DE855572C

DE855572C - Frequenzumsetzer mit grosser Messgenauigkeit

Info

Publication number: DE855572C
Application number: DES20373A
Authority: DE
Inventors: Marcel Colas
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1944-07-19
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1952-11-13
Also published as: FR992850A; GB606910A; FR55807E; CH262123A; FR57560E; GB634772A; FR992624A; NL80790C; US2582768A; CH261008A; FR55952E

Description

.S" 20373

Die vorliegende Frfmdung bezieht sich auf Verbesserungen an Vorrichtungen von Frequenzumsetzern, so wie sie bei Frequenzgeneratoren, Sendern, Empfängern, Frequenzmessern usw. gebraucht werden, die auf einem ausgedehnten Frequenzband arbeiten und in welchen die Regelung über die Arbeitsfrequenz mit Genauigkeit über ein relativ beschränktes Band (Handinterpolation genannt) vorgenommen werden kann mit Hilfe von überlagerten Frequenzänderungen, die mit Hilfe stabiler Frequenzen vorgenommen werden, welche von den 1 Tarmonischen eines Generators hergeleitet werden, dessen Grundfrequenz durch einen sehr stabilen Schwingungserreger, ζ. 1!. einen Quarz, geliefert wird.

I'm eine gute Regelgenauigkeit zu erhalten, wird man dazu geführt, eine genügend schwache Grundfrequenz zu wählen, aber alsdann wird die Selektion der Xutzfrequenz nach der Frequenzänderung beinahe unmöglich mit den bekannten Vorrichtungen, denn diese Xutzfrequenz weicht prozentmäßig sehr wenig von der Xutzharmonischen ab.

Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet es, diese Schwierigkeit zu vermeiden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens drei Frequenzwandler enthält, von denen einer einerseits an einen Interpolationswähler geschaltet ist, der ein Interpolationsband überdeckt, und andererseits an zwei andere Frequenzwandler unter Zwischenschaltung zweier Wähler von mittlerer Frequenz,

wobei diese beiden letzteren Frequenzwandler andererseits jeder an den gleichen Hilfsgenerator geschaltet sind, und zwar einer an einen harmonischen Wähler, dessen Frequenzen aus einem Generatormit stabilisierterFrequenz entnommen werden, der andere an einen Hochfrequenzwähler, der das ausgedehnte Arbeitsfrequenzband bedeckt. Die Frequenzänderungen in den drei Frequenzwandlern sind derart, daß die durch den Hochfrequenzwähler ίο ausgewählte Frequenz gleich der algebraischen Summe der durch den harmonischen Wähler ausgewählten Frequenz ist und der durch den Interpolationswähler ausgewählten Frequenz.

Die Erfindung wird besser verstanden werden mit Hilfe der Zeichnungen, die ein unbeschränktes Ausführungsbeispiel verschiedener Arten, die Erfindung zu verwirklichen, darstellen. In der Zeichnung sind die

Fig. ι bis 3 Schaltbilder von Vorrichtungen, die als Frequenzgenerator brauchbar sind; die

Fig. 4 bis 6 sind Schaltbilder von Vorrichtungen, die zur Messung der Frequenz oder zum Empfang telegrafischer Signale geeignet sind; die

Fig. 7 und 8 sind Schaltanordnungen von Vorrichtungen, die zur Frequenzmessung oder für den Empfang mit Vorreglung brauchbar sind; die

Fig. 9 und 10 sind vereinfachte Schaltschema, die als Frequenzgeneratoren oder als Sender zu gebrauchen sind.

In der Fig. 1 stellt Q einen sehr stabilen Schwingungserzeuger, aus Quarz z. B., von der Frequenz Q mit einer Siebkette für Harmonische, die einen genauen Frequenzmaßstab liefern, dar. Auf diese Gesamtheit folgt ein Wählerverstärker A₁, den man als harmonischen Wähler bezeichnen kann und der die gewünschte Harmonische durchläßt, die benachbarten dagegen genügend dämpft.

In C₁ hat man einen Frequenzwandler, der einerseits die Schwingungen empfängt, die vom harmonischen Wähler A₁ ausgehen, und andererseits die des freien Hilfsgenerators H. Die mittlere resultierende Frequenz gleich MF₁ wird ausgesondert und über einen Filterverstärker MF₁ verstärkt, den man mittlerer Frequenzwähler nennen wird. Außerdem stellt I einen Schwingungserzeuger dar, genannt Interpolator, mit regelbarer Frequenz, der mit Sorgfalt derart verwirklicht werden muß, daß seine Frequenz / so stabil als nur möglich bleibt. Er bedeckt ein Band für das Intervall, welches zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Harmonischen des Generators Q liegt.

Ein zweiter Frequenzwandler C₂ empfängt einerseits die durch den mittleren Frequenzwähler MF₁ ! gefilterte Frequenz und andererseits die Frequenz, die vom Interpolator / kommt. Die resultierende Frequenz MF₂, die in einem Intervall gelegeti ist, das gleich demjenigen des Interpolators ist, wird ausgesondert und in einem Filterverstärker MF, verstärkt, den man auch mittleren Frequenzwähler nennen kann.

Endlich ist C₃ ein Frequenzwandler, der einerseits die durch den mittleren Frequenzwandler. 1/F₀ gefilterte Schwingung empfängt und andererseits eine Schwingung, die über den Hilfsgenerator // entnommen wird. Eine der resultierenden Frequenzen ist ausgesondert und durch einen Filterverstärker A₂ verstärkt, welcher das gewünschte Frequenzband deckt und den man als Hochfrequenzwähler bezeichnen kann.

