DE2818017A1

DE2818017A1 - Folgeempfaenger fuer einen gewobbelten traeger

Info

Publication number: DE2818017A1
Application number: DE19782818017
Authority: DE
Inventors: Jun Victor Alonzo Bennett
Original assignee: SECURITY RESEARCH LABOR
Current assignee: SECURITY RESEARCH LABOR
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB1599433A; JPS53132931A; US4152650A; CA1119670A

Description

Abriß

Ein Empfänger für einen Jr-äger, der in vorgegebener V/eise über eine Bandbreite frequenz^ewobbelt ist, enthält Mittel zur Frequensfolge (frequency tracking) mit kontinuierlicher Selbstsynchronisierung. Diese Frequenzfolge erlaubt es, den Träger durch ein Schaalbandfilter zu filtern. Der gefilterte 'Träger wird alsdann auf einen Frequenzcliskriminator gegeben, um ein Fehlersignal su erzeugen. Eine hochselektive phaseneingestellte Schleife synchronisiert nur auf die gewünschte Komponente des Fehlersignals nach Frequenz und Phase. Der Output dieser Schleife dient nach geeigneter Formung der Steuerung zur synchronen L'achfolge zur einkommenden Welle. Die Outputdaten werden bei Indikation nach der Schmalbandfilterung gewonnen.

Hintergrund der Erfindung 1.) Sachgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich&llgemein auf Kommunikationssysteme mit Charakteristik von Geheimhaltung und Widerstand gegen verschiedene Beeinträchtigungen durch Einmischung wie durch Geräusch oder willkürliche bzw. zufällige Störungen. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Kommunikationssysteme, in welchen die Mittelfrequenz des Trägers kontinuierlich über einen Frequenzbereich bewegt oder gewobbelt wird., der viel breiter ist als die Informations- oder Datenbandbreite. Im noch engeren Sinne bezieht sich die Erfindung auf einen JSrnpfänger, der fähig ist, der Mittelfrequenz

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des empfangenen, gewobbelten Trägers durch, kontinuierliche Selbstsynchronisierung der Hachiolgemittel zu folgen_; so daß er zur Schcialbandfilterung des breit gewobbelten Trägers zur Verfügung steht.

2.) Stand der Technik
Frequenzfolge-oder Frequenznachfolgeempfänger sind an sich bekannt. In einer bekannten ^usführungsfora hat der Empfänger einen eigenen Oszillator mit einem Output, der eine andere lütt elf requenz aufweist als der empfangene Träger, aber ähnlich gewobbelt ist. Die Wobbelung des eigenen Oszillators ist von identischer Frequenz und Phase und von nahezu der gleichen Amplitude wie beim empfangenen Träger. Werden der empfangene Träger und der Output des eigenen Oszillators gemischt., so erhält raan einen Zwischenfrequenzträger mit nur schmaler Wobbelung. Dadurch wird erreicht, daß der Zwischenfrequenzträger durch ein Schmalband gefiltert werden kann.

In einer anderen Ausführungsform wird der empfangene Träger durch ein Schmalbandfilter gegeben, dessen Hittelfrequenz der Mittelfrequenz des empfangenen Trägers folgt. Auch hier wird der Träger mit breiter Frequenzwobbelung durch ein Schmalbandfilter gefiltert.

Allgemein gesprochen, kommen bisher Frequenznachfolgeempfänger in zwei verschiedenen Typen zur Anwendung:

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(1.) Bei der ersten Type wird angestrebt, allen

Abweichungen des Trägers von seiner Hittelfrequens zu folgen. So wird beispielsweise bei einem Träger mit komplexer, nicht vor^estimmter Abweichung in jedem Augenblick dessen totale Abweichung aufgespürt. Empfänger dieser Art arbeiten mit einer Frequenzdemodulation bei herabgesetztem Störspiegel und Herabsetzung des Effektes zufälliger Frequenzmodulation bei Amplitudenmodulationsübertragung.

(2.) Bei der zweiten Bauweise wird angestrebt, einen bestimmten periodischen Komponente der Abweichung zu folgen, welche a" priori in Amplitude und Form bekannt ist und auch nahezu bekannt nach Geschwindigkeit und Phase. Dabei werden alle anderen Komponenten der Frequenzabweichung nicht erfaßt. Schaltungen dieser Art werden in Kommunikationssystemen eingesetzt, welche mit Breitbandwobbelung des Trägers zum Zwecke der Geheimhaltung und Entstörung arbeiten.

Diese beiden bekannten Arten von Empfängern unterscheiden sich au/grundsätzliche Weise und die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die zweite Type; sie benutzt einen Folgeempfänger, der ausschließlich in Frequenzsynchronismus und in Phase mit dem empfangenen Träger gehalten wird.

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Bei entsprechenden Geräten vorbekannter \Art wird diese-""--..-.. - '. ' S;ynchronisierung entweder in.it Hilfe getrennt-übertragener _: Synchronisierimpulse vollzogen, wie-beispielsweise durch Kendall in US-PS 1,592 ₅ 94-0 oder durch Syachronisierimpulse, welche in einem Anrplitudeninodulator im Empfänger erzeugt werden, wie".-von Silvex" TI,-A. in US-PS 2,44-8,055ΐ> es ehri eben ν ist. Somit wird bei den vorbekannten Geräten der Synchronis-mus auf diskrete Art über Impulse ex-halten. Dabei besteht

man keinen Nutzen

- der Nachteil, daß^aus den Entstöreigenschaften eines-"breitgexiobbelten !"requenzmodulationsträgers zieht. "-.".-.

