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Meßeinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Ermittlung
des Störseitenbandspektrums einer Oszillatorschwingung hoher Frequenz, insbesondere
oberhalb ein MHz, bei der die zu untersuchende Oszillatorschwingung mittels eines
Mischers mit einem in der Frequenz veranderbaren Umsetzoszillator in die Frequenzebene
eines als Frequenzfenster wirksamen schmalen Bandpaßfilters umgesetzt und mit ihrem
Störseitenbandspektrum an diesem Frequenzfenster vorbeigeschoben wird, und bei der
das Ausgangssignal des Bandpaßfilters, gegebenenfalls über eine weitere Mischanordnung
mit nachgeschalteten Filtermitteln, dem Y-Eingang einer Aufzeichnungsvorrichtung
zugeführt ist, deren X-Eingang ein die Frequenzlageninformation enthaltendes Signal
zugeführt ist.
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Bei der Entwicklung von Oszillatoren, die in Einrichtungen zur Frequenzsynthese
Verwendung finden, müssen sehr hohe Anforderungenan d4e stets vorhandenen Seitenbandn
störspektren gestellt werden. Seitenbandstörspektren haben ihre Ursache in kurzzeitigen
Schwankungen der Oszillatorfrequenz, in dem der Oszillatorfrequenz überlagerten,
durch
die Bauelemente verursachten Rauschen sowie in auftretenden Nebenlinien.
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Das selektive Ausmessen dieser Seitenbandstörspektren einer Hochfrequenzoszillatorschwingung
besteht vor allem in der Schwierigkeit des großen Pegelunterschieds zwischen der
eigentlichen Oszillatorschwingung und dem frequenzmäßig eng benachbarten zu messenden
Seitenband.
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Grundsätzlich besteht zwar die Woglichkeit, die Oszillatorschwingung
selbst durch Mischen mit einem Trägersignal gleicher Frequenz auf die Zwischenfrequenz
Null herabzumischen und auf diese Weise die Oszillatorschwisgung selbst mit ihrem
großen Pegel zu eliminieren. Das hier auszumessende Niederfrequenzspektrum ist jedoch
dann das spektrale Abbild der Leistungssumme aus beiden Seitenbändern. Hierdurch
können also keine Informationen über die einzelnen Seitenbänder selbst erhalten
werden.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein als Frequenzfenster wirksames
schmales Bandpaßfilter vorzusehen. Da die Frequenz des Filters feststeht, kann mit
Hilfe einer einen variablen Umsetzoszillator aufweisenden Mischanordnung das zu
messende Einseitenband an diesem Filter vorbeigeschoben werden und auf diese Weise
das Einseitenband selektiv ausgemessen werden. Aber auch bei diesem Verfahren ergeben
sich Schwierigkeiten, wenn an die Meßgenauigkeit der Meßanordnung sehr hohe AnfordeJ
rungen gestellt werden müssen. Die Schwierigkeit besteht hier nämlich in der Zuordnung
der Seitenbandfrequenzen zu den gemessenen Pegelwerten, weil die Langzeitstabilität
der zu untersuchenden Oszillatorschwingung einerseits und des Umsetzoszillators
der Mischanordnung andererseits auch bei hohem technischem Aufwand in diesem Falle
nicht ausreichend ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Meßeinrichtung
der letztgenannten Art eine Lösung anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine hohe
Genauigkeit der Zuordnung der Seitenbandfrequenzen zu den ermittelten Pegelwerten
auf der Ausgangsseite des BandpaBfilters gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das die
Frequenzlageninformation enthaltende Signal aus der Zwischenfrequenz am Ausgang
des Mischers mittels einer einen Zähler aufweisenden Frequenzauswerteeinrichtung
abgeleitet wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich Mängel der Langzeitstabilität
einerseits der zu untersuchenden Oszillatorschwingung und andererseits des variablen
Umsetzoszillators der Mischanordnung dadurch eliminieren lassen, daß das Zwischenfrequenzsignal,
bezogen auf die durch die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters gegebene feste Bezugsfrequenz,
periodisch ausgezählt und dieses Zählergebnis zu dem die Frequenzlageninformation
enthaltenden Signal aufbereitet wird.
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Ein geringer Aufwand für den Zähler wird in vorteilhafter Weise dadurch
erreicht, daß er lediglich die Frequenzablage der Oszillatorschwingung in der Zwischenfrequenzlage
von der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters während einer Torzeit auszählt und hierzu
über eine Steuereinrichtung, abhängig vom Vorzeichen der Frequenzablage unter Berücksichtigung
der über oder Unterlagerung beim Mischvorgang, vor Beginn eines Zählzykluses jeweils
voreingestellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zähler der Frequenzauswerteeinrichtung
ein Auf-Abwärtszähler mit einer von einem Taktgenerator festgelegten Torzeit,
dem
ein ebenfalls vom Taktgenerator gesteuerter Speicher nachgeschaltec ist. Hierbei
nimmt der Speicher in den Zählpausen die Zählergebnisse des Zählers auf und gibt
sie an die Aufzeichnungsvorrichtung über einen Digital-Analogwandler ab.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch
4 angegeben.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Meßanordnungnachder Erfindung, Fig. 2 ein nähere
Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild der Frequenzauswerteeinrichtung nach Fig.
