DE2603382C2

DE2603382C2 -

Info

Publication number: DE2603382C2
Application number: DE19762603382
Authority: DE
Inventors: Otfried Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2603382B1

Description

einmal darin, daß die zur Ableitung der zueinander phasenstarren Trägerfrequenzen für sämtliche Umsetzungsstufen mit Ausnahme der letzten vorgesehenen frequenzteilenden Mittel sehr einfach ausgebildet sind, da sie lediglich eine spiegelwellensichere Zwischenfrequenzstufung ergeben sollen, ohne gleichzeitig an bestimmte Werte der Zwiscfienfrequenzen angepaßt werden zu müssen, während andererseits auch die zur Ableitung der Trägerfrequenz der letzten Umsetzungsstufe dienende Teilerstufe in einfacher Weise für ι ο dasjenige aus einer Reihe von möglichen rationalen Teilungsverhältnissen auslegbar ist, dem ein brauchbarer, d. h. in erster Linie die ei forderliche Spiegelwellensicherheit bedingender Wert der Trägerfrequenz der ersten Umsetzungsstufe entspricht Die frequenzmäßige Anpassung der Umsetzungsstufen einerseits an den Frequenzwert des umzusetzenden Signals am Eingang der ersten Umsetzungsstufe und an den im allgemeinen vorgegebenen Wert der letzten Zwischenfrequenz wird automatisch erreicht, wenn man eines der Wertepaare auswählt, die aus den unterschiedlichen rationalen Teilungsverhältnissen und den zugeordneten Werten der Trägerfrequenz der ersten Umsetzungsstufe bestehen. Die übrigen Trägerfrequenzen und die verschiedenen Zwischenfrequenzen ergeben sich hieraus entsprechend den gewählten übrigen Teilungsverhältnissen.

Bei Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird neben einer automatischen Abstimmung des Überlagerungsempfängers auf die jeweilige Signalfrequenz erreicht, daß die Phase des als Mischprodukt selektierten Signals eine Bezugsphase darstellt, gegenüber der die Phase des umzusetzenden Signals und damit die des phasenstarr umgesetzten Signals ausgewertet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Dargestellt ist eine Sender-Empfängeranordnung, die der obengenannten Weiterbildung der Erfindung entspricht Der Überlagerungsempfänger £ weist dabei einen eingangsseitigen Anschluß 1 auf, an dem ein in eine Zwischenfrequenzlage umzusetzendes Signal S liegt In einem ersten Mischer M1, dem eine variable Trägerfrequenz /1 zugeführt wird, erfolgt die Umsetzung von S in eine konstante erste Zwischenfrequenz fzi, die aus den in Mi entstehenden Mischprodukten durch ein nachgeschaltetes Bandpaßfilter Fl ausgesiebt wird. In einer Reihe von weiteren Mischern M 2 bis M n, die mit festen Trägerfrequenzen /2 bis fn gespeist werden und durch ausgangsseitige Zwischenfrequenzbandfilter Fl bis Fn ergänzt sind, erfolgt eine schrittweise Umsetzung in die weiteren Zwischenfrequenzlagen fz 2 bis fz n, wobei das am Schaltungspunkt 2 auftretende, in die letzte Zwischenfrequenzlage fzn umgesetzte Signal mit S' bezeichnet ist. S' wird dann beispielsweise einem Phasenmesser PM zugeführt, der die Abweichung der Phase φ' von 5' gegenüber einer Bezugsphase φο auswertet und anzeigt oder ausgibt. Zusätzlich kann selbstverständlich auch die Amplitude des Signals S' analog oder digital ausgewertet und angezeigt oder ausgegeben werden.

In den gestrichelten Stellungen zweier Umschalter 3 und 4 werden die Trägerfrequenzen (\ und f2 von Oszillatoren Os 1 und Os 2 erzeugt. Dabei ist Os 1 in seiner Frequenz einstellbar ausgebildet und dient zur f>5 Abstimmung des Empfang ;rs E auf verschiedene Frequenzen des Eingangssignals 5, während Os 2 die feste Trägerfrequenz f'l liefert. Da die weiteren Trägerfrequenzen /"3 bis fn aus (2 mittels einer Frequenzteilerkette abgeleitet werden, die aus den einzelnen Stufen Γ3 bis Tn mit den Teilungsverhältnissen a/b, c/i/bis JfcZ/besteht, und die Trägerfrequenzen (2 bis fn somit in einer festen Phasenrelation zueinander stehen, kann die Umsetzung von fz\ in fzn als phasenstarr bezeichnet werden.