Bezeichnet man mit N den Rang der gebrauchten Harmonischen, mit Λ' die Ausgangsfrequenz des Systems und mit MF₂ die gefilterten Frequenzen durch die entsprechenden mittleren Frequenzwähler MF₁ und MF₂, so ist es leicht zu sehen, daß man zwischen den verschiedenen Frequenzen einer der Gruppen die untenstehenden Beziehungen hat:

₁ = AO —H MF₂ = MF₁ + / 5" = MF, + //,

woraus man zieht:

S = NQ + /; MF₁ = H — NQ MF₂= MF₁-I S =// -MF₂.

woraus noch folgt:

=NQ

In allgemeiner Weise sieht man, daß zwischen den verschiedenen oben angegebenen Frequenzen man die Relation hat:

S = ± NQ ±H±I±H.

Man wird es derartig einrichten, daß nach den drei Frequenzänderungen die Frequenz H verschwindet oder, was auf dasselbe herauskommt, daß man hat:

S = NQ ± /.

So verschwindet die Frequenz H des Hilfsgenerators vollständig aus der Endfrequenz, die sich zusammensetzt aus einem sehr stabilen Teil NQ, der von dem Quarzoszillator geliefert wird, und einem Teil /, der vom freien Generator geliefert wird. Indem man die Mengen NQ und / passend bemißt, kann man jede gewünschte Stabilität für die Endfrequenz erhalten.

Wie oben gesagt wurde, spielt der Hilfsgenerator H keine Rolle für die Stabilität der Endfrequenz. Er muß immer genügend stabil sein, damit die resultierende Frequenz ,1/F₁ im Gebiete der Durchlässigkeit des mittleren Frequenzwählers MF₁ bleibt. Man kann übrigens einen Steuerfrequenzreglcr für die Änderungen der Rückstände von MF_i gebrauchen, um die Frequenz // zu verbessern und sie in den gewollten Grenzen zu halten. Der Hilfsgenerator H dient immer zur Aussonderung der Harmonischen NQ; sein Maßstab muß also besonders sorgfältig sein.

Zum besseren Verständnis der Beschreibung wird nachstehend ein numerisches Beispiel gegeben, welches, wohl verstanden, keinerlei beschränkenden Charakter besitzt.

Es sei ein gleichförmiges Frequenzband zu verwirklichen von 3000 bis 22 oookc/s. Man wird den

verschiedenen Elementen die nachfolgenden Werte geben:

Der Quarzoszillator wird eine Frequenz von iooo kc/s besitzen; das Sieb für Harmonische wird alle Frequenzen von ioo zu iookc/s bis zu 22 ooo kc/s liefern. Man kann MF = 8oo kc/s nehmen, was ermöglichen wird, leicht in dem harmonischen Wählerverstärker A₁ die Wahl der Bildfrequenz des ersten Mischers C₁ zu bewerkstelligen.

ίο Der Hilfsgenerator // wird das Band 2100 bis « 21 100 kc/s bedecken; der Interpolationsschwingungserzeuger / wird ein Band von 100 bis 2ookc/s besitzen. Wenn man voraussetzt, daß er eine Frequenzstabilität von V'iooo besitzt, wird der absolute Fehler in bezug auf seine Frequenz nicht 200 kc/s übersteigen.

Die Frequenz MF₀ wird zwischen 900 und 1000 kc/s sein und wird sehr leicht durch ein angepaßtes Filter ausgesondert werden. Die Endfrequenz 6' wird zwischen 3000 und 22 000 kc/s. liegen.

Die zusammengesetzten Frequenzen des letzten Frequenzwandlers sind im Minimum um 900 kc/s von der Frequenzkomponente H entfernt und werden leicht ausgesondert werden können, da der relative Abstand der Frequenz ^9OO/22ooo erreicht, also etwa 4°/o.

Die Vorgänge, um eine wohlbestimmte Ausgangsfrequenz zu erhalten, sind die folgenden:

Es sei eine Ausgangsfrequenz von 13 2413,5 kc/s zu erhalten. Alan wird den Generator H auf die Frequenz 12300 kc/s einregeln und den Interpolator / auf die Frequenz 143,5 kc/s. Die 13. Harmonische des Quarzes, d. h. die Frequenz 13 100 kc/s, wird gefunden durch Aussonderung mittels des harmonischen Wählers A₁, der auf diese Frequenz abgestimmt ist, und wird eine mittlere Frequenz gleich (Soo kc/s liefern. Die Frequenz MF₂ wird alsdann gleich 800 + 143,5 = 94)3,5 kc/s, ^uncl die Endfrequenz wird den Wert haben 943,5+ 12300 = 13243,5, was der verlangte Wert ist.

L'm die Handhabung der Apparate einfacher zu gestalten, wird man auf den Maßstäben der Generatoren // und / die Werte 13200 und 43,5 beziehungsweise vermerken für die Stellungen, die den Frequenzen 12300 kc/s und 14,3,5 kc/s ^ent" sprechen und die tatsächlich geschaffen sind. Man wird durch einfaches Ablesen, auf einem Zähler z. B., die Endausgangsfrequenz haben. Unter dem Gesichtspunkt, noch die Handhabung zu erleichtern, wird man eine einzige Steuerung für die Abstimmorgane der Wählerverstärker A₁, A.-, und des Generators // annehmen, wie man es in den Empfängern für Frequenzänderung mit Alleinsteuerung macht.

Es ist zu bemerken, daß die Ausgangsfrequenz des hochfrequenten Wählerverstärkers A₂ immer von der des harmonischen Wählerverstär'kers A₁ um 100 kc/s im Minimum abweicht. Dieser Umstand ist sehr günstig und vermeidet jede Rückkopplung eines Verstärkers auf den anderen.

Der Vorgang, der beschrieben worden ist, kann unter verschiedenen Gesichtspunkten verallgemeinert werden.

Für Harmonische von viel größerem Rang als diejenigen, welche in dem obigen Zahlenbeispiel 6j angegeben sind, würde die Aussonderung der Nutzfrequenz nicht mehr so einfach sein. Man kann alsdann eine doppelte Frequenzänderung anwenden, bevor die Interpolation durch Modulation bewerkstelligt wird. Natürlich wird die Endfrequenz durch zwei folgende Frequenzänderungen erhalten, für welche man sich derselben Ortsschwinger H und H' bedienen wird. Eine derartige Anordnung ist in der Fig. 2 dargestellt.

