht zerstört wird. Der Transistor Q3 und die zugeordnete Schaltung sorgen für die Temperaturkompensation des Schaltkreises.

Bei der Ausführungsform des Effektivwert-Schaltkreises gemäß Fig.4, die erfolgreich erprobt worden ist, wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Schaltungselemente verwendet:

Schaltungselement

Wert

(7)

180 kOhm
180 kOhm
10 kOhm

030 248/157

Fortsct/iin«

Schaltungselement

Wert

Λ 101

Λ 102

Λ 103

Λ 109

RUO

Λ 112

Λ114

ÄH5

AU, A 15, Λ 14

/112, /113

GU 03

4.7 kOhm

50 kOhm
37 kOhm
200 Ohm
100 kOhm

51 Ohm
39 kOhm
51 Ohm
18 kOhm
39 kOhm

2.7 kOhm
10 kOhm
1.2 kOhm
12 kOhm
2.2 uF
22;jiF
2.2 [xF

6.8 μ F

MC1458 (Motorola) CA3080 (RCA)
2N5138

Bedarf so eingestellt werden, daß der gewünschte Anteil an Verzerrungskomponenten dritter Ordnung erhalten wird.

Der Pegel der Verzerrung zweiter Ordnung ist praktisch unabhängig von der Verstärkungscharakteristik des Verstärkers A 50. Dementsprechend ist es durch geeignete Wahl von RD und DA möglich, eine Verzerrung zweiter Ordnung mit einem vorbestimmten Pegel zu erzeugen. Die Verzerrung dritter Ordnung ist jedoch abhängig von der Verstärkungscharakteristik des Verstärkers A 50 und erfordert eine entsprechende Einstellung durch den variablen Widerstand RB, um die Verzerrung dritter Ordnung mit dem gewünschten Pegel zu erhalten. Der Meßbereichsschalter 24 kann daher entweder in der 2. oder 3. Stellung gebracht werden, um den Verzerrungsanalysator im Verzerrungs-Prüfbetrieb zu prüfen. Wenn für jeden Fall eine vorgegebene Meßgerätablesung erhalten wird, arbeitet der Analysator einwandfrei.

Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 5 wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Schaltungselemente verwendet:

₇. Schaltungselement

Eine andere Schaltung, die in dem Verzerrungsanalysator verwendet wird, ist die nichtlineare Schaltung 19, die im Detail in der Fig.5 dargestellt ist. Diese verwendet nur einen Operationsverstärker A 50, dessen nicht-invertierender ( + )-Eingang geerdet ist. Das Eingangssignal wird dem invertierenden ( —)-Eingang über einen Widerstand RG zugeführt. Das Ausgangssignal für die Schaltung wird über einen Ladewiderstand RF entnommen. Über RF werden drei Signale addiert, von denen jedes eine Stromkomponente aufweist, die durch RF fließt. Ein erster Zweig umfaßt einen Widerstand RE, der zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Eingangsanschluß geschaltet ist.

Ein zweiter Zweig liegt parallel zu REund weist einen Widerstand RD und eine Diode DA auf, die in Reihe geschaltet sind. Die Diode ist so gepolt, daß ihre Kathode mit dem Ausgangsanschluß der Schaltung verbunden ist. Ein dritter Zweig enthält den Widerstand RG, der zwischen dem Eingangsanschluß und dem (—)-Eingang des Verstärkers geschaltet ist, ferner einen Widerstand RA, der direkt zwischen dem Ausgangsanschluß und dem (- )· Eingang des Verstärkers geschaltet ist, und Widerstände RB und RC, die in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers geschaltet sind.

