DE2523456B2

DE2523456B2 - Niederfrequenzgenerator

Info

Publication number: DE2523456B2
Application number: DE2523456A
Authority: DE
Inventors: Hubert Chevilly-La-Rue Saerens (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2523456A1; FR2273286A1; FR2273286B1; DE2523456C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenzgenerator der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen, aus der US-PS 22 88 025 bekannten Gattung.

Ein solcher Niederfrequenzgenerator liefert ein sehr frequenzstabiles Signal, wie es beispielsweise für einen Doppler-Radar-Simulator benötigt wird, bei dem dann das Signal mit der als Bezugsfrequenz wählbaren Frequenz die Festechos simuliert, während das Signal mit der Frequenz entsprechend der Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatoren, nachfolgend kurz als »Differenzfrequenz« bezeichnet, ein bewegliches Echo simuliert, dessen Dopplerfrequenz die Bezugsfrequenz moduliert.

Es wurde bereits ein Niederfrequenzgenerator vorgeschlagen (DE-OS 24 55 236), bei dem die Frequenz des abgegebenen Signals ebenfalls durch Bildung der Differenz der Frequenzen von zwei Oszillatoren

ίο erhalten wird. Zur Frequenzregelung wird dort ein Phasendetektor verwendet, dem einerseits die Frequenz des einen Oszillators, andererseits die Ausgangs- oder Differenzfrequenz zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Phasendetektors steuert die Frequenz des anderen Oszillators. Dieses Prinzip ist jedoch nur zur Erzeugung von Festfrequenzen brauchbar, die darüberhinaus eine Subharmonische der Frequenz des einen Oszillators sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederfrequenzgenerator der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der eine genaue, stabile, nach Betrag und Vorzeichen in Bezug auf eine gegebene Frequenz steuerbare Frequenz zu liefern vermag.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Zwar ist aus der DE-OS 23 54 749 bereits ein Mischer bekannt, in dessen einem Eingangszweig ein π/2-Phasenschieber liegt, ebenso eine auf diesen Mischer folgende D/A-Wandlerschaltung, jedoch handelt es sich dabei um eine Erkennungsschaltung für einen Phasensynchronismus.

Bei einer Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators (DE-OS 21 64 175) ist es auch schon bekannt, in der Frequenzregelschleife eine Subtraktionsstufe zu benutzen, die einerseits das Istwert-Signal, andererseits das Sollwert-Signal für die einzustellende Frequenz erhält und die ggf. eine hohe Verstärkung aufweist.
Schließlich ist es aus der FR-PS 15 51 062 bereits bekannt, zur Nachführung der Frequenz eines frequenzsteuerbaren Oszillators auf diejenige eines hochkonstanten Oszillators durch zwei Modulatoren zwei um π/2-phasenverschobene Schwebungs- oder Differenzfrequenzen zu erzeugen, von denen die eine einen A/D-Wandler durchläuft, auf den eine monostabile Kippschaltung folgt, die eine Torschaltung steuert, an deren Analog-Eingang die zweite Schwebungsfrequenz anliegt und deren Ausgang mit einem D/A-Wandler verbunden ist, der die Regelspannung für den nachzuführenden Oszillator liefert.

Oszillatoren mit über eine Kapazität veränderbarer Frequenz sind allgemein bekannt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

In der Zeichnung ist ein Niederfrequenzgenerator nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines geregelten Niederfrequenzgenerators,

Fig.2 ein detaillierteres Schaltbild einiger Schaltungsblöcke der F i g. 1,

F i g. 3 und 4 Signaldiagramme an verschiedenen Punkten der Schaltung und

F i g. 5 Spannungs/Frequenz-Verläufe an anderen Schaltungspunkten.

F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des geregelten Niederfrequenzgenerators. Er umfaßt eine

Mischer-Schaltung 1 mit zwei Kanälen, die von den Ausgängen zweier gesteuerter Oszillatoren 9 und 10 gespeist wird, deren Frequenzen quarzgeführt sind. Diese Schaltung 1 ist mit einem A/D-Wandler 2 verbunden, der zwei Ausgangskanäle aufweist und auf dem eine Koinzidenzschaltung 4 folgt, wobei in einem der Kanäle zusätzlich noch eine Kippschaltung 3 liegt. Die Ausgänge der Koinzidenzschaltung 4 sind mit den Eingängen einer Subtraktionsschaltung 5 verbunden, die ihrerseits mit einer Vergleicherschaltung 6 verbunden ist, deren zweitem Eingang das Signal einer Einstelleinrichtung 7 zugeführt wird, das den Wert der gewählten, niedrigen oder sehr niedrigen Frequenz bestimmt. Der Ausgang der Vergleicherschaltung ist über einen Verstärker 8 hoher Verstärkung mit dem Eingang eines der beiden gesteuerten Oszillatoren, beispielsweise des Oszillators 10, verbunden und steuert eine veränderbare Kapazität oder einen Varaktor desselben.

