DE4105566A1 - Hochfrequenzoszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen in einem weiten Frequenz­ bereich beispielsweise über eine Oktave durchstimmbaren Hochfrequenzoszillator laut Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Ein hochfrequenter Oktavbandoszillator dieser Art ist bekannt (Oktavbandoszillator des Spektrum-Analysators FSA der Firma Rohde & Schwarz). Die Sampling-Frequenz wird hierbei durch einen phasengeregelten Oszillator erzeugt, die seinem Phasendetektor zugeführte Referenz­ frequenz wird in einem zweiten phasengeregelten Oszillator erzeugt, in dessen Regelschleife ein in Bruchteilen einstellbarer Frequenzteiler angeordnet ist. Die in diesem zweiten phasengeregelten Oszillator erzeugte Referenz­ frequenz wird über einen weiteren in Bruchteilen ein­ stellbaren Frequenzteiler dem Phasendetektor des die Sampling-Frequenz erzeugenden ersten phasengeregelten Oszillators zugeführt. Die Sampling-Frequenz wird bei diesem bekannten Oktavbandoszillator durch diese beiden Frequenzteiler jeweils so eingestellt, daß das am Ausgang des Frequenzvervielfachers erzeugte Frequenzspektrum einen konstanten Rasterabstand von 10 MHz besitzt. Der Interpolations-Synthesizer hoher Frequenzauflösung muß daher nur in diesem schmalen Rasterabstand verstimmbar sein. Die spektrale Reinheit der Ausgangsfrequenz eines solchen Oktavbandoszillators ist abhängig von der spek­ tralen Reinheit der Sampling-Frequenz, da diese beim bekannten Sampling-Synthesizer durch eine Referenzfrequenz erzeugt wird, die selbst wieder durch einen phasenge­ regelten Oszillator erzeugt wird, besitzt diese Samp­ ling-Frequenz keine extrem hohe spektrale Reinheit.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen in einem weiten Frequenzbereich abstimmbaren Hochfrequenzoszillator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der trotz einfacheren Aufbaus eine hohe spektrale Reinheit seiner Ausgangs­ frequenz besitzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Hochfrequenz­ oszillator laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Hochfrequenzoszillator wird die Sampling-Frequenz durch einen Sampling-Synthesizer erzeugt, der selbst bei einfachstem Aufbau große spektrale Reinheit besitzt, da die Referenzfrequenz für den phasen­ geregelten Oszillator von einer Festfrequenz großer spektraler Reinheit, beispielsweise einem Quarzoszillator, abgeleitet wird und nicht mehr durch einen phasengeregel­ ten Oszillator erzeugt wird. Damit ist auch nur ein einziger in Bruchteilen einstellbarer Frequenzteiler erforderlich. Die Erfindung macht sich ferner die Er­ kenntnis zunutze, daß das Frequenzraster, in welchem das Frequenzspektrum des Frequenzvervielfachers einstell­ bar ist, keinen konstanten Rasterabstand besitzen muß, sondern daß dieser Rasterabstand beliebig sein kann, solange er noch innerhalb des Variationsbereiches des Interpolations-Synthesizers liegt. Beim erfindungsgemäßen Sampling-Synthesizer werden also beliebige nicht ganz­ zahlige Sampling-Frequenzen eingestellt, die nach Fre­ quenzvervielfachung ein entsprechendes Frequenzraster mit ebenfalls beliebigen, aber genügend kleinen Raster­ abständen ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Fig. zeigt das Prinzipschaltbild eines hochfrequenten Oktavbandoszillators, der beispielsweise in einem weiten Frequenzbereich von 680 bis 1360 MHz mit großer Frequenz­ auflösung von beispielsweise nur 0,1 Hz durchstimmbar ist. Die Ausgangsfrequenz f_o des spannungsgesteuerten Oszillators 1 wird in einem Mischer 2 mit dem Frequenz­ spektrum eines Frequenzvervielfachers 3 auf eine Zwi­ schenfrequenz ZF1 von beispielsweise 3,75 bis 12,5 MHz heruntergemischt, in einem Phasendetektor 4 wird diese Zwischenfrequenz ZF1 mit der Ausgangsfrequenz f_i eines Interpolationssynthesizers 5 verglichen, der etwa im gleichen Frequenzbereich wie die Zwischenfrequenz bei­ spielsweise zwischen 3,75 und 12,5 MHz mit hoher Frequenz­ auflösung von beispielsweise 0,1 Hz in Schritten abstimm­ bar ist. Dem Frequenzvervielfacher 3 wird die Ausgangs­ frequenz eines Sampling-Synthesizers 6 zugeführt, die Sampling-Frequenz f_s wird in einem spannungsgesteuerten Oszillator 8 erzeugt, der beispielsweise zwischen 83 und 97 MHz abstimmbar ist. Seine Ausgangsfrequenz f_s wird in einem Mischer 9 auf eine niedrigere Zwischenfre­ quenz ZF2 heruntergemischt und zwar mittels einer Fest­ frequenz f_m, die aus einem Quarzoszillator 10 von bei­ spielsweise 100 MHz entweder direkt, oder über einen Frequenzvervielfacher 11 erzeugt wird. Die Referenz­ frequenz für den Phasendetektor 12 in der Phasenregel­ schleife des Oszillators 8 wird aus der Festfrequenz des Quarzoszillators 10 durch einen Frequenzteiler 13 erzeugt, der in Bruchteilen N, F einstellbar ist, wobei N=1, 2, 3 . ., also eine ganze Zahl ist und F=d/2^x oder F=d/10^x mit d=0, 1, 2, 3 . . und x=1, 2, 3, F also ein Bruchteil im Binär- oder Dezimalsystem ist. Der Oszillator 1, der Interpolations-Synthesizer 5 und der Frequenzteiler 13 werden über einen zentralen Steuer­ rechner 14 gesteuert und zwar in Abhängigkeit von der dort einstellbaren gewünschten Ausgangsfrequenz f_o.