1.
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Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 weist den Mischer M mit dem variablen
Umsetzoszillator UG auf, dessen Signaleingang die zu untersuchende Oszillatorschwingung
des Oszillators 0 zugeführt wird. Dem Ausgang des Mischers ist ein schmaler QizzbandpaßBP
nachgeschaltet, der ein Frequenzfenster darstellt, an dem mit Hilfe des variablen
Uisetzoszillators UG das Seitenbandstörspektrum der Oszillatorschwingung des Oszillators
O in der Zwischenfrequenzlage vorbeigeschoben wird. Dem Bandpaß BP ist der Verstärker
V nachgeschaltet, er beispielsweise eine logarithmische Verstärkunginie aufweist
und ausgangsseitig mit dem Y-Eingang der Auswerteeinrichtung A verbunden ist. Ferner
weist Fig. 1 die Frequenzauswerteeinrichtung FE auf, deren Eingang 1 mit dem Mischerausgang
in Verbindung steht. Die Frequenzauswerteeinrichtung FE leitet aus dem Zwischenfrequenzsignal
das die Frequenzinformationen enthaltende Signal am Ausgang 2 ab, der seinerseits
mit dem
X-Eingang der Auswerteeinrichtung verbunden ist.
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Die Frequenzauswerteeinrichtung FE nach Fig. 1 weist, wie Fig. 2 zeigt,
eingangsseitig einen der Entkopplung dienenden Bandpaß BP1 auf, über den das Zwischenfrequenzsignal
dem Verstärker V1 zugeführt wird. Der Verstärker V1 arbeitet ausgangsseitig auf
den Auf-Abwärtszähler Z, der im Rhythmus des Taktgenerators TG die Oszillatorschwingung
des Oszillators 0 in der Zwischenfrequenzebene auszählt. Der Zählerausgang ist mit
dem Speicher SP verbunden, in dem die Zählergebnisse am Ende einer Torzeit des Auf-Abwärtszmhrers
Z gespeichert werden. Der Speicher SP wird ebenfalls vom Taktgenerator TG gesteuert.
Bis zur Ubernabme eines neuen Zählergebnisses wird der letzte Wert gespeichert und
an den Eingang eines Digital-Analogaandlers W abgegeben, der ausgangsseitig über
den Schalter Sl und den ebenfalls mit einer logarithmischen Verstärkungskennlinie
versehenen Verstärker V2 mit dem Ausgang 2 verbunden i-d; DerSchalter S1 überbrückt
in der in unterbrochener Linie gezeichneten Stellung den logarithmischen Verstärker
V2 und ermöglicht auf diese Weise wahlweise eine logarithmische oder eine lineare
Frequenzanzeigescala. Die Logarithmierung kann selbstverständlich auch auf der digitalen
Seite vor dem Digital-Analogumwandler mittels einer geeigneten Logarithmiereinrichtung
erfolgen.
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Die Steuereinrichtung SE dient der Voreinstellung des Auf-Abwärtszählers
Z auf die Mittenfrequenz des Quarzbandpasses BP nach Fig. 1. Auf diese Weise braucht
der Auf-Abwärtszähler lediglich die Frequenzabweichung von der Mittenfrequenz des
Quarzbandpasses auszuzählen.
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Über den Schalter 52 wird die Voreinstellung abhängig von der Frequenzabweichung
f in der Weise vorgenommen, daß der Auf-Abwäftszähler Z bei einer Frequenzabweichung
a fovals die Quarzbandpaß-Mfttenfrequenz auf die
Mittenfrequenz
des Quarzbandpasses eingestellt wird und während der durch den Taktgenerator TG
gegebenen Torzeit nach abwärts zählt. Bei einer Frequenzabweichung A f> als die
Quarzbandpaß-Mittenfrequenz wird dagegen der auf-Abwärtszähler Z auf einen Wert
eingestellt, der dem Komplement der Mittenfrequenz des Quarzbandpasses entspricht
und die Zählung in Aufwartsrichtung durchgeführt. Da die Frequenzabweichung »f lediglich
für einen Bruchteil der Mittenfrequenz des Quarzbandpasses interessiert, genügt
es, den Auf-Abwärtszähler Z lediglich für die entsprechende Dekadenzahl auszulegen.
Seine Voreinstellung erfolgt in diesem Fall dann lediglich über eine bestimmte Anzahl
der letzten Stellen der Mittenfrequenz des Quarzbandpasses.
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Die durch den Taktgenerator TG vorgegebene Torzeit bestimmt die Meßgenauigkeit
bzw. die Auflösung. Wird beispielsweise lediglich eine Auflösung von 100 Hz verlangt,
so brauchen bei der Voreinstellung die 10 Hz und 1 Hz-Stellen der Bandmittenfrequenz
des Quarzbandpasses ebenfalls nicht berücksichtigt zu werden.
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Wie Fig. 2 noch erkennen läßt, kann dem Ausgang des Speichers SP noch
eine digitale Frequenzanzeige FA nachgeschaltet sein, wodurch die gerade aktuelle
Frequenzlage noch zusätzlich abgelesen werden kann.
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4 Patentansprüche 2 Figuren