Das Signal S wird in einem Sender Se erzeugt, der Oszillatoren Ossi und 0ss2 aufweist, die den Oszillatoren Os 1 und Os 2 nach Aufbau und Wirkungsweise entsprechen. Lediglich zwischen Oss2 und Os 2 besteht der Unterschied, daß Os 2 die feste Frequenz /2 abgibt, die um das Teilungsverhältnis r/s einer Teilerstufe 5 kleiner ist als die feste Frequenz fs 2, die von Oss2 erzeugt wird. Die von Ossi abgegebene Frequenz /si wird zusammen mit fs2 einem Mischer 6 zugeführt, wobei das in diesem gebildete Mischprodukt mit der Differenzfrequenz fs 1 — fs 2 in einem Tiefpaßfilter 7 als Signal S selektiert wird vrsi nach dem Durchlaufen eines Vierpols 9 am Anschluß 1 des Empfängers E zur Verfügung steht Die variable Frequenz /si und die feste Frequenz /s2 bestimmen dabei den Variationsbereich der Frequenz von S. Legt man die Schalter 3 und 4 in die ausgezeichneten Lagen um und verbindet sie über Leitungen 10, 11 mit dem Ausgang 12 des Oszillators Oss 1 und dem Ausgang 13 der Teilerstufe 5, die ihrerseits dem Oszillator Oss 2 nachgeschaltet ist, so synchronisiert man den Empfänger £mit dem Sender Se. Dabei wird E automatisch auf die an Ossi eingestellte Frequenz des Signals 5 abgestimmt Die Trägerfrequenzen /1 und /2 entsprechen dann der Frequenz /si und der mit dem Teilungsfaktor s/r multiplizierten Frequenz fs 2. Als Bezugsphase φο kann dabei die Phase des Signals 5 dienen, welches zu diesem Zweck dem Phasenmesser PM über eine Leitung L1 zugeführt wird. Sieht man eine niederfrequente Modulation der Amplitude von S vor, die in Abhängigkeit von einer einem Modulator Mo zugeführten Spannung U_n, erfolgt und variiert die Frequenz von 5 über einen interessierenden Frequenzbereich, so läßt sich nach einer entsprechenden Demodulation in einem Demodulator De auch die Phase φ" der über den Vierpol 9 übertragenen und umgesetzten Einhüllenden von 5' gegenüber der über die Leitung L 2 zugeführten Phase q>_m von U_n, auswerten, wobei der in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals 5 ermittelte Phasenunterschied zwischen φ" und <p_m einen Rückschluß auf die Gruppenlaufzeitverzerrungen des Vierpols 9 zuläßt.

Werden jeweils die in den Mischern M2 bis Mn gebildeten Mischprodukte der Differenzfrequenz selektiert, so lassen sich für die einzelnen Zwischenfrequenzen und Trägerfrequenzen folgende Beziehungen angeben:

/r(n-l) =

fzl = /3 + /z3 = /3 + /4 + ■ ■ ■ + /„ + fz η fzi = /2 + fzl = fZ + /3 + · · · + fn + fz η .

Berücksichtigt man die Teilungsverhältnisse der Teilerstufen 73bis Γ π durch die Ausdrücke

/4 = y /3.

(2) /2 =

und setzt diese in die letzte unter (1) aufgeführte Gleichung ein, so ergibt sich durch Auflösung nach (2

	(I	+	/7	*Jz\*	*- J-"*	h
				(I
+			(I		"T* ' ' " "T"	(I
C

/2

(41

ausdrücken, mit der sich aus der letzten Gleichung von (1) folgende Beziehung zwischen fl und l/k ableiten läßt:

Jz η

b h (I

1 + -+■■· +

(I (I C

Die Teilungsverhältnisse a/b, c/tf usw. der Teilerstufen T3, Γ 4 usw. mit Ausnahme des Teilungsverhältnisses k/l. welches die letzten beiden Trägerfrequenzen fn und /■(n- 1) voneinander trennt, werden nun so gewählt, daß sich bei einfachem Aufbau der Frequenzteilerstufen Γ3, 7"4 usw. eine spiegelwellensichere Stufung der Zwischenfrequenzen fz\ bis fz(n-\) ergibt. Da an die genannten Teilungsverhältnisse keine weiteren Bedingungen, wie z. B. eine Anpassung an vorgegebene Werte der Zwischenfrequenzen, zu stellen sind, lassen sich einfache Teilungen vornehmen, wie z. B. a/b = 10/1, c/d = 8/1 od. dgl. Bei vorgegebenen Werten von fz 1 und fz η ergibt sich nach (3) eine Beziehung zwischen der ersten Trägerfrequenz f2 und dem Teilungsverhältnis k/l der letzten Teilerstufe Tn. Unter den Wertepaaren für k/l und f2, die der Beziehung (3) genügen, läßt sich sodann in einfacher Weise ein günstiges Teilungsverhältnis k/l auswählen, bei dem sowohl k als auch /ganzzahlig sind und der zugeordnete Wert von /2 eine hinreichende Spiegelwellensicherheit bietet.