3. )¥esen der Erfindung . . -.

In bevorzugten Ausführungsformen der vorIiegendaa^ Erfindung, wie sie im folgenden beschrieben wird, wix"d der Empfänger in Synchronismus mit der Hittelfrequenz des empfangenen Trägers gehalten,; und zwar in kontinuierlichei^ Weise, und die Synchronisiermittel nutzen den Indifferenz--und Störwiderstand des breit gewobbelten Trägers aus. _:

Die Mittelfrequenz des empfangenen weit gewobbelten Trägers "-. wird vom Empfänger aufgespürt und der Träger wird durch ."--■ ein-Schmalbandfilter gefiltert. Der gefilterte Träger wird -■■-alsdann auf einen Erequenzdiskriminator; gegeben, vm ein, ; Eehlersignal zu erzeugen, das eing komponente der gewünschten Wobblungsfrequenz enthält. Eine hohe selektive Phasendiskriminaturschleife (PIiD) spricht nur auf, die frequenz der gewünschten Komponente des IPehlersignals an, mit der Wobbel- frequenz und ihrer"möglichen"Unsicherheit. Auf diese.Weise

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Λ synchronisiert die Phasendiskriminatorschleife kontinuierlich, auf die gewünschte Komponente des Fehlersignals und verifirft den Rest des Fehlersignals, der die Daten und andere Signale enthalten mag. Nach angemessener Phasenjustierung und Formung wird der Output der Phasendiskriminatorschleife als Steueroder Wobbelsignal für den Folgeprozeß in synchroner Weise zur Mittelfrequenz des empfangenen Trägers benutzt.

Die zu übertragenfe Information wird dem Träger auf irgendeine der bekannten Modulationsweisen überlagert, wie beispielsweise durch Frequenzmodulation, Phasenmodulation oder Amplitudenmodulation, in analoger oder digitaler Form oder in irgendeiner " Kombination dieser Arten.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist demgemäß die Schaffung eines verbesserten Empfängers für einen periodisch gewobbelten Träger für Ziele der Geheimhaltung und Entstörung der Übertragung.

Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung ist:

(a) eine Selbstsynchronisierung des Empfängers mit Kontinuität dieser Synchronisierung,

(b) die Nutzbarmachung der Indifferenz und Störminderungseigenschaften breit gewobbelter Träger bei der Synchronisierung,

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(c) eine liocli selektive Synchronisierung, welche nur auf die a priori gegebene Wobbelungsfrequenz und Wobbelungsform anspricht und

(d) eine Synchronisierung mit großer Zeitkonstante und entsprechendem. Gedächtnis (Memory) angemessener

Dauer, welches absichtliche oder unabsichtliche Fehler im einkommenden Wobbelungssignal als unschädlich zuläßt.

BESCHREIBUNG YOH AUSFUHEUHGSBEISPIEIEH
In der Zeichnung veranschaulicht

. Fig. 1 in einem Blockschaltbild Teile eines

Tracking-Empfängers, im folgenden Folgeempfänger genannt, zum Empfang eines periodisch gewobbelten Trägers,

Fig. 2 in einem Blockschaltbild eine Frequenzmodula-

tions-Eüclckopplungsschleif e mit einer Kompression einer TrägerfreqLuenzabweichung, aber ohne Selektion einer a priori bestimmten Abtastfrequenz und Abtastform, Fig. 3 in^fiiiem Blockschaltbild eine Ausführungsform

für einen Folgeempfänger nach der vorliegenden Erfindung, . ' -

Fig. A-A in einem Blockschaltbild eine phasenabhängige Schleife für einen FoIgeempfanger nach Fig. 3,

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I¹Ig. 4Β ist ein als Tiefpaßfilter in der phasen

abhängigen Schleife nach Fig. 4-A dienendes Itfacheilnetzwerk,

Pig. 40 ein Netzwerk, das auch als !Tiefpaßfilter benutzt werden kann,

!"ig. 5 eine phasenabhängige Schleife oder Phasen— diskriminatorschleife zur Darstellung des Gebrauchs einer periodischen Abtastform mit automatischer Frequenzsteuerung, Fig. 6 eine Ausführungsform mit komplexer Abtast

wellenform,

Fig. 7 eine Ausführungsform mit Abtastung eines Subträgers und

Fig. 8 eine Aus führung s form, in v/elcher die Frequenznachfolge durch ein gesteuertes

Schmalbandfilter vollzogen wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die · Mittelfrequenz eines Trägers über ein weites Frequenzband abgetastet bzw. verfolgt. Der von einer Antenne aufgenommene Träger wird zunächst auf eine breitbandige Hochfrequenzstufe zur Verstärkung^groben Filterung, Impedanzabstimmung, Isolation usw. geführt und dann auf den Eingang eine» Mischstufe 12 gegeben. Der ander· Eingang der Misehstufe ist mit einem Frequenzmodulator 1J verbunden, an dessen Ausgang ein 2räfiT«r liegt, der irr ännlircher Welserm© der-empfangene

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Träger gewobbelt, aber nicht informativ moduliert wird. Insbesondere kann der Ausgang des itequenzmodulators aus einem spannungsgesteüerten Oszillator"bestehen mit einem Träger am Ausgang, dessen Mittelfrequenz um die mittlere Mittelfrequenz differiert, aber mit gleicher Geschwindigkeit und Phase ge-,---" wobbelt wird, wahrend der Wobbeibereich fast derselbe ist. wie derjenige des empfangenen Trägers* Die Differenzfrequenz-Komponente am Ausgang des Mischers 12 hat die mittlere Mitterfrequenz mit nur geringer Wobbelung ihrer Mittelfrequenz. Es handelt sich somit um eine Schmalbandwelle, die durch Zwischenverstärker 14 gefiltert werden kann. Der Ausgang dieses Verstärkers wird auf einen Indikator 15 mit Datenaus- : gang gegeben.

