DE2532004B2 - Schaltung zur synchronisierung der schwingung eines von einem puls getasteten oszillators mit einer referenzschwingung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Synchronisierung der Schwingung eines von einem Puls getasteten Oszillators mit einer Referenzschwingung von verhältnismäßig kleiner Amplitude.

Bei Radar- und insbesondere Sekundärradaranlagen, bei denen von einem Puls getastete Oszillatoren verwendet werden, bestehen für die Frequenzkonstanz Forderungen, welche zum Teil nur durch Quar^steuerune erfüllbar sind. Der Aufwand für die Vervielfachung der Quarzschwingung und ihre Verstärkung auf die Sendeleistung ist insbesondere für Kleingeräte zu groß. Ein freischwingender Oszillator dagegen, der die Sendeleistung abgeben kann, ist zwar sehr einfach aufgebaut aber nicht genügend frequenzkonstant Ist z. B, wie bei Sekundärradaranlagen, eine quarzstabile Schwingung der Sendefrequenz mit kleiner Leistung als Empfangsüberlagerer bereits vorhanden, so besteht die Möglichkeit, mit geringem Aufwand den mit einem Puls getasteten Oszillator auf diese Schwingung zu synchronisieren, wobei jedoch die Oszillatorfrequenz bereits beim Anschwingen des Oszillators gefangen werden muß.

Die frequena:- und phasenstarre Synchronisation einer Oszillatorschwingung mit einer Vergleichsschwingung mittels eines Phasendiskriminators in einer Phasenpegelschleife und einer durch die resultierende Regelspannung gesteuerten Reaktanz, z. B. Kapazitätsdiode, ist bekannt. Hierbei sind jedoch Kunstschaltungen erforderlich, welche die Oszillatorfrequenz zum Fangen wobbeln, wobei diese beim Überstreichen der Sollfrequenz festgehalten wird (DT-OS 20 17 297). Das Wobbeln dauert aber verhältnismäßig lang und ist bei einem von einem Puls getasteten Oszillator daher unbrauchbar. Sind beide Frequenzen sthr ähnlich, dann findec das Fangen von selbst statt. Dies kann jedoch nicht vorausgesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen von einem Puls getasteten Hochfrequenz-Oszillator, auch für extrem kurze Impulse (bis unter eine μ5βΰ), eine über die gesamte Länge der jeweiligen Impulse frequenzstarre Synchronisationsschaltung zu schaffen, wobei davon auszugehen ist, daß ausschließlich eine Referenzschwingung von nur kleiner Amplitude zum Mitziehen zur Verfügung steht. Bekanntlich kann nämlich ein Oszillator durch Einspeisen einer Schwingung der gewünschten Frequenz ohne weiteres mitgezogen werden, wenn nur die Amplitude dieser Mitziehschwingung im Verhältnis zur Amplitude der Oszillatorschwingung genügend groß ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Schaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Referenzschwingung in den Oszillator eingekoppelt wird, daß eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator vorgesehen ist, dem zum einen ein abgezweigter Teil der Osziliatorausgangsschwingung und zum anderen gleichzeitig die Referenzschwingung zugeführt wird und der die Phasenlagen dieser beiden Schwingungen vergleicht und eine resultierende Regelspannung zur Steuerung einer einstellbaren Reaktanz für die Frequenzänderung des von einem Puls getasteten Oszillators schon während der Anstiegsflanke des Impulses abgibt, daß zwischen dem Oszillator und dem Phasendiskriminator ein bis zu 180° einstellbarer Phasenschieber eingeschaltet ist und daß der hochohmig ausgelegte Ausgang des Phasendiskriminators über einen Impedanzwandler niederohmig an die einstellbare Reaktanz geschaltet ist.

Bei der Erfindung wird somit die Tatsache ausgenutzt, daß die Injektion einer Schwingung kleiner Amplitude in einen Oszillator diesen beim Auftasten mit der Frequenz der injizierten Schwingung anschwingen läßt. Die Dimensionierung der den Phasenschieber enthaltenden Regelschaltung wird so ausgelegt, daß die beim Anschwingen entstehende Regelspannung schnell genug die Schwingung des ansteigenden Impulses weiterhin in Synchronismus hält.

Unter gewissen Umständen kann auf einen als

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eigenes Bauelement ausgeführten Phasenschieber verzichtet werden, nämlich dann, wenn der Phasendiskriminator unsymmetrisch abgestimmt ist, d. h. wenn er mit der Oszillatorschwingung allein ohne Vergleichsschwingung bereits eine kleine Impuls-Gleichspannung abgibt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 enthalten.

Aus »IEEE Transactions on Communications«, April 1973, Heft 4, Seite 293 bis 299 ist ein allerdings nicht mit einem Puls getasteter Oszillator bekannt, der mit einer Referenzschwingung synchronisiert wird. Diese Referenzschwingung wird in den kontinuierlich arbeitenden Oszülator eingekoppelt. Außerdem ist eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator vorgesehen, welchem die Oszillatorausgangsschwingung und die Referenzschwingung zugeleitet werden. Der Phasendiskriminator vergleicht die Phasenlage der beiden Schwingungen und gibt eine resultierende Regelspannung zur Einstellung einer steuerbaren Reaktanz für die Frequenzänderung des Oszillators ab.

Aus der DT-OS 23 61 928 iss es an sich bekannt, bei einer Schaltung zur Synchronisation eines Oszillators zwischen diesem Oszillator und einem Phasendetektor einen bis zu 180° einstellbaren Phasenschieber vorzusehen.

Aus der DT-OS 20 58 874 ist es ferner bekannt, den Ausgang eines Phasendiskriminators in einer Regelschleife zur Oszillatorsynchronisation über einer; Impedanzwandler an eine einstellbare Reaktanz zu schalten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer im Sender eines Sekundärradar-Kleinabfragegeräts verwendeten Oszillatorschaltung, deren Frequenz zu synchronisieren ist,

Fig. 2 ein Beispiel für eine gesamte Synchronisierschaltung nach der Erfindung und

F i g. 3 ein Schwingungsdiagrarnm des Anschwingvorgangs.

Die bei einem Sekundärradar-Kleinabfragegerät verwendete Schwingschaltung nach Fig. 1 weist einen Transistor 1 auf, an dessen Basis und Kollektor zwei Induktivitäten 2 und 3 angeschaltet sind, die im wesentlichen durch transistorinterne Verdrahtungsinduktivitäten dargestellt werden. Mit einem Kondensator 4 und der Induktivität 2 w;rd auf Resonanz bei der auszusendenden Oszillatorfrequenz abgestimmt. Dadurch wird der sehr niederohmige Eingang für die über einen Kondensator 5 eingekoppelte Rückkopplung hochohmiger. Mittels eines Kondensators 6 werden die Induktivität 3 und eine weitere Induktivität 7 ebenfalls a'jf die auszusendende Oszillatorfrequenz abgestimmt, während mit einem Kondensator 8 die Leistung an einen Verbraucher 9 angepaßt wird. Die rechteckförmigen Tastimpulse 10 werden sowohl dem Kollektor des Transistors 1 über eine Drossel 11 ali, auch dessen Basis über eine Drossel 12 zugeführt, um ein steiles Anschwingen zu erzielen Die optimale Basisspannung wird mit einem einstellbaren Widerstand 13 eingeregelt. Eine Diode 14 liegt bezüglich der Betriebsspannung der Basis-Em'tterdiode des Transistors t parallel und bewirkt eine Temperaturstabilisierung des Arbeitspunktes des Oszillators.

Die gesamte Frequenzregeischaltung zur Synchronisierung unter Verwendung vcn StreifenleHunpet zeigt ί"; e. 2. Hierin sind diejenigen Elemente, welche mit denjenigen do Schwmgschaltung nach Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Π^;· Frequenzregelschaltung besteht aus der Ankopplung zweier Kapazitätsdioden 15 und 16 an den Basisschwingkreis des Transistors ! über ein transformierendes Leitungsstück 17 und aus einem Phasendiskriminator mit zwei Dioden 18 und 19, die mit einer an einem Eingang 20 zugeführten Vergleichsschwingung im Gleichtakt und der Oszillatorscuwingung über ein

2 χ —-Leitungsstück 21 im Gegentakt angesteuert

werden. In der Regelschleife ist ein Tiefpaß vorgesehen, welcher aus dem Innenwiderstand eines Verstärkertransistors 22 und einer Kapazität 23 besteht Der impedanzwandler-Transistor 22 wird verwendet, um die hochchmige Regelspannung genügend niederohmig den beiden Varaktordioden 15 und 16 sowie dem Kondensator 23 einzuprägen. Dem Phasendiskriminator wird einerseits die vom Eingang 20 kommende Referenzschwingung zugeführt. Andererseits wird ihm ein über einen einstellbaren Phasenschieber 29 sowie einen Kondensator 24 abgezweigter kleiner Teil der Ausgangsleistung des Oszillators zugeleitet, weicht am Anschluß 25 zur Weitergabe an den Verbraucner 9 vorliegt. Um den Oszillator sauber mit den Rechteckimpulsen 10 tasten zu können, sind noch zwei Transistoren 26 und 27 vorgesehen, welche den Taststrom liefern. Der Phasenschieber 29 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer mit einem Widerstand überbrückten Längsinduktivität mit einem Mittelabgriff, von dem aus ein Trimmerkondensator an Masse geschaltet ist.

Fig.3 zeigt in einem Schwingungsdiagramm in Abhängigkeit von der Zeit r, wie durch Einkopplung der pm Eingang 20 der Schaltung nach Fig. 2 zugeführten Referenzschwingung U_m in den getasteten Oszillator zumindest beim Anschwingen des Oszillators diese Mitziehschwingung groß genug ist, so d?.3 der Oszillator mit der richtigen Frequenz anschwingt. Dieser Mitziehbereich ist mit U\ und die Oszillatorschwingung mit Uo bezeichnet. Beim Anschwingvorgang entsteht sogleich eine kleine Regelspannung, die mit steigender Impulsflanke 28 größer wird und die ständig die Synchronität erhält, so daß über den gesamten Impuls die Oszillatorschwingung Uo der Referenzschwingung U_m frequenzmäßig exakt folgt.

Ein weiterer Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Synchronisierschaltung ist der, sie als aktives Element für phasengesteuerte Antennen zu benutzen. Jeder Strahler wird dabei durch seinen eigenen Oszillator gespeist. Den Oszillatoren kann nun — wie bisher -- die in der Phase eingestellte Vergleichsschwingung zugeführt werden. Hier ist es von Nutzen, daß nur eine kleine Leistung in der Phase verschoben werden muß und die Dämpfung dabei nicht von Nachteil ist. Eine zweite Methode besteht darin, daß der »Arbeitspunkt« iedes Oszillators individuell mittels eines Steuersignals über eine Videoleitung verändert wird. Zwar ist damit nur eine Phasendrehung gegenüber der Verglt'ichsschwingung von weniger als ±90° möglich, andererseits ist diese Phasenverschiebung direkt aus dem Rechner heraus möglich und somit besonders einfach. In der Praxis dürfte eine Kombination beider Möglichkeiten optimal se.η Der Nachteil dieses Oszillators besteht dann, daß durch die unvermeidliche Verstimmung der Eigenfrequenz der Oszillatoren ein Phasenfehler proportional der Verstimmung und umgekehrt proportional zum Fangbereich ensteht. Man muß also die Frequenzkonstanz möglichst hoch und den Fangbereich möglichst groß machen. Letzteres ist in weiten Grenzen durch den Videoverstärker im Regel-

weg möglich. Der Vorteil dieser jeweils von einem eigenen Oszillator gespeisten Antennen ist der, daß mit vielen kleinen und billigen Einzelsendern eine hohe abgestrahlte Leistung möglich ist — im Gegensatz zur üblichen Technik, bei der die Sendeleistung in einem Verstärker erzeugt und dann auf die Einzelantennen über Verteiler und Phasenschieber mit unvermeidlichen Verlusten aufgeteilt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

'■f Patentansprüche:

1. Schaltung zur Synchronisierung der Schwingung U₀ eines von einem Puls getasteten Oszillators mit einer Referenzschwingung U_n, von verhältnismäßig kleiner Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzschwingung (U_m) in den Oszillator eingekoppelt wird, daß eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator vorgesehen ist, dem zum einen ein abgezweigter Teil der Oszillatorausgangsschwingung und zum anderen gleichzeitig die Referenzschwingung zugeführt wird und der die Phasenlagen dieser beiden Schwingungen (U_m U₀) vergleicht und eine resultierende Regelspannung zur Steuerung einer einstellbaren Reaktanz für die Frequenzänderung des von einem Puls getasteten Oszillators schon während der Anstiegsflanke des Impulses abgibt, daß zwischen dem Oszillator und dem Phasendiskriminator ein bis zu 180° einstellbarer Phasenschieber eingeschaltet ist und daß der hochohmig ausgelegte Ausgang des Phasendiskriminators über einen Impedanzwandler niederohmig an die einstellbare Reaktanz geschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung dadurch hervorgerufen wird, daß der Hhasendiskriminator (18,19,21) unsymmetrisch abgeglichen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Re?eren;tschwingung (U_m) quarzstabilisiert ist

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als einstellbare Reaktanz zur Frequenzänderung des von einem Puls getasteten O?:zillbtors eine Kapazitätsdiode oder mehrere Kapazitätsdioden (15, 16) vorgesehen ist/sind.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzwandler ein Emitterfolger (22) vorgesehen ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzwandler ein mehrstufiger Breitbaindverstärker vorgesehen ist.

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Sekundärradarabfrage- und -antwortgeräten.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung als Treiber einer nachgeschalteten Leistungsstufe verwendet wird.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung als aktives Element bei phasengesteuerten Antennen.