DE3151746C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Normalfrequenzgenerator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Normalfrequenzgenerator ist aus der GB-PS 12 63 928 bekannt. In dieser Druckschrift hat der dort als Referenzfrequenzquelle bezeichnete zweite Durchstimmoszillator die Form eines Kristalloszillators. Der Durchstimmbereich dieses Oszillators ist jedoch verhältnismäßig schmal, so daß dementsprechend die Bandbreite des Ausgangssignals relativ schmal ist. Es ist bekannt, daß die Steuersignal-Schwingungsfrequenz-Kennlinie eines solchen Kristalloszillators mit Nichtlinearitäten behaftet ist, was zur Folge hat, daß sich das Ausgangssignal des Normalfrequenzgenerators bei Änderung des Frequenzteilungsverhältnisses des änderbaren Frequenzteilers in gleichen Schritten nicht entsprechend linear ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Normalfrequenzgenerator der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß die Bandbreite, innerhalb derer das Ausgangssignal des Generators variiert werden kann, im Vergleich zum Stand der Technik größer wird und gleichzeitig eine bessere Linearität der Steuersignal-Schwingungsfrequenz-Kennlinie erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Normalfrequenzgenerator bewirkt also eine Änderung des Ausgangssignals des ersten Phasenvergleichers eine Erhöhung der Schwingungsfrequenz des ersten Durchstimmoszillatorelements und gleichzeitig eine Verringerung der Schwingungsfrequenz des zweiten Durchstimmoszillatorelements. Dadurch, daß die beiden gegenläufig geregelten Ausgangssignale der beiden Durchstimmoszillatorelemente einer Differenzbildung unterworfen werden, ergibt sich am Ausgang des zweiten Durchstimmoszillators ein Signal, welches gekennzeichnet ist durch einen großen Linearbereich der Steuersignal-Schwingungsfrequenz-Kennlinie. Außer der guten Linearität erhält man einen relativ großen Bereich, innerhalb dessen sich die Ausgangsfrequenz des Generators ändern kann. Um eine große Änderung der Frequenz des Ausgangssignals zu erreichen, ist nur eine relativ kleine Änderung der Steuerspannung notwendig. Als weitere Vorteile lassen sich die hohe Spektralreinheit der Ausgangsfrequenz und die geringe Temperaturabhängigkeit der Ausgangsfrequenz angeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, bei der ein Normalfrequenzgenerator zum Einsatz gelangt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Normalfrequenzgenerators,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren herkömmlichen Normalfrequenzgenerators,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik herleitbaren Normalfrequenzgenerators,

Fig. 5 und 8 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Normalfrequenzgenerators,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Normalfrequenzgenerators, bei welchem das Frequenzteilerverhältnis eines variablen Frequenzteilers kleiner gewählt wird,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Normalfrequenzgenerators, welcher eine große relative Frequenzvariationsbandbreite eines Referenzsignals für eine zweite Regelschleife aufweist, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Normalfrequenzgenerators.

Zum besseren Verhältnis der Erfindung soll zunächst anhand von Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung erläutert werden, bei welcher der erfindungsgemäße Normalfrequenzgenerator Anwendung findet. Anschließend sollen anhand der Fig. 2 bis 4 Ausführungsbeispiele bekannter Normalfrequenzgeneratoren bzw. eines aus dem Stand der Technik herleitbaren Generators erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung einer örtlichen Oszillatorvorrichtung, welche beispielsweise in einem Spektralanalysator zur Änderung der Frequenz eines Empfangssignals verwendet wird. Das oszillierende Ausgangssignal eines Oszillators 11, dessen Oszillationsfrequenz über einen Frequenzbereich von 2000 bis 4000 MHz in Schritten von 100 MHz variabel ist, wird mittels eines Frequenzmischers 13 mit dem Ausgangssignal eines variablen Frequenzoszillators 12 gemischt. Das resultierende Frequenzsignal am Ausgang des Frequenzmischers 13 wird mittels eines weiteren Frequenzmischers 15 mit dem oszillierenden Ausgangssignal eines Oszillators 14 gemischt, dessen Frequenz über einen Frequenzbereich von beispielsweise 200 bis 300 MHz in Schritten von 10 kHz bis 10 MHz geregelt werden kann. Das gemischte Ausgangssignal wird mittels eines Phasenkomparators 17 mit dem oszillierenden Ausgangssignal eines Oszillators 16 in der Phase verglichen, dessen Frequenz über einen Frequenzbereich von beispielsweise 20 MHz in Schritten von 1 Hz bis 1 kHz variabel ist. Das phasenverglichene Ausgangssignal wird dem variablen Frequenzoszillator 12 zugeführt, um diesen zu regeln. Durch geeignete Wahl der Oszillationsfrequenzen der Frequenzoszillatoren 11, 14 und 16 läßt sich die Oszillationsfrequenz des variablen Frequenzoszillators 12 nach und nach über einen breiten Frequenzbereich variieren. Das oszillierende Ausgangssignal des Oszillators 12 wird an einer Klemme 18 abgenommen und dient beispielsweise als örtliches Signal (Überlagerungssignal) für die Frequenzumsetzung eines Empfangssignals in einem Spektralanalysator.

