DE968714C - Verfahren zur Frequenzsteuerung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 20. MÄRZ 1958

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Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um einen Oszillator auf festen vorgegebenen Frequenzen, z. B. den Komponenten eines Normalfrequenzspektrums, zu synchronisieren. Diese Verfahren beruhen im wesentlichen darauf, daß der Oszillator in einer Mischstufe mit dem Spektrum überlagert und die mit der nächstliegenden Spektrumsfrequenz gebildete Schwebung zur Frequenzregelung des Oszillators selbst verwendet wird. In einer Abwandlung dieses Verfahrens wird die Schwebungsfrequenz auf einen Frequenzdiskriminator gegeben, der die Regelspannung für die Nachstimmung des Oszillators abgibt.

Häufig ist noch die Aufgabe gestellt, die Frequenz des Oszillators von den fest vorgegebenen Werten des Spektrums um einen gewünschten Betrag zu verschieben. Auch hierzu sind mehrere Verfahren bekannt. Diese lassen sich in zwei Gruppen einteilen, die dadurch unterschieden sind, daß in der praktischen Anwendung die eine für kleine Variationsbereiche des Oszillators zweckmäßig ist, während die zweite Gruppe dann angewandt wird, wenn der zu synchronisierende Oszillator über einen großen Frequenzbereich verstimmt werden soll.

Die erste Gruppe arbeitet nach dem Prinzip, daß der zu synchronisierende Oszillator mit dem Spektrum seiner Rastfrequenzen moduliert wird, wobei die Gewinnung der Regelspannung für die Oszillatorfrequenz aus dem Vergleich einer der Komponenten des Seitenbandspektrums mit einer festen oder variablen Vergleichsfrequenz erfolgt. Diese Verfahren sind in ihrem Anwendungsbereich da-

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durch eingeschränkt, daß dabei verhindert werd'en muß, daß die Harmonischen der Rastfrequenz selbst in den Bereich des Seitenbandspektrums des Oszillators fallen.
Die zweite Gruppe arbeitet mit dem Rastfrequenzspektrum in Originallage und gewinnt die Regelspannung für die Oszillatorfrequenz durch Vergleich derselben mit einer Komponente des Frequenzspektrums.

ίο Zur Verschiebung der Oszillatorfrequenz vom Frequenzwert der zur Synchronisierung benutzten Spektrumskomponente sind verschiedene Vorschläge bekanntgeworden. Eines dieser Verfahren arbeitet derart, daß ein Oszillator mit einer Komponente des Rastfrequenzspektrums synchronisiert wird, während ein zweiter Oszillator, der auf der verschobenen Frequenz schwingt, die Regelspannung für seine Frequenz aus dem Vergleich einer von außen zugeführten Verschiebefrequenz mit der zwisehen den Oszillatorfrequenzen gebildeten Differenzfrequenz gewinnt.

Ein anderes bekanntgewordenes Verfahren (deutsches Patent 948169) arbeitet derart, daß eine vom zu verschiebenden Oszillator gelieferte Spannung mit der Verschiebefrequenz moduliert und ein durch Filter von den übrigen Modulationsprodukten getrenntes Seitenband mit einer Frequenz des Spektrums verglichen und aus diesem Vergleich die Regelspannung für die Frequenz des Oszillators gewonnen wird.

Die Frequenz dieses Oszillators wird sich also

jeweils so einstellen, daß das benutzte Seitenband mit der Spektrumskomponente koinzidiert, der Oszillator selbst somit von dieser den Abstand der Verschiebefrequenz bekommt.

Beide genannten Verfahren haben den prinzipiellen Nachteil, daß der Vergleich mit dem Spektrum in einer sogenannten Impulsmischstufe erfolgt, die die Eigenschaft besitzt, daß die Spektrumsgrundfrequenz im Ausgang, der die Regelspannung liefert, ebenfalls mit großer Amplitude auftritt und durch Filter aus der Regelleitung entfernt werden muß, damit eine störende Phasenmodulation des Oszillators vermieden wird.

Es ist ein Vorschlag bekanntgeworden (deutsches Patent 872 564), der die Verwendung einer Impulsmischstufe zur Gewinnung der Regelspannung dadurch umgeht, daß mit einem gemeinsamen Hilfsoszillator sowohl die verwendete Spektrumskomponente als auch die Frequenz des zu synchronisierenden Oszillators abgemischt werden, und zwar derart, daß durch die Mischung mit dem Spektrum eine Differenzfrequenz entsteht, die kleiner ist als die Grundfrequenz des Spektrums, und daß durch die Abmischung des zu synchronisierenden Oszillators eine Frequenz gebildet wird, die nach weiterer Abmischung mit dem Verschiebungsoszillator dieselbe Frequenz ergibt, wie die Abmischung der Spektrumskomponente.