Beispielsweise sei angenommen, daß ein empfangener Träger, bewegungslos auf 100 MHz sinusförmig über einen Bereich von +_ 1,5 MHz mit einer Geschwindigkeit von 7?5 kHz gewobbelt ." " wird. Arbeitet nunmehr der Frequenzmodulator 15 mit einer unbeweglichen Frequenz von 90 MHz und einer sinusförmigen Wobbelung von +_ 1,485 MHz "von gleichem Maß und- gleicher Ftee wie der empfangene Träger, dann wird die Differenz^requenz- -\ komponente am Ausgang des Mischers 12 aus einer unveränderlichen Frequenz von 10 MHz mit +.15 kHz Wobbelung bestehen. ; Der Schmalbandzwischenverstärker 14 muß dabei weit genug sein, um nur diese Restwobbelung und die Bandweite der Information su Verarbeiten.. "" " - '⁵^ ■".--"" " ."- - ■""■"- . . -.

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Kir den Fachmann, ist es klar, daß mannigfache Variationen dieser Grundschaltung möglich sind. So kann beispielsweise der Träger auch über ein Kabel oder einen Wellenleiter statt durch eine Antenne übertragen werden. Des weiteren ist es möglich, den Breitbandhochfrequenzverstärker 11 wegzulassen oder zusätzliche Mischstufen oder Verstärker einzusetzen. Eine besonders wichtige bzw. grundsätzliche Abänderung der Schaltung ist in Fig. 8 veranschaulicht. Auch die Ausführung eines geeigneten Indikators wird von der Art der Modulation abhängen, welcher der empfangene Träger unterworfen wird.

Um zu bestimmen, wie der Empfänger das gewobbelte Signal für den Modulator 13 erhält, um innen einen Träger zu erzeugen, der dem empfangenen Träger-in der Wobbelung folgt, dies mag an Fig. 2 erläutert werden. Die dort gezeigte Schleife.komprimiert in wohlbekannter Weise den benutzten Träger, Jedoch ist dies aus folgenden Gründen nicht geeignet zum Empfang eines gewobbelten Trägers. Wie in Fig. 1 wird auch in Fig. 2 der empfangene frequenzmodulierte Träger und der vom Modulator erzeugte frequenzmodulierte Träger auf die Mischstufe 12 gegeben, an deren Ausgang die mittlere Frequenz als Differenzfrequenz anliegt. In einer richtig ausgeführten Frequenzmodul at ionsrücldsopp lungs schleif e hat der Träger am Ausgang des Modulators eine Frequenzabweichung, welche der augenblicklichen Frequenzabweichung des empfangenen Trägers nahe, aber nicht identisch folgt. In einer negativen Rückkopplungsschleif e ist die Frequenzabxfeichung gleich ,der gesteuerten

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Größe. Infolgedessen Ist die Differensfrequenzkomponente am Ausgang der Mischstufe ein frequenzmodulierter Träger von viel schmalerer Bandbreite als die Bandbreite des empfangenen Trägers und kann daher durch den Schmalbandzwischenfrequenzverstärker 1^zl· geführt werden. Zur Vervollständigung der Schleife ist ein Frequenzmodulationsdiskrlminator 21 vorgesehen, um ein Fehlersignal aus einer Differenz zwischen den augenblicklichen Abweichungen des empfangenen Trägei's und dem Ausgang des Frequenzmodulators festzustellen. Dieses Fehlersignal wird durch ein Filter 22 gegeben und einem Verstärker 23 zu.gefu.hrt, bevor es als Steuersignal auf den Frequenzmodulator gegeben x-ri-rd. Arten der Gestaltung einer solchen Schleife sind beispielsweise in der Veröffentlichung "J.Klapper und J. Fiankly, Phased Locked and Frequency Feedback Systems, Academic Press, Hew York, 1972" beschrieben.

Die Frequenzmodulation-Rückkopplungsschleiife ist für den vorliegenden Zweck aus verschiedenen Gründen nicht geeignet. Diese Schleife ist für eine a priori-Vorgabe von Bereich, Frequenz und Wobbelungsform nicht selektiv. Sie spricht auf irgendeine beliebige Frequenzabweichung des empfangenen Trägers solange an^wie diese innerhalb der Bandbreite der Schleife liegt. Deshalb können konkurrierende Übertragungen innerhalb der Bandbreite, sei es mit dem Ziel der Mehrfachübertragung oder "-..■ Ziel der Störung, absichtlich oder zufällig, die Funktion des Empfängers unerwünscht beeinflussen.

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Ferner erfolgt eine ]föckkapplung empfangener thermaler oder anderen Geräusche in erheblichem Maße und erzeugt den sogenannten Rückkopplungsstörspiegel am üfrequenzmodulationsdiskriminator 21. Dadurch wird dem mit der Schleife erzielbaren Gewinn eine Grenze gesetzt, welche ihrerseits die Größe der durchführbaren Abweichungskompression begrenzt. TJm z.B. im empfangenen Träger von 15 kHz eine Wobbelung von 3 MHz zu erzwingen, ist ein Verstärkungsgrad von etwa 200 bei der

Frequenz der Wobbelung erforderlich. Dies hingegen kann wegen Abhängigkeit von anderen Parametern der Schleife außerhalb der möglichen Grenzen liegen, um einen unerwünschten Ruckkopp lungsstörspiegel zu vermeiden. Ferner muß in der Eückkopp lungs schleife wie auch in anderen Rückkopplungs'systemen die Phasenverschiebung irgendeines Signals größer als 1 über der Schleife aus Gründen der Stabilität verhindert werden.