Der erfindungsgemäße Normalfrequenzgenerator wird zur Frequenzänderung über einen breiten Frequenzbereich in kleinen Schritten verwendet, wie dies bei dem Oszillator 16 gemäß Fig. 1 der Fall ist. Ein herkömmlicher Normalfrequenzgenerator für derartige Frequenzänderungen ist beispielsweise in der US-PS 41 30 808 mit der Bezeichnung "Gewobbelte Frequenzsignalquelle" beschrieben. Diese Schaltung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Das Ausgangssignal eines variablen Frequenzoszillators 21 wird mittels eines variablen Frequenzteilers 22 in seiner Frequenz geteilt, das frequenzgeteilte Ausgangssignal mittels eines Phasenkomparators 23 mit einem von einer Klemme 24 ankommenden Referenzsignal in der Phase verglichen und das phasenverglichene Ausgangssignal über eine Abtast- und Halteschaltung 25 sowie ein Addierglied 26 dem variablen Frequenzoszillator 21 zugeführt, um dessen Oszillationsfrequenz zu regeln. In diesem Falle läßt sich ein oszillierendes Ausgangssignal, dessen Frequenzgenauigkeit von dem der Klemme 24 zugeführten Referenzsignal abhängt, von dem variablen Frequenzoszillator 21 an einer Ausgangsklemme 27 mittels einer Phasenregelschleife 20 gewinnen, welche nachstehend als PLL bezeichnet wird und durch einen Signalweg gebildet wird, der von dem Oszillator 21 über den variablen Frequenzteiler 22, den Phasenkomparator 23, die Abtast- und Halteschaltung 25 sowie das Addierglied 26 zurück zu dem Oszillator 21 führt. Durch Änderung des Frequenzteilerverhältnisses des variablen Frequenzteilers 22 läßt sich die Oszillationsfrequenz des Oszillators 21 in Schritten entsprechend der Frequenz des an der Klemme 24 anliegenden Referenzsignals variieren.

Zur Verringerung der Schrittweite der Frequenzvariationen ist es erforderlich, die Frequenz des Referenzsignals an der Klemme 24 abzusenken und das Frequenzteilerverhältnis N des Frequenzteilers 22 zu verringern. Mit sinkendem Frequenzteilerverhältnis N verringert sich die Schleifenverstärkung der PLL 20, was zu einer Vergrößerung der Regelzeit führt, in welcher die Ausgangsfrequenz des Oszillators 21 eine mittels des Frequenzteilers 22 vorgegebene Frequenz erreicht.

Zum kontinuierlichen Variieren der Frequenz des an der Ausgangsklemme 27 erhaltenen Signals wird ein Schalter 29 in den Ein-Zustand geschaltet, um ein Wobbelsignal von einer Klemme 28 über den geschlossenen Schalter 29 dem Addierglied 26 zuzuführen. Sobald in diesem Falle mittels der PLL 20 eine Phasensynchronisation erreicht und aufrecht erhalten wird, wird ab diesem Zeitpunkt mittels der Abtast- und Halteschaltung 25 eine Fehlerspannung gehalten, wobei der Ausgang des Phasenkomparators 23 und der Eingang der Abtast- und Halteschaltung 25 voneinander getrennt sind, d. h., daß die PLL 20 im Anschluß an die zur Beaufschlagung des Addiergliedes mit dem Wobbelsignal erfolgte Durchschaltung des Schalters 29 aufgeschnitten ist. Infolge dessen wird die Frequenz des Oszillators 21 durch das Wobbelsignal aufgrund der Frequenz des Oszillators 21 unmittelbar vor dem Auftrennen der PLL 20 geändert. Hierdurch läßt sich die Oszillationsfrequenz des Oszillators 21 in kurzen Frequenzintervallen bzw. Schritten regeln. Die Auftrennung der PLL 20 durch die Abtast- und Halteschaltung 25 führt jedoch wegen der schlechten Frequenzstabilität des variablen Frequenzoszillators 21 zu einer geringen Frequenzstabilität des an der Ausgangsklemme 27 erhältlichen Signals.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Normalfrequenzgenerators, welches einen Oszillator 31 verwendet, der eine hohe Frequenzstabilität besitzt, d. h., keiner wesentlichen Frequenzdrift unterliegt und eine relativ gute Linearität zwischen einem Regelsignal und der Oszillationsfrequenz aufweist, wie dies beispielsweise bei einem variablen Frequenzkristalloszillator der Fall ist. Die Oszillationsfrequenz des Oszillators 31 wird durch das Wobbelsignal an der Klemme 28 geregelt, wobei das Ausgangssignal des Oszillators 31 mittels eines Frequenzmultiplizierers 32 in seiner Frequenz vervielfacht wird, um die Änderung der Oszillationsfrequenz zu verstärken. Das frequenzvervielfachte Ausgangssignal und das Ausgangssignal eines variablen Frequenzoszillators 33 werden mittels eines Phasenkomparators 34 in der Phase verglichen, wobei das phasenverglichene Ausgangssignal des Phasenkomparators 34 dem variablen Frequenzoszillator 33 zur Regelung seiner Oszillationsfrequenz zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 33 wird mittels eines Frequenzteilers 35 frequenzgeteilt und das frequenzgeteilte Ausgangssignal der Ausgangsklemme 27 zugeführt.

In diesem Beispiel ist zwar das Ausgangssignal an der Klemme 27 stabil, doch ist die Frequenz dieses Ausgangssignals unbekannt, obwohl die Beziehung zwischen einer Regelspannung des Oszillators 31 und dessen Oszillationsfrequenz genau bekannt ist. Um daher die Frequenz des Ausgangssignals an der Klemme 27 genau festzustellen, muß ein Frequenzmeßinstrument, wie beispielsweise ein Frequenzzähler, zur genauen Messung der Oszillationsfrequenz des Oszillators 31 verwendet werden.

Aus dem Stand der Technik läßt sich ferner die in Fig. 4 veranschaulichte Schaltung ableiten, bei der das Ausgangssignal des geregelten Kristalloszillators 31, welcher eine ausgezeichnete Frequenzstabilität sowie eine hervorragende Linearität der Frequenzänderungen bezüglich eines Regelsignals aufweist, mittels des Frequenzteilers 22 frequenzgeteilt wird. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal sowie das Referenzsignal an der Klemme 24 werden mittels des Phasenkomparators 23 in der Phase verglichen und das phasenverglichene Ausgangssignal dem Oszillator 31 zu dessen Regelung zugeführt. Das geregelte Ausgangssignal des Oszillators 31 wird mittels eines Frequenzmultiplizierers 35 vervielfacht, wobei das frequenzvervielfachte Signal als Ausgangssignal der Klemme 27 zugeführt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das der Ausgangsklemme 27 zugeführte Ausgangssignal zwar eine hohe Frequenzstabilität, doch lassen sich die Frequenzintervalle der Frequenzvariationen an der Ausgangsklemme 27 nur schwer verringern. Wenn beispielsweise als Frequenzintervall der Frequenzvariationen 1 kHz erforderlich ist und der Multiplizierfaktor des Frequenzmultiplizierers 35 gleich 100 ist, muß das Referenzsignal an der Klemme 24 eine Frequenz von 10 Hz besitzen. Ein solches tieffrequentes Referenzsignal ist mit hoher Stabilität nur schwer zu erhalten. Trotz der Regelung der Phase des Oszillators 31 durch eine aus dem Oszillator 31, dem variablen Frequenzteiler 22 und dem Phasenkomparator 23 bestehende PLL ist es für eine ausreichende Vergrößerung der Frequenzreinheit des Oszillators 31 erforderlich, daß die Grenzfrequenz eines in dem Phasenkomparator 23 vorhandenen Tiefpaßfilters zum Aussieben unerwünschter Frequenzen verringert wird, was zu einem Anstieg der Zeitkonstante führt. Die Zeit, die der PLL benötigt, um sich zu stabilisieren, d. h., die sog. Regelzeit, wird dadurch vergrößert, so daß es schwierig ist, ein Signal mit hoher Frequenzreinheit zu erzeugen. Im Falle einer Verwendung eines variablen Frequenzoszillators mit hoher Frequenzstabilität treten daher aufgrund seines schmalen Frequenzvariationsbereiches Schwierigkeiten bei der Erweiterung des Frequenzvariationsbereiches des an der Ausgangsklemme 27 gewonnenen Ausgangssignals auf.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenzsynthetisierers dargestellt. Dieser Frequenzsynthetisierer weist einen ersten variablen Frequenzoszillator 41 auf, welcher beispielsweise ein spannungsgeregelter Durchstimmoszillator ist, dessen Frequenz über einen verhältnismäßig breiten Frequenzbereich von beispielsweise ±10 MHz bezüglich einer Mittenfrequenz von 200 MHz variabel ist. Der erste frequenzvariable Oszillator 41 wird nachstehend als erster VCO 41 bezeichnet. Das oszillierende Ausgangssignal des ersten VCO 41 wird einer Ausgangsklemme 67 und gleichzeitig einem in seinem Teilungsverhältnis änderbaren, variablen Frequenzteiler 44 zugeführt, dessen Frequenz auf 1/N heruntergeteilt wird. Der Frequenzteilerfaktor N kann auf eine beliebige ganze Zahl im Bereich beispielsweise von 10 000 bis 30 000 festgelegt werden. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal des variablen Frequenzteilers 44 wird mittels eines Phasenkomparators 45 mit einem von einer ersten Referenzsignalklemme 47 gelieferten Referenzsignal in der Phase verglichen.

Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 wird einem zweiten variablen Frequenzoszillator (Durchstimmoszillator) 53 zugeführt, um dessen Oszillationsfrequenz zu regeln. Der zweite variable Frequenzoszillator 53 besitzt im Vergleich zu dem ersten VCO 41 eine hervorragende Frequenzstabilität und eine ausgezeichnete Linearität seiner Frequenzänderungskennlinie bezüglich eines Regelsignals. Der zweite variable Frequenzoszillator 53 wird beispielsweise durch einen spannungsgesteuerten Kristalloszillator gebildet und läßt sich in seiner Oszillationsfrequenz beispielsweise um ±10 kHz bezüglich einer Mittenfrequenz von 2 MHz variieren. Der Oszillator 53 wird nachstehend als zweiter VCO 53 bezeichnet.

Das Ausgangssignal des ersten VCO 41 wird mittels eines Frequenzteilers 57 auf das 1/K-fache heruntergeteilt, wobei das frequenzgeteilte Ausgangssignal des Frequenzteilers 57 mittels eines Phasenkomparators 56 mit dem Ausgangssignal des zweiten VCO 53 in der Phase verglichen wird. Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 56 wird dem ersten VCO 41 zugeführt, um dessen Oszillationsfrequenz zu regeln. Der Teilerfaktor K des Frequenzteilers 57 besitzt beispielsweise den Wert 100.