Die Regelspannung für die Synchronisierung des Oszillators wird durch den Vergleich der beiden auf denselben Wert abgemischten Frequenzen gewonnen.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie einen beachtlichen zusätzlichen Aufwand erfordert und außerdem die Frequenzvergleichsstufe mit verhältnismäßig niedrigen Frequenzen speist, die ebenfalls durch Filter aus der Regelleitung entfernt werden müssen. Durch die dadurch nötige niedrige Grenzfrequenz wird aber der Fangbereich der Regelung eingeengt und die Ausregelung höherfrequenter Komponenten des Oszillatorrauschens unmöglich gemacht. Insofern ist trotz des höheren Aufwandes dieser Anordnung kein Fortschritt gegenüber der Verwendung einer Impulsmischstufe gegeben, wenn man davon absieht, daß in dieser die Grundfrequenz mit weit stärkerer Amplitude in die Regelleitung einstreut als bei der eben beschriebenen Anordnung. Es ist nun das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Nachteile der Impulsmischstufe zur Gewinnung der Regelspannung zu vermeiden, ohne den. Aufwand eines getrennten Hilfsoszillators in Kauf nehmen zu müssen.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Aufmodulation der Verschiebefrequenz nicht auf die Oszillatorfrequenz, sondern auf eine Spektrumskomponente erfolgt, die durch Filter von den übrigen Komponenten des Spektrums getrennt wurde, und daß die Regelspannung durch Frequenzvergleich zwischen der Oszillatorfrequenz und einer Seitenbandfrequenz der modulierten Spektrumskomponente gewonnen wird.

Dadurch wird der Aufwand nicht größer als mit den Verfahren, die mit der Impulsmischstufe arbeiten, ohne daß deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Abb. 1 zeigt die bekannte Anordnung mit Impulsmischstufe, bei der die Aufmodulation der Verschiebefrequenz f₂ auf die Frequenz f_x des Oszillators 1 in der Mischstufe 2 erfolgt, während im Filter 3 die Siebung des gewünschten Seitenbandes Z₁-^₂ erfolgt, das in der Mischstufe 4 mit dem Rastfrequenzspektrum zur Gewinnung der Regelspannung für die Frequenz des Oszillators 1 verglichen wird.

Wenn für die Mischstufe 4 nicht besondere, schwer symmetrisch zu haltende Gegentaktanordnungen verwendet werden, läßt sich ein Einstreuen der Spektrumsgrundfrequenz über die Regelleitung in den Oszillator nur durch den Einbau von Filtern mit entsprechend niedriger Grenzfrequenz verhindern. Durch diese wird aber nicht nur, wie bereits erwähnt, der Fangbereich der Regelung eingeengt und die Ausregelung höherfrequenter Rauschkomponenten verhindert, es wird überdies die Stabilisierung der Regelung überhaupt immer schwieriger, je höher die Dämpfung für die Spektrumsgrundfrequenz gemacht werden muß. Dieser Umstand hat seine Ursache in den gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen der Frequenzabhängigkeit der Amplitude und Phase einer Filterschaltung.

Wie die nach der Erfindung ausgeführte Abb. 2 zeigt, läßt sich diese Schwierigkeit ohne Mehraufwand vermeiden, wenn man das Filter 3 der Abb. 1 als Filter 5 der Abb. 2 zur Aussiebung der Spektrumskomponente benutzt und auf diese ausgesiebte

Spektrumskomponente in der Mischstufe 6 die Verschiebefrequenz /₂ aufmoduliert. Ein dabei entstehendes Seitenband wird dann in der Frequenzvergleichsstufe 7 mit der Frequenz f_t des Oszillators ι verglichen und aus dem mit bekannten Mitteln durchgeführten Vergleich die Regelspannung zur Frequenzregelung des Oszillators ι gewonnen.

Bei dieser Anordnung zur Durchführung des

ίο erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich durch mäßige Aussteuerung der Vergleichsstufe "J von der Mischstufe 6 her leicht vermeiden, daß niederfrequente Demodulationsprodukte mit störender Amplitude in die Regelleitung einstreuen. Ferner läßt sich der Umstand, daß der Frequenzvergleich bei der Oszillatorfrequenz selbst vorgenommen wird, naheliegenderweise vorteilhaft dadurch ausnutzen, daß man den Eingang der Mischstufe 7 in Gleichlauf mit dem Oszillator 1 ebenfalls abstimmt.