Dies wiederum begrenzt die Selektivität der Schmalbandmittelfrequenzverstärkung im Verstärker 14 und !"ilter 22. Deshalb ist die !"requenzmodulationsrückkopplungsschleife besser gegignet, beliebigen Abweichungen des !Trägers von der Mittelfrequenz zu folgen, wie es von Guanella in der IJS-PS 2,206,695 für die Unterdrückung gelegentlicher !Frequenzmodulation beschrieben ist oder bei herabgesetztem Störspiegel zu demodulieren. Nach der 1βϊρ?θ Guanellas ist als grundsätzliches Kriterium von einer Frequenzmodulations-Rückkopplungsschleife zu fordern, daß die Beitkonstanten klein sind. Dies wiederum steht im Widerspruch zur vorliegenden Erfindung, welche

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große Za.tkonstanten voraussetzt.

, FIg. 3 zeigt in einem Blocksehaltbild eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltung nach der vorliegenden Erfindung.. Diese Schaltung arbeitet, wie die Schaltung tech ELg. 1, mit einer Antenne 10, einem Breitbandhochfrequenzverstärker 11, einem Mixer 12, einem Frequenzmodulator ^Jj. und einem Schmalbandzwischenfrequenzverstärker 14. Der ftat^tit dieses Verstärkers wird auf einen Frequenzmodulationsdiskriminator 21 gegeben, um ein Fehlersignal zu erzeugen als Replik auf die verbleibende Frequenzabweichung des Trägers. Es ist, zu bemerken, daß ein vollständiger Wegfall der Trägerwobbelung nicht zu dem gewünschten Ergebnis führen kann; vielmehr ist es wesentlich, daß eine Wobbelung einer kleinen Abweichung verbleibt, damit am Ausgang des Diskriminators ein kontinuierliches Fehlersignal verbleibt. Der Diskriminator kann nach irgendeiner der bekannten Bauarten ausgeführt sein, wie beispielsweise diejenige von Foster- : JBeele3r, alsiPulizähler, Yerhältnis-Diskriminator oder als > 3£ickköpplutLgst7pe wie die Frequenzmodulations-Eückkopplungsschleife, eine Schleife mit PhäsenverschlüssiaiBng und dergleichen. Dieses Fehlersignal enthält eine gewünschte ;-Komponente, deren Frequenz und Phasenbeziehung mit dem Wobbelungssignal übereinstimmt, das auf den Frequenzmodulator/ gegeben werden soll. Diese gewünschte Komponente jedoch ist eingebettet in eine Vielzahl von störenden'Komponenten aus

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anderen Übertragungen innerhalb der Bandbreite des empfangenen gegrabbelten Trägers.

Die vorliegende Erfindung setzt voraus, daß das IPehlersignal auf eine Phasendiskriminatorschleife, beispielsweise die Schleife 31 gegeben wird, welche mit sehr kleiner Bandbreite bzw. großen Zeitkonstanten arbeitet. Dieser Diskriminator, der weiter unten näher beschrieben wird, synchronisiert in Frequenz und Phase auf die gewünschte Komponente des Fehlersignals und Verwirft alle Störkomponenten. Dies wird in kontinuierlicher Weise vollzogen, da das Fehlersignal kontinuierlich ist. Bei Kurzzeitstörungen im 3?ehlersignal, ob gewollt oder ungewollt, verharrt der Diskriminator im Synchronismus dank des Schwungradeffektes seiner großen Zeitkonstanten. Am Ausgang des Diskriminators 31 erscheint infolgedessen ein Signal, das in Frequenz und Wobbelung mit dem empfangenen Träger übereinstimmt, aber gewöhnlich phasenverschoben oder zeitverzögert ist um einen bestimmten Betrag infolge der Phasenverschiebungpaim Schmalband-zwischen-Irequenzverstärker 14, Frequenzmodulationsdiskriminator 21 und in der Phasendiskriminatorschleife. Eine Wobbelsignalkonditioniereinheit 32 stellt, wenn nötig, nach Phase und Zeitverzögerung auf diese Differenz ein. Ferner kann diese Einheit den Output der Ehasendiskriminatorschleife verändern, verstärken und formen in Übereinstimmung mit der Form, der Wobbelung des empfangenen Trägers mit geeigneter Amplitude. Wenn beispielsweise der Output der PhaHendiskriminatorschleife eine in

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Phase unggeignete Sinuswelle ist und die Wobbelungswelle ebenfalls aus einer Sinuswelle "besteht, kann die Wobbelsignalkonditioniereinheit einfach aus einem, phasenschiebenden Netzwerk bestehen. Ist dagegen der Output der Phasendiskriminatorsehleife eine zeitverzögerte Bechtecksvielle und verläuft die Wobbelung nach einem. Sägezahn, so sollte die Wobbelsignalkonditioniereinheit ein Verzögerungsnetzwerk und zusätzlich ein Formungsnetzwerk enthalten, welches die Rechtseckswelle in eine Sägeζahnwelle umwandelt. Solche Stromkreise sind allgemein wohlbekannt. Einige oder auch alle Konditioniervorgänge können auch innerhalb der Phasendiskriminatorschleife vollzogen werden. Am Ausgang der Wobbelsignalkonditioniereinheit 32 wird ein Wobbelsignal erzeugt, das in Form, Phase, Frequenz und Amplitude dem gewünschten Steuersignal für den

1.5 Frequenzmodulator 13 entspricht. Für die Funktion der Phasendiskriminatorschleife und der Wobbelsignalkonditioniereinheit eignet sich besonders das von der XR-Corporation hergestellte XR-2206-Gerät. Die übertragene Information wird vom Ausgang des Frequenzmodulationsdiskriminators 21 abgegeben, wenn sie in Frequenzmodulationsweise übertragen wurde, oder am Ausgang eines Indikators 33_? wenn sie von anderer Modulationstype wie Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation ist. Im letzteren Fall ist der Indikator das gegebene Mittel.