Die Arbeitsweise eines solchen Generators wird nun anhand der einige weitere Einzelheiten darstellenden Fig.2 und anhand der Fig.3 und 4 erläutert, die Signaldiagramme an verschiedenen, durch Buchstaben bezeichneten Punkten der Schaltung wiedergeben, wobei der F i g. 3 die Annahme zugrunde liegt, daß die Frequenz Fl (vgl. F i g. 1) niedriger als die Frequenz F2 (vgl. F i g. 1) ist, während demgegenüber der F i g. 4 die Annahme zugrunde liegt, daß die Frequenz F1 höher als die Frequenz F2 ist.

Die Oszillatoren liefern jeweils Schwingungen, die sich um die gewählte Differenzfrequenz unterscheiden, d.h. im Fall der Anwendung in einem Doppler-Radar-Simulator, daß der Oszillator 9 beispielsweise eine Schwingung mit der Festfrequenz F1 entsprechend der Frequenz eines Festechos liefert, während der Oszillator 10 eine Schwingung veränderbarer Frequenz F2 liefert, die in Bezug auf die Schwingung des Oszillators 9 eine Frequenzablage gleich der Dopplerfrequenz Fd aufweist.

Die Ausgänge dieser Oszillatoren sind je mit einem der zwei Eingänge der Mischer-Schaltung 1 verbunden, die zwei Mischer 11 und 12 enthält, denen jeweils die Signale der Frequenz Fl und der Frequenz F2 = Fl + Fd zugeführt werden, worin Fd die gewählte Differenzfrequenz bezeichnet. Zusätzlich liegt in dem den Oszillator 9 mit dem Mischer 11 verbindenden Kanal ein Phasenschieber 13, der das Signal der Frequenz F1 um 90° in der Phase verschiebt.

Jeder der beiden Mischer 11 und 12 ist mit einer Gleichrichteranordnung 14, 15 verbunden. Die Schaltung 1 ist so aufgebaut, daß sie auf einem Kanal 16 das Signal Fd ± nil (Diagramm a)und auf einem Kanal 17 das Signal FD (Diagramm b) liefert. Die beiden Kanäle sind mit entsprechenden Eingängen des A/D-Wandlers 2 verbunden, der aus Schwellwertschaltungen 18, 19 besteht und Rechtecksignale liefert, deren Zustand 1 dem positiven Teil der an den Schwellwertschaltungen liegenden Signale entspricht. Die Rechtecksignale sind gegeneinander um ±π/2 je nach Vorzeichen der gewählten Differenzfrequenz phasenverschoben. Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 18 (Diagramm ς} wird dem einen Eingang der Koinzidenzschaltung 4 zugeführt, während das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 19 (Diagramm d) dem anderen Eingang der Koinzidenzschaltung 4 über eine monostabile Kippschaltung 3 zugeführt wird. Die Koinzidenzschaltung 4 umfaßt einen aus zwei in Serie geschalteten NAND-Gliedern 20 und 21 bestehenden Kanal und einen aus einem einzigen NAND-Glied 22 bestehenden Kanal. Der eine Eingang des NAND-Gliedes 22 ist direkt mit dem Ausgang der mononabilen Kippschaltung 3 verbunden, die einen Impuls (Diagramm erliefen, dessen Dauer kurzer als die halbe Periodendauer der höchstmöglichen Differenzfrequenz ist. Der zweite Eingang des NAND-Gliedes 22 ist mit den zwei

ίο parallelgeschalgteten Eingängen des NAND-Gliedes 20 verbunden, das in diesem Fall daher wie ein Inverter arbeitet.

Der zweite Eingang des NAND-Gliedes 21 ist mit dem ersten Eingang des NAND-Gliedes 22 verbunden.

Diese Anordnung von NAND-Gliedern läßt den von der monostabilen Schaltung abgegebenen Impuls entsprechend den jeweiligen relativen Phasenlage, der von den Schwellwertschaltungen 18 und 19 abgegebenen Rechtecksignale auf dem Kanal 23 oder dem Kanal 24 auftreten. Die Kanäle 23, 24 sind mit der Subtraktionsschaltung 5 verbunden, die die Differenz der ihr zugeführten Signale bildet. Sie liefert somit ein Ausgangssignal (Diagramm h), dessen Amplitude porportional zu der betreffenden Differenzfrequenz ist und dessen Vorzeichen davon abhängt, ob Fl > F2 oder Fl < F2 ist. Diese Spannung wird in einem Verstärker 29 verstärkt und anschließend einer Schaltungsanordnung, bestehend aus den Widerständen 25,26,27 und einem Operationsverstärker 28, zugeführt,

3u die außerdem von der Einstelleinrichtung 7 den von Hand eingestellten Wert der gewünschten Differenzfrequenz erhält.