Synchronisiert man den Überlagerungsempfänger E in der dargestellten Weise mit dem Sender Se, wobei die vom Oszillator Oss2 erzeugte Frequenz fs2 der ersten Zwischenfrequenz fz 1 entspricht, so ergibt sich für die Teilerstufe 5 ein Teilungsverhältnis r/s, das dem Quotienten /s2//2 entspricht. Das läßt sich auch durch die Beziehung

In dieser Beziehung, die wieder Wertepaare von j und /"2 definiert, wird nicht der Wert der ersten Zwischenfrequenz Jz i vorgegeben, sondern das Teilungsverhältnis r/s sowie die letzte Zwischenfrequenz fz η und die übrigen Teilungsverhältnisse mit Ausnahme des Teilungsverhältnisses l/k. Aus dem gewählten

Wertepaar / und (2 ergibt sich dann über den bereits vorgegebenen Wert r/s sowohl der erforderliche Wen lüf lS2 äiä äüCii ucT uäiTiit ui/CrCiriStirnmCfluC ttCTI uCi ersten Zwischenfrequenz fz 1.

Bei einem ausgeführten Schaltungsbeispiel, das eine synchronisierte Sender-Empfängeranordnung betraf wurden für eine dreistufige pharenstarre Frequenzumsetzung und einen von dem Signal S zu überstreichenden Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 100 MH2 folgende Werte vorgegeben: (zn= 100 kHz r/s = 10/9. Das Teilungsverhältnis a/b wurde zu 10:1 gewählt, vomit sich nach (5) folgende Beziehung für die Wertepaare d/cund f2 ergab:

/2 =

10 9

0.1

10 IO

in MHz. (6)

Einfachen Teilungsverhältnissen d/c entsprecher dabei die in der folgenden Tabelle zusammengestellter Werte von /"2:

d/c

1/10 2/19 3/28 4/37

/-2(MHz) 90 171 252 333

Als günstigster Wert für d/c wurde ein Teilungsverhältnis von 3/28 ausgewählt, dem eine erste Trägerfrequenz von 252 MHz zugeordnet ist. Zur Realisierung dieses Teilungsverhältnisses konnten drei in Serie geschaltete Frequenzteiler von 2/1, 7/1 und 2/1 verwendet werden, denen eine auf die dritte Oberwelle der geteilten Frequenz abgestimmte selektive Ver stärkerstufe nachgeschaltet war. Aus dem zugeordneter Wert von f2 wurden dann mittels der Gleichungen (1) (2) und (4) die Trägerfrequenzen /3 und /4 zu 25,2 bzw 2,7MHz, die Frequenz fs2 zu 280MHz und die Zwischenfrequenzen fz2 und /z3 zu 28 bzw. 2,8 MHi ermittelt. Für die Frequenz /si ergab sich eir Frequenzvariationsbereich von281 bis 381 MHz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Überlagerungsempfänger mit phasenstarrer Mehrfaehumsetzung eines Signals in eine Reihe von abgestuften Zwischenfrequenzen, bei dem zwei oder mehrere Umsetzungsstufen mit festen Trägerfrequenzen beaufschlagt sind, die über frequenzteilende Mittel aus ein und derselben Bezugsfrequenz gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzteilerkette (T3 bis Tn) vorgesehen ist, mittels der aus der festen Trägerfrequenz (i2) der ersten Umsetzungsstufe (M 2, F2) die Trägerfrequenzen (fZ bis fn) der übrigen derart nach der Formel