Der Normalfrequenzoszillator nach Fig. 5 weist eine erste Phasensynchronisations-Regelschleife 58 auf, welche von dem ersten VCO 41 über den variablen Frequenzteiler 44, den Phasenkomparator 45, den zweiten VCO 53 und den Phasenkomparator 56 zurück zu dem ersten VCO 41 führt. Die Regelschleife 58 wird nachfolgend als erste PLL bezeichnet. Ferner weist der Normalfrequenzgenerator nach Fig. 5 eine zweite Phasensynchronisations-Regelschleife 59 auf, welche nachfolgend als zweite PLL 59 bezeichnet wird und durch einen Signalweg gebildet wird, der von dem ersten VCO 41 über den Frequenzteiler 57 und den Phasenkomparator 56 zurück zu dem ersten VCO 41 führt. In der ersten PLL 58 wird der zweite VCO 53 aufgrund der Frequenz des von der Referenzsignalquelle 47 gelieferten Referenzsignals geregelt, während in der zweiten PLL 59 der erste VCO 41 aufgrund der Oszillationsfrequenz des zweiten VCO 53 geregelt wird. Auf diese Weise wird in der ersten PLL 58 eine geringe Frequenzvariation erzielt, die in der zweiten PLL 59 verstärkt wird, d. h., daß die Frequenz in einem weiten Bereich durch die zweite PLL 59 variiert werden kann. Wählt man den Frequenzteilerfaktor K des Frequenzteilers 57 kleiner als den Frequenzteilerfaktor N des Frequenzteilers 44 und wählt man ferner eine große Schleifenverstärkung der zweiten PLL 59, so kann man von dem ersten VCO 41 ein Signal mit hoher Frequenzreinheit erhalten. Die Oszillationsfrequenz des ersten VCO 41 läßt sich mittels des Frequenzteilerfaktors N des variablen Frequenzteilers 44 festlegen, so daß auf die Verwendung eines Frequenzmeßinstrumentes verzichtet werden kann. Aufgrund der Verwendung des zweiten VCO 53 in dem ersten PLL 58 läßt sich selbst dann, wenn das Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 abgetastet und gehalten sowie dem zweiten VCO 53 zum Auftrennen des ersten PLL 58 zugeführt und dem zweiten VCO 53 ein Wobbelsignal zum Wobbeln der Frequenz des ersten VCO 41 zugeführt werden, ein Ausgangssignal mit hervorragender Frequenzstabilität erzielen.

Der zweite Durchstimmoszillator 53 umfaßt erfindungsgemäß ein erstes und ein zweites Oszillatorelement, wie es unten in bezug auf Fig. 8 näher erläutert wird.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Normalfrequenzgenerators dargestellt, bei der der Teilerfaktor N des Frequenzteilers 44 kleiner sein kann. Das oszillierende Ausgangssignal des ersten VCO 41 wird mittels eines Frequenzumsetzers 42 unter Verwendung eines örtlichen Überlagerungssignals von einer örtlichen Überlagerungssignalquelle 43 in ein niedrigerfrequentes Signal umgesetzt, welches dem variablen Frequenzteiler 44 zugeführt wird. Bis auf diesen Unterschied stimmen die Ausführungsbeispiele nach Fig. 5 und 6 vollständig miteinander überein.

Durch die Verwendung des Frequenzumsetzers 42 kann der Frequenzteilerfaktor N des variablen Frequenzteilers 44 kleiner als im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 gewählt werden, so daß die Schleifenverstärkung des ersten PLL 58 vergrößert und damit die Regelzeit verringert werden kann.

Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 der Frequenzvariationsbereich bezüglich der Mittenfrequenz des zweiten VCO 53 verhältnismäßig schmal ist, d. h., daß die relative Bandbreite schmal ist, kann die relative Bandbreite des Ausgangssignals des Normalfrequenzgenerators auch nicht groß sein. Im Hinblick hierauf wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 das Ausgangssignal des zweiten VCO 53 mittels eines Frequenzumsetzers 54 unter Verwendung eines von einer örtlichen Überlagerungssignalquelle 55 gelieferten örtlichen Überlagerungssignals in ein niedriger frequentes Signal umgesetzt, welches einem Phasenkomparator 56 zugeführt wird. Da bei einer derartigen Schaltungsausbildung nur die Mittenfrequenz verringert wird und der Frequenzvariationsbereich des Ausgangssignals des zweiten VCO 53 unverändert bleibt, wird die relative Bandbreite vergrößert, so daß sich der Frequenzbereich des ersten VCO 41 vergrößern läßt.