Zwei Abänderungen können betrachtet werden. Die erste besteht darin, den Oszillator H' fest zu lassen, ebenso wie die Wählerverstärker mittlerer Frequenz .1/F₁ und M¹F₁, MF₂ und M'F₂'. Die Regelung wird alsdann allein durch die Handhabung von H und / bewerkstelligt.

Die zweite Abänderung besteht darin, H und'//' nacheinander zu regeln, indem man die Wähler mittlerer Frequenz veränderlich macht. MF₁ und M'F₂. Man kann alsdann eine Regelung in Kaskade erhalten und die beiden Dekaden der dezimalen Numerierung der Endfrequenzen erscheinen lassen.

Diese Kombinationen können durchgeführt werden, sei es für viel höhere Frequenzen, als es die in dem vorangegangenen Beispiel sind, sei es für die- go selben Frequenzen, indem man einen Generator Q von niederer Frequenz gebraucht (10 kc/s z.B.), was Harmonische geben würde, die viel mehr genähert sind. In diesem Falle würde der Interpolator / ein Band von 10 bis 20 kc/s überdecken, und die Genauigkeit für die Endfrequenz würde zehnmal größer sein.

Man kann das Verfahren nach der Erfindung unter anderem Gesichtspunkt anwenden, indem man den Interpolator / aus einem vollständigen System bildet, welches einen analogen Aufbau besitzt. Diese Verbindung ist dargestellt durch die Fig. 3. Die Elemente Q, A₁, C₁, MF₁, C₂, MF₂, C₃, A₂ H sind identisch mit den entsprechenden Elementen der Fig. i. Der Interpolator/ ist durch das vollständige System ersetzt, das aus den Elemente« QIn, A₁, C₁, M¹F₁, C₂, il/'/y, C₃', A₂, H', Γ gebildet ist und auf einer Frequenz arbeitet, die niedriger als QIn ist mit einem analogen Bau. Der Hochfrequenzwählerverstärker A₂ spielt genau die gleiche Rolle wie der Interpolator/ in demselben Frequenzgebiet. Man wird vorteilhaft η = ίο wählen, was gestatten würde, H, //' und /' zu eichen nach der Dezimalnumerierung der Zerlegung der · Endfrequenz A₂. Die für A₂ erhaltene Genauigkeit würde in diesem Falle zehnmal größer sein. Die Handhabung könnte noch vereinfacht werden mittels einer einzigen Steuerung. Die Handhabungen in diesem Falle würden zurückgeführt sein auf die Regelung der Generatoren H, H' und /'.

In der Fig. 4 hat man die Erfindung dargestellt in ihrer Anwendung auf einen Empfänger für TeIegrafiesignale oder auf einen Frequenzmesser. In dieser Figur bedeutet Q einen sehr stabilen Schwingungserzeuger, aus Quarz z. B., der einen Reguliermaßstab der harmonischen Frequenzen liefert, auf

den ein harmonischer Wählerverstärker A₁ folgt, der das Nutzband überdeckt. C₁ stellt einen Frequenzwandler dar, der einerseits die Schwingungen empfängt, die vom harmonischen Wähler A₁ kommen, und andererseits diejenigen eines freien Hilfsgenerators //. Die mittlere resultierende Frequenz, gewählt für einen gewissen Wert MF_lt wird ausgesiebt und durch einen Wählerverstärker mittlerer Frequenz verstärkt, der mit MF₁ bezeichnet ist. ίο ,Andererseits stellt / einen Interpolatorschwingungserzeuger mit regelbarer Frequenz dar, der in der Weise verwirklicht wird, daß seine mit / bezeichnete Frequenz so stabil als möglich ist und daß er ein Band überdeckt, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Harmonischen des Generators (J enthalten ist.

Ein zweiter Frequenzwandler C₉ empfängt einerseits die Leistung des Wählerverstärkers mittlerer Frequenz MF₁, andererseits diejenigen des Interpolators /. Die resultierende Frequenz MF₉, die in dem Intervall enthalten ist, welches gleich ist demjenigen des Interpolators, wird ausgesiebt und in einem Wählerverstärker mittlerer Frequenz verstärkt, der mit MF₂ bezeichnet ist und der selbst von regelbarer Frequenz ist und dessen Steuerung zu gleicher Zeit wie diejenige des Interpolators / erfolgt.

A₂ ist ein Wählerverstärker hoher Frequenz, der durch eine Empfangsantenne erregt wird. Ein dritter Frequenzwandler C₃, der einerseits die Schwingungen empfängt, welche vom Wählerver-■ stärker hoher Frequenz A₂ ausgehen, der die Frequenz .S" des Signals besitzt, und andererseits diejenigen des Hilfsgenerators H, liefert eine gewisse mittlere Frequenz M'F₉', die in den Eingang des \^erstärkers JZF₀ geschickt wird. Dieser ist durch einen Detektor vervollständigt und evtl. durch einen Niederfrequenzverstärker, der nicht dargestellt ist. Diese beiden Organe sind bestimmt, die Schwebungen zu hören, die sich zwischen der Frequenz MF₂, die vom Quarz ausgesandt wird, und der Frequenz M'F₉, die vom Signal ausgesandt wird, bilden.

Man hat also außer den verschiedenen Frequenzen in einer oder anderen der beiden Gruppen die untenstehenden Beziehungen:

M'F₉' = S '—H

MF₁ =NQ — H

MF₂ = MF₁ + I=NQ-H +I

M¹F₉' =H —S

MF₁ =H -NQ

MF₂ = MF₁-I = H-NQ-I

wo NQ die am Schwingungserzeuger Q abgenommene Frequenz bezeichnet.

Wenn man MF₂ gleich M'F₂ macht, indem mau den Wert von / regelt um die Schwebungen auf Null zu bringen, erhält man:

wo S = NQ + / wo S = N(J + I

5 — H =NQ — H + I
oder H— S = H —NQ — I

Man sieht also, daß die Frequenz des Hüfsgenerators H aus dem Endergebnis verschwindet, wie in dem Falle des Generators nach Fig. 1.