In Fig. 4A ist in einem Blockschaltbild eine herkömmliche Phasendiskriminatorschleife veranschaulicht. Ein Phasenindikator 41 vergleicht die Phasen zweier periodischer Wellen

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Lh

an den Eingängen A und B und erzeugt an seinem Ausgang ein Signal, das auf die Phasendifferenz bezogen ist. Ist beispielsweise der Indikator ein einfacher Vervielfacher oder Multiplier, so ist der Gleichstromausgang Full, falls die beiden periodischen Wellenformen gleiche !Frequenz haben und 90 gegeneinander verschoben sind und ist ein Maximum, wenn die beiden Wellen in Phase sind. Ein Tiefpaßfilter entfernt alle Komponenten der Wellenfrequenz oder ihrer Harmonischen, die am Ausgang des Phasenindikators 41 erscheinen und trägt außerdem zur Dynamik der Schleife bei. Weitere mögliche !Formen des Tiefpaßfilters sind in I¹Xg. 4B und 4C dargestellt. Die Schleife wird geschlossen durch Einspeisung des Output vom Tiefpaßfilter als Steuersignal in eine Frequenzmodulations-Eückkopplungsschleife 43, welche ihrerseits einen der Eingänge des Phasenindikators 41 beaufschlagt. Wenn eine Phasendiskriminatorschleife als Phasenmodul at ions diskriminator benutzt wird, wird der Output am Ausgang A genommen. Wenn, wie bei der vorliegenden Erfindung, die Phasendiskriminatorschleife benutzt wird,, um eine synchronisierte periodische Wellenform zu erhalten, wird der Output am Ausgang B genommen.

Es ist ein grundsätzliches ChärakTerxstxkum~e±n~er~ ordnungsgemäß arbeitenden Phasendiskriminatorschleife, daß die Frequenz der Wellenform am Ausgang des Jfrequenzmodulators identisch mit der Frequenzkomponente der Wellenform am Singang A des Phasenindikators 41 ist, mit welcher sie

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synchronisiert ist.und daß sie eine feste Phasenbeziehung hat. In der vorliegenden Erfindung ist die Komponente der Wellenform am Eingang A die gewünschte Komponente des !"ehlersignals mit der Wobbeifrequenz. TJm die Phasendiskriminatorsehieife zu zwingen, nur auf diese gewünschte Komponente anzusprechen, _; werden die Wobbeigeschwindigkeit der einkommehden Trägerwelle . und diej enige der freilaufenden Frequenz des Frequenzmodulators zuerst sehr stabil gemacht. Beispielsweise kann gegeben sein, daß a priori die beiden Wellenformen zu irgendeiner Zeit für eine Wobbeifrequenz von 7,5 kHz und eine !"requenzstabilität von 0,001 % sich um nicht mehr als 15 Hz voneinander unterscheiden. Derartige/Stabilitäten, beispielsweise,, lassen sidi durch Temperatur-oder Kristallsteuerung des Oszillators erreichen* Mit dieser a priori-Kenntnis bzw. Voraussetzung wird die Phasendiskriminatorschleife so schmalbandig wie möglich ausgeführt, um alle unerwünschten Komponenten am .'■ Eingang A zu verwerfen, während nur eine sehr kleine-Phasen»· Verschiebung auftritt, wenn die Frequenzunbestimmtheit sich zwischen Hüll und 15 Hz bewegt. -

Als ein Beispiel sei; angenommen, daß das lie.fp aß filter 42 eine hohe G-renzfrequenz aufweist, so daß es nur Eingangswellenkomponenten filtert und zur D.ynamik der Schleife nichts beiträgt. -#ie Bandbreite B der Phäsendiskriminatorschleife ist dann "gegeben durch.

^{B a} ^i ^{Hz ;} ■

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Vt

ist

Darin^K die Schleifenverstärkung. Wenn die Schleifenverstärkung K mit 100 gewählt wird, so ist die Bandbreite der Schleife etwa 15 Hz und die Phasenverschiebung im Ausgleichsfrequenzbereich etwa 0,5°» Keine Wellenform, die sich um mehr als 15 Hz von der Nennfrequenz des Frequenzmodulators unterscheidet, kann die Schleife synchronisieren. Daher kann durch Ausnutzung der a p?iori-Kenntnis der Wobbeifrequenz die Schleife so bestimmt werden, daß sie andere Komponenten an ihrem Eingang abrupt verwirft. Der Aufbau von Phasendiskriminatorschleifen ist in der Literatur ausführlich dokumentiert,

Aufsats

wie beispielsweise in dem vor erwähnt en^von Klapper und Frankley.