Jz\ - /"= (1 h ll k h d ii C a r

abgeleitet werden, wobei./:» die jeweils erhaltene Zwischenfrequenz darstellt, daß die Teilungsverhältnisse (a/b, c/d...) der Frequenzteilerkette mit Ausnahme des die beiden letzten Trägerfrequenzen [f(n— \),fn] voneinander trennenden Teilungsverhältnisses (k/l) so gewählt sind, daß ihnen einfach aufgebaute Teilerstufen /T3 bis T(n—\)] entsprechen und sich eine spiegelwellensichere Zwischenfrequenzstufung ergibt, und daß das letztere Teilungsverhältnis (k/l), das danach *.u der festen Trägerfrequenz (72) der ersten Umsetzungsstufe (M2, F2) in einer direkten, durch die zu erzielende Frequenzverschiebung des Signals (S) gegebenen Be-Ziehung steht, so gewählt ist, daß ihm eine möglichst einfach ausgebildete Frequenzteilerstufe (Tn) entspricht und der von ihm abhängige Wert der Trägerfrequenz (f2) der ersten Umsetzungsstufe (M 2, F2) eine hinreichende Spiegelwellensicherheit bietet.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten mit einer festen Trägerfrequenz (f2) beaufschlagten Umsetzungsstufe (M2, F2) eine mit einer variablen Trägerfrequenz (Z^-I) beaufschlagte Umsetzungsstufe {MX, Ft) vorgeschaltet ist.

3. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste feste Trägerfrequenz (Z"2) über eine weitere Frequenzteilerstufe (5) von einem ersten Oszillator (Oss 2) abgeleitet ist, dessen \usgangsfrequenz mit der eines zweiten, frequenzvariablen Oszillators (Oss 1) gemischt wird und daß ein als Mischprodukt selektiertes und gegebenenfalls zusätzlich mit einer Spannung (Um) niedrigerer Frequenz moduliertes Signal (S) nach dem Durchlaufen eines Vierpols (9) einer mit der Ausgangsspannung des zweiten Oszillators (Oss 1) beaufschlagten Umsetzungsstufe (A/1₁ Fl) zugeführt und in dieser in eine erste konstante Zwischenfrequenz (fz 1) umgesetzt wird, die dann der phasenstarren mehrmaligen Umsetzung unterworfen wird.

4. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (PM) vorgesehen ist, die zur Auswertung des mehrmals umgesetzten Signals (S') bezüglich der Abweichung seiner Phase (φ') oder der Phase (φ "^einer ihm aufmodulierten Spannung (Um) gegenüber einer vorgegebenen Bezugsphase (φο, q>_m) dient

5. Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das gegenseitige Teilungsverhältnis (k/l) der festen Trägerfrequenzen [f(n-\), in] der beiden letzten Umsetzungsstufen [T(ZJ-I), Tn] realisierende Frequenzteilerstufe (Tn) eine selektive Ausgangsstufe enthält, die auf eine Oberwelle der geteilten Frequenz abgestimmt ist.

Die Erfindung geht aus von einem Überlagerungsempfänger mit phasenstarrer mehrmaliger Umsetzung eines Signals in eine Reihe von abgestuften Zwischenfrequenzen, bei dem zwei oder mehrere Umsetzungsstufen mit festen Trägerfrequenzen beaufschlagt sind, die über frequenzteilende Mittel aus ein und derselben Bezugsfrequenz gewonnen werden. Eine solche phasenstarre Umsetzung eines Signals ist notwendig, wenn die Phase des umzusetzenden Signals gegenüber einer Bezugsphase ausgewertet werden soll und die hierzu dienende Auswerteeinrichtung das umgesetzte Signal konstanter Frequenz zugeführt erhält.

Bei den herkömmlichen Überlagerungsempfängern dieser Art werden die Werte der einzelnen Zwischenfrequenzen jeweils fest vorgegeben, während sich die Werte der zueinander phasenstarren Trägerfrequenzen in Abhängigkeit hiervon sowie von der Frequenz des Signals am Eingang der ersten und am Ausgang der letzten Umsetzungsstufe ergeben. Dies führt jedoch bei der Ableitung der einzelnen Trägerfrequenzen aus der Bezugsfrequenz zu mindestens einem komplizierten Teilungsverhältnis, das unter Umständen nur mit einem Hilfsoszillator realisiert werden kann, der auf die Oberwelle einer von der Bezugsfrequenz durch Frequenzteilung abgeleiteten Hilfsspannung synchroni-

5° siertist. Aus der Zeitschrift »NTZ« 1966, Heft 4, Seiten 217—223, ist ein Pegelmeßplatz bekannt, bei dem ein relativ niederfrequenter Bezugsfrequenzoszillator vorgesehen ist. Aus dessen Ausgangssignalen werden durch Frequenzvervielfacherschaltungen für drei Umsetzungsstufen die Trägerfrequenzen erzeugt. Infolge der Anwendung der Frequenzvervielfachung muß — um einen zu großen Phasenjitter bzw. eine Verbreiterung der Rauschbandbreite zu vermeiden — jeder Vervielfacherstufe eine besondere Pha^nregelschaltung zugeordnet werden, was einen großen Aufwand bedeutet.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung eines Überlagerungsempfängers der eingangs genannten Art insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung der frequenzteilenden Mittel wesentlich zu vereinfachen.
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht