DE2941049C2

DE2941049C2 - Verfahren zur Frequenznachregelung und Modulation eines Schwingungserzeugers

Info

Publication number: DE2941049C2
Application number: DE2941049A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(grad.) 7151 Allmersbach Junger
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1979-10-10
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE2941049A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.
Eine solche Einrichtung ist bekannt aus DE-PS 19 08 267. Durch Nichtlinearitäten in der Kapazitätskennlinie der Nachstimmkapazitätsdiode ändert sich die Schleifenverstärkung der gesamten Frequenznachregeleinrichtung. Zur Kompensation dieser Nichtlinearitäten wird in der DE-PS 19 08 267 zwischen Phasendiskriminator und Schwingungserzeuger ein Verstärker geschaltet, dessen Gegenkopplung so eingestellt ist, daß die Schleifenverstärkung der Frequenznachregeleinrichtung unabhängig von der eingestellten Oszillatorfrequenz des Schwingungserzeugers weitgehend konstant bleibt. Das Gegenkopplungsnetzwerk ist eine zusätzliche und störanfällige Einrichtung. Bei dieser Schaltung neigt der Verstärker zu Schwingungen. Außerdem ist nur eine niedrige Modulationsfrequenz und eine niedrige Grenzfrequenz der Regelschleife zu erreichen.
Eine Frequenznachregeleinrichtung und Modulation eines Schwingungserzeugers an nur einer Kapazitätsdiode bei konstanter Steilheit ist ohne Nachsteuern des Regelspannungsverstärkers nur mit großem Aufwand möglich.
Aus der DE-OS 23 48 650 ist es für die Frequenznachregelung und Modulation an sich bekannt, eine weitere Kapazitätsdiode zu verwenden. Jedoch wird hier die eine Kapazitätsdiode zur Frequenzmodulation und die andere - in Abweichung zum Anmeldungsgegenstand - als Stellglied für eine Phasenregelung verwendet. Eine Anregung hinsichtlich Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht, zumal es beim Gegenstand der DE-OS 23 48 650 darum geht, Störgeräusche, hervorgerufen durch einen nichtlinearen Phasendiskriminator, zu unterdrücken, indem eine zusätzliche Mischung der Modulationsfrequenz mit einer Vergleichsfrequenz und eine phasenrichtige Addition dieses Mischprodukts zur Nachstimmspannung vorgenommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Einrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2 so auszubilden, daß ohne Nachsteuern des Regelspannungsverstärkers eine bis zu hohen Modulationsfrequenzen nahezu konstante Steilheit zustandekommt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Die Ansprüche 3 und 4 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösungen ergeben sich aus dem Konstantbleiben der Steilheit über einen sehr großen Nachstimmbereich, aus der leichten Einstellbarkeit der Modulationssteilheit über eine Vorspannung Ui, aus der Verhinderung der Schwingneigung beim Wobbeln des Schwingungserzeugers (Suchlauf), da die Schleifenverstärkung der Regelschleife konstant gehalten wird. Die erfindungsgemäßen Lösungen sind besonders bei sehr hohen Frequenzen geeignet, z. B. in Verbindung mit Hohlraum- oder Koaxialresonatoren, da hier ein einfaches Ankoppeln der Kapazitätsdioden möglich ist. In Verbindung mit der Regelschleife ist eine konstante Schleifenverstärkung ohne Regelung oder Voreinstellung des Regelverstärkers zu erreichen. Dieser kann deshalb einfacher gebaut sein, höhere Verstärkung liefern und eine höhere Grenzfrequenz besitzen, was wiederum in einer höheren Grenzfrequenz der Regelschleife zum Ausdruck kommt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 das Kompensationsnetzwerk und die Anordnung der Kapazitätsdioden,
Fig. 2 die Frequenzabhängigkeit der zweiten Kapazitätsdiode,
Fig. 3 die Steilheiten in Abhängigkeit der Vorspannungen,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit Phasenmodulation,
Fig. 5 den Verlauf der Verstärkung in Abhängigkeit der Frequenz und
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit Frequenzmodulation.
In Fig. 1 sind die frequenzbestimmenden Elemente 1, 2, 12, 13, 14, 15 des Schwingungserzeugers 16 dargestellt. An den Eingang 5 des Kompensationsnetzwerkes 3 wird die Vorspannung Un für die Nachstimmkapazitätsdiode zugeführt. An den Eingang 11 wird eine konstante Gleichspannung Ui gelegt.
Diese wird über den zweiten Widerstand 10 der Modulationskapazitätsdiode (zweite Kapazitätsdiode 2) zugeführt und überlagert sich mit der über den ersten Widerstand 7 zugeführten Vorspannung Un zur Vorspannung Um. Die Modulationswechselspannung wird über den Kondensator 6 geführt. Die Signale an den Ausgängen 8 und 9 des Kompensationsnetzwerkes 3 werden den Kapazitätsdioden 1 und 2 zugeführt, wobei zwischen den Zuführpunkten und Bezugspotential jeweils noch Kondensatoren 12 und 13 eingefügt sind. Diese Kondensatoren 12 und 13 stellen die Ankopplung der Kapazitätsdioden 1 und 2 an den Resonanzkreis 14 und 15 des Schwingungserzeugers dar.
Das Kompensationsnetzwerk 3 hat in Verbindung mit dem Schwingkreis des Schwingungserzeugers und den beiden Kapazitätsdioden folgende Funktion: Wird der Schwingkreis mit einer zweiten Kapazitätsdiode 2 moduliert, besitzt dieser die in Fig. 2 dargestellte nichtlineare Frequenzabhängigkeit f über der Vorspannung Um. Fig. 3 zeigt die Steilheit Sm in Abhängigkeit der jeweiligen Vorspannungen U, Um bzw. Un. Die Steilheit Sm = @O:d°Kf°k:d°KUm°k&udf54; über der Vorspannung Um ist in Fig. 3 Kurve I dargestellt. Diese Kurve I nach Fig. 3 trifft für den Fall zu, daß die Kapazität 15 des Schwingkreises konstant ist und Un und somit die Kapazität der Nachstimmkapazitätsdiode 1 konstant gehalten wird. Wird jetzt die Vorspannung Um an der zweiten Kapazitätsdiode 2, damit auch ihre Kapazität, konstant gehalten und die Vorspannung Un variiert, ändert sich die Kapazität der Nachstimmkapazitätsdiode 1 und damit die Gesamtkapazität des Schwingkreises. Es ändert sich somit das Verhältnis von Kapazitätsänderung der zweiten Kapazitätsdiode 2 zur Gesamtkapazität des Schwingkreises, ohne Einfluß der Kapazität der zweiten Kapazitätsdiode 2, in Abhängigkeit der Vorspannung Un der Nachstimmkapazitätsdiode 1. Das bedeutet, daß mit steigender Vorspannung Un auch die Steilheit Sm steigt. Fig. 3 Kurve II zeigt diese Abhängigkeit von Sm als Funktion von Un bei konstanter Vorspannung Um ohne Kompensation. Durch das Kompensationsnetzwerk 3 wird die Vorspannung Um etwas mit der Vorspannung Un mitgezogen; d. h. mit steigender Vorspannung Un steigt Sm, da jetzt aber Um ebenfalls steigt, sinkt Sm wieder. Bei geeigneter Dimensionierung der Kompensationsschaltung 3 kann die Steilheit Sm über einen großen Nachstimmbereich konstant gehalten werden. Fig. 3 Kurve III zeigt diese konstant gehaltene Steilheit Sm als Funktion der Vorspannung Un bei kompensierter Vorspannung Um.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Phasenmodulation. Ein Teil des Ausgangssignals des Schwingungserzeugers 16 wird mittels des Richtkopplers 17 ausgekoppelt und dem Phasendiskriminator 18 direkt oder nach Frequenzumsetzung mittels einer Oszillatorfrequenz fo im Mischer 23 zugeführt. Der Phasendiskriminator 18 vergleicht dieses Signal mit einem ihm ebenfalls zugeführten modulierten zwischen- oder hochfrequenten Eingangssignal HF oder ZF. Die am Phasendiskriminator 18 gewonnene Regelspannung wird an den Eingang des Regelspannungsverstärkers 19 gelegt. Der Regelspannungsverstärker 19 besitzt zwei getrennte Wege zur Verstärkung. Zum einen wird die Regelspannung verstärkt als Vorspannung Un an den Eingang 5 des Kompensationsnetzwerkes 3 und zum anderen ein über einen Trennkondensator aus der Regelspannung abgeleitetes gleichspannungsfreies Signal verstärkt als Modulationssignal an den Eingang 4 des Kompensationsnetzwerkes 3 geführt.
Fig. 5 zeigt den qualitativen Verlauf der Verstärkung V des Regelspannungsverstärkers 19 in Abhängigkeit von der Frequenz f. Die Grenzfrequenz der Regelschleife liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 60 MHz und ist konstant. Erreicht wird eine verzerrungsfreie Übertragung bis über 10 MHz bei einer Frequenz des Schwingungserzeugers von 7 GHz.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Frequenzmodulation. Ein Teil des Ausgangssignals des Schwingungserzeugers 16 wird mittels Richtkoppler 17 ausgekoppelt und dem Phasendiskriminator 18 nach Frequenzteilung im Teiler 22 oder mit zusätzlicher Frequenzumsetzung mittels einer Oszillatorfrequenz fo im Mischer 23 zugeführt. Der Phasendiskriminator 18 vergleicht dieses Signal mit einem Referenzsignal 20, das beispielsweise ein unmodulierter HF-Träger sein kann. Die am Phasendiskriminator 18 gewonnene Regelspannung wird dem Regelverstärker 19 zugeführt, der an seinem Ausgang das Vorspannungssignal Un für das Kompensationsnetzwerk 3 liefert. Das Modulationssignal 21 wird dem Kompensationsnetzwerk 3 am Eingang 4 angeboten. Die Grenzfrequenz der Regelschleife ist bei der Frequenzmodulation kleiner als die niedrigste Modulationsfrequenz. Die Regelschleife dient hier nur zur Frequenznachstimmung.

Claims

1. Einrichtung zur Frequenznachregelung und Modulation eines Schwingungserzeugers, welcher mit einer Phasenregelschleife ausgestattet ist, die einen Phasendiskriminator, dem ein vom Ausgang des Schwingungserzeugers abgeleitetes Signal und ein Referenzfrequenzsignal zugeführt ist, sowie einen zwischen Ausgang des Phasendiskriminators und Eingang des Schwingungserzeugers befindlichen Regelspannungsverstärker aufweist, dem eine parallel zum Schwingkreis des Schwingungserzeugers angeordnete Nachstimmkapazitätsdiode nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Nachstimmkapazitätsdiode (1) eine weitere Kapazitätsdiode (2) angeordnet ist, daß ein Kompensationsnetzwerk (3) vorgesehen ist, welches drei Eingänge (4, 5, 11) und zwei Ausgänge (9, 8) aufweist, daß zur Modulation des Schwingungserzeugers dem ersten Eingang (4) des Kompensationswerkes (3) eine aus der Regelspannung bzw. dem Modulationssignal abgeleitete Spannung, dem zweiten Eingang (5) die verstärkte Regelspannung und dem dritten Eingang (11) eine konstante Gleichspannung (Ui) zugeführt ist, daß der erste Ausgang (8) des Kompensationsnetzwerkes (3) mit der Kathode der Nachstimmkapazitätsdiode (1) und der zweite Ausgang (9) mit der Kathode der weiteren Kapazitätsdiode (2) verbunden ist, daß zwischen erstem Eingang (4) und zweitem Ausgang (9) ein Kondensator (6), zwischen zweitem Eingang (5) und erstem Ausgang (8) eine elektrische Durchverbindung, zwischen erstem und zweitem Ausgang (8, 9) ein erster Widerstand (7) und zwischen drittem Eingang (11) und zweitem Ausgang (9) ein zweiter Widerstand angeordnet ist, und daß das Kompensationsnetzwerk (3) unter Berücksichtigung der Ankopplungen der beiden Kapazitätsdioden (1, 2) an den Schwingungserzeuger (14, 15) so dimensioniert ist, daß die Einrichtung zur Frequenznachregelung bis zu hohen Modulationsfrequenzen eine nahezu konstante Steilheit aufweist.

2. Einrichtung zur Frequenznachregelung und Modulation eines Schwingungserzeugers, welcher mit einer Phasenregelschleife ausgestattet ist, die einen Phasendiskriminator, dem ein vom Ausgang des Schwingungserzeugers abgeleitetes Signal und ein Referenzfrequenzsignal zugeführt ist, sowie einen zwischen Ausgang des Phasendiskriminators und Eingang des Schwingungserzeugers befindlichen Regelspannungsverstärker aufweist, dem eine parallel zum Schwingkreis des Schwingungserzeugers angeordnete Nachstimmkapazitätsdiode nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur Nachstimmkapazitätsdiode (1) eine weitere Kapazitätsdiode (2) angeordnet ist, daß ein Kompensationsnetzwerk (3) vorgesehen ist, welches drei Eingänge (4, 5, 11) und zwei Ausgänge (9, 8) aufweist, daß zur Modulation des Schwingungserzeugers dem ersten Eingang (4) des Kompensationsnetzwerkes (3) eine aus der Regelspannung bzw. dem Modulationssignal abgeleitete Spannung, dem zweiten Eingang (5) die verstärkte Regelspannung und dem dritten Eingang (11) eine konstante Gleichspannung (Ui) zugeführt ist, daß der erste Ausgang (8) des Kompensationsnetzwerkes (3) mit der Kathode der Nachstimmkapazitätsdiode (1) und der zweite Ausgang (9) mit der Kathode der weiteren Kapazitätsdiode (2) verbunden ist, daß zwischen erstem Eingang (4) und zweitem Ausgang (9) ein Kondensator (6), zwischen zweitem Eingang (5) und erstem Ausgang (8) eine elektrische Durchverbindung, zwischen erstem und zweitem Ausgang (8, 9) ein erster Widerstand (7) und zwischen drittem Eingang (11) und zweitem Ausgang (9) ein zweiter Widerstand angeordnet ist, und daß das Kompensationsnetzwerk (3) unter Berücksichtigung der Ankopplungen der beiden Kapazitätsdioden (1, 2) an den Schwingungserzeuger (14, 15) so dimensioniert ist, daß die Einrichtung zur Frequenznachregelung bis zu hohen Modulationsfrequenzen eine nahezu konstante Steilheit aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsart des Schwingungserzeugers eine Frequenzmodulation ist, und daß dem ersten Eingang (4) des Kompensationsnetzwerkes (3) eine aus dem Modulationssignal abgeleitete Spannung zugeführt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsart des Schwingungserzeugers eine Phasenmodulation ist, und daß dem ersten Eingang (4) des Kompensationsnetzwerkes (3) eine aus der Regelspannung abgeleitete Spannung zugeführt ist.