Es ist zu bemerken, daß die Elemente A₉, C₃, H und MF₂ einen vollständigen Empfänger bilden, der für jeden normalen Gebrauchszweck brauchbar ist. Die Gesamtheit der Apparate nach Fig. 4 kann besonders dazu dienen, um nach .Belieben zu bewerkstelligen, sei es zur Yorregelung des Empfängers für eine bestimmte Frequenz oder sei es zum Messen der Frequenz eines Signals.

Was die Vorregelung des Empfängers auf eine gegebene Frequenz anbetrifft, genügt es, H zu regeln, damit die Harmonische .V des Schwingungserzeugers Q identisch benutzt wird, alsdann / j zu regeln, indem man zu gleicher Zeit die Regelung j des Wählerverstärkers der mittleren Frequenz MF₉ j mitregelt. Dieser letztere wird so angeordnet, da!.! er ein Signal von der Frequenz S = NQ + / empfängt, während der Hilfsgenerator die Frequenz H liefert.

Tatsächlich regelt man zuerst //, damit die Harnonische NQ in dem breiten Durchgangsband von MF₁ zentriert wird, und alsdann verschiebt man .UF, um die Größe /, damit das Signal Λ" = NQ + / in dem Durchgangsband von .1/F₀ enthalten ist.

Hält man für die Regelung des Verstärkers eine Verschiebung z. B. von 1000 Perioden inne, so wird man sicher eine hörbare Schwebung mit dem Signal von der Frequenz S erhalten. Das Ganze ist also geeignet, Telegrafiesignale zu empfangen.

In bezug auf die Frequenzmessung eines Signals ist es bequem, folgendermaßen zu arbeiten:

Man setzt den Interpolator / und infolgedessen auch den Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF., auf das Minimum ihres Bandes. Man regelt//, um die gegebene Sendung zu suchen. Die Regelung von H, die so erhalten ist, wird zwischen den Harmonischen NQ und (N + I) Q umfaßt. Man führt H auf die entsprechende Regelung von Λ^Γ Q zurück. In diesem Augenblick geht die Harmonische vom Range A^T allein durch den Wähler mittlerer Frequenz MF₁. Man regelt endlich / und damit den Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF₉, um die Sendung wiederzufinden, welche alsdann mit dem Signal, das vom Schwingungserzeuger (J gesandt wird, interferiert. Man führt alsdann die Schwebung auf Null, und die gesuchte Frequenz ist gleich NQ + /. Die allgemeine Genauigkeit hängt offenbar von den Konstanten der Konstruktion ab, die verschieden ist in bezug auf die Glieder NQ und /.

Unter dem Gesichtspunkt, die vorausgehende Beschreibung klarer zu verstehen, wird jetzt ein numerisches Beispiel gegeben, das, wohl verstanden, keinerlei einschränkenden Charakter besitzt:

Es sei ein zusammenhängendes Frequenzband zu verwirklichen von 3000 bis 22000 kc/s. Man wird den verschiedenen Elementen die folgenden Werte erteilen:

Der Quarzoszillator wird eine Frequenz von 100 kc/s haben. Der Generator für die Harmonischen wird alle Frequenzen von 100 zu 100 kc/s bis zu 23 000 kc/s liefern. Man kann nehmen .UF₁ = SoOkCZs, was leicht möglich sein wird, in dem harmonischen Wählerverstärker A₁ zu bewerk-

stelligen; die Selektion der Bildfrequenzen aus dem ersten Mischer C₁. Der Hilfsgenerator H wird das Band 2100 bis 21 100 kc/s überdecken.

Der Interpolator / wird ein Band von 100 bis

S 20O kc/s besitzen. Der mittlere Frequenzwähler MF₂, dessen Breite einige kc/s sein kann, wird seine Regelfrequenz zwischen 900 und 1000 kc/s ί:ι einziger Steuerung mit dem Interpolator I haben.

Unter diesen Bedingungen sei die Frequenz, die zu empfangen ist, 13 243,5 kc/s.

Ks genügt, den Generator H auf die Frequenz 1.2 300 kc/s zu regeln. Die mittlere Frequenz M'F/, die aus dem Signal und dem Überlagerer// resultiert, wird den Wert 943,5 kc/s besitzen, und die mittlere Frequenz MF₁, die aus der 131. Harmonischen des Quarzes folgt, wird den Wert 800 kc/s besitzen. Indem man den Interpolator/ auf 142,5 regelt, was die Regelung des Wählerverstärkers mittlerer Frequenz MF₂ nach sich zieht auf 942,5,

ao so wird die Frequenz MF₂, die vom Quarz herkommt, diesen Wert 942,5 besitzen und eine Schwebung von 1000 Perioden mit M'F₂' liefern, die vom Signal herkommt. Der Empfänger ist so vorbereitet, um später die gewünschte Frequenz zu erfassen.

Unter denselben Bedingungen sei nun die Frequenz eines einfallenden Signals zu messen, die von vornherein unbekannt ist, aber die den Wert 13 243,5 kc/s besitzen soll, der vorher erwähnt wurde.

Der Interpolator / wird auf 100 kc/s gestellt, und infolgedessen MF₂ auf 900 kc/s. Man regelt den Hilfsgenerator H, um die gegebene Sendung zu empfangen. Seine Frequenz ist alsdann 12343,5 und entspricht der 131. und 132. Harmonischen des Quarzes (13 100 — 800= 12300; 13200 — 800 = 112 4>oo). Indem man H auf den Wert 12 300 führt, wird die Frequenz M¹F₂ den Wert 943,5 haben. Die gebrauchte Harmonische wird natür-Hch die 131. von der Frequenz 13 100 sein und MF₁ — 800 liefern. Indem man die Sendung durch die Handhabung von / sucht, wird man diese letztere für die Regelung, die 943,5 kc/s entspricht, wiederfinden, was für / den Wert 143,5 kc/s gibt, um die Schwebung O zu erhalten. Die Frequenz hat zum Wert 13 100 + 143,5 ^{= T}3 243,5 kc/s.

