DE2532004C3

DE2532004C3 - Circuit for synchronizing the oscillation of a pulse-sampled oscillator with a reference oscillation

Info

Publication number: DE2532004C3
Application number: DE19752532004
Authority: DE
Inventors: Dieter DipL-Ing.; Schucht Peter; 8000 München Leypold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1977-12-22

Description

eigenes Bauelement ausgeführten Phasenschieber verzichtet werden, nämlich dann, wenn der Phasendiskriminator unsymmetrisch abgestimmt ist, d. h. wenn er mit der Oszillatorschwingung allein ohne V;rgleichsschwingung bereits eine kleine Impuls-Gleichspannung abgibt.own component executed phase shifter are dispensed with, namely when the phase discriminator is matched asymmetrically, d. H. if it is with the oscillator oscillation alone without equal oscillation already emits a small impulse DC voltage.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 enthalten.Further refinements of the invention are contained in claims 3 to 9.

Aus »IEEE Transactions on Communications ι, April 1973, Heft 4, Seite 293 bis 299 ist ein allerdings nicht mit einem Pith getasteter Oszillator bekannt, der mit einer Referenzschwingung synchronisiert wird. Diese Referenzschwingung wird in den kontinuierlich arbeitenden Oszillator eingekoppelt. Außerdem ist eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator vorgesehen, welchem die Oszillatorausgangsschwingung und die Referenzschwingung zugeleitet werden. Der Phasendiskriminator vergleicht die Phasenlagen der beiden Schwingungen und gibt eine resultierende Regelspannung zur Einstellung einer steuerbaren Reaktanz für die Frequenzänderung des Oszillators ab. -_M From IEEE Transactions on Communications, April 1973, Issue 4, pages 293 to 299, an oscillator which is not keyed with a pith and which is synchronized with a reference oscillation is known. This reference oscillation is coupled into the continuously operating oscillator. In addition, a phase-locked loop with a phase discriminator is provided, to which the oscillator output oscillation and the reference oscillation are fed. The phase discriminator compares the phase positions of the two oscillations and emits a resulting control voltage for setting a controllable reactance for the frequency change of the oscillator. - _M

Aus der DT-OS 23 61 928 ist es an sich bekannt, bei einer Schaltung zur Synchronisation eines Oszillators zwischen diesem Oszillator und einem Phasendetektor einen bis zu 180° einstellbaren Phasenschieber vorzusehen. From DT-OS 23 61 928 it is known per se, in a circuit for synchronizing an oscillator to provide a phase shifter adjustable up to 180 ° between this oscillator and a phase detector.

Aus der DT-OS 20 58 874 ist es ferner bekannt, den Ausgang eines Phasendiskriminators in einer Regelschleife zur Oszillatorsynchronisation über einen Impedanzwandler an eine einstellbare Reaktanz zu schalten.From DT-OS 20 58 874 it is also known to use the output of a phase discriminator in a control loop to switch to an adjustable reactance via an impedance converter for oscillator synchronization.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigtFurther details of the invention are explained in more detail below with reference to three figures. It indicates

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer im Sender eines Sekundärradar-Kleimabfragegeräts verwendeten Oszillatorschaltung, deren Frequenz zu synchronisieren ist,1 shows the basic circuit diagram of an oscillator circuit used in the transmitter of a secondary radar adhesive interrogation device, whose frequency is to be synchronized,

Fig. 2 ein Beispiel für eine gesamte Synchronisierschaltung nach der Erfindung und2 shows an example of an entire synchronization circuit according to the invention and

F i g. 3 ein Schwingungsdiagramm des Anschwingvorgangs. F i g. 3 shows an oscillation diagram of the oscillation process.

Die bei einem Sekundärradar-Kleinabfragegerät verwendete Schwingschaltung nach F i g. 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 wird 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 auf 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 als 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-Emitterdiode des Transistors 1 parallel und bewirkt eine Temperaturstabilisierung des Arbeitspunktes des Oszillators.The oscillating circuit used in a secondary radar interrogator according to FIG. 1 has a Transistor 1, at the base and collector of which two inductors 2 and 3 are connected, which in the are essentially represented by transistor-internal wiring inductances. With a capacitor 4 and the inductance 2 are tuned to resonance at the oscillator frequency to be transmitted. Through this becomes the very low-resistance input for the feedback coupled in via a capacitor 5 higher resistance. Means; of a capacitor 6, the inductance 3 and a further inductance 7 are also matched to the oscillator frequency to be transmitted, while the power is on with a capacitor 8 a consumer 9 is adapted. The rectangular pulse pulses 10 are both the collector of the Transistor 1 via a choke 11 and its base fed via a throttle 12 in order to achieve a steep oscillation. The optimal basic tension is regulated with an adjustable resistor 13. A diode 14 is connected to the operating voltage Base-emitter diode of transistor 1 in parallel and stabilizes the temperature of the operating point of the oscillator.

