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BESCHREIBUNG
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Regelschaltung für einen Spektrumanalysator Die Erfindung betrifft
eine Schaltung zum automatischen Regeln einer vorbestimmten Frequenzkomponente,
insbesondere der Mittenfrequenz, eines mittels einer Wobbelspannung gewobbelten
Wobbeloszillators eines Spektrumanalysators auf einen vorgegebenen Punkt, insbesondere
den Mittelpunkt, der Frequenzkoordinate der Anzeigeeinrichtung.
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Bei einem Spektrumanalysator dieser Art ist für die Auswertung der
dargestellten Frequenzspektren eine genaue Zuordnung der Frequenz des Wobbeloszillators
zum Frequenzmaßstab der Frequenzkoordinate der Anzeigeeinrichtung, beispielsweise
dem x-Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre, nötig. die jeweilige Lage der darzustellenden
Frequenzkomponenten längs der Frequenzkoordinate ist hierbei im wesentlichen bestimmt
durch die Zuordnung der Frequenz des Wobbeloszillators zur steuernden Wobbelspannung
sowie der mit dieser verknüpften Ablenkspannung der Frequenzkoordinate des Anzeigesystems.
Diese Zuordnung kann durch die verschiedenartigsten Einflüsse gestört werden. Es
ist daher bei solchen Spektrumanalysatoren bekannt, beispielsweise eine aufwendige
Temperaturkompensation im Wobbeloszillator und im Wobbelspannungsgenerator vorzusehen,
die jedoch wegen unvermeidlicher Toleranzen nur bedingt
brauchbar
ist. Es ist auch bekannt, zusätzlich zu dem auszuwertenden Frequenzspektrum genaue
Frequenzmarken längs der Frequenzkoordinate einzublenden, beispielsweise durch zusätzliche
Einspeisung einer bekannten hochkonstanten Hilfsfrequenz unmittelbar in den Messkanal
oder über einen zusätzlichen zweiten Empfangskanal. Mit diesen bekannten Massnahmen
kann durch den Benutzer eine eventuelle Verschiebung des Frequenzmaßstabes der Spektraldarstellung
gegenüber dem der Anzeigeeinrichtung zugeordneten festen Frequenzmaßstab erkannt
und durch entsprechendes Nachstellen der Wobbeloszillatorfrequenz von Hand korrigiert
werden. Abgesehen davon, dass dies nicht automatisch durchführbar ist, stören diese
zusätzlich eingeblendeten Frequenzmarken die eigentliche Spektraldarstellung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfache Regelschaltung für
einen Spektrumanalysator zu schaffen, mit welcher der Frequenzmaßstab der Spektraldarstellung
automatisch in Ubereinstimmung mit dem vorgegebenen festen Frequenzmaßstab der Anzeigeeinrichtung
gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff
des Haupanspruches durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit einer erfindungsgemässen Schaltung wird automatisch der Wobbeloszillator
so. in seiner Frequenz geregelt, dass eine vorbestimmte Frequenzkomponente der Spektraldarstellung,
beispielsweise die Mittenfrequenz des insgesamt darzustellenden Frequenzbandes,
immer auf einen vorgegebenen Punkt, insbesondere die Mitte, des Frequenzmaßstabes
der Anzeigeeinrichtung geregelt wird. Damit ist sichergestellt, dass über den der
Anzeigeeinrichtung zugeordneten festen Frequenzmaßstab das dargestellte Frequenzspektrum
stets genau ausgewertet werden kann und keine Frequenzverschiebungen durch die
oben
erwähnten Störeinflüsse auftreten können. Für die Frequenznachregelung des Wobbeloszillators
gibt es die verschiedenartigsten bekannten Lösungen, einige speziell für den erfindungsgemässen
Zweck geeignete Massnahmen sind in den Unteransprüchen aufgerührt, ebenso vorteilhafte
zusätzliche Kompensationsmassnahmen sowie eine weitere Möglichkeit, eine erfindungsgemässe
Schaltung auch zum Darstellen einer ausgewählten Frequenzkomponente des Spektrums
immer an der gleichen vorbestimmten Stelle beispielsweise in der Mitte der Frequenzkoordinate
des Anzeigesystems anzuwenden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Spektrumanalysators mit erfindungsgemässer
Regelschaltung. Hierbei wird bei der Spektraldarstellung über den Eingang E das
darzustellende Frequenzband eingespeist, bei einem üblichen sog. Zwischenfrequenzanalysator
aus einem vorgeschalteten abstimmbaren Empfängert Uber den die ge-.