Um die Handhabung der Apparate viel einfacher zu gestalten, wird man auf den Maßstäben der Generatoren H und / die Werte 13 200 und 43,5 vermerken, entsprechend den Positionen, die den Frequenzen 1,2 300 und 143,5 entsprechen, die tatsächlich hervorgebracht sind. Man hat durch einfaches Ablesen, auf einem Zähler z. B., die Endfrequenz für den Empfang. Um noch die Handhabung zu vereinfachen, könnte man eine einzige Steuerung anpassen an die Abstimmorgane der Wählerverstärker A₁ und A₂ und an den Generator H, wie man es bei den Empfängern mit Frequenzänderung mit einer Steuerung macht.

Die Fig. 5 stellt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 4 dar. Die Organe sind die gleichen wie die vorher beschriebenen, nur das Abhören erfolgt über den Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF₁. anstatt über den Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF.,. Der letztere kann ein Filterverstärker sein, dessen Bandbreite das Intervall erreicht, welches zwischen zwei aufeinanderfolgenden Harmonischen liegt. Der Vorgang der Regelung ist übrigens derselbe, wie in dem Falle der Fig. 4.

Das beschriebene Verfahren ist zur Verallgemeinerung unter verschiedenen Gesichtspunkten i:;:iig.

Für Harmonische von höherem Range als diejenig;¹, die in dem obigen Ausführungsbeispiel angegeben wurde, würde die Selektion der Nutzfrequenz nicht mehr so leicht sein. Man kann alsdann eine doppelte Frequenzänderung nutzbar machen, bevor die Interpolation bewerkstelligt wird. Natürlich wird das Hörbarmachen des Signals durch zwei aufeinanderfolgende Frequenzänderungen, vor sich gehen, für welche man sich der Hilfsoszillatoren H und H' bedienen wird. Eine derartige Anordnung, hergeleitet von der Fig. 4, ist in der Fig. 6 dargestellt; wohl verstanden, man würde auch eine Anordnung gebrauchen können, die von der Fig. 5 abgeleitet wird.

Ebenso kann man unter anderen Gesichtspunkten den Interpolator / ersetzen durch eine Gesamtheit eines vollständig genauen Hochfrequenzgenerators. Die Genauigkeit, die durch eine Gesamtheit geliefert wird, die derartig aufgebaut ist, würde alsdann noch größer sein.

In der Fig. 7 hat man eine Vorrichtung dargestellt, die entweder als Frequenzmesser arbeiten kann oder als Empfänger mit Vorregelung. Diese Vorrichtung ist großenteils derjenigen nach Fig. 4 analog. Aber hier ist der Wählerverstärker mittlerer Frequenz MT₁ ein Filterverstärker, dessen Bandbreite einige kc/s beträgt und dessen Frequenz veränderlich ist in einem Intervall, welches gleich dem ist, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Harmonischen des Generators von der Basis Q liegt. Der Interpolationsgenerator / ist unterdrückt und ersetzt, sei es durch einen Frequenzmesser, der fähig ist, die Frequenz Z₁ zu messen, die aus dem Frequenzwandler C₁" austritt, sei es durch einen Empfänger, der fähig ist, diese gleiche Frequenz I₁ zu empfangen. Dieser deckt, wie in den vorigen Beispielen, ein beschränktes Band (Interpolationsband genannt), auf welchem die Regelung mit Ge- nauigkeit durchgeführt werden kann.

Zwischen den verschiedenen Frequenzen hat man in dem Falle der Fig. 7 eine der beiden unterhalb stehenden Relationsgruppen:

MF₁ =H -NQ MTJ = H — S I₁ = MF₁- MT₁'

= {H—NQ)-(H-S) = S—NQ,

MF₁ = NQ —H MTJ = S —H I₁ = MTJ-MF₁

='(S ^-H)- (NQ-H)₁ =S—NQ.

Man sieht noch, daß die Frequenz I₁ unabhängig von der Frequenz H des Hilfsgenerators ist. Es

genügt, I₁ zu messen, um die Frequenz 5 zu kennen. NO wird durch die angenäherte Frequenz von H (Eichung) gemessen, welche durch Herabsetzen der Frequenz die mittlere bekannte Frequenz MF₁ liefert.

Man wird bemerken, daß A₁, C₁, M¹F₁ normale Elemente eines Empfängers mit Frequenzänderung bilden. Das Suchen nach der Sendefrequenz S vollzieht sich folgendermaßen:

ίο Man regelt H, damit eine der Harmonischen NQ in das Durchgangsband von MF₁ fällt, und man regelt die Frequenz von M¹F₁, um das Signal in dem Hörer wahrzunehmen. Wenn das gewünschte Signal nicht gefunden ist, ändert man die Regelung von H um einen Rang mehr oder weniger, und man sucht die Sendung durch ein neues Ausforschen von M'F₁.

Die Arbeitsweise als Empfänger mit Vorregelung wird von der Formel S = NQ + I₁ hergeleitet. Einerseits regelt man H in der Weise, um die Harmonische NQ nutzbar zu machen, und andererseits regelt man den Interpolationswähler (derjenige, welcher das Interpolationsband überdeckt) auf die Frequenz Z₁. Der Empfänger ist alsdann zum Empfang der Frequenz S= NQ + I₁ bereit.

Wenn man mit Hilfe der Anordnung nach Fig. 7 Signale empfangen will, deren Frequenz ziemlich niedrig ist, ist man genötigt, eine niedrige Frequenz des ebenfalls niedrigen Quarzes zu wählen. Hieraus folgt, daß die Frequenz, die I₁ verläßt, noch viel niedriger ist und nicht den leichten TeIefonieempfang gestattet. Aus diesem Grunde gebraucht man, anstatt Frequenzkombinationen zu gebrauchen, in welchen die resultierende Frequenz Z₁ die Differenz der Zwischenfrequenzen MF₁ und M¹F₁ ist, Kombinationen von Frequenzen, in welchen die resultierende Frequenz I₁ die Summe der Zwischenfrequenzen MF₁ und M'F{ ist. Hierfür genügt es, die Signalfrequenz S und diejenige der Nutzharmonischen NQ beiderseits der Frequenz des Überlagerers H zu legen.