Wie Fig. 8 zeigt, umfaßt der zweite VCO 53 zwei spannungsgeregelte Oszillatoren 53 a und 53 b, deren Oszillationsfrequenzen gegenläufig variieren, derart, daß sich bei dem einen Oszillator die Oszillationsfrequenz vergrößert, während sich bei dem anderen Oszillator die Oszillationsfrequenz verringert. Die Oszillatoren 53 a und 53 b werden gleichzeitig durch das Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 geregelt. Die oszillierenden Ausgangssignale der Oszillatoren 53 a und 53 b werden mittels eines ersten Frequenzumsetzers 53 c in ein Signal mit der Differenzfrequenz zwischen den beiden oszillierenden Ausgangssignalen umgesetzt, wobei dieses umgesetzte Signal als Ausgangssignal des zweiten VCO 53 verwendet wird. Bei einer derartigen Ausbildung heben sich Nichtlinearitäten der Steuerspannungskennlinien für die Oszillationsfrequenz der Oszillatoren 53 a und 53 b gegeneinander auf, wodurch sich ein vergrößerter Linearbereich der Regelkennlinie für die Oszillationsfrequenz ergibt. Da die Frequenz durch den Frequenzumsetzer 53 c herabgesetzt wird, können ferner die Oszillationsfrequenzen der Oszillatoren 53 a und 53 b angehoben werden, wodurch sich wiederum die Linearbereiche ihrer Regelspannungskennlinien für die Oszillationsfrequenz vergrößern lassen. Wenn beispielsweise die Oszillationsfrequenzen der Oszillatoren 53 a und 53 b Werte von 21,2 MHz ±5 kHz bzw. 19,2 MHz ±5 kHz besitzen, beträgt die Ausgangsfrequenz des Frequenzumsetzers 53 c 2 MHz ±10 kHz.

Durch Kombination einiger oder aller Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 5 bis 8 lassen sich noch günstigere Normalfrequenzgeneratoren erzielen.

Fig. 9 zeigt ein spezielles Beispiel für die Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 6, 7 und 8, welches so konstruiert ist, daß von zugeordneten Teilen Ausgangssignale abgeleitet werden können, daß der Wert jeder Frequenzvariation für verschiedene Zwecke verwendet werden kann, daß sich ein breiter Frequenzvariationsbereich erzielen läßt und daß von einer einzigen Referenzsignalquelle verschiedene Signale erhältlich sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 wird das Ausgangssignal des ersten VCO 41, welches die Frequenz F₀ besitzt, mittels des Frequenzumsetzers 42 mit einem von der örtlichen Signalquelle 43 gelieferten örtlichen Signal der Frequenz F _l gemischt, um ein Signal der Frequenz F _{i 1} kleiner als F₀ zu gewinnen, welches dem variablen Frequenzteiler 44 zugeführt wird. Der Frequenzteilerfaktor N des variablen Frequenzteilers 44 kann beispielsweise auf einen Wert im Bereich von 10 000 bis 30 000 festgelegt werden. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal des variablen Frequenzteilers 44 wird dem Phasenkomparator 45 zugeführt, wo es mit einem ersten Referenzsignal in der Phase verglichen wird.

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, wird ein Signal der Frequenz F _r von einer Hauptreferenzsignalquelle 46, die beispielsweise durch einen Kristalloszillator gebildet wird, mittels eines als Referenzsignalquelle 47 dienenden Frequenzteilers auf das 1/M-fache frequenzgeteilt, wobei das in der Frequenz geteilte Ausgangssignal der Referenzsignalquelle 47 als erstes Referenzsignal dem Phasenkomparator 45 zugeführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ferner möglich, eine Frequenzwobbelung aufgrund einer festgelegten Frequenz durchzuführen. Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 wird über eine Abtast- und Halteschaltung 48 einem Addierglied 49 zugeführt. Dem Addierglied 49 wird ferner über einen Schalter 52 eine sägezahnförmige Wobbelspannung 51 a von einer Wobbelsignalquelle 51 zugeführt. Die Abtast- und Halteschaltung 48 und das Addierglied 49 können in gleicher Weise wie bei dem bekannten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ausgebildet werden.

Falls keine Frequenzwobbelung durchgeführt wird, läßt die Abtast- und Halteschaltung 48 das Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 zum Addierglied 49 durch. Erfolgt dagegen eine Frequenzwobbelung, so wird der Schalter 52 in seine EIN-Stellung geschaltet, wodurch die Abtast- und Halteschaltung 48 das unmittelbar vor dem Schaltvorgang vorliegende Ausgangssignal des Phasenkomparators 45 festhält.

