DE2816077A1

DE2816077A1 - Generator zum erzeugen elektrischer signale

Info

Publication number: DE2816077A1
Application number: DE19782816077
Authority: DE
Inventors: Joel Remy
Original assignee: Adret Electronique SA
Current assignee: Adret Electronique SA
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2388437A1; DE2816077C2; FR2388437B1; GB1588906A

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 WISSMANNSTRASSE 14 ■ TELEFON 93 27 74 ■ TELEUI . I. · . . -. ι 1 I i ι ι-ϊΐ H'■ ; =. ! ·

München, den 13. b. 1978 Unser Zeichen: i»5 -

Patentanmeldung
der

ADRET ELECTFONIQUE, 12, avenue Vladimir Komarov, F-7819O TRAPPES

Generator zum Erzeugen elektrischer Signale

0 9 8 A 4 / 0 7 3 0

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28 Ί 6077

Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzsyntheseschaltungen mit mindestens zwei Phasenverriegelungsschleifen, von denen die eine durch eine Bezugsfrequenz gesteuert wird und Inkremente liefert, die durch die zu synthetisierende Frequenz bestimmt werden, und von denen die andere durch eine Zwischenfrequenz gesteuert wird und kleinere Frequenzinkremente liefert.

Bei bekannten derartigen Anordnungen sind die beiden Schleifen unabhängig voneinander. Die eine Schleife steuert den Hauptoszillator, der die zu synthetisierende Frequenz liefert, und die andere Schleife steuert einen Hilfsoszillator. Die Hilfsschleife erzeugt die großen Inkremente und weist einen Frequenzteiler auf, während die Hauptschleife, die die kleinen Inkremente liefert, keinen Frequenzteiler aufweist.

Derartige Anlagen weisen verschiedene Nachteile auf, die nachstehend behandelt werden sollen, insbesondere eignen sie sich schlecht zur Frequenzmodulation.

Es ist aber bei manchen Anwendungsformen von Interesse, frequenzmodulierbare Syntheseeinrichtungen verfügbar zu haben und darüberhinaus den Vorteil von Anordnungen mit mehreren Schleifen zu genießen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Syntheseschaltungen zu schaffen,' ohne die Gesamtanordnung komplizierter zu gestalten.

Die Erfindung geht aus von einem Generator zum Erzeugen elektrischer Signale mit variabler Frequenz, mit zwei Oszillatoren, von denen der erste eine Ausgangsfrequenz abgibt und einen ersten Eingang eines Mischers ansteuert und von denen der zweite einerseits einen zweiten Eingang des Mischers und andererseits einen Frequenzteiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis ansteuert,

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mit einem ersten Phasenkomparator, der die Ausgangsfrequenz des Mischers und eine Zwischenfrequenz mit einem variablen Inkrement empfängt, und mit einem zweiten Phasenkomparator, der das Ausgangssignal des Frequenzteilers und ein Beziigssignal empfängt, und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Ausgang des ersten !Comparators mit dem zweiten Oszillator verbunden ist, um dessen Frequenz zu steuern, und daß der Ausgang des zweiten Komparators mit dem ersten Oszillator verbunden ist, um dessen Frequenz zu steuern.

Bei manchen Anwendungsgebieten, insbesondere zum Durchführen von Messungen an Telegraphieempfängern, ist es erforderlich, die Gleichstromkomponente des Modulationssignals weiterzuleiten.

Ferner soll eine Schaltung zum Erzeugen der Zwischenfrequenz geschaffen werden, die ausgehend von einem einzigen Oszillator in der Lage sein soll, ein variables Inkrement der Zwischenfrequenz zu liefern entsprechend einem der üblichen Frequenzhübe (praktisch * 300 KHz, - 30 KHz und - 3 KHz).

Die Schaltung zum Erzeugen der Zwischenfrequenz gemäß der Erfindung umfaßt einen Oszillator, der durch Spannung steuerbar ist, sowie Einrichtungen zum Anlegen der Gleichstromkomponente der Frequenzmodulation an den Steuereingang des dritten Oszillators, so daß die Frequenz des Oszillators um ein Inkrement variiert, das dem maximalen Frequenzhub entspricht, und mit mehreren am Ausgang des Oszillators kaskadenartig angeordneten Inkrementteilern, die jeweils einen Frequenzteiler und eine einen Mischer ansteuernde Hilfs-Bezugsfrequenzquelie aufweisen, sowie Schalter zum Abgreifen der Ausgangsfrequenz der Schaltung entweder direkt am Ausgang des Oszillators oder am Ausgang eines der Mischer.