Der Oszillator 1 wird durch den Rechner 14 mittels eines D/A-Wandlers grob auf die Sollfrequenz voreingestellt, die genaue Sollfrequenz f_o wird dann durch Phasenregelung eingestellt, wobei die Frequenz f_i des Interpola­ tions-Synthesizers 5 und die Sampling-Frequenz f_s des Sampling-Synthesizers 6 sowie die jeweils verwendete Oberwelle k im Rechner 14 nach folgender Beziehung berechnet wird:

• 1. Bestimmung des zulässigen Frequenzbereichs B der entsprechenden Oberwelle des Samplingsynthesizers:
  Falls f₀ = k*f_s + f_i:
  f₀ - f_{i max} B f₀ - f_{i min} (I)(bzw. fallsf₀ = k*f_s - f_i:
  f₀ + f_{i min} B f₀ + f_{i max})
• 2. Bestimmung des Grads k der verwendeten Oberwelle des Samplingsynthesizers: k = Ganzzahliger Anteil von (B_min/f_{s min}) (II)
• 3. Errechnung des zulässigen Frequenzbereichs des Samplingsynthesizers f_s: B_min/k f_s B_max/k (III)wobei f_s = 100 - 100/N, F
  oder auch aufgelöst nach N, F:N, F = 100/(100 - f_s) (IV)
• 4. Bestimmung des zur Erzeugung von f_s nötigen Teilungsfaktors N, F derart, daß der Exponent x des Nachkommaanteils F = d/2^x möglichst klein ist. (d = 0, 1, 2, 3..; x = 1, 2, 3..).wobei:100/(100-B_max/k) N, F 100/ (100 - B_min/k) (III) + (IV)
• 5. Bestimmung der Frequenz des Interpolationsoszillators: f_i = fo - k*f_s wobei f_s = 100 - 100/(N, F)Für einen zwischen 680 - und 1360 MHz mit 0,1 Hz Auflösung einstellbaren Oktavbandoszillator berechnen sich f_s und f_i z. B. wie folgt:
  Die untere Frequenzgrenze des Samplingsynthesizers sei:f_{s min} = 85,714 MHz (f_s = 100 - 100/N, F und N, F = 7,0 - 32,0)der Bereich des Interpolationssynthesizers sei:3,75 MHz f_i 12,5 MHz