Das Ausgangssignal des Addiergliedes 49 regelt die Oszillationsfrequenz des zweiten VCO 53. Das Ausgangssignal des zweiten VCO 53 mit der Frequenz F _s wird einem zweiten Frequenzumsetzer 54 zugeführt, wo es in seiner Frequenz mittels eines zweiten örtlichen Signals abgesenkt wird. Zur Erzeugung des zweiten örtlichen Signals wird beispielsweise das Ausgangssignal der örtlichen Signalquelle 43 mittels des Frequenzteilers 55 frequenzgeteilt und das frequenzgeteilte Ausgangssignal als zweites örtliches Signal dem Frequenzumsetzer 54 zugeführt. Der Frequenzteiler 55 besitzt daher die gleiche Funktion wie die in Fig. 7 vorgesehene örtliche Signalquelle 55. Die Frequenz der örtlichen Signalquelle 43 wird gewöhnlich durch das Ausgangssignal der Hauptreferenzsignalquelle 46 stabilisiert. Das Ausgangssignal des Frequenzumsetzers 54 wird dem Phasenkomparator 56 als Referenzsignal zugeführt. Andererseits werden das Ausgangssignal des ersten VCO 41 mittels des Frequenzteilers 57 frequenzgeteilt und das frequenzgeteilte Ausgangssignal des Frequenzteilers 57 dem Phasenkomparator 56 zugeführt, dessen phasenverglichenes Ausgangssignal dem ersten VCO 41 zur Regelung seiner Frequenz zugeführt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 umfaßt somit einen ersten PLL 58, welcher von dem VCO 41 über den Frequenzumsetzer 42, den variablen Frequenzteiler 44, den Phasenkomparator 45, die Abtast- und Halteschaltung 48, das Addierglied 49, den zweiten VCO 53, den Frequenzumsetzer 54 und den Phasenkomparator 56 zurück zu dem ersten VCO 41 führt, sowie einen zweiten PLL 59, welcher von dem ersten VCO 41 über den Frequenzteiler 57 und den Phasenkomparator 56 zurück zu dem ersten VCO 41 führt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist so konstruiert, daß Signale unterschiedlicher Frequenz abgenommen werden können. Hierzu ist ein Umschalter 61 vorgesehen, der an seinem Festkontakt 62 mit dem Ausgangssignal des Frequenzumsetzers 42 gespeist wird. Der Frequenzteiler 57 besteht aus einer Kaskadenschaltung dreier 1/10-Frequenzteiler 57 a, 57 b und 57 c, wobei das Ausgangssignal des Frequenzteilers 57 a einem Festkontakt 63 des Umschalters 61 zugeführt wird. Ferner können das Ausgangssignal des Frequenzteilers 57 b und das Ausgangssignal des zweiten VCO 53 selektiv über einen weiteren Umschalter 65 abgenommen werden, dessen Ausgangssignal einem Frequenzumsetzer 66 zugeführt wird, der eine Summenfrequenz der Frequenzen der beiden Eingangssignale des Umschalters 65 liefert. Des weiteren besteht der Frequenzteiler 55 aus der Kaskadenschaltung zweier 1/10-Frequenzteiler 55 a und 55 b, wobei das Ausgangssignal des Frequenzteilers 55 a dem Frequenzumsetzer 66 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal wiederum einem Festkontakt 64 des Umschalters 61 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Umschalters 61 wird als Ausgangssignal des Normalfrequenzgenerators der Ausgangsklemme 67 zugeführt.

Bezeichnet man die Ausgangsfrequenz des ersten VCO 41 mit F₀, die Ausgangsfrequenz des zweiten VCO 53 mit F _s , die Referenzsignalfrequenz der Hauptreferenzsignalquelle 46 mit F _r , die erste örtliche Signalfrequenz der örtlichen Signalquelle 43 mit F₁ (=F _l ), die Ausgangsfrequenz der Frequenzumsetzer 42 und 44 mit F _{i 1} bzw. F _{i 2}, den Frequenzteilerfaktor des variablen Frequenzteilers 44 mit N und den Frequenzteilerfaktor des Frequenzteilers 47 mit M, so ergeben sich bei Festlegung der Frequenzteilerverhältnisse der Frequenzteiler 55 und 57 zu 1/100 bzw. 1/1000 folgende Beziehungen:

Hieraus folgt:

Die Frequenz F₀₁ des Ausgangssignals am Festkontakt 62 des Umschalters 61 ergibt sich damit zu:

Die Frequenz F₀₂ des Ausgangssignals am Festkontakt 63 des Umschalters 61 ergibt sich zu:

Die Frequenz F₀₃ des Ausgangssignals am Festkontakt 64 des Umschalters 61 bei Verbindung des Umschalters 65 mit dem Ausgang des Frequenzteilers 57 b ergibt sich zu:

Die Frequenz F₀₄ des Ausgangssignals am Festkontakt 64 des Umschalters 61 bei Verbindung des Umschalters 65 mit dem Ausgang des zweiten VCO 53 ergibt sich zu:

Falls beispielsweise F₁ gleich 180 MHz, F₀ gleich 200 MHz ±10 MHz, F _r /M=1 kHz, N=10 000 bis 30 000 und F _S =2 MHz ±10 kHz, so kann die Frequenz des Ausgangssignals an der Ausgangsklemme 67 über einen Bereich von ±10 MHz um eine Mittenfrequenz von 20 MHz variiert werden. Falls das Signal mit der Frequenz F₀₁ als Ausgangssignal abgegeben wird, läßt sich die Frequenz in Schritten von 1 kHz durch Änderung von N variieren; falls das Signal der Frequenz F₀₂ als Ausgangssignal entnommen wird, läßt sich die Frequenz in Schritten von 100 Hz variieren; falls das Signal der Frequenz F₀₃ als Ausgangssignal hergenommen wird, läßt sich die Frequenz in Schritten von 10 Hz variieren; und falls das Signal der Frequenz F₀₄ als Ausgangssignal verwendet wird, läßt sich die Frequenz in Schritten von 1 Hz variieren. Auf diese Weise kann die Ausgangsfrequenz in Schritten verschiedener Schrittbreite über den gesamten breiten Frequenzbereich um eine bestimmte Mittenfrequenz variiert werden.

Im Falle einer Verwendung der Abtast- und Halteschaltung 48 und des Addiergliedes 49 gemäß Fig. 9 ist es möglich, die Frequenz des Ausgangssignals um eine durch den Frequenzteilerfaktor N des variablen Frequenzteilers 44 festgelegte Frequenz zu wobbeln, in dem der Frequenzteilerfaktor N festgelegt, die Abtast- und Halteschaltung 48 in ihren Abtast- und Haltezustand versetzt und anschließend in diesem Zustand der Abtast- und Halteschaltung 48 der Umschaltung 52 in den EIN-Zustand geschaltet wird.