Zwischen den verschiedenen Frequenzen wird man alsdann eine der beiden Gruppen von untenstehenden Relationen haben:
45

MF₁ =H -NQ

ATF₁' = S —H

I₁ = MF₁ + M¹F₁= S-NQ,

MF₁ =NQ —H M'F; = H —S I₁ MF^M

i.

2.

Man sieht, daß hier noch die Frequenz I₁ unabhängig von der Frequenz H des Ortsüberlagerers ist und schließlich den Wert der algebraischen Differenz zwischen der Signalfrequenz und derjenigen der Nutzharmonischen des Quarzes hat.

Die Frequenz I₁ ist aldann-ausreichend, um eine bequeme Verwirklichung der breiten Durchgangsbänder zu gestatten, die für den Telefonieempfang notwendig sind.

Man kann, um die Frequenz I₁ zu messen, eine Kaskadengesamtheit gebrauchen, deren Frequenzbasis viel tiefer sein würde, wobei die Genauigkeit der Messung zunehmen würde. Die Fig. 8 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Gesamtheit von vier Stufen in Kaskade geschaltet, die eine Genauigkeit von einer Sekundenperiode ergibt.

Ohne daß dies einschränkend ist, würde man den Elementen dieser Gesamtheit die untenstehenden Werte erteilen unter Gebrauch des Dezimalsystems:

Q₁ =1 000 kc/s

MF₁ = 4 000 kc/s

M'F₁ = 5000 bis 6000 kc/s A₁ = 10 000 bis 100 000 kc/s

(Wellenlänge: 30 bis 3 m) L =1 000 bis 2 000 kc/s

O₂	= 100 kc/s
MF₂	= 400 kc/s
M'F₂'	= 500 bis 600 kc/s
A/	= ι 000 bis 10 000 kc/s
	(Wellenlänge: 300 bis 30 m)
⁷2	= 100 bis 200 kc/s
O₃	= 10 kc/s
MF₃	= 40 kc/s
M'F₃'	= 50 bis 60 kc/s
A₃'	= 100 bis ι 000 kc/s
	(Wellenlänge: 3000 bis 300m)
h	= 10 bis 20 kc/s
O₄	= ι kc/s
MF_i	4 kc/s
M'F_A'	= 5 bis 6 kc/s
A/	= 10 bis 100 kc/s
	(Wellenlänge: 30000 bis 3000 m)
I,	= ι bis 2 kc/s.

Die Empfangsantenne ist natürlich verzweigt über den Verstärker, der der gewünschten Frequenz entspricht. Jeder der lokalen Überlagerer kann mit einem Zähler ausgerüstet werden, der so die verschiedenen Ziffern der dezimalen Bezifferung erscheinen läßt. Endlich kann der Frequenzmesser F ein Brückenfrequenzmesser sein, der ohne Schwierigkeiten eine Genauigkeit von einer Periode/Sekunde liefert.

In dem Fall geringerer Wichtigkeit der Einrichtungen können die vorangehenden Anordnungen vereinfacht werden. So kann man sich mit einer Einrichtung nach Fig. 9 zufriedengeben. In dieser Figur findet man die Elemente Q, A₁, C₁, MF₁ und H wieder, wie sie in der Vorrichtung nach Fig. ι gebraucht wurden. Aber hier hat der Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF₁ eine regelbare Frequenz in einem Intervall, das gleich der Grundfrequenz des Quarzschwingers ist. Ein Frequenzregler stabilisiert die Frequenz des Hilfsgenerators H nach den Reständerungen der mittleren Frequenz MF₁. Die Frequenz dieses Generators hat zuni Wert H = NQ ± MF₁, wobei das Signal durch Konstruktion gewählt wird (Regelung von H und A₁ durch eine einzige Steuerung).

Die Genauigkeit und die Stabilität der Frequenz H hängen auf diese Weise von dem ge-

gebenen Wert von JlZF₁ ab und von der Güte des Quarzreglers. Der Wählerverstärker MF₁ könnte mit einer gewissen Zahl von Quarzresonatoren ausgerüstet sein, um die völlige Stabilität zu sichern.

Man wird bemerken, daß es notwendig ist, um ein zusammenhängendes Band des Generators H mit der Anordnung nach Fig. g zu erreichen, daß der Wählerverstärker .1/F₁, welcher den Frequenzregler beeinflußt, selbst ein zusammenhängendes Band bedeckt, das gleich ist dem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Harmonischen des Grundquarzes. Die Verwirklichung einer solchen Vorrichtung ist ziemlich empfindlich,und man wird viel einfacher zum gesuchten Ergebnis kommen, ohne aus dem Rahmen der Erfindung herauszutreten, wenn man die in der Fig. 10 dargestellte Schaltung gebraucht.

In dieser findet man die Elemente Q, A₁, C₁, -1/F₁, H wieder, wie sie bereits in der Fig. 9 gebraucht worden sind. Man fügt hier einen Generator hinzu, genannt Interpolationsgenerator, der ein Frequenzintervall überdeckt gleich dem, welches zwischen zwei aufeinanderfolgenden Harmonischen enthalten ist. Der Wählerverstärker MF₁ bedeckt auch ein derartiges Intervall und wird zu gleicher Zeit durch den Interpolationsgenerator gesteuert. Das Ganze ist durch einen Wählerverstärker mittlerer Frequenz MF₂ mit fester und stabiler Frequenz vervollständigt, ausgerüstet z. B. mit einem piezoelektrischen Quarz. Diese Frequenz wirkt auf den Generator H ein. Arbeitet man auf einer festen Frequenz, so ist dieses Organ viel leichter zu konstruieren, und seine Wirksamkeit kann sehr erhöht werden infolge des Gebrauchs eines sehr selektiven Kreises, der einen Quarz enthält.

