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Anordnung zur Stabilisierung frequenzmodulierter Sender Die Erfindung
beschäftigt sich mit der Aufgabe, die Betriebsfrequenz von frequenzmodulierten Sendern
konstant zu halten. Ein quarzgesteuerter Oszillator mit unmittelbarer Frequenzmodulation
ist hierzu nicht immer geeignet, da bei ihm eine Frequenzmodulation nur in einem
sehr geringen Bereich durch Ziehen des Quarzes möglich ist. Um nun wie bei einem
quarzgesteuerten Oszillator Frequenzgenauigkeit und -konstanz auch bei einem größeren
Frequenzhub zu erhalten, hat man daher andere Wege vorgeschlagen. So hat man z.
B. einen Hilfsoszillator von 5 MHz gemäß der auszusendenden Nachricht frequenzmoduliert
und dann einer quarzgesteuerten Frequenz von beispielsweise 95 MHz überlagert. Dabei
entstehen zwei Seitenbänder von 9o bzw. ioo MHz, die mit der entsprechenden Nachricht
frequenzmoduliert sind. Siebt man hieraus z. B. das Seitenband von ioo MHz aus,
so erhält man die gewünschte frequenzmodulierte Betriebsfrequenz von ioo MHz. Die
Frequenzgenauigkeit und -konstanz ist hierbei gegenüber einem direkt modulierten
quarzlosen Oszillator von ioo MHz im Verhältnis der Quarzfrequenz zur, Hilfsfrequenz
also zwanzigmal größer. Allerdings bringt auch hier die Verwendung des Hilfsoszillators
noch gewisse Ungenauigkeiten mit sich.
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Weiterhin hat man vorgeschlagen, einen quarzlosen Oszillator von beispielsweise
ioo MHz mit der auszusendenden Nachricht zu modulieren und ihn mit einem unmodulierten
quarzgesteuerten Oszillator von beispielsweise 95 MHz zu überlagern. Die dann entstehende
frequenzmodulierte Zwischenfrequenz von 5 MHz wird einem Diskriminator als Frequenzmesser
zugeführt. Wird in diesem eine Frequenz gemessen, welche von dem Sollwert 5 MHz
abweicht, so wird durch eine Frequenzregelung des ioo-MHz-Oszillators entsprechend
nachgeregelt. Auch hier ist eine gewisse Frequenzungenauigkeitvorhanden,welche sich
aus den Meßfehlern der Frequenzmessung ergibt.
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Erfindungsgemäß wird ein anderer Weg beschritten. Die hierzu dienende
Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachende Betriebsfrequenz
nach
ihrer Modulation zwei vorzugsweise symmetrisch zu ihr liegenden, insbesondere um
einen geringen Betrag von ihr abweichenden, stabilisierten, vorzugsweise quarzgesteuerten
Frequenzen überlagert ist, worauf hieraus gewonnene Schwebungsfrequenzen in einer
geeigneten Einrichtung hinsichtlich ihrer Frequenz miteinander verglichen und bei
gegebenenfalls festgestellten Frequenzabweichungen Regeleinrichtungen zur Nachstellung
der Betriebsfrequenz betätigt werden.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. Z ein Ausführungsbeispiel
zur Darstellung gebracht, bei dem zwei symmetrisch zur Betriebsfrequenz liegende
quarzgesteuerte Frequenzen benutzt werden. Die zu überwachende Betriebsfrequenz
F, wird von dem Oszillator Z erzeugt. Sie wird auf irgendeine hier nicht interessierende
Weise mit der auszusendenden Nachricht frcquenzmoduliert. Außerdem werden hier zwei
um einen geringen Betrag von der Betriebsfrequenz Fx abweichende Frequenzen Fi und
FZ von zwei quarzgesteuerten Oszillatoren 2 und 3 erzeugt. Die Betriebsfrequenz
Fx wird mit der Frequenz F, in einer Mischstufe 4 und mit der Frequenz FZ in einer
Mischstufe 5 überlagert. Hieraus werden zwei Schwebungsfrequenzen, nämlich F,
= Fx - F, und F,, = F2 - F" gewonnen. Diese Schwebungsfrequenzen F3 und F,
werden einer später noch beschriebenen Einrichtung 6 zugeführt, welche bei von ihr
festgestellten Frequenzabweichungen an einen Motor 7 eine Gleichspannung als Regelspannung
UR abgibt; diese ist nach Größe und Vorzeichen der Differenz F, - F, proportional.
