DE3034407C1 - Generatoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Generatoranordnung zur Erzeugnung periodischer Signale mit variabler Frequenz. Ferner betrifft sich die Anwendung einer solchen Generatoranordnung in einer Störanordnung.

In modernen elektronischen Anlagen, beispielsweise in Störanordnungen, werden häufig Generatoren verwendet, die eine Frequenzänderung in einem vorbestimmten Bereich ermöglichen. Solche Generatoren zur Erzeugung periodischer Signale mit variabler Frequenz werden von einer Schaltung gesteuert, die eine Frequenzmodulation nach einer beliebigen Variationsgesetzmäßigkeit ermöglicht. Diese Modulationsgesetzmäßigkeit ist sägezahn- oder dreiecksförmig und gewährleistet eine lineare Frequenzänderung im gesamten betrachteten Frequenzbereich. Diese Generatoren werden häufig dazu benutzt, das Durchlaßband gewisser Anlagen zu prüfen. Wenn das Frequenzspektrum des vom Oszillator abgegebenen periodischen Signals mit variabler Frequenz betrachtet wird, ist eine Gruppe von Spektrallinien zu erkennen, von denen jede von der nächsten ein Frequenzintervall entfernt ist, das der Frequenz der Frequenzmodulationsgesetzmäßigkeit entspricht. Bei einer periodischen Frequenzmodulationsgesetzmäßigkeit mit beliebiger Form läßt sich allgemein feststellen, daß die Spektrallinien in einem dem Frequenzhub des Oszillators entsprechenden Frequenzbereich die gleiche Amplitude haben. Im speziellen Fall einer dreiecksförmigen Frequenzmodulationsfunktion sind gewisse Spektrallinien im Frequenzspektrum sehr stark gedämpft. Dieser Nachteil kann beispielsweise bei der Untersuchung der Übertragungsfunktion eines Geräts äußerst störend sein. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Generatoranordnung der eingangs genannten Art ein gleichmäßiges Frequenzspektrum innerhalb eines gegebenen Frequenzintervalls zu erreichen.

Nach der Erfindung ist eine Generatoranordnung zur Erzeugung periodischer Signale mit variabler Frequenz, insbesondere zur Verwendung in Störanordnungen, mit einem Oszillator mit variabler Frequenz und einer Steuerschaltung für die Frequenz dieses Oszillators zur Erzielung eines Frequenzdurchlaufs gemäß einer Dreiecksfunktion mit der Periode T am Ausgang des Oszillators, gekennzeichnet durch eine Phasenmodulationsschaltung, mit deren Hilfe die Phase des Ausgangssignals des Oszillators gemäß einer periodischen Funktion mit der Periode T₀ geändert werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreiecksförmige Frequenzmodulationsfunktion, die auf die Mittenfrequenz F₀ des Oszillators zentriert ist,

Fig. 2 die dieser dreiecksförmigen Frequenzmodulationsfunktion zugeordnete Phasenänderungsfunktion,

Fig. 3 das Frequenzspektrum eines mit einer dreiecksförmigen Frequenzmodulationsfunktion modulierten Signals,

Fig. 4 ein Beispiel der in dem Frequenzspektrum einer dreiecksförmigen Modulationsfrequenz enthaltenen Spektrallinien,

Fig. 5 ein Beispiel der an den Ausgang des frequenzvariablen Oszillators angelegten Phasenmodulationsfunktion,

Fig. 6 das Frequenzspektrum des frequenzmodulierten Oszillators nach der Anwendung der Phasenmodulation und

Fig. 7 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Generatoranordnung.

In Fig. 1 ist eine dreiecksförmige Frequenzmodulationsfunktion dargestellt. Die Frequenzänderung ist in dieser Figur in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. F₀ ist die Mittenfrequenz des Oszillators, Δ F ist der Gesamtfrequenzhub bei dieser dreiecksförmigen Modulationsfunktion und Δ T ist die Halbperiode dieser dreiecksförmigen Frequenzmodulationsfunktion.

In Fig. 2 ist die Phasenänderungsfunktion Φ (t) dargestellt, die der in Fig. 1 dargestellten Frequenzmodulationsfunktion zugeordnet ist. Diese Funktion ist periodisch, und jede Halbperiode mit der Dauer Δ T ist durch ein Teil einer Parabel dargestellt. Die maximale Phasenabweichung von der Bezugsphase Φ _i der Mittenfrequenz F₀ des Oszillators ist durch folgende Bedingung gegeben:

In Fig. 3 ist die Hüllkurve des Frequenzspektrums eines solchen Oszillators dargestellt, der gemäß einer dreiecksförmigen Frequenzänderungsfunktion moduliert ist. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß die Dämpfung von Frequenzkomponenten außerhalb des Intervalls mit der Breite Δ F sehr stark ist.

In Fig. 4 ist ein Beispiel dieses Frequenzspektrums dargestellt, bei dem die dieses Spektrum bildenden Spektrallinien mit normierten Amplituden angegeben sind. Es ist zu erkennen, daß gewisse Spektrallinien im Inneren des Intervalls Δ F sehr stark gedämpft sind; beispielsweise können in gewissen Fällen Spektrallinien erhalten werden, die um mehr als 30 dB bezüglich der mittleren Spektrallinie gedämpft sind. Mit Hilfe der Erfindung soll das Frequenzspektrum im Inneren des Intervalls Δ F gleichmäßig gemacht werden. Zur Erzielung der Gleichmäßigkeit und zur Aufrechterhaltung der ursprünglichen Breite des Spektrums muß das der Faltung dienende Spektrum folgende Eigenschaften haben:

• 1. Es muß relativ schmalbandig sein, jedoch ausreichen, um die Einbrüche im Spektrum der Ausgangsfrequenz zu eliminieren;
• 2. Es darf selbst keine Einbrüche haben, die nach der Faltung zu Einbrüchen im resultierenden Spektrum über der angenommenen Endgrenze führen.

Das zur Realisierung dieser Faltung angewendete Spektrum könnte somit ein kontinuierliches Spektrum oder bei ausreichender Annäherung der einzelnen Spektrallinien auch ein Spektrum mit Spektrallinien sein. Diese spektrale Faltung darf natürlich die vom Oszillator abgegebene Signalenergie nicht ändern. Dies führt zu einem Signal, dessen Betrag im gesamten Frequenzspektrum den Wert 1 hat. Somit entspricht das der Faltung dienende Spektrum einer Phasenmodulation (zeitliches Produkt mit einem Ausdruck mit der Amplitude 1). Das Ergebnis der angestrebten spektralen Faltung ist somit ein Spektrum, dessen Breite im wesentlichen gleich der Breite des Ausgangsspektrums ist, das jedoch gleichmäßig gemacht ist.

In Fig. 5 ist ein Beispiel einer Phasenmodulation dargestellt, von der das äquivalente Frequenzspektrum gezeigt ist. Es wird ein auf die Frequenz 0 zentriertes Frequenzspektrum angewendet, von dem angenommen wird, daß die Spektrallinien enger beieinander liegen, als die des vom Oszillator abgegebenen Signals. Dies bedeutet, daß die Folgeperiode der Phasenmodulationsfunktion größer als die Folgeperiode der dreiecksförmigen Frequenzmodulationsfunktion des Oszillators ist.

In Fig. 6 ist das Ergebnis der Faltung des in Fig. 4 dargestellten Frequenzspektrums mit dem in Fig. 5 dargestellten Frequenzspektrum dargestellt, das die Phasenmodulationsfunktion repräsentiert. In dieser Fig. 6 ist zu erkennen, daß die gedämpften Spektrallinien verschwunden sind, und daß das Frequenzspektrum eine größere Anzahl von Spektrallinien aufweist, deren Breite der der angewendeten Phasenmodulationsfunktion entspricht. Die Breite des auf diese Weise erhaltenen Frequenzspektrums ändert sich bezüglich des Spektrums des vom Oszillator abgegebenen Signals nur wenig.

Diese Phasenmodulationsfunktion kann eigentlich beliebig sein, wobei die einzige Bedingung darin besteht, daß sie periodisch ist und daß ihre Periode vorzugsweise größer als die Periode der Frequenzmodulationsfunktion des Oszillatorsignals ist. Es könnte insbesondere eine kontinuierliche Phasenmodulation gemäß einer beliebigen periodischen Funktion angewendet werden, beispielsweise eine Modulation mit quantisierter Phase. Beispielsweise könnte eine Phasenmodulation ausschließlich mit den Werten 0 oder π nach einer periodischen Folge angewendet werden; dieser besondere Fall, der nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen ist, bietet den Vorteil einer besonders einfachen Ausführung.

In Fig. 7 ist das allgemeine Blockschaltbild der Generatoranordnung dargestellt. Die Anordnung enthält einen hinsichtlich der Frequenz steuerbaren Oszillator 1, eine Steuerschaltung 2 zur Steuerung der Frequenz dieses Oszillators 1, die mit dessen Steuerklemme verbunden ist, und eine Phasenmodulationsschaltung 3, die zwischen den Ausgang des Oszillators 1 und die Anwendungsklemme S eingefügt ist; die Phasenmodulationsschaltung 3 empfängt ein von der Steuerschaltung 2 für die Frequenz des Oszillators 1 abgegebenes Synchronisierungssignal. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält die Phasenmodulationsschaltung 3 eine Schaltungseinheit 4, mit deren Hilfe aus der Steuerschaltung 2 für die Frequenz des Oszillators 1 Synchronisierungsimpulse erzeugt werden können, und eine Detektorschaltung 5 zur Feststellung dieser Synchronisierungsimpulse, die zwischen die Schaltungseinheit 4 zur Erzeugung der Synchronisierungsimpulse und eine eigentliche Phasenmodulationsschaltung 6 eingefügt ist. Für den Fall einer dreiecksförmigen Frequenzmodulation, die mittels der Steuerschaltung 2 zur Steuerung der Frequenz des Oszillators 1 erzeugt wird, bewirkt die Schaltungseinheit 4 einfach die doppelte Ableitung des Frequenzmodulationssignals. Auf diese Weise wird eine Folge von Impulsen erhalten, die mit der Frequenzmodulationsperiode synchronisiert sind. Diese Synchronisierungsimpulse, die von der Detektorschaltung 5 festgestellt werden, ermöglichen die Steuerung der Phasenmodulationsfunktion, die von der Phasenmodulationsschaltung 6 erzeugt wird. Die Phasenmodulationsschaltung 6 kann so aufgebaut sein, daß sie eine kontinuierliche, mit der Frequenzmodulationsfunktion synchronisierte Phasenmodulationsfunktion oder eine einer Quantifizierung der Phase des vom Oszillator 1 abgegebenen Signals entsprechende Phasenmodulationsfunktion erzeugt. Für den Fall einer periodischen Phasenmodulationsfunktion, bei der die Phase nur quantifizierte Werte annehmen kann, kann beispielsweise für die Phasenmodulationsschaltung 6 ein Speicher verwendet werden, in den die verschiedenen, für eine Periode der Phasenmodulationsfunktion notwendigen Phasenwerte gespeichert sind; jeder Synchronisierungsimpuls ermöglicht dabei die Wiederholung dieser Phasenmodulationsfunktion, indem die aufeinanderfolgenden Phasenwerte aus dem Speicher entnommen und an die Steuerklemmen eines programmierbaren Phasenschiebers angelegt werden.

In einer Störanordnung kann ein Generator für periodische Signale mit variabler Frequenz, dessen Phase gemäß den obigen Ausführungen moduliert ist, ein quasi kontinuierliches Frequenzspektrum aufweisen, wenn die Periode der Phasenmodulationsfunktion groß ist; dies ist für eine solche Anordnung ein beträchtlicher Vorteil.

Es ist hier eine Generatoranordnung für periodische Signale mit variabler Frequenz beschrieben worden, deren Frequenzspektrum in der Gesamtheit des Durchlaßbandes gleichmäßig ist.

Claims (8)

1. Generatoranordnung zur Erzeugung periodischer Signale mit variabler Frequenz, insbesondere zur Verwendung in Störanordnungen, mit einem Oszillator (1) mit variabler Frequenz und einer Steuerschaltung (2) für die Frequenz dieses Oszillators (1) zur Erzielung eines Frequenzdurchlaufs gemäß einer Dreiecksfunktion mit der Periode T am Ausgang des Oszillators (1), gekennzeichnet durch eine Phasenmodulationsschaltung (3), mit deren Hilfe die Phase des Ausgangssignals des Oszillators (1) gemäß einer periodischen Funktion mit der Periode T₀ geändert werden kann.

2. Generatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode T₀ größer als die Periode T oder gleich der Periode T ist.

3. Generatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode T₀ ein Vielfaches der Periode T ist.

4. Generatoranordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal mit der Periode T₀ mit dem Signal mit der Periode T synchronisiert ist.

5. Generatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulation durch eine periodische Folge quantifizierter Phasenwerte erhalten wird.

6. Generatoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die quantifizierten Phasenwerte nur die Phasenwerte 0 oder π enthalten.

7. Generatoranordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulationsschaltung (3) eine Schaltungseinheit (4) enthält, die an die Frequenzsteuerschaltung (2) angeschlossen ist und in jeder Frequenzdurchlaufperiode des Oszillators (1) Synchronisierungsimpulse liefert, wobei die Schaltungseinheit (4) an eine Phasenmodulationsschaltung (6) angeschlossen ist, die die Phase des Ausgangssignals des Oszillators (1) nach einer vorbestimmten periodischen Funktion ändert, die mit dem Frequenzdurchlaufsignal des Oszillators (1) synchronisiert ist.

8. Generatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer Störanordnung.