Die Widerstände 25, 26 und 27 sind mit dem Operationsverstärker 28 derart zusammengeschaltet,

j5 daß die so gebildete Vergleichsschaltung 6 die Spannung am Ausgang des Verstärkers 29 mit der Spanung der Einstelleinrichtung 7 vergleicht. Wenn die Spannungen nicht gleich sind, tritt am Ausgang der Vergleichsschaltung 6 eine Fehlerspannung auf, die nach

■to Durchlaufen einer aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 31 bestehenden Integrationsschaltung in dem Verstärker 8 hoher Verstärkung verstärkt wird. Diese Fehlerspannung wird vorzeichenrichtig dem Varaktor des gesteuerten Oszillators 10 zugeführt, dessen Frequenz sie somit beeinflußt.

F i g. 5 veranschaulicht nochmals die Arbeitsweise der Anordnung. Das Diagramm k zeigt hierin die von der Differenzschaltung 5 in Abhängigkeit von der Frequenz gelieferte Spannung. Das Diagramm m stellt diese Spannung am Ausgang des Verstärkers 29 dar und das Diagramm η zeigt die Änderung der von der Einstelleinrichtung 7 in Abhängigkeit von der zu wählenden Differenzfrequenz gelieferte Spannung. Wie ersichtlich, verläuft diese Änderung gegenläufig zu derjenigen, die von dem Verstärker 29 geliefert wird. Die Anordnung arbeitet unter diesen Umständen wie ein Summierungsglied.

Somit liegt eine Frequenzregelung zwischen den gesteuerten Oszillatoren, die z. B. die den von dem Simulator abgegebenen Festechos zugeordnete Frequenz FI und die den Mobilechos zugeordnete Frequenz F2 liefern und der von Hand eingestellten Dopplerfrequenz vor. Mit diesem Niederfrequenzgenerator kann daher eine sehr genaue und stabile Dopplerfrequenz für einen Simulator erzielt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Niederfrequenzgenerator, enthaltend zwei Oszillatoren, deren einer eine als Bezugsfrequenz wählbare Frequenz und deren anderer eine durch eine Steuerspannung veränderbare Frequenz liefert, weiter enthaltend eine die Differenz der Frequenzen der zwei Oszillatoren liefernde Mischerschaltung, sowie eine Vergleichsschaltung, die die Differenz der Frequenzen mit einem über eine Einstellvorrichtung vorgegebenen Sollwert vergleicht und als Ausgangssignal die Steuerspannung für den Oszillator veränderbarer Frequenz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischerschaltung (1) als weiteres Ausgangssignal um π/2 phasenverschobenes Signal mit der der Differenz der Frequenzen der beiden Oszillatoren (9,10) entsprechenden Frequenz liefert, daß auf die Mischerschaltung (1) ein A/D-Wandler (2) mit je einem Eingang für jedes der Mischer-Ausgangssignale folgt, dessen einer Ausgang direkt einen Eingang einer Koinzidenzschaltung (4) und dessen anderer Ausgang eine monostabile Kippschaltung (3) speist, deren Ausgang mit dem anderen Eingang der Koinzidenzschaltung (4) verbunden ist, die das Ausgangssignal der Kippschaltung (3) in Abhängigkeit von dem Pegel des Signals an ihrem anderen Eingang einer darauffolgenden Subtraktionsschaltung (5) zuführt, auf die die sowohl mit deren Ausgang als auch mit der Einstellvorrichtung (7) für den Sollwert der Differenz der Frequenzen verbundene Vergleichsschaltung (6) folgt, der ein Verstärker (8) sehr hoher Verstärkung nachgeschaltet ist, dessen Ausgang die Steuerspannung für den in seiner Frequenz mittels einer Kapazität veränderbaren Oszillator (10) liefert.

2. Niederfrequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Eingänge der Mischerschaltung (1) einen jr/2-Phasenschieber (13) enthält.

3. Niederfrequenzgeneratcr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) in jedem seiner Kanäle eine Schwellwertschaltung enthält, die die ihr vorn Ausgang der Mischerschaltung (1) zugeführte Spannung in ein Rechtecksignal umwandelt, und daß die Subtraktionsschaltung (5) ein Signal an ihrem Ausgang liefert, dessen Amplitude proportional der Differenz der Frequenzen der Oszillatoren (9,10) ist und dessen Vorzeichen dem auf den die Bezugsfrequenz liefernden Oszillator bezogenen Vorzeichen der Differenz der Frequenzen entspricht.

4. Niederfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (6) aus Widerständen (25, 26, 27) und einem Operationsverstärker (28) in Summierschaltung besteht.