Liegt die Betriebsfrequenz Fx z. B. als F", in der Mitte zwischen den quarzgesteuerten
Frequenzen F, und F2, hat sie also die zutreffende Größe (Sollwert), so ist F3
= F. , - F, = F@ -F. , = F, und die erzeugte Regelgleichspannung
UR = k (F$-F,) = o. Der Motor zur Frequenznachstellung bleibt somit
in Ruhe. Ist die Betriebsfrequenz F" kleiner als der Sollwert, soist die Schwebungsfrequenz
F3 kleiner als die Schwebungsfrequenz F,, während bei größerer Betriebsfrequenz
die Schwebungsfrequenz F3 größer als die Schwebungsfrequenz F, wird. Das in der
Fig. 2 a dargestellte Diagramm läßt diese Abhängigkeiten ohne weiteres erkennen.
Stellt man in der Fig. 2 b hierzu die Abhängigkeit der Regelspannung UR von
der Änderung der Betriebsfrequenz Fx dar, so sieht man, daß, solange die Betriebsfrequenz
F2 zwischen den Schwebungsfrequenzen F3 und F, liegt, die Gleichspannung UR bei
F3 < F, negativ und bei F3> F, positiv ist. Bei richtiger Größe der Betriebsfrequenz
(Sollwert), d. h. also Fx , =
ist die Regelspannung UR gleich Null. Aus dem Diagramm der Fig. 2 b erkennt
man weiterhin, daß die erfindungsgemäße AnordnurW auch noch einwandfrei arbeitet,
wenn die Betriebsfrequenz F. aus dem Zwischenraum zwischen den quarzgesteuerten
Frequenzen F, und F, herausgleitet. Die dabei entstehende Regelspannung UR wird
dann konstant, was mit Rücksicht auf den beschränkten Aussteuerbereich des Motors
7 als besonderer Vorteil bezeichnet werden kann.
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Die schon erwähnte vergleichende Einrichtung 6 ist im einzelnen in
der Fig. 3 als Differenzfrequenzmesser dargestellt. Sie besteht aus zwei im Rhythmus
der Schwebungsfrequenzen F3 und F4 umzuladenden Kondensatoren 8 und 9, von denen
jeder mit einem Gleichrichter bestimmter Richtung bzw. einem Gleichrichter entgegengesetzter
Richtung mit Reihenwiderstand (R,, R2) hintereinandergeschaltet ist. An jedem der
Reihenwiderstände wird eine zur Regelspannungsbildung UN dienende Spannung abgegriffen.
Im einzelnen arbeitet die in der Fig. 3 dargestellte Einrichtung in folgender Weise:
Die aus der in der Fig. Z gezeigten :Mischstufe 4 gewonnene Spannung U3 der Frequenz
F;, treibt durch den Stromkreis 8-10-Z2 einen Strom J;,. In diesem Stromkreis wird
der Kondensator 8 im Rhythmus der Schwebungsfrequenz F3 umgeladen. Er ist so klein
gewählt, daß die übrigen Widerstände des genannten Kreises gegenüber seinem Scheinwiderstand
vernachlässigt werden können. Somit ist die am Widerstand R, abgreifbare gleichgerichtete
Spannung U,z dem Strom J3 bzw. F3 U3 proportional. Treibt die aus der :Mischstufe
5 gewonnene Spannung U, der Frequenz F,, durch den Stromkreis 9-11-13 einen Strom
J, und ist der Kondensator 9 ebenfalls entsprechend klein wie der Kondensator 8
gewählt, so ist die am Widerstand R2 abgreifbare gleichgerichtete Spannung U,3 dem
Strom J,, bzw. F, U, proportional. Wählt man die Spannung U;, = U,, so kann
man an den Widerständen R, und R1 eine Regelgleichspannung UR = (U,2
- U,3) abgreifen, welche (F3-F,) proportional ist, um damit den Motor 7 zur
Frequenznachstellung zu steuern.
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Sehr häufig ist es erwünscht, die Frequenz des stabilisierten Senders
in geringen Grenzen verändern zu können. Dies kann z. B. dazu ausgenutzt werden,
um die unvermeidlichen Herstellungstoleranzen der Quarze auszugleichen. Man kann
aber auch den Sender auf einen benachbarten Kanal ohne Quarzänderung umstimmen.
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Eine solche Verstimmung ist bei der vorbeschriebenen Anordnung in
sehr einfacher Weise möglich. Es ist nämlich nur nötig, einen der beiden Reihenwiderstände
R1 und R2 oder auch beide veränderbar zu machen. Ist z. B. die zu stabilisierende
Frequenz F2 ', die jetzt also nicht mehr symmetrisch zu den Frequenzen F, und FZ
liegt, so muß z. B. R, so eingestellt werden, daß die Regelgleichspannung UR bei
der Frequenz F., ' gleich Null ist. Es muß also R, so geändert werden, daß ist.
Dies ist jedoch nur zulässig, solange
F" ' - F, <<1/2 (F2 - F,),
damit eine ausreichende Regelspannung bei
Verstimmung nach beiden Seiten vorhanden ist.
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Als Frequenznachstellung kann eine an sich bekannte elektromagnetisch
betätigte Kapazitäts-oder Induktivitätsänderung verwendet werden oder eine an sich
bekannte Reaktanz- oder Impedanzröhrenschaltung. Es ist nicht erforderlich, daß
die Grundwellen der zwei symmetrisch zur Betriebsfrequenz liegenden Frequenzen F,
und F2 zur Überlagerung herangezogen werden. Es können ebensogut auch ihre Oberwellen
hierzu Verwendung finden.
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Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Genauigkeit und
Konstanz der Betriebsfrequenz nur noch durch den Quarz und durch die Differenz der
elektrischen Größen zweier gleicher Kondensatoren
bestimmt. Sie
kann also hierbei wesentlich höher getrieben werden als bei den eingangs erwähnten
bisherigen Vorschlägen.
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Beispielsweise können zur Steuerung der symmetrisch liegenden Frequenzen
F1 und F2 zwei Quarze benutzt werden, deren Frequenzen um einen gegenüber der Betriebsfrequenze
Fx von beispielsweise ioo MHz geringen Betrag von beispielsweise Zoo kHz voneinander
abweichen. Sie liegen dann beispielsweise bei 99,9 und ioo,i MHz. jede dieser Frequenzen
wird mit der Betriebsfrequenz Fz (ioo MHz) überlagert. Es entstehen zwei Schwebungsfrequenzen
F3 und F4 von je ioo kHz. Diese beiden Frequenzen werden in der an Hand der Fig.
3 erläuterten Einrichtung miteinander verglichen. Ist die aus der Überlagerung der
Frequenz Fr = 99,9 MHz mit der Betriebsfrequenz F" (ioo MHz) entstandene Schwebungsfrequenz
F3 höher als die aus der Überlagerung der Frequenz F2 = ioo,i MHz entstandene Schwebungsfrequenz
F4, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Betriebsfrequenz FZ höher als der Sollwert
ist; es wird dann eine Frequenznachstellung im Sinne einer Verkleinerung der Betriebsfrequenz
F" vorgenommen. Ist dies aus der Überlagerung der Frequenz F, = 99,9 MHz mit der
Betriebsfrequenz Fx (ioo MHz) entstandene Schwebungsfrequenz F3 tiefer als die aus
der Überlagerung der Frequenz F2 = 100" MHz entstandene Schwebungsfrequenz F4, so
ist dies ein Zeichen hafür, daß die Betriebsfrequenz F" zu tief ist. Die genannte
Frequenznachstellung wird dann in der entgegengesetzten Richtung betätigt.
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Neben den schon geschilderten Vorteilen bietet die erfindungsgemäße
Anordnung den weiteren Vorteil, daß durch die Verwendung zweier Quarze die unvermeidlichen
Abweichungen im Abgleich der Quarze halbiert werden. '