Die Schaltung gemäß Fig. 5 hat die Aufgabe, einen bestimmten Intermodulationsverzerrungsanteil zweiter und dritter Ordnung in einem zugeführten Eingangssignal zu erzeugen. Sie erzeugt eine lineare und zwei nichtlineare Komponenten, die dem Ausgangssignal überlagert sind. Der Widerstand RE erzeugt die Linearkomponente. Über den Rückkopplungszweig, der den Widerstand RD und die Diode DA aufweist, wird eine Intermodulations-Verzerrungskomponente zweiter Ordnung erzeugt. Die Widerstände RB und RC in Kombination mit den Widerständen RG und RA und der Verstärkungscharakteristik des Verstärkers A 50 erzeugen eine Intermodulations-Verzerrungskomponente dritter Ordnung. Der Verstärker A 50 arbeitet mit einer hohen Verstärkung, um eine Begrenzung des Ausgangssignals zu erreichen. RB kann dann je nach Wert

RA RB RC RD RE RF RG A 50

200 kOhm

100 kOhm

430 kOhm

82 kOhm

lOkOhm

510 0hm

10 kOhm

MC1458 (Motorola)

Zusammengefaßt weist der Intermodulations-Verzerrungsanalysator folgende Merkmale auf:

1) Der Verzerrungsanalysator verwendet zwei Paare •tu von je zwei Signalen als Prüfsignale. Dies hat den gleichen Vorteil, als wenn zwei schmale Rauschbänder (z. B. mit einem 9-db-Spitzenfaktor) verwendet werden, ohne daß der Nachteil einer langen Mitlelwerleinstellung für das Messen des Rau-

•i¹) schens in Kauf genommen werden muß. Die zeitlich

kürzere Mittelung bei Verwendung des Vier-Signalsystems gestattet es, zeitveränderliche Verzerrungsprodukte abtasten zu können, die bei Verwendung längerer Zeilkonstanten herausge-

V) mittelt würden.

2) Die Verzerrung wird gemessen unter Verwendung von Intermodulationstechniken mit allen notwendigen zu einer Einheit integrierten Bauteilen (z. B. einem Generator zur Erzeugung mehrerer Signale

T) und einer Einrichtung zum Messen der Pegel von

Intermodulationsprodukten relativ zu dem Pegel des Testsignals).

3) Der Pegel des Verzerrungsproduktes wird automatisch direkt in db abgelesen.

bo 4) Die Verzerrung wird gemessen, ohne daß ein Bezugspegel festgelegt zu werden braucht. Ein extrem linear arbeitender automatischer Regelverstärker stellt den Pegel des Testsignals auf einen Bezugspegel ein.

5) Der Regelverstärker weist in einem Rückkopplungszweig Filter auf, so daß lediglich das Testsignal anstatt irgendein Signal des Bandes die Einstellung des Bezugspegels steuert.

6) Es wird der wahre Effektivwert-Signalpegel für zwei im Band liegende Verzerrungsprodukte zweiter OrdnuDg gemessen.

7) Warnsignale weisen denjenigen, der das Gerät bedient, auf folgende Zustände hin, die Meßfehler hervorrufen können:

a) Eine Pegelanzeige leuchtet auf, wenn sich das Prüfsignal oberhalb oder unterhalb des Arbeitsbereiches des Regelverstärkers befindet.

b) fine Störungsanzeige leuchtet auf, um zu warnen, wenn ein Störsignal mit einem hohen Pegel oder eine ungewöhnlich hohe Verzerrung vorhanden ist, wodurch die Durchführung der Messung in Frage gestellt wird.

c) Eine Anzeige warnt vor großen Signalverzerrungen, die auf einen Kanal mit Frequenzgangschwierigkeiten hinweisen, die die Messungen beeinflussen können.

8) Eine eingebaute Verzerrungsprüfeinrichtung liefert dem Meßteil ein Signal mit bekannter Verzerrung als Funktionsprüfsignal.

9) Eine eingebaute Signal/Rausch-Prüfeinrichtung ge-

stattet dem Benutzer, zwischen Meßergebnissen aufgrund von Rauschen und Meßergebnissen aufgrund von nichtlinearer Verzerrung zu unterscheiden durch Schwächung eines Signalsatzes und durch Verstärkung des anderen Signalsatzes um 3 dB.