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~einn#i#rre,#hd#n strichelt eingezeichnete Schaltstellung einnehmehden
Schalter 1 wird die Eingangs frequenz f in einer Mischstüfe 2 in bekannter Weise
mit der Wobbelfrequenz bzw eines Wobbeloszillators 3 überlagert und in der Zwischenfrequenzlage
dann in einem nachfolgenden Analysierfilter 4 und einem Demodulator 5 ausgewertet
und schliesslich als Amplitudenwert dem Vertikalablenksystem y einer Anzeigeeinrichtung
6, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, zugeführt.
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Der Wobbeloszillator 3 wird in bekannter Weise über einen Wobbelspannungsgenerator
7 in seiner Frequenz durchgestimmt (gewobbelt).
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Die Wobbelspannung ist im allgemeinen eine symmetrische oder unsymmetrische
Sägezahnspannung, kann jedoch auch eine beliebige andere periodische Wechselspannung,
beispielsweise eine Sinusspannung, sein. Die Wobbelspannung wird gleichzeitig dem
horizontalen Ablenksystem x der Anzeigeeinrichtung zugeführt. Über den Wobbelspannungsgenerator
7 wird ausserdem in bekannter Weise während der
Rücklaufphase r
der Wobbelspannung ein Steuerimpuls R erzeugt, durch welchen während des gesamten
Rücklaufes die Anzeige unterbrochen, bei einer Kathodenstrahlröhre beispielsweise
der Strahl dunkelgetastet wird. Insoweit entspricht der Analysator einem bekannten
Gerät.
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Gemäss der Erfindung ist zusätzlich noch ein hochstabiler Hilfsoszillator
8, beispielsweise ein Quarzoszillator, vorgesehen, der eine feste Hilfsfrequenz
fh liefert und diese in der voll ausgezogenen Schaltstellung des Schalters 1 in
den Empfangs zweig des Analysators einspeist. Die Frequenz fh entspricht einer vorbestimmten
Frequenzkomponente des insgesamt darzustellenden Frequenzbandes, die an einem vorgegebenen
Punkt des Frequenzmaßstabes 9 auf der Anzeigeeinrichtung 6 dargestellt werden soll.
Dieser vorgegebenen Punkt der Skala 9 ist bei einem ZF-Analysator beispielsweise
der Mittelpunkt M, der exakt der gewählten Zwischenfrequenz entspricht und die eingespeiste
Hilfsfrequenz fh entspricht in diesem Fall ebenfalls dieser Zwischenfrequenz des
des Analysators. Es könnte sich bei dem vorgegebenen Punkt jedoch auch beispielsweise
um den linken Anfangspunkt der Frequenzskala 9 handeln und in diesem Fall würde
dann die Anfangs frequenz des zu überstreichenden Frequenzbandes als Hilfsfrequenz
eingespeist.
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Am Ausgang des Demodulators 5 ist der eigentliche Regelkreis angeschaltet,
und zwar wird das demodulierte Ausgangssignal über eine Leitung 10 einer Torschaltung
11 zugeführt, über deren Ausgang ein Schalter 12 gesteuert ist. Bei geschlossenem
Schalter 12 wir die momentan herrschende Amplitude der Wobbelspannung des Generaliors
7, mit welcher der Wobbeloszillator 3 gewobbelt wird, einem Spannungskomparator
13 zugeführt, der diese momentane Spannung Um mit einer Referenzspannung Ur vergleicht
und daraus die Differenzspannung Ud bildet, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einem Spannungssummierglied 14 zugeftihrt wird. Der Schalter 1, die Torschaltung
11
und der Hilfsoszillator 8 sind, wie schematisch angedeutet ist, jeweils über den
Rücklaufschaltimpuls R des Wobbelspannungsgenerators 7 so gesteuert, dass nur während
der Rücklaufperiode der Oszillator 8 seine Ausgangsfrequenz liefert, der Schalter
1 die voll ausgezogen dargestellte Schaltstellung einnimmt und auch die Torschaltung
11 ein über die Leitung 10 zugeführtes Signal zum Schalten des Schalters 12 durchlässt.