Es ist zu beachten, daß die oben in einfacher Weise beschriebene Phasendiskrira.inatorsch.leif e in mannigfacher Weise varriert und mit Zusätzen ergänzt werden kann. Einige davon sind bereits oben erwähnt worden, nämlich der Fall, daß das Tiefpaßfilter dazu beitragen kann, das Innenband der Schleife und ihre Dynamik zu gestalten. Zwei Arten solcher Filter sind in Fig. 4B und 4C veranschaulicht, andere Formen sind wohlbekannt. Phasendiskriminatorschleifen sind auch in Vielfachschleifen-*- Topologie entwickelt worden. Ferner können Eingang A und Ausgang B verschiedene Wellenformen zeigen, mit den typischen Beispielen der Sinusform., Eechtecks- und Säge ζ ahnform. Auch können verschiedene andere Funktionen der Wobbelsignalkonditioniereinheit 32 der Fig. 3 in der Schleife verwirklicht werden; z.B· läßt sich, ein Verzögerungsnetzwerk zwischen das

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Tiefpaßfilter und den Frequenziaodulator 4-3 (Tgl. A-A) zur Einstellung von Phase oder Zeitbasis einschalten. Des weiteren kSinnen Einheiten zur Veränderung von Frequenz oder Verstärkung vorgesehen sein. Alle derartigen Schleifen niit ihren individuellen Vorteilen und Nachteilen für "best immte Anwendungsfälle haften jedoch allgemein die grundsätzlicheEigenschaft.der Fhasendiskriminatorschleife, wie sie für .die vorliegende Erfindung gefordert wird, wenn, synchronisiert, die Frequenz der Wellenform am Ausgang des Frequenzmodulators4-3identisch ist mit der !Frequenz der gewünschten Komponente der Wellenform am Eingang A und hierzu eine feste Phasenverschiebung aufweist.

Das GrundschalthiId der hevorzugten Ausführungsform möge erweitert werden, um zusätzliche Anpassungsfähigkeiten zu erhalten, viie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Eine solche Ergänzung besteht in einem Signalkonditionierer 51 zwischen dem irequenzmodulationsdiskriminator 21 und der Phasen- λ diskriminatorschleife 3^.Diese Eonditioniereinheit kann beispielsweise ein scharfes Filter enthalten, um einige -20 stark unerwünschte Komponenten des !"ehlersignals zu verwerfen» Iß eirtea anderen Fall kann es zur Informationsannulierung dienen. Als Beispiel hierfür mag der Fall betrachtet werden,.in welchem die Information in Binärform übertragen wird, in welcher die Wobbeiwelle zwischen zwei Amplituden gehalten wird. Die Signalkonditioni er einheit würde dann annulieren, wenn axe wie ein Amplitudenbegrenzer oder schnell wirkendar AGC arbeitet. ·.

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Andere πιο gliche Funktionen der Signalkonditioniereinheit 51 bestehen in der Änderung der Wellenform, die vom. Frequenzmodulationsdiskritainator 21 erzeugt wird "bis zu der durch die Phasendiskriminat or schleife 31 "bevorzugten !frequenz oder "bestehen darin, daß die Schwelle des Felllersignals herabgesetzt oder erhöht wird. Fig. 5 zeigt ferner.die Möglichkeit der Einschaltung eines Tiefpaßfilters und Verstärkers 53 zur automatischen Frequenzsteuerung durch Kombination des Steuersignals und des Wobbelsignals durch einen herkömmlichen, in der Zeichnung nicht dargestellten Summierstromkreis zur Kompensation von Langζextänderungen der Mittelfrequenzen.

Komplexe Wobbeimuster lassen sich im Kontext der vorliegenden Erfindung zuverlässig verfolgen. In diesem Zusammenhang soll nunmehr Fig. 6 erläutert werden, welche in einem Blockschaltbild eine solche Folgefunktion darstellt. Wenn die komplexe Wellenform aus einer Vielfalt von Frequenzkomponenten nicht harmonischer Beziehung besteht, wird· ü? jede Frequenz eine besondere Phasendiskriminatorschleife synchronisiert. Die Ausgänge dieser Schleifen werden auf die Wobbelsignalkonditioniereinheit 32 gegeben, die diese Signale in vorbestimmten Verhältnissen so kombiniert, daß das ursprünglich einkommende Wellenmuster wiederholt und dadurch das gewünschte Wobbelsignal erzeugt wird, das zur Steuerung des Frequenzmodulators 13 dient. Es ist einleuchtend, daß das Wobbeisignal aus einer "beliebigen Zahl

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von Frequenzkomponenten und Wellenformen bestehen kann.

Ein anderes Beispiel für die Erzeugung einer komplexen Wobbelwelle ist in Pig. 7 dargestellt. In diesem Fall ist der Output des Frequenzmodulationsdiskriminators 21 selbst ein gewobbelter Unterträger. Dieser Unterträger, jedoch, wird,verglichen mit dem Hauptträger, nur über eine verhältnismäßig kleine Bandbreite gewobbelt. Die Synchronisierung mit der Wobbelung des Unterträgers geschieht in gleicher Weise wie für den Hauptträger. Die Information hierzu möge am Datenausgang G gegeben sein, soweit es sich um einen Prequenzmodulator handelt oder am Datenausgang D, wenn es sicja-um eine andere Modulationstype handelt. Natürlich kann dieses Terfahren auch weiterhin auf Unterträger zweiten und höheren Grades ausgedehnt werden.