Die Hilfs-Bezugsfrequenzen werden so gewählt, daß die Mischer die Zwischenfrequenz wiederherstellen, so daß nur das Inkrement durch das Produkt der TeilungsVerhältnisse des oder der benutzten Inkrementteiler geteilt wird.

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Die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile sind beträchtlich und gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist Im folgenden anhand schereatisaher Zeichnungen an einer Ausführungsform ergänzend beschrieben. Es zeigt:

T⁷Ig. 1 den Schaltplan einer erfindungsgemäßen frequenzmodulierbaren Syntheseschaltung₃ und

Fig. 2 eine frequenzmodulierte Syntheseschaltung, die mit einer Schaltung zum Erzeugen der erfindungsgemäßen Zwischenfrequenz verbunden ist.

Fig. 1 zeigt einen durch eine Spannung gesteuerten Hilfsoszillator, der mittels einer aus einem Mischer 2, einem Bandpaß 3 und einem Phasenkomparator k, der eine Bezugsfrequenz N_?p empfängt, bestehenden Schleife phasenverriegelt ist. Der Mischer 2 empfängt im übrigen die Ausgangsfrequenz des Hauptoszillators 5·

Dieser wird gleichfalls durch eine Spannung gesteuert und ist phasenverriegelt mittels einer Schleife bestehend aus dem Mischer 2, dem Bandpaß 3₅ dem Phasenkomparator 4. dem Oszillator 1, einem Frequenzteiler 6 mit einstellbarem Teilungsverhältnis Nl und einem Phasenkomparator 7» der im übrigen eine Bezugsfrequenz P empfängt. Ferner wird mittels eines Kondensators 8 eine Modulationsfrequenz f an den Oszillator 5 angelegt.

Das Gleichgewicht zwischen diesen beiden verschachtelten Schleifen wird erzielt, wenn die Frequenzen der beiden Eingänge jedes Phasenkomparator 4 und 7 gleich sind, d.h. : N₂P = O - O₁ und O₁ /N₁ = P

wobei 0. und 0 die jeweiligen Frequenzen der Oszillatoren 1 und 5 sind.

Ohne also die Frequenzmodulation er beachten, ergibt sich: O₅ = ί N₁P + N₂P

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Mit anderen Worten erzeugt der Oszillator 5 eine Mittenfrequenz gleich der algebraischen Summe aus der Bezugsfrequenz N_P und der Bezugsfrequenz P, multipliziert mit N..

Die Bezugsfrequenz N_p wird entweder durch eine iterative Kette der Frequenzsynthese, wie sie beispielsweise in der französischen Patentschrift 14 30 462 beschrieben ist, erzeugt, oder durch einen einfachen Oszillator, der durch eine einen Frequenzteiler mit dem Teilungsverhältnis N„ und einem Phasenkomparator, der eine Bezugsfrequenz ρ empfängt, aufweisende Schleife phasenverriegelt ist.

Die Bedeutung der beschriebenen Anordnung wird klar, wenn man beachtet, daß die Verriegelungsschleife des frequenzmodulierten Hauptoszillators 5 einen Frequenzteiler 6 mit variablem Teilungsverhältnis aufweist. Dies ist bei bekannten Anordnungen nicht der Fall, wo der Zwischenoszillator durch den Ausgang des Phasenkomparators gesteuert wird, welcher die Bezugsfrequenz P empfängt, während der Hauptoszillator durch den Ausgang des Phasenkomparators gesteuert wird, der die Zwischenfrequenz N_pp empfängt. Da bei einer derartigen Anordnung die Verriegelungsschleife des Ausgangsoszillators keinen Frequenzteiler umfaßt, ist die Frequenzmodulation dieses Oszillators praktisch ausgeschlossen oder zumindest sehr schwierig zu realisieren.

Man weiß nämlich, daß das von einer Phasenverriegelungsschleife durchgelassene Frequenzband umgekehrt proportional ist zum Teilungsverhältnis ihres Frequenzteilers. Da die niedrigste Modulationsfrequenz - damit der Modulationsindex nicht durch den Verstärkungsfaktor der Schleife geteilt wird - höher sein muß als die Grenzfrequenz, ermöglicht die Einführung eines Frequenzteilers folglich relativ niedrige Modulationsfrequenzen (die beispielsweise bis an die Untergrenze der Hörfrequenzen absinken können).