Die Breite des Impulses R entspricht im allgemeinen der gesamten Rücklaufzeit. Wenn
keine grösseren Abweichungen zu befürchten sind, könnte dieser Impuls auch schmaler
gewählt sein. Wenn während dieser Zeit des Impulses R der Wobbeloszillator 5 beim
meist schnelleren Rücklauf r das im Vorlauf v darzustellende Frequenzband in umgekehrter
Richtung durchläuft, wird schliesslich auch die feste Frequenzkomponente fh erreicht
und am Ausgang des Demodulators 5 erscheint ein steiler schmaler Ausgangsimpuls
I, der über die Leitung 10 und die Torschaltung 11 den Schalter 12 schliesst. Die
in diesem Moment am Ausgang 15 des Wobbelspannungsgenerators 7 herrschende Spannung
Um entspricht damit exakt der Lage der Frequenzkomponente fh längs der Frequenzskala
9 der Anzeigeeinrichtung.
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Angenommen die Frequenz fh entspricht im Sinne obigen Beispiels der
Mittenfrequenz des insgesamt darzustellenden Frequenzbandes, bei einem ZF-Analysator
also der Zwischenfrequenz, so entspricht ohne Fehlerabweichung diese Spannung Um
auch unmittelbar dem Mittelpunkt M der Skala 9, d.h. wenn der am Ausgang des Demodulators
I erscheinende Impuls auf der Anzeigeeinrichtung 6 dargestellt würde - was wegen
der Dunkelsteuerung während des Rücklaufes nicht stattfindet - so würde genau an
der Mittelmarke M der Skala 9 dieser Impuls I erscheinen. Dieser momentane Spannungswert
Um wird dann im Komparator 15 mit der Referenzspannung Ur verglichen, die der Sollage
entspricht, im obigen Beispiel also dem Mittelpunkt M der Skala 9. Wenn der Impuls
I exakt an dem ihm zugeordneten Punkt M der Frequenzskala 9 auftritt, sind die Spannungen
Um und Ur gleich. Weicht dagegen der Impuls I nach links oder rechts vom
Mittelpunkt
M ab, so herrscht Ungleichheit zwischen diesen Spannungen und es wird eine positive
oder negative Differenzspannung Ud gebildet, die unmittelbar der örtlichen Abweichung
dieses Impulses I vom Mittelpunkt M längs der Skala 9 entspricht. Wird diese Differenzspannung
Ud in dem Summierglied 14 der eigentlichen Wobbelspannung hinzugesetzt, so wird
dieser Abweichfehler automatisch über die damit erreichte korrigierende Frequenzverschiebung
des Wobbeloszillators 3 ausgeglichen, d.h. es wird über den beschriebenen Regelkreis
auf Gleichheit zwischen Ur und Um geregelt und der Impuls I erscheint somit immer
exakt an der Marke M. Wenn dann in der darauffolgenden Vorlaufphase v das zu analysierende
Spektrum am Eingang E durch den Analysator aufbereitet wird, entspricht die Darstellung
auf der Anzeigeeinrichtung exakt dem dort aufgezeichneten Frequenzmaßstab 9 und
das Spektrum kann vom Benutzer exakt nach der Frequenz ausgewertet werden. Der beschriebene
Korrekturvorgang muss natürlich bis zum nächsten Regelvorgang in der nächsten Rücklaufperiode
beibehalten werden, was beispielsweise durch bekannte Speichereinrichtungen geschehen
kann.