Die gesamte Frequenzregelschaltung zur Synchronisierung unter Verwendung von Sireifenieitungen zeigt Fig. 2. Hierin sind diejenigen Elemente, welche mit denjenigen der Schwingschaltung nach F i g. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Frequenzregelschaltung besteht aus der Ankopplung zweier Kapazitälsdioden 15 und 16 an den Basisschwingkreis des Transistors 1 über ein transformierendes Leitungsstück 17 und aus einem Phasendisknminator mit zwei Dioden 18 und 19, die mit einer an einem Eingang 20 zugeführten Vergleichsschwingung im Gleichtakt und der Oszillatorschwingung über einThe entire frequency control circuit for synchronization using sire lines shows FIG. 2. Herein are those elements which correspond to those of the oscillating circuit according to FIG. 1 match, provided with the same reference numerals. The frequency control circuit consists of the coupling two Kapazitälsdioden 15 and 16 to the base resonant circuit of the transistor 1 via a transforming Line piece 17 and from a phase discriminator with two diodes 18 and 19, which with one on one Input 20 supplied comparison oscillation in common mode and the oscillator oscillation via a

2 χ -^--Leiturigsstück 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 hochohmige 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, welche am Anschluß 25 zur Weitergabe an den Verbraucher 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.2 χ - ^ - Leiturigsstück 21 driven in push-pull will. A low-pass filter is provided in the control loop, which is made up of the internal resistance of an amplifier transistor 22 and a capacity of 23. The impedance converter transistor 22 is used to convert the high-resistance control voltage sufficiently low-resistance to the two varactor diodes 15 and 16 as well as the Imprint capacitor 23. On the one hand, the phase discriminator receives the one coming from input 20 Reference vibration supplied. On the other hand, an adjustable phase shifter 29 and a capacitor 24 branched off small part of the output power of the oscillator fed to the Terminal 25 for transmission to consumer 9 is present. To clean the oscillator with the square pulses To be able to key 10, two transistors 26 and 27 are provided, which supply the key current. In the exemplary embodiment, the phase shifter 29 consists of a series inductance bridged with a resistor with a center tap from which a trimmer capacitor is connected to ground.

Fig. 3 zeigt in einem Schwingungsdiagramm in Abhängigkeit von der Zeit t, wie durch Einkopplung der am Eingang 20 der Schaltung nach Fig. 2 zugeführten Referenzschwingung U_n, in den getasteten Oszillator zumindest beim Anschwingen des Oszillators diese Mitziehschwingung groß genug ist, so daß der Oszillator mit der richtigen Frequenz anschwingt. Dieser Mitziehbereich ist mit Ux und die Oszillatorschwingung mit Lb 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_n, frequenzmäßig exakt folgt.Fig. 3 shows in an oscillation diagram as a function of time t, as by coupling the reference oscillation U _n fed to the input 20 of the circuit according to FIG Oscillator starts to oscillate at the correct frequency. This drag range is designated with Ux and the oscillator oscillation with Lb. During the oscillation process, a small control voltage is created which increases with the rising pulse edge 28 and which constantly maintains synchronicity so that the oscillator oscillation Uo follows the reference oscillation U _n exactly in terms of frequency over the entire pulse.

Ein weiterer A.nwendungsfall 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« jedes Oszillators individuell mittels eines Steuersignals über eine Videoleitung verändert wird. Zwar ist damit nur eine Phasendrehung gegenüber der Vergleichsschwingung 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 sein. Der Nachteil dieses Oszillators besteht darin, 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-Another application for the invention Synchronizing circuit is to use it as an active element for phased antennas. each radiator is fed by its own oscillator. The oscillators can now - how up to now - the comparison oscillation set in the phase is fed. Here it is only useful that a small power has to be shifted in phase and the attenuation is not a disadvantage. A second method is that the "working point" of each oscillator individually by means of a Control signal is changed via a video line. It is true that there is only a phase shift compared to the Comparison oscillation of less than ± 90 ° possible, on the other hand this phase shift is directly off possible out of the computer and therefore particularly easy. In practice, a combination of both is likely Opportunities to be optimal. The disadvantage of this oscillator is that due to the inevitable Detuning the natural frequency of the oscillators a phase error proportional to the detuning and is inversely proportional to the capture range. So you have to keep the frequency constancy as high as possible and the Make the capture area as large as possible. The latter is within wide limits due to the video amplifier as a rule

weg möglich. Der Vorteil dieser jeweils von einem eigenen Oszillator gespeisten Antennen is· der, daß rr.it 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.away possible. The advantage of these antennas, each fed by their own oscillator, is that rr.it many small and cheap single transmitters a high radiated power is possible - in contrast to usual technology in which the transmission power is generated in an amplifier and then on the individual antennas is divided via distributors and phase shifter with unavoidable losses.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Ί> Patent claims:

1. A circuit for synchronizing the oscillation Uo of a pulse-sampled oscillator with a reference oscillation U _n , of relatively small amplitude, characterized in that the reference oscillation (U, ") is coupled into the oscillator, that a phase of the quartz oscillation and its Gain on the transmission power is too great, especially for small devices. A free-running oscillator, on the other hand, which can output the transmission power, has a very simple structure, but is not sufficiently constant in frequency. Is z. B., as with secondary radar systems, a quartz-stable oscillation of the transmission frequency with low power as a reception superimposed already exists, so there is the possibility of using a pulse with little effort

control loop with a phase discriminator; itor pre-sampled oscillator to synchronize this oscillation

reil der nise, but with the oscillator frequency already

can be seen, on the one hand, a branched off part
Oscillator output oscillation and, on the other hand, the reference oscillation is fed at the same time and to which the phase positions of these two oscillations must be caught when the oscillator starts to oscillate.

The frequency and phase-locked synchronization

gen (Um, U ₀ ) and a resulting i _{5 of} an oscillator oscillation with a comparison oscillation

Control voltage to control a one; ellable Renktanz for the frequency change of the oscillator sampled by a pulse already emits during the rising edge of the pulse that between movement by means of a .; Phase discriminator in a phase level loop and a reactance controlled by the resulting control voltage, e.g. B. varactor is known. However, artifacts are

the oscillator and the phase discriminator one to ₂ o gene required, which the oscillator frequency to

180 ° adjustable phase shifter is switched on and that the high-resistance output of the The phase discriminator is connected to the adjustable Reaktain: via an impedance converter is.

2. A circuit according to claim 1, characterized gekennzeichne ¹ that the phase shift is caused by the fact that the Phasendis;. Kriminator (18,19,21) is adjusted asymmetrically.

3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized 30 also for extremely short pulses (down to below one
characterized that the reference oscillation (U _m )

is quartz stabilized.

4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that as setting catching wobble, whereby this is held when sweeping the target frequency (DT-OS 20 17 297). The However, wobbling takes a relatively long time and is therefore necessary for an oscillator that is sensed by a pulse unusable. If both frequencies εείΐΓ are similar, then the catching takes place by itself. However, this can not be assumed.

The invention is based on the object for a high-frequency oscillator that is sensed by a pulse,

1, one

to create a frequency-locked synchronization circuit over the entire length of the respective pulses, it is to be assumed that only a reference oscillation of only small amplitude for

Bare reactance to the frequency change: that of 35 drag is available. As is well known, can a pulse-gated oscillator a capacitance, namely an oscillator by feeding a Schwin capacitance diode (15, 16)

The desired frequency can easily be taken along if only the amplitude of this Drag in relation to the amplitude of the

diode or more

is / are provided.

5. Circuit according to one of the preceding

Claims, characterized in that the oscillator oscillation as Jmpe 40 is sufficiently large.

danzwandler an emitter follower (22) is provided. According to the invention the object is at a

A circuit of the type mentioned at the outset is achieved in that the reference oscillation is coupled into the oscillator is that a phase control loop is provided with a phase discriminator, on the one hand branched off part of the oscillator output oscillation

6. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that as an impedance converter a multi-stage broadband amplifier is provided.

7. Circuit according to one of the preceding claims, characterized by the use for secondary radar interrogation and response devices.

8. Circuit according to one of the preceding

and on the other hand, the reference oscillation is supplied at the same time and the phase positions of these two Compares vibrations and a resulting control

Claims, characterized in that the switching voltage is used to control an adjustable reactance

device is used as a driver for a downstream power stage.

9. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized by the use as an active one Element in phased antennas.

for the frequency change of the oscillator sampled by a pulse during the rising edge of the pulse emits that between the oscillator and the phase discriminator an adjustable up to 180 ° Phase shifter is switched on and that the high-resistance output of the phase discriminator

tors via an impedance converter to the

adjustable reactance is switched.

The invention thus exploits the fact that

The invention relates to a circuit for 60 that the injection of an oscillation of small amplitude Synchronization of the oscillation of a pulse in an oscillator this when keyed with the let the sampled oscillator start to oscillate with a reference oscillation frequency of the injected oscillation, of relatively small amplitude. The dimensioning of the phase shifter

In radar and in particular secondary radar systems, the control circuit is designed in such a way that the control voltage that arises when oscillators 65 start to oscillate are used quickly. keeps in synchronicity,
tion can be met. The effort for the multiplication under certain circumstances can be attributed to an as