Um im übrigen das ungewollte Öffnen der Verriegelungsschleife zu verhindern, muß man die Phasenabweichung begrenzen, die bei dem gerade modulierten Phasenkomparator auftritt. Aufgrund des Vorhandenseins des Frequenzteilers 6 wird diese Phasenabweichung

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jedoch durch N₁ geteilt, so daß sie auf annehmbare Werte gesenkt wird, selbst bei tiefen Modulationsfrequenzen.

Die beiden oben beschriebenen Zustände (niedrige Grenzfrequenz der Schleife und annehmbare Phasenabweichung bei dem Phasenkomparator) werden nur dann erreicht, wenn N. ausreichend groß ist unter Berücksichtigung der gewünschten Untergrenze der Modulationsfrequenz.

Wenn jedoch N₁ einen ausreichenden Wert erreicht, um die Modulation in dem gewünschten Bereich zu ermöglichen, kann es möglich sein, daß es dennoch erforderlich ist, N₁ zu erhöhen, um eine große Frequenzauflösung zu erhalten.

Berücksichtigt man, daß das Restgeräusch des Phasenkomparator mit N₁ multipliziert wird, wird das Ausgangssignal des Oszillators 1 durch ein starkes Geräusch beeinträchtigt. Aber die Anordnung nach der Erfindung erfordert keine Anhebung von N₁ oberhalb des erforderlichen Wertes, um die Modulation zu erreichen.

Mit anderen Worten gelten für die erfindungsgemäße Anordnung nicht dieselben Beschränkungen wie ein Generator mit einem einzigen Oszillator und einer einzigen Schleife mit Frequenzteiler.

Diese Beschränkung führt bei einem bekannten Generator dazu, daß ein bestimmter Wert des Teilungsverhältnisses nicht überschritten werden kann und daß man sich demzufolge mit einer mittleren Auflösung zufrieden geben muß, selbst wenn der Generator mit hohen Frequenzen arbeiten muß.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht dagegen eine beliebig große Auflösung, da die kleinen Frequenzinkremente von der Zwischenfrequenz geliefert werden, d.h. von einem Generatororgan, welches nicht frequenzmoduliert ist und keine besonderen Probleme der Realisierung birgt.

Es ist im übrigen wohl bekannt, zwei Phasenverriegelungsschleifen zu kombinieren, um kleine bzw. große Frequenzinkremente

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zu erhalten. Bei der bekannten, oben beschriebenen Anordnung sind diese beiden Schleifen voneinander getrennt, und die den Hauptoszillator steuernde Schleife weist keinen Frequenzteiler auf. Außer dem bereits Erwähnten ergibt sich daraus, daß eine derartige Anordnung für Frequenzmodulation schlecht geeignet ist und daß der Ausgangsoszillator die den Hilfsoszillator und die Zwischenfrequenz beeinträchtigenden Geräusche reproduziert und summiert. Dies ist bei der hier beschriebenen Anordnung nicht der Fall, denn hier wird das den Hilfsoszillator und die Zwischenfrequenz beeinträchtigende Geräusch durch das durch die Steuerschleife des Hauptoszillators gelangende Band gefiltert. Diese Anordnung ist daher selbst dann noch von Interesse, wenn sie nicht frequenzmoduliert werden soll.

Die Stabilitätsbedingungen der beiden verschachtelten Schleifen erfordern, daß diejenige, welche den ersten Phasenkomparator 4 aufweist, einen sehr viel höheren Durchlaßbereich besitzt als diejenige, welche den zweiten Phasenkomparator 7 aufweist.

Der Kondensator 8 unterdrückt jegliche Gleichstromkomponente, die die Modulationsfrequenz enthalten könnte, was unerläßlich ist für das richtige Funktionieren der Verriegelungsschleife, welche die Mittenfrequenz des Oszillators 5 steuert.

Der Bandpaß 3 dient dazu, die Differenzfrequenzen der beiden Oszillatoren weiterzuleiten, wobei die eine oder die andere Frequenz höher sein kann.

Es ist klar ersichtlich, daß die beschriebene Anordnung mit einer Phasenmodulation des Ausgangsozillators verwendet werden kann.

Figur 2 zeigt innerhalb eines Rechtecks 11 eine Frequenzsyntheseschaltung zwischen 20 und 30 MHz in Schritten von 1 KHz. Diese Vorrichtung entspricht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Sie umfaßt einen durch eine Spannung in der Frequenz zwischen 20 und 30 MHz steuerbaren Oszillator 12 sowie einen Mischer 13.