Es besteht auch die Möglichkeit, an Stelle eines Filters 5 einen auf den Frequenzen des Spektrums synchronisierbaren Oszillator zu verwenden. Diese Anordnung ähnelt einer bereits bekannten, in der die Aussiebung der einzelnen Spektralkomponenten ebenfalls durch einen synchronisierten Oszillator erfolgt. In dieser bekannten Anordnung wird aber die Regelspannung für den verschobenen Oszillator dadurch gewonnen, daß die Frequenz des Spektrumssieboszillators mit der des verschobenen Oszillators überlagert und die gebildete Differenz mit der Frequenz eines Verschiebungsoszillators gemischt wird, wobei aus diesem Vergleich die Regelspannung für den verschobenen Oszillator gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung hingegen arbeitet derart, daß die Frequenz des Verschiebungsoszillators mit einer Komponente des Steuerfrequenzspektrums gemischt wird, um dadurch eine Frequenz zu erhalten, die mit der des verschobenen Oszillators zur Regelspannungserzeugung verglichen wird. Der Vorteil dieser Anordnung nach der Erfindung liegt darin, daß im Gegensatz zu der eben erwähnten vorbekannten Anordnung höhere Frequenzen miteinander verglichen werden. Dadurch wird die Dimensionierung der Regelleitungen vereinfacht, da die zu siebenden Frequenzen wesentlich höher liegen, als dem maximal sinnvollen Fangbereich der Regelschaltung, d. h. dem Abstand der Spektrumsfrequenzen

entspricht. Werden jedoch wie bei der vorbekannten Anordnung zwei relativ tief liegende Frequenzen miteinander verglichen, so ist ein höherer Aufwand an Siebmitteln und die dadurch hervorgerufene Gefährdung der Stabilität der Regelung in Kauf zu nehmen, wenn ein Eindringen der verglichenen Frequenzen in die Regelleitung verhindert werden soll.

Ein Eindringen einer Fremdfrequenz in die Regelleitung bewirkt aber eine Phasen- bzw. Frequenzmodulation des geregelten Oszillators, die in den meisten Fällen unerwünscht ist. In der Praxis ist es oft unzweckmäßig, einen synchronisierten Oszillator zur Siebung der Spektrumskomponenten zu verwenden, da dieser einen relativ hohen Aufwand bedingt und eine Störstrahlung veranlassen kann, die beispielsweise bei der Verwendung als Empfängeroszillator unerwünscht sein kann.

In diesem Falle wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Selektion des Spektrums derart vorzunehmen, daß zumindest die Frequenzen stark unterdrückt werden, die der Oszillatorfrequenz selbst und dem unerwünschten Seitenband entsprechen.

Eine weitere Abwandlung ergibt sich, wenn die Aufmodulation der Verschiebefrequenz auf die ausgesiebte Spektrumskomponente mit einem bekannten Verfahren zur Einseitenbandmodulation erfolgt. Soll die Einseitenbandmodulation nach den bekannten Verfahren der sogenannten Phasenkurbel (s. z. B. Prokott: »Theoretische Grundlagen und Anwendungen der Modulation in der elektrischen Nachrichtentechnik«, Leipzig 1943, S. 151 bis 155) erfolgen, so wird vorgeschlagen, sowohl den Haupt- als auch den Verschiebeoszillator als sogenannte Phasenschieberoszillatoren auszubilden, denen die benötigten 90⁰ verschobenen Spannungen unmittelbar entnommen werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, die Ver-Schiebefrequenz selbst nach dem Verfahren der Erfindung oder einem anderen bekannten Verfahren zu steuern. Auf diese Weise läßt sich die Einstellgenauigkeit der Frequenz bis zu jedem gewünschten Wert steigern.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Frequenzsteuerung eines Oszillators auf einen Frequenzwert, dessen Abstand zu einer Komponente eines Steuerfrequenzspektrums regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der den regelbaren Abstand bedingenden Verschiebefrequenz eine Modulation der Spektrumskomponente vorgenommen und eine Regelspannung zur Steuerung der Oszillatorfrequenz durch Vergleich einer Seitenbandfrequenz der modulierten Spektrumskomponente mit der Oszillatorfrequenz gewonnen wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines auf einer Komponente des Steuerfrequenzspektrums zum Zweck deren Aussiebung synchronisierten Oszillators.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines Filters, das die Maxima seiner Dämpfung in den Frequenzgebieten besitzt, in denen die nicht zur Synchronisierung benutzten Modulationsprodukte der Verschiebefrequenz liegen.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Einseitenbandmodulation der ausgesiebten Spektrumskomponente mit der Verschiebungsfrequenz.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebefrequenz mittels des erfindungsgemäßen oder eines bekannten Verfahrens gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 872564; belgische Patentschrift Nr. 517 827.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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