10) Ein extrem linearer automatischer Regelverstärker hält den Bezugspegel für einen Eingangssignalpegelbereich von mehr als 40 dB konstant, ohne daß irgendwelche Verzerrungsprodukte erzeugt werden, deren Pegeldifferenz zum Testsignal kleiner ist als 50 dB.

11) Ein einfacher aber genauer Effektivwert-Gleichrichter verwendet preisgünstige Bauteile.

12) Eine definiert nichtlineare Schaltung erzeugt Verzerrungskomponenten zweiter und dritter Ordnung bekannter Größe. Diese Schaltung ist gegenüber Temperaturen unempfindlich und verwendet preisgünstige Bauelemente.

Es ist hervorzuheben, daß die Genauigkeit hinsichtlich der sinusförmigen Wellenform der vier Testsignale ohne Bedeutung ist. Es ist möglich, Rechtecksignale zu verwenden.

I licrzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Intermodulations-Verzerrungsanalysator für einen zu überprüfenden Nachrichtenübertragungskanal mit einem bekannten Frequenzpaßband, mit Enrichtungen zum Erzeugen von im Übertragungsbereich liegenden Prüfwechselspannungen unterschiedlicher, jedoch benachbarter Frequenzen, mit einer Einrichtung, die die Prüfwechselspannungen dem Nachrichtenübertragungskanal zuführt, mit einer Eingangsschaltung für am Kanalausgang erscheinende Spannungen, mit einer sehmalbandigen Bandpaßfiltereinrichtung und mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen oder Registrieren der vom Bandpaßfilter durchgelassenen Intermodulationsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (10, 11) zum Erzeugen von Prüfwechselspannungen eine Einrichtung (10) zum Simulieren eines ersten Rauschbandes aufweisen, in der ein Paar von Signalen in Form einer ersten und iweiten Prüfwechselspannung erzeugt wird, und 'eine Einrichtung (11) zum Simulieren eines zweiten Rauschbandes aufweisen, in der ein Paar von Signalen in Form einer dritten und vierten Prüfwechselspannung erzeugt wird, wobei die Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung der ersten und dritten Prüfwechselspannung, der ersten und vierten Prüfwechselspannung, der zweiten und dritten Prüfwechselspannung in einem relativ schmalen im Bandpaß des Nachrichtenübertragungskanals liegenden Frequenzband liegen, daß die die Prüfwechselspannungen dem Nachrichtenübertragungskanal zuführende Einrichtung (13, 14, 16) gleichzeitig die erste, zweite, dritte und vierte Prüfwechselspannung dem Nachrichtenübertragungskanal zuführt, daß die Bandpaßfilteranordnung ein Bandpaßfilter (33) aufweist, das der Eingangsschaltung (21) zugeführte Spannungen aufnimmt und dessen Bandbreite so einstellbar ist, daß das schmale Frequenzband der Intermodulationspiodukte durchgelassen wird, und daß die Anzeigeeinrichtung die Amplituden der vom Bandpaßfilter (33) durchgelassenen Intermodulationsprodukte überwacht.

2. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 1, da- 4^r> durch gekennzeichnet, daß ein zweites Bandpaßfilter (35) vorgesehen ist, das der Eingangsschaltung (21) zugeführte Spannungen aufnimmt und dessen Bandbreite so eingestellt und ausreichend groß ist, daß wenigstens zwei diskrete Intermodulationsprodukte dritter Ordnung der Prüfspannungen durchgelassen werden, wobei die Intermodulationsprodukte im Bandpaß des Nachrichtenübertragungskanals liegen, und daß die Überwachungseinrichtung eine zusätzliche Einrichtung zum Überwachen (38, 24, ..., 32) der Amplituden der vom zweiten Bandpaßfilter durchgelassenen Spannungen aufweist.

3. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Bandpaßfilter (34) vorgesehen ist, Jas der Eingangsschaltung (21) zugeführte Spannungen aufnimmt und dessen Bandbreite so eingestellt und ausreichend groß ist, daß wenigstens zwei weitere diskrete Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung der Prüfspannungen durchgelassen werden, wobei die Intermodulationsprodukte im Bandpaß des Nachrichtenübertragungskanals liegen, und daß die Überwachungseinrichtung eine Einrichtung (36) zum Summieren der Amplituden der vom ersten und dritten Bandpaßfilter (33 und 34) durchgelassenen Spannungen und zum Überwachen (24, .... 32) der summierten Amplituden aufweist

4. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachrichtenübertragungskanal eine Telefonleitung (T, R) ist und daß der bekannte Bandpaß im Tonfrequenzbereich liegt, daß der Mittelwert der Frequenzen der ersten und zweiten Prüfspannung etwa 860 Hz und der Mittelwert der Frequenzen der dritten und vierten Prüf spannungen etwa 1380 Hz beträgt

5. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der ersten Prüfspannung etwa 856 Hz, die Frequenz der zweiten Prüfspannung etwa 863 Hz, die Frequenz der dritten Prüfspannung etwa 1374 Hz und die Frequenz der vierten Prüfspannung etwa 1385 Hz beträgt, daß der Bandpaß des ersten Bandpaßfilters eine Mittenfrequenz von etwa 520 Hz aufweist, daß wenigstens zwei der das zweite Bandpaßfilter (35) passierenden Intermodulationsprodukte dritter Ordnung Frequenzen von etwa 1885 Hz und 1914 Hz aufweisen und daß wenigstens zwei der zusätzlichen Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung, die das dritte Bandpaßfilter (34) passieren, Frequenzen von etwa 2230 Hz und 2248 Hz aufweisen.

6. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung, die das erste Bandpaßfilter (33) passieren, die Differenzfrequenz aus den Frequenzen der vierten und ersten Prüfspannung und die Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen der dritten und zweiten Prüfspannung enthalten und daß die Frequenzen der zusätzlichen Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung, die das dritte Bandpaßfilter (34) passieren, die Summe der Frequenzen der ersten und dritten Prüfspannung und die Summe der Frequenzen der zweiten und vierten Prüfspannung aufweisen.

7. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Intermodulationsprodukte dritter Ordnung, die das zweite Bandpaßfilter (35) passieren, eine Frequenz aufweisen, die gleich ist der Differenz aus dem zweifachen der Frequenz der vierten Prüfspannung und der Frequenz der ersten Prüfspannung, und ferner eine Frequenz, die gleich ist der Differenz aus der zweifachen Frequenz der dritten Prüfspannung Und der Frequenz der zweiten Prüf spannung.

8. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zweiten Prüfspannung die Frequenz der ersten Prüfspannung um nicht mehr als 50 Hz übersteigt, daß die Frequenz der vierten Prüfspannung die Frequenz der dritten Prüfspannung um nicht mehr als 50 Hz übersteigt, daß die Frequenz der dritten Prüfspannung die Frequenz der zweiten Prüfspannung um eine Frequenz übersteigt, die innerhalb des bekannten Bandpasses des Übertragungskanals liegt, und daß die Summe der Frequenz der zweiten Prüfspannung und der Frequenz der vierten Prüfspannung im bekannten Bandpaß des Nachrichtenübertragungskanals liegt

9. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der zweifachen Frequenz der vierten Prüfspannung und der Frequenz der zweiten Prüfspannung eine

Frequenz ist, die innerhalb des bekannten Bandpasses des Kanals liegt.

10. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regelverstärker (23) zur automatischen Einstellung der Pegel der der Eingangsschaltung zugeführten Spannungen auf einen konstanten Bezugspegel über einen relativ weiten Pegelbereich der zugeführten Spannungen und durch eine Einrichtung (32) zur optischen Anzeige der Amplitude der vom Bandpaßfilter (33) durchgelassenen Spannungen.

11. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigeeinrichtungen (48a,} vorgesehen sind, die ansprechen, wenn der Pegel der zugeführten Spannung außerhalb des Pegelbereiches liegt

12. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32) Gleichrichter (37, 38) aufweist, die die getrennten Intermodulationsprodukte in Gleichspannungen umwandeln, deren Pegel der Amplitude der Intermodulationsprodukte proportional sind, ferner eine Einrichtung (31), die diese Gleichspannungen in weitere Gleichspannungen umwandelt, deren Pegel in logarithmischer Beziehung zu den erstgenannten Gleichspannungspegeln stehen, und eine Meßeinrichtung (32), die in db geeicht ist, zur Anzeige der weiteren Gleichspannungspegel.

13. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter (37, 38) einen Effektivwert-Gleichrichter (37) umfassen, der eine Quadrierschaltung (A 13) zum Quadrieren der Amplituden der zugeführten Spannungen aufweist, ferner einen Regelverstärker (A 12) zum automatischen Einstellen der dem Eingang des Effektivwert-Gleichrichters (37) zugeführten Spannungen auf eine Spannung mit einem im wesentlichen konstanten Pegel, wobei der Regelverstärker (A 12) eine Rückkopplungseinrichtung umfaßt, durch die der konstante Pegel zu einer umgekehrten Funktion der Spannungsamplitude am Ausgang des Effektivwert-Gleichrichlers gemacht wird, weiterhin eine Einrichtung (R 86, C 53) aufweisen zum Zuführen der konstanten Spannung zu der Quadrierschaltung (A 13) und zu Tiefpaßfiltern (A 14...) zum Eliminieren sämtlicher Spannungsanteile mit Ausnahme der Gleichspannungskomponenten in der quadrierten Ausgangsspannung der Quadrierschaltung (A 13) und zur Zuführung dieser Gleichspannungskomponenten zum Ausgang des Effektivwert-Gleichrichters (37).

14. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilter (A 14...) einen Ausgangsgleichspannungsverstärker (A 14) hoher Verstärkung aufweisen.

15. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine nichtlineare Schaltung (19) vorgesehen ist, der die vier Prüfspannungen zugeführt werden und welche spezifische Intermodulationsprodukte der Prüfspannungen mit bekannten Peejelwerten erzeugt, und ferner eine Einrichtu..^ {Λία), die die spezifischen Intermodulationsprodukte selektiv der Überwachungseinrichtung zuführt und dadurch die Betriebsund Funktionsfähigkeit des Verzerrungsanalysators feststellt.

16. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Schal

tung (19) einen Operationsverstärker (y4 50) aufweist, ferner einen Widerstand (RG), der in Reihe zwischen dem Eingang der nichtiinearen Schaltung und des Verstärkers (^4 50) geschaltet ist, einen ersten relativ niederohmigxn Zweig (RE), der zwischen dem Schaltungsausgang und dem Schaltungseingang angeordnet ist, einen zweiten Zweig, der einen Widerstand (RD) und eine Diode (DA) umfaßt, die in Reihe zwischen dem Schaltungsausgang und dem Schaltungseingang geschaltet sind, wobei die Diode (DA)so geschaltet ist, daß positiver Strom zum Schaltungsausgang fließt, und einen dritten Zweig, der einen Widerstand (RG) aufweist, welcher zwischen dem Schaltungseingang und dem Verstärkereingang angeordnet ist, ferner einen relativ hochohmigen Gegenkopplungszweig (RA), der zwischen dem Verstärkerausgang und dem Verstärkereingang angeordnet ist, und einen veränderlichen Widerstand (RS), der in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen des Verstärkers (A 50) und der Schaltung angeordnet ist

17. Verzerrungsanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (44) zur Messung des Pegels des Spannungspaares aus der ersten und zweiten Prüfspannung in den erhaltenen Signalen vorgesehen ist, ferner eine Einrichtung (46) zum Messen des Pegels des Spannungspaares aus der dritten und vierten Prüfspannung in den erhaltenen Signalen und eine Anzeigeeinrichtung (47,4Sb), die anspricht, wenn die Differenz der beiden gemessenen Pegel einen vorbestimmten Differenzwert übersteigt.