Beispiel 1: f₀ = 1274 MHz

1274 - 12,5 B 1274 - 3,75
1261,5 B 1270,25 MHz
k = INT(1261,5/85,7143) = INT(14,717..) = 14
100/(100 - 1270,25/14) N,F 100/(100 - 1261,25/14) 10,7899.. N, F 10,09.. also

f_s = 100 - 100/10,5 = 90,47619..
f_i = 1274 - 14*90,47619.. = 7,3333.. MHz

Beispiel 2: f₀ = 1081 MHz

1068,5 B 1077,25
k = INT(1068,5/85,7143) = 12
9,77596.. N, F 9,1254.. N, F = 9,5

f_s = 100 - 100/9,5 = 89,47368..
f_i = 1081 - 12*89,473684.. = 7,3157895.. MHz

Aus diesem Rechenbeispiel ergibt sich, daß in der Praxis versucht wird, das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 13 möglichst mit ganzzahligen Teilungswerten einzustellen, nur in solchen Fällen, in denen dies nach der Rechnung nicht möglich ist, soll am Frequenzteiler 13 ein ent­ sprechender Bruchteil eingestellt werden. Es wird also versucht, den Nachkommaanteil möglichst "glatt" zu wählen, anstelle des Bruchteiles 0,125 also besser den Bruchteil 0,25, anstelle von 0,25 noch besser 0,5 zu wählen.

Die Berechnung der verschiedenen Einstellungen für den Oszillator 1, den Interpolations-Synthesizer 5 und Fre­ quenzteiler 13 kann entweder unmittelbar bei jeder neuen gewünschten Frequenzeinstellung durchgeführt werden, es könnte jedoch auch in einem vorausgehenden Rechenvor­ gang für sämtliche möglichen Ausgangsfrequenzen f_o die jeweiligen Einstellungen des Oszillators 1, des Inter­ polations-Synthesizers 5 und des Frequenzteilers 13 errechnet und abgespeichert werden, so daß beim Einstellen einer gewünschten Frequenz f_o aus den Speichern nur diese vorher schon ermittelten Einstellwerte ausgelesen werden können. Zur Unterdrückung von störenden Nebenwellen, die in Abhängigkeit von dem nicht ganzzahligen Teilungs­ faktor N, F entstehen, kann in der Phasenregelschleife des Oszillators 8 ein entsprechend steilflankiges Schleifenfilter angeordnet sein.

Claims (3)

1. Hochfrequenzoszillator, dessen Ausgangsfrequenz (f_o) mittels eines durch Frequenzvervielfachung erzeugten Frequenzspektrums auf eine tieferliegende Zwischen­ frequenz (ZF1) heruntergemischt wird, deren Phase in einem den Hochfrequenzoszillator (1) synchroni­ sierenden Phasendetektor (4) mit der Phase einer in einem Interpolationssynthesizer (5) hoher Frequenz­ auflösung erzeugten Interpolationsfrequenz (f_i) ver­ glichen wird, und bei dem die dem Frequenzvervielfacher zur Erzeugung des Frequenzspektrums zugeführte Samp­ ling-Frequenz (F_s) durch den phasengeregelten Oszil­ lator (8) eines Sampling-Synthesizers (6) erzeugt wird, dessen Ausgangsfrequenz (f_s) mittels einer Festfrequenz (f_m) auf eine Zwischenfrequenz (ZF2) herabgemischt wird, die in einem Phasendetektor (12) mit einer in Bruchteilen einstellbaren Referenzfrequenz (f_r) verglichen wird, wobei der Hochfrequenzoszillator (1), der Interpolationssynthesizer (5) und der Sampling-Synthesizer (6) über einen Steuerrechner (14) entsprechend der gewünschten Ausgangsfrequenz (f_o) eingestellt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Referenzfrequenz (f_r) des Sampling-Synthesizers (6) durch Teilung einer spektral reinen Festfrequenz (f) mittels eines einzigen in Bruchteilen (N, F) einstellbaren Frequenzteilers (13) erzeugt wird.

2. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festfrequenz (f_m) für das Herabmischen auf die Zwischenfrequenz (ZF2) und die Festfrequenz (f) für den Frequenzteiler (13) von einem gemeinsamen Quarzoszillator (10) erzeugt wird.

3. Hochfrequenzoszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festfrequenz (f_m) für das Herabmischen auf die Zwischenfrequenz (ZF2) durch Frequenzvervielfachung (Frequenzverviel­ facher 11) erzeugt wird.