Pig.■8 schließlich zeigt in einem Blockschaltbild eine andere Ausführungsform für das Schmalbandfolgefilter. Dieses unterscheidet sich von demjenigen in Pig. 3 dadurch, daß es anstelle des Prequenzmodulators 13 ₅ Mischers 12 und ßchnBLbandzwißchenfrequenzverstärkers 14 ein gesteuertes Schmalbandfilter 81 enthält. Das von der Konditioniereinheit 32 erhalten· Wobbeleipial dient das«* ti· Mitten-

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Frequenz des Filters synchron zur Wobbelung des ankommenden Trägers zu bewegen. Dies läßt sich, beispielsweise verwirklichen durch Verwendung von signalgesteuerten Reaktanzen im Filter. Auf solche Weise wird der weit gewobbelte einkommende Träger einer Schmalbandfilterung unterworfen und erzeugt einen ähnlichen Effekt wie der Folgemixer (tracking mixer). Somit können die Kombination des Mixers, Frequenzmodulators und Schmalbandmittelfrequenzverstärkers und das gesteuerte Schmalbandfilter als verschiedene Ausführungen eines Schmalbandfolgefilters betrachtet werden, nämlich als ein Schmalbandfilter, dessen Mittelfrequenz der Wobbelmittelfrequenz des einkommenden Trägers folgt, wobei die Folgesteuerung durch den Output der V/obbelsignalkonditioniereinheit 33 gegeben ist.

Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich, insbesondere können analoge Digital- oder Computer-Einheiten zur Ausübung der verschiedenen Funktionen eingesetzt werden.

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Claims

PATMTAB SPRÜCHE;

Λ j Hachfolgeempfänger für einen gewobbelten Träger, dessen Mitte !.frequenz in vorgegebener Art über ein Frequenzband gewobbelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein ITachfolger-

einen

filter vorgesehen ist, das *» Trägereingang, eiiaaWobbelsignaleingang und einen Ausgang aufweist und als Schmalbandfilter für eine Welle am Trägereingang arbeitet, wobei die gefilterte Welle am Ausgang erscheint, und die Mittelfrequenz der Schmalbandfilterung auf ein Signal anspricht, das am Wobbelsignaleingang liegt;

daß ferner ein Empfänger für den gewobbelten Träger vorgesehen ist, der den Trägereingang des Folgefilters beaufschlagt?

daß ein Frequenzmodulationsdiskriminator vorgesehen ist, der vom Output des JPolgefilters beaufschlagt wird und ein Dehler-Signal erzeugt, das eine Komponente der Wobbeifrequenz des gewobbelten Trägers enthält;

daß ein Fehlersignalkonditionierer vorgesehen ist, auf den das genannte Fehlersignal gegeben wird; daß eine Phasendiskriminatorschleife vorgesehen ist, die vom Output der 3?ehlersignalkonditioniereinheit beaufschlagt wird und einen Output erzeugt von der nämlichen frequenz wie die genannte Komponente aus dem Pehlersignal mit der Wobbeifrequenz und im wesentlichen konstanter Phasendifferenz von dieser Frequenz; und

daß eine Wobbelsignalkonditioniereinheit vorgesehen ist, welche den Output der Phasendiskriminatorsohleife erhält und

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ein Wobbelsignal erzeugt, das auf den Wobbelsignaleingang des Folgefilters gegeben wird und nach Frequenz, Phase, Form und Amplitude so geschaffen ist, daß es dAr Folgefunktion für die genannte Mittelfrequenz der Schmalbandfilterung des Folgefilters mit der Mittelfrequenz des gewobbelten Trägers entspricht.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen ist, wobei der genannte Trägereingang auf einen Eingang des Mischers gegeben wird;

daß ein Schmalbandmittelfrequenzverstärker vorgesehen ist, der vom Output des Mischers beaufschlagt wird und den Output des Folgefilters erzeugt;

daß ein Frequenzmodulator vorgesehen ist, der den genannten Vobbelsignaleingang erM.lt und einen Output erzeugt, der den anderen Eingang des Mischers beaufschlagt, wobei der Output des Frequenzmodulators eine Mittelfrequenz aufweist zur Erzeugung einer Mittelfrequenz am Ausgang des Mischers gleich der Mittelfrequenz des ßchmalbandverstärkers und mit einer Vobbelfrequenz, Phase und Form des gewobbelten Trägers und von einer Wobbeiamplitude nahezu gleich derjenigen des gewobbelten Trägers.

§09815/0629

Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Folgefilter aus einem gesteuerten Schmalbandfilter "besteht.

Folgeempfänger für gewobbelte Träger, deren Mittelfrequenz über ein vorgegebenes "Frequenzband gewobbelt wird, mit einer Wellenform, die eine Vielzahl periodischer Komponenten enthält, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Folgefilter mit einem Trägereingang, einem Wobbelsignaleingang und einem Ausgang vorgesehen ist, mit einer Schmaibandfilterung. '-für eine Welle, welche auf den Trägereingang gegeben wird, wobei die gefilterte Welle am genannten Ausgang erscheint und die Hittelfrequenz der Schmaibandfilterung auf ein Signal anspricht, das am genannten WoOoelsignaleingang erscheint;

daß ein Empfänger für den gewobbelten Träger vorgesehen ist,, der den genannten Trägereingang des Folgefilters speist; daß ein Frequenzmodulationsdiskriminator vorgesehen ist, der den Output des Folgefilters erhält und ein Fehlersignal erzeugt, das die genannte Vielfalt periodischer Komponenten der Wobbelwelle enthält;

daß eine Fehlersignalkonditioniereinheit vorgesehen ist, die das Fehlersignal erhält und eine Vielzahl von Outputs erzeugt; daß eine Vielzahl von Phasendiskriminatorschleifen vorgesehen ist, deren jede einen anderen Output der genannten Fehlersignalkohditioniereinheit erhält und auf eine andere periodische Komponente der Wobbelwelle frequenzsynchronisiert ist und

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ira wesentlichen Ironstante Phasendifferenz von diesel" Komponente aufweist; und

daß eine WobbelsignallDDnditioni er einheit vorgesehen ist, die von gedex¹ der genannten Phasendiskriminatorschleifen gespeist wird und einen Wobbelsignal-Output erzeugt, der den genannten Wobbelsignaleingang des Folgefilters speist und die gewünschte IOro. und Amplitude aufweist, um die Filternachfolge ziir genannten Kittelfrequenz der Schraalbandfilterung des Folgefilters mit der Mittelfrequenz des gewobbelten Trägers zu bextfirlcen.