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Anstelle einer Korrektur des Wobbeloszillators 3 kann gegebenenfalls
auch eine entsprechende Korrektur über die dem Horizontalablenksystem x der Anzeigeeinrichtung
6 zugeführten und der Frequenzkoordinate entsprechenden Ablenkspannung erfolgen,
wie dies durch die Steuerleitung 16 und das in die Zuleitung zum x-Ablenksystem
angeordnete Spannungssummierglied 17 in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Die bei
Abweichung erzeugte Differenzspannung Ud wird dann der Wobbelspannung unterlagert,
die dem x-Ablenksystem zugeführt wird, und zwar im Sinne eines Ausgleiches der durch
diese Differenzspannung Ud bestimmten Abweichung zwischen der Lage des Impulse I
und der zugeordneten Marke M. Diese Möglichkeit ist jedoch verglichen mit der zuerst
erwähnten Korrektur über den Wobbeloszillator 3 weniger vorteilhaft, da durch die
horizontale Verschiebung der x-Achse der Bildschirm auf der einen Seite überschrieben
und
auf der anderen Seite nicht voll ausgeschrieben wird.
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Die in Fig. 2 dargestellte Weiterbildung ist insbesondere dann von
Vorteil, wenn die Wobbelspannung des Generators 7 symmetrisch zum Spannungsnullpunkt
zu positiven und negativen Werten gesteuert ist, der Spannungsnullpunkt also der
Mitte M der Frequenzskala 9 entspricht. Damit ist die Referenzspannung Ur ebenfalls
Null und es ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit für den Spannungsvergleich
und die Erzeugung der Differenzspannung Uds diese ist nämlich gleich dem jeweils
festgestellten momentanen Spannungswert Um Diese Differenzspannung kann dann im
Sinne der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 wieder unmittelbar zur Korrektur des
Wobbeloszillators 3 bzw. des x-Ablenksystems benutzt werden.
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In Fig. 2 ist eine weitere Steuermöglichkeit zur Korrektur der Frequenz
des Wobbeloszillators 3 und vor allem auch zum jeweiligen Festhalten der gewonnenen
Korrekturspannung bis zum nächsten Regelvorgang dargestellt. Die erzeugte Differenzspannung
Ud wird einem Integrator 18 zugeführt und dort über mehrere Rücklaufperioden r integriert.
Die so entstehende integrierte Korrekturspannung am Ausgang des Integrators 18 entspricht
dann zwar nicht mehr unmittelbar der auftretenden Abweichung im Frequenzmaßstab,
sie ist jedoch weiterhin dieser proportional. Dies kann jedoch auf einfache Weise
über die Abstimmsteilheit des Wobbelsozillators 3 ausgeglichen werden, d.h. im Oszillator
3 werden zwei verschiedene Steuereingänge vorgesehen, der erste Steuereingan Sermöglicht
in üblicher Weise die Wobbelung und Ansteuerung über die Wobbelspannung, der andere
zusätzliche Steuereingang 19 führt zu einem die Frequenz des Oszillators 3 verstimmenden
zusätzlichen Abstimmelement, dessen Abstimmsteilheit grösser ist als die des ersten
Steuereingangs 20. Damit wird dieser durch die Integration entstehende Fehler wieder
ausgeglichen
und es wird genau wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 beschrieben die der Differenzspannung Ud entsprechende Abweichung längs
der Frequenzskala 9 ausgeregelt.
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Natürlich könnte die in Fig. 2 dargestellte getrennte Ansteuerung
des Oszillators 3 auch anstelle der oben erwähnten Summierung der Spannungen im
Summierglied 14 angewendet werden indem die Differenzspannung Ud unmittelbar dem
Steuereingang 19 zugeführt und jeweils über eine zusätzliche Schaltung während einer
Wobbelspannungsperiode gespeichert wird. In diesem Fall müssten die Abstimmsteilheiten
der beiden Steuereingänge 19 und 20 gleich sein, da ja die Differenzspannung Ud
unmittelbar dem Abweichfehler entspricht.