Bei der vorliegenden Erfindung wird als zweiter VCO 53 ein Oszillator verwendet, welcher äußerst stabil ist, eine geringe Frequenzdrift aufweist und eine ausgezeichnete Linearität besitzt. Bei der Frequenzänderung wird die Stabilität des zweiten VCO 53 durch den ersten PLL 58 beibehalten, während der Frequenzänderungsbereich durch den zweiten PLL 59 vervielfacht wird. Im betrachteten Beispiel wird der Frequenzvariationsbereich um das 1000fache vergrößert. Auf diese Weise läßt sich die Frequenz über einen weiten Frequenzbereich in kurzen Frequenzintervallen variieren, wobei ferner die Frequenz des Ausgangssignals aufgrund des festgelegten Wertes des Frequenzteilerfaktors N bekannt ist. Damit braucht die Ausgangsfrequenz bei jeder Frequenzänderung nicht mittels eines Frequenzmeßinstrumentes gemessen zu werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist es möglich, den Umschalter 52 wegzulassen, so daß dann, wenn der Abtast- und Halteschaltung 48 ein Abtastfefehl zugeführt wird, die Erzeugung des Wobbelsignals seitens der Wobbelsignalquelle 51 unter Ausgabe einer 0-Volt-Spannung unterbrochen wird. Zur Verringerung des einen Eingangssignals des Addiergliedes 49 auf Null in der AUS-Stellung des Schalters 52 ist an den Verbindungspunkt zwischen dem Addierglied 49 und dem Schalter 52 ein Widerstand 68 angeschlossen, welcher durch einen Schalter ersetzt werden kann, der von dem Schalter 52 gegenläufig gesteuert wird. Das Ausgangssignal des ersten VCO 41 oder des Frequenzteilers 57 kann daher ebenfalls als Ausgangssignal des Normalfrequenzgenerators verwendet werden. Ferner ist es bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 bis 8 möglich, ebenso wie im Falle von Fig. 9 die Abtast- und Halteschaltung 48, das Addierglied 49 und die Wobbelsignalquelle 51 vor dem Eingang des zweiten VCO 53 vorzusehen, wobei die Frequenzwobbelung aufgrund einer durch den variablen Frequenzteiler 44 festgelegten Frequenz erfolgt. Desweiteren ist es bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 möglich, die örtlichen Signale für die Frequenzumsetzer 42 und 54 sowie das Referenzsignal für den Phasenkomparator 55 über gesonderte Signalquellen einzuspeisen. Diese örtlichen Signale und das Referenzsignal werden in jedem Falle mit einer höheren Frequenzstabilität als das Ausgangssignal des zweiten VCO 53 erzeugt.

Claims (13)

1. Normalfrequenzgenerator mit folgenden Merkmalen:

• a) einem ersten Durchstimmoszillator (41), dessen Schwingungsfrequenz durch ein Steuersignal abstimmbar ist,
• b) einem an den Ausgang des ersten Durchstimmoszillators (41) angeschlossenen Frequenzteiler (57),
• c) einem bezüglich seines Frequenzteilungsverhältnisses änderbaren Frequenzteiler (44), der an den Ausgang des ersten Durchstimmoszillators (41) angeschlossen ist,
• d) einer ersten Referenzsignalquelle (47), die ein erstes, frequenzstabiles Referenzsignal einer bestimmten Frequenz abgibt,
• e) einem ersten Phasenvergleicher (45), der an den Ausgang der ersten Referenzsignalquelle (47) und an den Ausgang des änderbaren Frequenzteilers (44) angeschlossen ist,
• f) einem zweiten Durchstimmoszillator (53), der an den Ausgang des ersten Phasenvergleichers (45) angeschlossen ist und der eine höhere Frequenzstabilität und eine bessere Linearität seiner Schwingungsfrequenz-Steuersignal-Kennlinie aufweist als der erste Durchstimmoszillator (45),
• g) die Frequenzstabilität der ersten Referenzsignalquelle (47) ist höher als die des zweiten Durchstimmoszillators, und
• h) einem zweiten Phasenvergleicher (56), der an den Ausgang des zweiten Durchstimmoszillators (53) und an den Ausgang des ersten Frequenzteilers (57) angeschlossen ist, und dessen Ausgangssignal als Steuersignal an den ersten Durchstimmoszillator (41) gelegt wird,

dadurch gekennzeichnet,

• daß der zweite Durchstimmoszillator (53) ein erstes und ein zweites Durchstimmoszillatorelement (53 a, 53 b) aufweist, die beide an den Ausgang des ersten Phasenvergleichers (45) angeschlossen sind und deren Schwingungsfrequenzen von dem Ausgangssignal des ersten Phasenvergleichers (45) gegenläufig gesteuert werden, und daß an die Ausgänge der beiden Durchstimmoszillatorelemente (53 a, 53 b) ein erster Frequenzumsetzer (53 c) angeschlossen ist, der als Ausgangssignal des zweiten Durchstimmoszillators (53) das Differenzfrequenzsignal erzeugt.

2. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste örtliche Signalquelle (43), die eine höhere Frequenzstabilität als der zweite Durchstimmoszillator aufweist und ein erstes örtliches Signal vorgegebener Frequenz erzeugt, und einen ersten, an den Ausgang des ersten Durchstimmoszillators (41) und an den Ausgang der ersten örtlichen Signalquelle (43) angeschlossenen zweiten Frequenzumsetzer (42), der das Ausgangssignal des ersten Durchstimmoszillators mittels des ersten örtlichen Signals in ein tieferfrequentes Signal umsetzt und dieses an den änderbaren Frequenzteiler gibt.

3. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

• - eine zweite örtliche Signalquelle (55), die eine höhere Frequenzstabilität als der zweite Durchstimmoszillator (53) aufweist und ein zweites örtliches Signal vorgegebener Frequenz erzeugt, und
• - einen dritten, an den Ausgang der zweiten örtlichen Signalquelle (55) und den Ausgang des zweiten Durchstimmoszillators (53) angeschlossenen Frequenzumsetzer (54), der das Ausgangssignal des zweiten Durchstimmoszillators mittels des zweiten örtlichen Signals in ein tieferfrequentes Signal umsetzt und dieses zu dem zweiten Phasenvergleicher (56) überträgt.

4. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Hauptreferenzsignalquelle (46), die ein äußerst frequenzstabiles Hauptreferenzsignal erzeugt, welches der ersten Referenzsignalquelle (47) und der ersten örtlichen Signalquelle (43) zugeführt wird, so daß die erste Referenzsignalquelle (47) und die erste örtliche Signalquelle (43) das erste Referenzsignal bzw. das erste örtliche Signal auf der Grundlage der Frequenz des Hauptreferenzsignals erzeugen.

5. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptreferenzsignal auch der zweiten örtlichen Signalquelle (55) zugeführt wird, so daß die zweite örtliche Signalquelle (55) das zweite örtliche Signal auf der Grundlage der Frequenz des Hauptreferenzsignals erzeugt.

6. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Hauptreferenzsignalquelle (46), die ein äußerst frequenzstabiles Hauptreferenzsignal erzeugt, welches der ersten Referenzsignalquelle (47) und der zweiten örtlichen Signalquelle (55) zugeführt wird, so daß die erste Referenzsignalquelle (47) und die zweite örtliche Signalquelle (55) das erste Referenzsignal bzw. das zweite örtliche Signal auf der Grundlage der Frequenz des Hauptreferenzsignals liefern.

7. Normalfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

• - eine Wobbelsignalquelle (51) zum Erzeugen eines sägezahnförmigen Wobbelsignals,
• - eine am Ausgang des ersten Phasenvergleichers (45) eingefügte Abtast- und Halteschaltung (48), welche das ihr zugeführte Eingangssignal als Ausgangssignal abgibt und bei Empfang eines Abtast- und Haltebefehls das Ausgangssignal zu diesem Zeitpunkt festhält,
• - ein an den Ausgang von Abtast- und Halteschaltung (48) und Wobbelsignalquelle (51) angeschlossenes Addierglied (49), das das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung (48) zu dem Wobbelsignal addiert und das Summen-Ausgangssignal als Stellsignal an den zweiten Durchstimmoszillator (53) gibt, und
• - eine Einrichtung (52) zum Übertragen des Wobbelsignals der Wobbelsignalquelle (51) zu dem Addierglied während des Anliegens des Abtast- und Haltebefehls an der Abtast- und Halteschaltung (48) sowie zum Unterbrechen der Übertragung des Wobbelsignals der Wobbelsignalquelle zu dem Addierglied bei Wegfall des Abtast- und Haltebefehls.

8. Normalfrequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgangsumschalter (61) zum schaltbaren Bereitstellen eines von mehreren Ausgangssignalen, die die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Durchstimmoszillators, deren frequenzumgesetzte Ausgangssignale und zumindest eines der frequenzgeteilten Ausgangssignale des ersten Durchstimmoszillators umfassen.

9. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzgeteilten Ausgangssignale des ersten Durchstimmoszillators (41) jeweils an einer der Zwischenteilerstufen des ersten Frequenzteilers (57) abgegriffen werden.

10. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzgeteilten Ausgangssignale des ersten Durchstimmoszillators derart selektiert werden, daß sie die gleiche Mittenfrequenz aufweisen.

11. Normalfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

• - einen ersten Umschalter (65) zum Abgeben entweder des Ausgangssignals der 1/100-Teilerstufe des ersten Frequenzteilers (57) oder des Ausgangssignals des zweiten Durchstimmoszillators (53),
• - eine dritte örtliche Signalquelle (43, 46, 55 a), die ein drittes örtliches Signal auf der Grundlage der Frequenz des Hauptreferenzsignals erzeugt,
• - einen vierten Frequenzumsetzer (66), dem das Ausgangssignal des ersten Umschalters (65) und das dritte örtliche Signal zur Frequenzmischung zugeführt werden, und
• - einen Ausgangsumschalter (61) zum Abgeben des Ausgangssignals des vierten Frequenzumsetzers (66), des zweiten Frequenzumsetzers (42) oder einer 1/10-Teilerstufe des ersten Frequenzteilers (57).

12. Normalfrequenzgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten örtlichen Signals 180 MHz, die Frequenz des zweiten örtlichen Signals 1,8 MHz, die Frequenz des dritten örtlichen Signals 18 MHz und die Frequenz des ersten Referenzsignals 1 kHz ist, daß der Teilerfaktor des änderbaren Frequenzteilers (44) im Bereich von 10 000 bis 30 000 liegt und daß der vierte Frequenzumsetzer (66) derart ausgebildet ist, daß er eine Summenfrequenz des Ausgangssignals des ersten Umschalters (65) und des dritten örtlichen Signals erzeugt.