Zwischen den verschiedenen Frequenzen hat man eine von den nachstehend angeführten Beziehungsgruppen:

MF₁ = NO — H
MF₂ = MF₁ + I,

woraus man erhält:

HK₁₁ = NQ

/-.1/F₂

MF₁ = H -NQ

woraus man erhält:
H = NQ +/ + MF₂.

Die Frequenz H ist also, sobald der Regulator in seiner Zone arbeitet, die algebraische Summe dreier Glieder, von denen zwei durch Quarz stabilisiert sind; das dritte Glied / entspricht einer relativ tiefen Frequenz, wodurch für die Frequenz H eine vorzügliche Genauigkeit gesichert ist.

Um die Vorrichtung nach Fig. 10 besser zu verstehen, wird nachstehend ein numerisches Beispiel gegeben, ohne daß es, wohl verstanden, einen einschränkenden Charakter besäße.

Es sei ein zusammenhängendes Frequenzband von 3 000 bis 22 000 kc/s herzustellen. Man wird den verschiedenen Elementen die nachstehenden Werte erteilen:

Der Quarzoszillator wird eine Frequenz von 100 kc/s haben. Die Auslese der Harmonischen wird alle Frequenzen von 100 zu 100 kc/s bis 22 000 kc/s liefern. Man wird MF₁ zwischen 800 und qoo kc/s veränderlich nehmen können, was gestatten wird, in dem harmonischen Wählerverstärker A₁ leicht die Auslese der Bildfrequenzen des ersten Frequenzwandlers C₁ zu bewerkstelligen. Der Generator H wird das Band 2 200 bis 21 100 kc/s überdecken. Der Interpolationsgenerator MF₂ wird mit einem Quarz von 1 000 kc/s ausgerüstet.

Das Vorgehen bei den Maßnahmen, die zu ergreifen sind, um eine bestimmte Frequenz zu wählen, ist das folgende: Es sei eine Ausgangsfrequenz von 13 243,5 kc/s zu erhalten. Man regelt den Interpolationsgenerator / auf die Frequenz 143,5, ^was eine Regelung des Wählerverstärkers MF₁ auf die Frequenz 856,5 kc/s zur Folge hat. Führt man hiernach eine näherungsweise Eichung durch bei dem Generator auf die Frequenz 13 243,5, ^so sieht man, daß die mittleren Frequenzen in das Gebiet der Durchlässigkeit der Wähler MF₁ und MF₂ fallen, wenn der harmonische Wählerverstärker A₁ aufs beste geregelt ist, um die 141. Harmonische des go Quarzes von der Frequenz 14 100 kc/s durchgehen zu lassen. Der Frequenzregulator wird also in seinem Arbeitsgebiet sein und die Genauigkeit der Frequenz von H auf ihren exakten Wert 13 243,5 kc/s sichern. Es ist angezeigt, für die bequeme Regelung gleichzeitig den Generator // und den harmonischen Wählerverstärker A₁ zu steuern.

In der Praxis wird man die Generatoren H mit Zählern versehen können, wobei auf den ersten die Ziffern der Tausende und Hunderter eingezeichnet sind, auf den zweiten die Ziffern der Zehner- und Zehnteleinheiten. In dem gegebenen Beispiel würde man die Ziffern 132 und 43,5 ablesen, welche die Elemente der Bezifferung für die gewünschte Frequenz 1)3 243,5 bestimmen.

Die Regelung irgendeiner Frequenz erfolgt also durch zwei einfache, voneinander unabhängige Lagerungen.

Das beschriebene Verfahren in bezug auf die Fig. 10 ist für zahlreiche weitere Fälle anwendbar. n₀ Man kann es anwenden z. ¹B. auf Anordnungen, wie sie in den Fig. 2 und 3 angegeben sind, wobei bei der ersten eine doppelte Frequenzänderung zur Anwendung kommt, bei der zweiten die Schaltung in Kaskaden von ähnlichen Elementen, die auf den ng tiefsten Frequenzen arbeiten.

Claims

Patentansprüche:

I. Frequenzumsetzer mit großer Meßgenauig- iao keit, in welchem die genaue Regelung auf die Arbeitsfrequenz mit Hilfe eines beschränkten Interpolationsbandes in einem ausgedehnten Band bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens drei Frequenzwandler ent- iss hält, von denen der eine einerseits an einen

Interpolationswähler geschaltet ist, der das Interpolationsband überdeckt, und andererseits an zwei- andere Frequenzwandler unter Zwischenschaltung von zwei Wählern mittlerer Frequenz, daß jeder dieser beiden letzteren Frequenzwähler andererseits an einen Hilfsgenerator geschaltet ist, und zwar der eine an einen harmonischen Wähler, dessen Harmonische einem in der Frequenz stabilisierten Generator entnommen werden, und der andere an einen Hochfrequenzwähler, der das ausgedehnte Arbeitsfrequenzband überdeckt, und daß die Frequenzänderung in den drei Frequenzwandlern derart ist, daß die Frequenz, die durch den Hochfrequenzwähler ausgewählt wird, gleich der algebraischen Summe der durch den harmonischen Wähler gewählten Frequenz und der durch den Interpolationswähler gewählten Frequenz ist.

2. Frequenzumsetzer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Frequenzregler enthält, der auf die Frequenz des Hilfsgenerators einwirkt und durch die Ausgangsfrequenz des Wählers mittlerer Frequenz gesteuert wird, dessen Eingang mit dem Frequenzwähler verbunden ist, der an den harmonischen Wähler geschaltet ist.

3. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1 und 2, ' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Frequenzwähler, der an den Interpolationswähler geschaltet ist, und jedem der beiden anderen Frequenzwandler in Kaskade eine gleiche Zahl von zusätzlichen Frequenzwandlern zwischengeschaltet sind, die entsprechend mit derselben Zahl von zusätzlichen Hilfsgeneratoren verbunden sind, und daß diese gemeinsam für alle Hilfsfrequenzwandler sind, die zu beiden Seiten des Frequenzwandlers liegen,· der mit dem Interpolationswähler verbunden ist.

4. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1 bis 3, der als Frequenzgenerator gebraucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler, der mit dem Interpolationswandler verbunden ist, einerseits zwei Frequenzen empfängt, die eine durch den Interpolationswähler gefiltert und herrührend von einem Interpolationsoszillator, die andere gefiltert durch den Wähler mittlerer Frequenz, welcher die durch den Frequenzwandler erhaltene Frequenz, der an den harmonischen Wähler geschaltet ist, empfängt, und andererseits den anderen Wähler mittlerer Frequenz speist, dessen Ausgangsfrequenz in dem Frequenzwandler geändert wird, der mit dem Hochfrequenzwähler verbunden ist, an dessen Ausgang die gewünschte Frequenz abgenommen wird.

5. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1 bis 3, der zum Empfang oder als Frequenzmesser gebraucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwähler, der mit dem Interpolationswähler verbunden ist, den Empfänger oder den Frequenzmesser speist und Frequenzen empfängt, die von den Wählern mittlerer Frequenz ausgehen, wobei diese die Frequenzen empfangen, welche entsprechend von den Frequenzwählern herrühren, die mit dem harmonischen Wähler verbunden sind, und dem Frequenzwähler, der mit dem Hochfrequenzwähler verbunden ist und an die Empfangsantenne geschaltet ist.

6. Frequenzumsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderungen derart bewerkstelligt werden, daß die durch den Interpolationswähler gefilterte Frequenz gleich ist der Summe der gefilterten Frequenzen bzw. gleich der der beiden Wähler mittlerer Frequenz.

7. Frequenzumsetzer, der aus Stufen gebildet

ist und aus Vorrichtungen nach einem der An-Sprüche 1 Ims 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzwähler einer Stufe als Interpolationswähler der Stufe dient, welche ihr in der Ordnung wachsender Frequenzen folgt.

8. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1 bis 3, der zur Frequenzmessung gebraucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzmesser, der mit dem Interpolationswähler verbunden ist, einerseits zwei Frequenzen empfängt, eine durch den Interpolationswähler gefilterte, die g₀ von dem Interpolationsschwinger herrührt, andererseits eine durch denjenigen der Wähler mittlerer Frequenz gefilterte, welche die durch den Frequenzwandler hervorgebrachte Frequenz empfängt, der mit dem harmonischen Wähler verbunden ist, und andererseits eine Frequenz liefert, welche man mit der Frequenz vergleicht, die von dem Frequenzwandler herkommt, welcher an den Hochfrequenzwähler geschaltet ist, verbunden mit einer Empfangsantenne, wobei der Vergleich nach der Filterung der Frequenzen erfolgt, die zu vergleichen sind.

9. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1 bis 3, der zur Frequenzmessung gebraucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwähler, der an einen Interpolationswähler geschaltet ist, einerseits zwei Frequenzen empfängt, eine gefilterte durch den Interpolationswähler, die von dem Interpolationssender herrührt, andererseits die gefilterte durch denjenigen der Wähler mittlerer Frequenz, der an den hochfrequenten Wähler geschaltet und mit der Empfangsantenne verbunden ist, und andererseits eine Frequenz liefert, welche man mit der Frequenz vergleicht, die von dem Frequenzwandler herrührt, welcher an den harmonischen Wähler geschaltet ist, wobei der Vergleich nach der Filterung der Frequenzen bewerkstelligt wird, die zu vergleichen sind.

10. Frequenzumsetzer von großer Eichgenauigkeit nach Anspruch 1, in welchem die genaue Regelung auf die Arbeitsfrequenz mit Hilfe eines beschränkten Interpolationsbandes in einem ausgedehnten Band bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Wähler für die Harmonischen enthält, die einem Generator

mit piezoelektrischem Kristall entnommen werden, einen Frequenzwandler, in welchem die gefilterte Frequenz durch den harmonischen Wähler zusammengesetzt wird mit der Frequenz eines Frequenzgenerators, einen Wähler mittlerer Frequenz, der die resultierenden Frequenzen filtert, die von dem genannten Frequenzwandler ausgehen, einen Frequenzregler, der durch die Frequenz gesteuert wird, die von dem Wähler mittlerer Frequenz geliefert wird und auf die Arbeitsfrequenz des Frequenzgenerators einwirkt.

ii. Frequenzumsetzer nach Anspruch ιό, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält: einen zweiten Frequenzwandler, in welchem die Ausgangsfrequenz dieses Wählers mittlerer Frequenz geändert wird durch Zusammensetzung mit der Frequenz, die durch einen Interpolationsgenerator geschaffen wird, in eine im Prinzip feste Nutzfrequenz, und einen zweiten Wähler mittlerer Frequenz, der die erwähnte Nutzfrequenz filtert, die zur Steuerung der Arbeitsweise des genannten Frequenzreglers benutzt wird.

12. Frequenzumsetzer nach Anspruch ι bisii, dadurch gekennzeichnet, daß er Vorrichtungen enthält, welche eine einzige Steuerung der Organe sichern, welche verbunden miteinander arbeiten müssen.

13. Frequenzumsetzer nach einem der An-Sprüche 1 bis 9, 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß er Anzeigevorrichtungen für die Arbeitsfrequenz enthält, die durch Steuervorrichtungen beeinflußt werden, welche die Regelfrequenzen ändern bzw. des Interpolationswählers und des oder der harmonischen Wähler (oder Organe, die in Verbindung mit diesem oder diesen Wählern arbeiten).

14. Frequenzumsetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er Anzeigevorrichtungen für die Arbeitsfrequenz enthält, welche auf die Steuervorrichtungen einwirken, welche die Regelfrequenzen abändern bzw. des mittleren Wählers und des harmonischen Wählers.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ι 5465 11.52