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Dieser wird im übrigen von einem Oszillator 14 angesteuert, der durch eine Spannung in der Frequenz zwischen 16 und 20 MHz steuerbar ist und auf den ein programmierbarer Teiler 15 folgt, dessen TeLlungsverhältnxs D zwischen 16 000 und 26 000 variieren kann. Dieser Teiler steuert einen Mischer 16 an, der im übrigen durch eine von einer Spannungsquelle 17 gelieferten Bezugsspannung von 1 KHz angesteuert wird. Der Ausgang des Mischers 16 steuert die Frequenz des Oszillators 12. Das Ausgangssignal des Mischers 13 gelangt zunächst durch einen Bandpaß 18, der nur die Differenzfrequenz der Frequenzen der Oszillatoren 12 und 14 durchläßt, also 4 MHz - ε, und steuert dann einen Mischer 19 an, der im übrigen an seinem Anschluß 191 eine Frequenz von 4 MHz - Δ empfängt, wobei Δ eine Abweichung darstellt, die weiter unten noch definiert wird. Das Ausgangssignal des Mischers 19 steuert die Frequenz des Oszillators 14.

Anstelle der variablen Frequenz 4 MHz -Δ kann der Anschluß auch eine Bezugsfrequenz von 4 MHz empfangen. Zu diesem Zweck verbindet ein Kommutator 20 statt den Anschluß 191 mit dem Anschluß 21 der vorstehenden Anordnung, den Anschluß 191 mit dem Ausgang 221 einer Spannungsquelle 22.

Die Anordnung vor der Schaltung 11 umfaßt einen Oszillator 23, der durch eine Spannung in der Frequenz zwischen 4 MHz - 0,3 MHz variabel steuerbar ist. Auf diesen Oszillator folgt ein Inkrementteiler, der wie folgt ausgebildet ist:

Ein erster Frequenzteiler 24 mit einem Teilungsverhältnis 10, der mit dem Ausgang des Oszillators 23 verbunden ist, steuert einen Mischer 25 an, welcher im übrigen eine Bezugsfrequenz von 3>6 MHz empfängt. Das Ausgangssignal des Mischers 25 wird zunächst in einem Bandpaß 26 gefiltert, der die Frequenzen 4 MHz - 30 KHz weitergibt, und steuert dann einen Frequenzteiler 27 mit Teilungsverhältnis 10 an, auf den ein Mischer 28 folgt, der gleichfalls die Bezugsfrequenz 3,6 MHz empfängt. Der Ausgang des Mischers 28 wird über einen Bandpaß 29 geleitet, der die Frequenzen 4 MHz - 3 KHz durchläßt.

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Die Ausgänge des Oszillators 23 und der Bandpässe 26 und 29 sind parallel mit den; Anschluß 21 verbunden, und zwar über Schalter

30 bzw. 31 bzw. 32. Der Steuereingang des Oszillators 23 ist über einen Kommutator 33 entweder mit einem Potentiometer J>k verbunden, das von einer nicht dargestellten Gleichstromspannungsquelle gespeist wird, oder mit einem Frequenzmodulationsschaltkreis des Oszillators 12. Dieser Modulationsschaltkreis umfaßt ein Potentiometer 39, welches die Modulationsspannung empfängt, und einen Widerstand 353 welcher über einen Kondensator 36 und einen Dämpfer 37 die Wechselstromkomponente an den Steuereingang des Oszillators 12 leitet. Die Gleichstromkomponente der Modulationsspannung wird über ein aus einem Kondensator 38 und einem Widerstand 35 gebildetes Filter an den Oszillator gelegt.

Wenn die Kommutatoren 30 und 33 die gestrichelt dargestellten Stellungen innehaben, kann das Potentiometer 34 auf kontinuierliche Weise die Frequenz des Oszillators 33 zwischen 4 MHz 100 KHz variieren lassen, so daß die am Anschluß I91 anliegende Frequenz im Bereich von 4 MHz - 1 KHz variiert (wobei nur der Schalter 32 geschlossen ist).

Wenn die Kommutatoren 30 und 33 die mit durchgezogenen Linien dargestellten Stellungen innehaben, bewirkt die Gleichstromkomponente der Modulationsfrequenz, daß die Ausgangsfrequenz der Anordnung als Funktion der Steuerung durch die Schalter 30, 31 bzw. 32 in den drei Bereichen 4 MHz - 300 KHz, 4 MHz - 30 KHz und 4 MHz - 3 KHz variieren kann.