Folgeempfänger für einen gexvobbelten Träger, dessen Mittelfrequenz über ein vorgegebenes Frequenzband mit einer Wellenform gewobbelt wird, welche ihrerseits einen gewobbelten Träger enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Folgefilter mit einem Trägereingang, einem ersten Wobbelsignaleingang und einem Ausgang vorgesehen ist, daß eine Schmalbandfilterung einer Welle vollzieht, die auf den genannten Trägereingang gegeben wird, wobei die gefilterte Welle .am genannten Ausgang erscheint und die Mittelfrequenz der Schmalbandfilterung ein Signal bestimmt, das am genannten ersten Wobbelsignaleingang erscheint; daß ein Empfänger für den gewobbelten Träger vorgesehen ist, der den Trägereingang speist;

daß ein erster Frequenzmodulationsdiskrimxnator vorgesehen ist, der den Output des genannten ersten Folgefilters erhält und ein erstes Fehlersignal erzeugt, das den'genannt en gewobbelten Unterträger enthält]

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daß eine erste Fehlersignallconditioniereinheit vorgesehen ist, die das erste Fehlersignal erhält und einen Haupt-Output sowie einen gewobbelten Unterträger-Output erzeugt; daß eine erste Phasendiclcrirainatorschleife vorgesehen ist. welche den Haupt-Output der genannten ersten Fehlersignallronditioniereinheit erhält und einen Output erzeugt, der dieselbe frequenz aufweist wie der gewobbelte Unterträger und zu ihm eine im wesentlichen konstante Phasendifferenz hat; daß eine erste Wobbelsignalkonditioniereinheit vorgesehen ist, die den genannten Output der eisten Phasendiskriiainatorschleif e erhält und ein erstes Wobbelsignal erzeugt, welches auf den ersten Wobbelsignaleingang des ersten Folgefilters gegeben wird und nach Frequenz, Phase, Form und Amplitude wie gefordert so beschaffen ist, daß der Folgeprozeß für die gaannte Mittelfrequenz der Schmalbandfilterung des ersten Folgefilters mit der Mittelfrequenz des gewobbelten Trägers vollzogen wird; daß ein zweites Folgefilter mit einem Unterträgereingang für den gewobbelten Unterträger&Outptit, einem zweiten Wobbelsignaleingang und einem gefilterten Output vorgesehen ist, das eine Schmalbandfilterung vollzieht für eine Welle, die auf den Unterträgereingang gegeben wird und eine gefilterte Welle am Filterausgang, wobei die Mittelfrequaas der Schmalbandfilterung auf ein Signal anspricht, das am genannten zweiten Wobbelsignaleingang erscheint; daß ein zweiter Frequenzmodulationsdiskriminator vorgesehen ist, der den gefilterten Output des genannten zweiten Folgefilters erhält und" ein zweites Fehlersignal erzeugt,

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als Komponente der Wobbe!frequenz des gegrabbelten Unterträger SJ

daß eine zweite Fehlersi^nalkonditioniereinheit vorgesellen ist, welche das zweite Fehlersignal erhält; daß eine zweite Phasendiskrirainatorschleife vorgesehen ist, welche den Output der genannten zweiten Fehlersignalkonditionier· einheit erhält und einen Output erzeugt von der nämlichen-Frequenz wie die genannte Komponente des zweiten Federsignal-Outputs der Wobbeifrequenz und mit im wesentlichen konstanter darauf bezogener Phasendifferenz; und daß eine zweite Wobbelsignalkonditioniereinheit vorgesehen ist, die den Output der genannten zweiten Phasendiskriminatorschleife erhält und einen zweiten Wobbelsignal-Output erzeugt, der den zweiten Wobbelsignaleingang des zweiten Folgefilters speist und nach Frequenz, Phase, Form und Amplitude, wie gefordert, so beschaffen ist, daß der Folgeprozeß der sogenannten Mittelfrequenz der Schmalbandfilterung des gewobbelten Unterträgers vollzogen wird.

S. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Indikatoren für die Signale am Ausgang der Folgefilter.

7. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter und Verstärker vorgesehen ist, auf den ein Fehlersignal aus dem Frequenzmodulationsdiskriminator gegeben und von dem der Frequenzmodulator gespeist wird zum Zweck einer automatischen Frequenzsteuerung.

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8. Empfänger nach, einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch, gekennzeichnet, daß "bei sinusförmiger Wellenform der Wobbelung des Trägers die Fehlersignalkonditioniereinheit Schaltelemente enthält, durch welche der ffehlersignal-Output des IFrequenzmodulationsdiskriminäors auf den Eingang der- Phasendiskriminatorschleife gegeben wird und daß die Wobbelsignalkonditioniereinheit Schaltelemente zur Phasenverschiebung der sinusförmigen Welle enthält.

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