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In letzterem Fall ist es daher zweckmässig, wenn beide Steuereingänge
19 und 20 auf ein und dasselbe Abstimmelement einwirken, also beispielsweise den
entgegengesetzten Anschlüssen einer üblichen Varakterdiode zugeführt werden.
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Der Hilfsoszillator 8 muss nicht unbedingt während der Vorlaufperiode
abgeschaltet werden, es ist nur zweckmässig; um eine Störung des in der Vorlaufperiode
darzustellenden Spektrums und ein Übersprechen dieses Oszillators auf den Eingang
E zu vermeiden.
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Dies könnte gegebenenfalls auch durch Verbesserung des Schalters 1
vermieden werden. Eine weitere Möglichkeit ist, den Oszillator 8 nicht auf der unmittelbar
im darzustellenden Frequenzband liegenden Frequenz fh schwingen zu lassen sondern
auf deren Spiegelfrequenz, die für den oben geschilderten Nachstimmvorgang in gleicher
Weise wie die Frequenz fh ausnutzbar ist, jedoch durch selektive Glieder vom Eingang
E ferngehalten werden kann. Zur Erzeugung der Frequenz t könnten auch die nichtlinearen
Umsetzereigenschaften des Analysators ausgenutzt werden, indem eine Subhar#monische
dieser Frequenz fh oder deren Spiegelfrequenz aus dem Hilfsoszillator 8 eingespeist
wird, aus der dann im Empfangskanal die gewünschte Frequenz entsteht.
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Die Steilheit der Wobbelspannung in der Rücklaufphase r ist bei Analysatoren
dieser Art meist grösser als die in der Vorlaufphase v, d.h. die Frequenzänderungsgeschwindigkeit
im Rücklauf ist grösser als im Vorlauf. Ausserdem besitzt das Analysierfilter eine
unvermeidliche Signallaufzeit, die bei konstanter Ablaufgeschwindigkeit eine feste
Grösse ist. Diese beiden Grössen können einen zusätzlichen Frequenzversatz zwischen
Vorlauf und Rücklauf bedeuten, die während der Rücklaufphase durchgeführte Nachregelung
würde also nicht in gleicher Weise für die Vorlaufphase gelten.
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Diese auf konstante interne Geräteeigenschaften zurückführende Frequenzabweichung
kann jedoch durch eine zusätzliche feste Korrekturgleichspannung ausgeglichen werden,
die beispielsweise zusätzlich im Summierglied 14 bzw. 17 zugesetzt wird oder unmittelbar
in das Integrierglied 18 eingeführt wird.
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Die beschriebene erfindungsgemässe Regelschaltung kann gleichzeitig
auch noch zu einem anderen Zweck ausgenutzt werden. Wenn beispielsweise eine ausgeprägte
Frequenzkomponente auf der Anzeigeeinrichtung 6 austewertet und analysiert werden
soll, so ist es oftmals zweckmässig, wenn diese stets an einer vorbestimmten Stelle
der Horizontalablenkung der Anzeigeeinrichtung erscheint, also bei eventuellen Frequenzänderungen
dieser Frequenzkomponente nicht längs des Frequenzmaßstabes wandert. Eine solche
dominierende Frequenzkomponente kann mit der dargestellten Schaltung in einfacher
Weise stets auf einen vorbestimmten Punkt der Frequenzskala, beispielsweise wieder
den Mittelpunkt M, gehalten werden, indem die Torschaltung 11 während der Vorlaufphase
v, während welcher der Oszillator 8 abgeschaltet und über den Schalter 1 die Eingangs
frequenz dem Analysator zugeführt wird, über den Steuereingang 21 aufgesteuert wird
und so also die Regelung des Wobbeloszillators 3 auf diese ausgewählte Frequenzkomponente
erfolgt, die dann wie der Impuls I wieder stets an der Marke M dargestellt wird.
In diesem Fall
ist es zweckmässig, in der Steuerleitung 10 noch
eine Schwellwertschaltung anzuordnen, so dass nur auf eine Frequenzkomponente vorbestimmter
Amplitude geregelt werden kann.
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Patentansprüche