Ist nämlich der Schalter 30 geschlossen, während die Schalter

31 und 32 geöffnet sind, hat man Δ = 300 KHz. Ist nur der Schalter 31 geschlossen, baut die additive Frequenz, die im Mischer 25 vorhanden ist, die Frequenz von 4 MHz wieder auf, jedoch ist die Abweichung - 0,3 MHz durch 10 geteilt; also Δ = - 30 Khz..'

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In gleicher Weise ist dann, wenn nur der Schalter 32 geschlossen ist, die Abweichung durch 100 geteilt; also Δ = - 3 KHz.

Die auf diese Weise erzielten drei Abweichungswerte entsprechen den drei üblichen Frequenzhüben bei Frequenzmodulation.

Die vorstehend beschriebene Schaltung ermöglicht die Übertragung der Gleichstromkomponente bei Frequenzmodulation und die Realisation der Interpolationsfunktion mit einem im Bereich zwischen H MHz - 300 KHz variablen Oszillator von ¹J MHz. was mit guter
Stabilität und ausreichender Präzision verwirklicht werden kann.

Da die Eingangsfrequenz der Schaltung 1 gleich H MHz - Δ ist, kann man leicht erkennen, daß die Frequenz des Oszillators 2 auf
den Wert DxIKHz + 4 MHz - Δ geregelt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene
Ausführungsform beschränkt, vielmehr sind Änderungen und Ergänzungen denkbar, ohne daß dadurch vom eigentlichen Erfindungsgedanken abgewichen wird.

-ft-

L e e r s e 11 e

Claims

Patentansprüche :

1./ Generator zum Erzeugen elektrischer Signale mit variabler ■""■' Frequenz, mit zwei Oszillatoren, von denen der erste eine Ausgangsfrequenz abgibt und einen ersten Eingang eines Mischers ansteuert und von denen der zweite einerseits einen zweiten Eingang des Mischers und andererseits einen Frequenzteiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis ansteuert, mit einem ersten Phasenkomparator, der die Ausgangsfrequenz des Mischers und eine Zwischenfrequenz mit einem variablen Inkrement empfängt, und mit einem zweiten Phasenkomparator, der das Ausgangssignal des Frequenzteilers und ein Bezugssignal empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten !Comparators mit dem zweiten Oszillator verbunden ist, um dessen Frequenz zu steuern und daß der Ausgang des zweiten !Comparators mit dem ersten Oszillator verbunden ist, um dessen Frequenz zu steuern.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t , daß Einrichtungen vorgesehen sind, um ein Frequenzmodulationssignal an den ersten Oszillator anzulegen.

3· Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Erzeugen der Zwischenfrequenz, mit einem dritten Oszillator, der durch Spannung steuerbar ist, und mit Einrichtungen zum Anlegen der Gleichstromkomponente der Frequenzmodulation an den Steuereingang des dritten Oszillators, so daß die Frequenz des Oszillators um ein Inkrement variiert, das dem maximalen Frequenzhub entspricht, und mit mehreren am Ausgang des Oszillators kaskadenartig angeordneten Inkrementteilern, die jeweils einen Frequenzteiler und eine einen Mischer ansteuernde Hilfs-Bezugsfrequenzquelle aufweisen, sowie Schalter zum Abgreifen der Ausgangsfrequenz der Schaltung entweder direkt am Ausgang des Oszillators oder am Ausgang eines der Mischer. _8098U/07S0

4. Generator nach Anspruch 3> dadurch gekennzei ahnet, daß die Mittenfrequenz des dritten Oszillators iJ MHz beträgt, daß jeder Frequenzteiler ein Tei lungsverhäItnis von IO hat und daß die Hilfs-Bezugsfrequenz 3>6 MHz beträgt.

5. Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein Kommutator vorgesehen ist, dessen einer Anschluß über ein Filter mit der Modulations frequenz und dessen anderer Anschluß mit einer einstellbaren Gleichstromspannungsquelle verbunden ist, und daß die Verbindung zwischen dem dritten Oszillator und dem ersten Phasenkomparator einen Kommutator aufweist, dessen einer Anschluß an den Ausgang des dritten Oszillators und dessen anderer Anschluß an eine Bezugsfrequenzquelle angeschlossen ist, deren Frequenz gleich der Mittenfrequenz des dritten Oszillators ist.

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